圆钢尺寸精度影响因素及生产控制研究.pdf

冶金与材料第 43 卷圆钢尺寸精度影响因素及生产控制研究王小华（南京钢铁联合股份有限公司，江苏 南京210000）冶 金 与 材 料Metallurgy and materials第 43 卷 第 8 期2023 年 8 月Vol.43 No.8Aug.2023摘要：随着现代机械技术日益高速化和高精度化，圆钢作为一种重要的结构工具用钢，应用范围日益广泛，对成品圆钢的尺寸精度控制尤其关键。文章重点从圆钢形态、尺寸、轧制速度、加热温度、轧制力等角度分析其对圆钢尺寸精度产生的影响，探讨关于规范作业、速度控制、温度控制及轧制力等控制措施在圆钢生产精度控制中的应用，较好地提升圆钢的生产精度，控制圆钢成品尺寸精度，并且不断优化导卫系统，最大限度地降低生产消耗件的磨损率，达到最终满足客户的实际需求的目标。关键词：圆钢；尺寸精度；影响因素；生产控制作者简介：王小华（1992），男，安徽安庆人，主要从事生产中尺寸质量控制调整工作。高速、高性能的圆钢有着良好的耐磨性和可靠性，适用于制作连接轴、机械零件、连接杆等部件。这些部件品质越高，对成品尺寸精度的要求也越高。随着自动化生产线的快速发展，圆钢生产质量控制成为重要研究课题。文章重点分析圆钢尺寸精度的影响因素及解决措施，以期通过加强生产控制的方式达到提高成品尺寸精度的目的，为相关研究提供一定层面的借鉴。1圆钢尺寸精度影响因素分析圆钢生产制作工艺根据实际需求分为热轧、锻制、冷拉三种，外型光圆且无纹无肋，与混凝土的粘结力较小，强度较其他钢偏低，然而其塑性较其他钢更强，能够在被拉断前有较大的变形，属于普通低碳钢。在圆钢生产制造过程中，其尺寸精度主要受到以下因素的影响。1.1钢坯断面形态及尺寸钢锭经初轧或锻压后会形成不同规格的钢坯，如方形、矩形、圆形、异形等，成为各类成品轧机的主要原料。由于不同钢材品种具有不同的规格范围，且存在复杂多样的断面形状，因而会造成不同断面形状的钢坯。不同的钢坯断面形状与轧制产品的形状有密切联系，通常选取矩形钢坯料轧制扁钢或角钢，选用异形坯或矩形坯料生产工字钢、槽钢、钢轨及凸缘型钢。当钢坯的轧辊强度、轧制时咬入条件不同时，会导致钢坯断面尺寸不同，出现不同的变形状况，一定程度上影响成品的使用。当轧辊直径和压下量一定时，断面尺寸过大的坯料会因表面变形而出现质量缺陷，如断辊、咬入轧件受阻等。钢坯脱方对于成品的精度有较大的影响，如果钢坯料的断面尺寸不规范或不统一，则会导致成品精度大大下降。造成钢坯脱方的原因主要在于铸坯在结晶器内冷却不均匀而导致铸坯脱方的现象。1.2轧制速度圆钢轧制速度与轧机结构、强度、电机能力、咬入条件、坯料状态、批量大小等紧密相关，在液压传动、液压轴承普及应用的背景下，较长的钢坯料应保持较高的轧制速度，且应结合电机能力大小状况，设定适宜的轧制速度，轧制速度的大小与圆钢尺寸精度控制有直接的影响。1.3加热温度加热温度对钢坯生产尺寸精度有较大的影响，不恰当的加热温度会直接导致钢坯出现塑性变形。一般来说，加热温度偏低，则会导致钢坯出现较高的变形抗力；加热温度偏高，导致钢坯过热、过烧，由此降低圆钢的生产精度。1.4轧制力圆钢全连轧生产作业采用无张力轧制，基本消除钢坯温度对微张力的影响，避免成品尺寸超差，使各机架轧机作业秒流量一致。然而，由于各道料型尺寸控制不准、钢坯尺寸不稳定等，各轧机机架间难以保持适宜的张力，难免出现成品尺寸出现波动，产生堆钢、拉钢、跑钢等事故。1.5轧机与导卫安装由于轧机的轧辊轴承中心距存在较大误差，使轧机轧辊出现串辊现象，极易导致圆钢尺寸出现偏差，造成钢坯料型出现间断性或通条耳子等质量缺陷，影响圆钢生产尺寸精度。导卫安装也是影响圆钢生产尺寸精度的重要原因，如果导卫的导辊与轧制中心线不一致，则会导致导辊安装出现偏向，进口无法对准，造成轧件倒料质量缺陷。1.6孔型系统圆钢生产线有不同规格的圆钢，相应要更换不同88第 8 期的生产线，导致生产更换过程较为频繁，增加了圆钢废材。且一些轧件孔型系统的稳定性较差，椭圆-圆形的孔型系统极易出现偏差，导致孔型充满状况不佳。2圆钢尺寸精度生产控制措施2.1注重钢坯规范作业加大入炉钢坯的挑拣力度，避免废钢料进入炉膛。这主要是由于脱方钢坯料在轧制作业时吸入孔型难度较大，极易出现折叠缺陷，加热炉内的推钢作业存在受阻现象。为此，应注重钢坯规范作业，尤其应加强钢坯浇铸的规范操作，浇钢作业中用引流枪引流，将钢水注入结晶器铜管，观察柱流位置。并当结晶器铜管内钢水接近上口 5cm 时，进行拉钢作业。浇钢作业过程应保持拉速的平衡，避免液面过低而出现拉漏。保护渣的掺加应少量多次，保持细小柱流，并及时处理掉结晶器盖上的残留废钢，防止挂钢咱1暂。做好结晶器安全更换作业，确保结晶器对位准确、紧固，周边包裹石棉布，垫好密封圈，清理水箱及振动弹簧板的杂物。并严格按照操作要求进行钢坯脱锭、剪切、送轧等作业。2.2做好圆钢轧制速度控制以 55mm 圆钢轧制为例，可以在轧制作业过程中采用 105m/s 以上的速度进行轧制，使钢坯尾部尽量缩减停留在保温辊道的时间。轧制作业中应保证轧制中心线的对中度。结合生产实际要求，控制辊环、导卫装置、夹送辊、导槽等轧线对中度，避免轧制中心线出现偏移，利用光学对中仪来调节辊环轴向的对中度，做好各辊箱辊轴、定径机的轴向偏差控制，使之在 0.01mm以内，实现机组辊环的精准安装和作业。值得注意的是，当机组位于作业线时，需保持恒定，不得进行在线调整。由于生产消耗件对于轧制速度也会产生较大的影响，当轧制速度越高时，生产消耗件的磨损相应增大，需要停机更换消耗件的次数越多。在轧制圆钢料时，应适用差异化的速度匹配策略，使轧制速度与实际工况相适应，确保吐丝管达到所需的汽雾冷却效果，使每根吐丝管达到其预设的使用寿命。同时，应合理选用适宜外形尺寸的生产消耗件，保证吐丝管的质量和材质耐磨度。生产消耗件的磨损主要受到相关因素的影响，如采用高速线材轧机滚动导卫装置的钢坯料，能够正确设计导辊、导板、导卫尖的孔型参数，具有较高组装精度，能够有效减少生产消耗件的磨损。油气润滑技术的优化应用也对生产消耗件产生影响，合理运用气液两相流体冷却润滑技术的钢坯件，能够在高速状态下带走大量摩擦热，且较好地达到冷却降温效果，最大程度上减少生产消耗件的磨损。机间轧件弹性变形、厚度及板形控制对生产消耗件的磨损也有影响，采用自动板厚控制系统（ACC 系统）的轧件能够在轧制过程中控制压下量，改变轧机空载辊缝值，实现对弹性变形的补偿，起到减少生产消耗件磨损的目的。应重点控制生产消耗件的安装质量、润滑度、断面椭圆度，保证圆钢轧件轧制作业的高速稳定性。还应合理调配各类生产消耗件的更换次数和时间，减少因停机更换消耗件而影响生产的时间，确保高速稳定轧制。2.3合理控制加热温度轧制温度波动不利于轧件的生产质量及成品尺寸精度，对于变形抗力和宽展有较大影响。应保持高速稳定的圆钢轧制作业，合理改造加热炉的炉顶烧嘴部位，制作生成炉内温度场分布图，对钢坯件进行温降补偿，确保轧制整体温度的一致性与均衡性。做好水箱内喷嘴的维护，合理调整喷嘴间隙，保持适宜的间隙标准，适时进行清扫作业，减少轧件带水。并使水箱内的水流及时排放，规避水流量、压力波动而导致轧件冷却不均的现象，尽量减少轧件温度波动，使轧件在水箱内冷却均匀。结合生产实际构建轧制温度模型，获取钢轧件温度总变化情况，包括钢轧件向周边环境辐射散热降低的温度、钢轧件与周边介质对流散热降低的温度、钢轧件与孔型/导位/辊子热传导散热而降低的温度、钢轧件塑性变形与孔型间摩擦升热的温度等，根据钢轧件温度变化的主要组成部分，合理确定圆钢轧制时的温度变化值。2.4控制圆钢轧制力高速轧制作业过程的张力状态是影响成品尺寸精度的关键因素，应重点控制圆钢轧制力，减少过大张力对轧机的影响，充分考虑钢种更换、轧槽的不均匀磨损、辊缝设定精度、轧件断面变化等因素，严格按照工艺规程设定精轧机、减定径机的辊缝，将精度控制在0.01mm。还应结合不同的圆钢品种，科学制定不同的辊缝标准，精准控制轧件入口断面，通过电流判断法获悉各机架咬钢过程的电流指数升降变化情况，根据整根轧件活套机组的速度变化量，判定轧机组张力状况，最大程度减少轧件在轧制过程中的抖动现象。圆钢在孔型中的变形包括轧件被轧辊咬入辊缝、轧件稳定轧制、轧件被轧出几个阶段。当轧件被轧辊逐步咬入时，轧件与轧辊的接触面积逐渐增大，轧辊受到的轧制力相应增大；待轧件被轧辊完全咬入后，进入到高速稳定轧制状态，此时轧辊的轧制力出现轻微波动。结合生产实际确定轧辊轧制力矩计算方法，包括按照钢轧件对轧辊的轧制压力进行计算、按照轧机的能耗曲线查找轧制力矩值、按照经验公式计算轧制力王小华：圆钢尺寸精度影响因素及生产控制研究89冶金与材料第 43 卷矩。以利用经验公式计算轧制力矩为例，可以根据轧辊折算直径、轧件轧后高度等参数，计算不同孔型中轧制时的轧制力矩值。并基于生产线的轧制总道次、轧制力矩、轧制速度、轧制时间、轧辊工作半径、轧辊转过的角度等，计算连轧生产线所有机架在轧制过程中所消耗的总轧能耗。2.5加强轧机装配及导卫质量控制2.5.1合理选择轧机应选择弹跳较小的轧机机架，检查轧机机架运行完好状况，包括是否存在串辊现象、轧辊是否存在松动等，切实保证轧机弹性阻尼等关键部件的质量。因轧辊联接方式为液压无键联接，应选定一个位置度测量基准面，该测量基准面与轧制中心线的垂直度应小于0.1mm，确保轴承位的精度和位置度，实现轧辊的良好互换。2.5.2优化导卫安装与调整（1）单线部分。为保证导辊安装的准确性，应使导卫的导辊与轧制中心线相一致，合理调整导卫的两个导轮间隙，保证导卫安装与轧辊之间没有摩擦，从而使导轮能够轻松地随着样棒进行转动。且应正确安装导卫，紧固所有的导卫紧固件，避免导卫出现松动而影响轧制作业过程咱2暂。（2）双线部分。应合理调整出口切分导卫，切分轮的调整应保持齐平，两个切分轮的间隙宜调整为依10 丝左右，确保两个切分轮能够轻松转动。切分导卫的进口夹板在与轧辊装配时，须与轧辊保持 1mm 左右的间隙为宜。合理调整出口扭转导卫，根据实际轧制速度、轧制品种，合理调整扭转导卫的扭转角度，并以实际料型测量扭转导卫的扭转角度。一般来说，随着轧制速度的加快，两个扭转轮的间隙相应增大，用实际样棒调整的扭转角度则越来越小，以 15毅左右的扭转角度为宜，以保持两个扭转轮轻松跟转即可。（3）二切分轧制。在保证轧机左右辊缝一致的前提下，合理调整导卫和轧辊，避免出现错辊，确保钢坯料型基本尺寸保持一致。为保证二切分导卫安装正确，应使切分轮的两个切分韧相平齐，切分轮的调整间隙为依10 丝，避免出现韧口偏斜而产生粘钢的现象。轧制二切分作业过程中，应使切分轮、二切分片的中心线在同一条线上，导卫的刀片与切分辊充分冷却，避免因切分刀片温度过高而出现粘钢，不利于圆钢轧制生产。（4）三切分轧制。在保证轧机左右辊缝一致的前提下，合理安装导卫，确保导卫和轧辊调整良好，料型的基本尺寸保持一致。且进口滚动导卫与出口滑动导卫的扭转角度适宜，确保整个轧制系统良好，避免出现折叠、纵裂纹、结疤、划伤、凸起、压痕、桔皮状缺陷。2.6优化孔型-料型系统设计开发圆钢孔型-料型系统，利用相关函数进行孔型参数化设计，进行轧辊参数化建模，生成孔型工程图的相关参数，针对不同类型的孔型建立对应的钢坯件模板，合理确定模型内尺寸参数之间的关系。如表 1所示。表 1圆钢轧制工艺参数轧辊直径/mm650650650650560轧辊转速/r/min7.079.8512.0615.1923.28轧制力/kN2411.51868.21980.11339.71856.3轧制力矩/kNm295.9222.15160.26103.8490.09孔型形状矩形箱方箱平椭圆圆椭圆轧制温度11001091.31084.81080.61076.7在进行圆钢孔型设计的过程中，应合理设计优化的孔型。具体方法：延伸孔型设计。根据成品和钢坯的断面面积，计算连轧生产线的总延伸系数和平均延伸系数，适当增减总轧制道次，合理配置不同孔型的延伸系数，利用绝对宽展系数法和相对宽展系数法，结合钢坯料轴比、孔型尺寸、压下量、轧制温度等，精准计算各孔型中轧辊轧制力矩、轧辊轧制压力、温度等，并利用计算机绘制孔型的几何形状图形。在经过粗轧、中轧之后，需对钢坯件进行精轧，满足成品件精度要求。因轧件断面温度分布不够均匀，且轧制后的成品件存在一定程度的冷缩，因而成品件的尺寸与孔型直径存在差异。考虑到生产过程存在不同的轧制条件，如温度波动、孔型磨损等，因而可以根据国家相关部门标准确定圆钢成品尺寸偏差值，结合生产实际采用负偏差设计成品孔，计算得悉成品孔的直径。为避免圆钢在孔型中过于充满，可以采用圆弧扩张、切线扩张等不同的成品孔扩张方法，考虑设备强度和刚度条件，可以采用切线扩张的成品孔扩张方式，保证扩张角为 20毅30毅。考虑设计简化的要求，采用“两圆夹一扁”的方法进行成品孔的设计，根据实际设定精轧孔型系统的椭圆孔型。3小结综上所述，圆钢生产过程受到诸多因素的影响，应全面分析圆钢尺寸精度影响因素，找寻圆钢生产关键控制点，提出针对性强、可行性高的生产控制措施，实现圆钢料型尺寸的精确化设计和调整。参考文献1 田鹏松.圆钢成品尺寸的高精度控制研究 J.山西冶金，2022，45（2）：344-346.2 杨超，寇劲松，刘鹏，等.棒材高精度轧制工艺与实践 J.轧钢，2021，38（5）：116-120.90