小型棒材轧制技术的发展

小型棒材生产线技术发展

1.小型棒材生产线概述 (2)

2.生产线布置形式及主要技术 (2)

2.1.布置形式 (2)

2.2.目前应用的主要技术 (6)

3.国内其它主要生产线简介： (8)

3.1.河北唐钢 (8)

3.2.安徽马钢 (9)

3.3.河北承钢 (10)

4.棒材发展的新技术 (11)

5.参考文献 (13)

1.小型棒材生产线概述

棒材是热轧条状钢材中的一种。根据它的断面形状，一般分为圆钢、方钢、扁钢、六角钢、八角钢等，也有周期断面型钢如螺纹钢。特殊情况下，也有卷状棒材，而不是直条形式。棒材广泛用于机械、汽车、船舶、建筑等工业领域，是现代经济生活中不可缺少的品种。近20年来,小型棒材产量占钢材的总产量的23.5%～27.7%。

棒材生产线主要是以连续铸钢坯或轧制坯为原料，经加热、轧制、精整等工序，生产各类小型型钢钢材。

据说在14 世纪欧洲就有轧机。1728年，英国设计出了第一台的生产圆棒材用的轧机。

1761年英国建造了第一套小型横列式轧机。

1882年欧洲建设了第一套半连续式小型轧机。

1945年以后，随着连铸技术的出现，在全世界范围发展了半连续式和连续式小型轧机。

中国于1871年在福州船政局所属拉铁厂(轧钢厂)建设了第一套横列式小型轧机。

20世纪50年代和60年代先后在石景山钢铁公司建设了一套普通碳素钢连续式小型轧机和在济南钢铁厂建设了一套可生产合金钢的半连续式小型轧机。

80年代又在上海第五钢铁厂和安阳钢铁厂建设了半连续式小型轧机。

90年代初在广州钢铁厂建设了平立交替布置的连续式小型轧机。

2.生产线布置形式及主要技术

2.1. 布置形式

小型轧机的种类较多，轧机的类型和布置方式多种多样，主要运行的有：连续式、半连续式和横列式小型轧机，其他如布棋式、串列式、跟踪式小型轧机等已比较少见，下面主要介绍几种比较典型的小型轧机。

2.1.1连续式小型轧机。

连续式小型轧机是当今世界上最为流行、用得最多的一种小型轧机。它所采用的坯料规格为130mm*130mm，150mm*150mm，甚至180mm*180mm，坯料单重1.5-2.5t。轧制线多为平立交替布置，实现全线的无扭转轧制，以利于提高产品的表面质量。机架的多少按照一

个轧机轧制一道的原则确定。轧机多为偶数道次组合，对于不同的坯料规格和成品尺寸有18架、20架、22架甚至24架的小型轧机，但轧制线由18个机架组成的小型轧机是当今最典型的碳素钢小型轧机。

速度可调，微张力轧制和无张力轧制是现代全连续式小型轧机的明显特点。粗轧和中轧的部分机架为微张力轧制，中轧的部分机架和精轧机组为无张力轧制，机架之间设有气动式上活套，以实现无张力轧制保证产品的尺寸精度。活套的多少与产品的规格、孔型设计有关，一般设置6－10个活套。

50年代到60年代的小型轧机普遍采用双冷床，冷床设计的改进使其冷却能力大大提高，80年代后的小型轧机采用单面步进式冷床。冷床后设有定尺剪，随后是精整和打捆装置。

速度快，生产能力大，适合品种少、批量大的普通商品钢材的轧制。

典型生产工艺流程为：加热炉→粗轧机组→中轧机组→飞剪→精轧机组(平立转换型)→穿水冷却装置→飞剪→冷床→冷剪→检查打捆台架→短尺收集装置→称重运输辊道→收集台架。

图表1某小型棒材连轧生产线平面布置图

1-步进梁式加热炉2-550mm ×4+450mm ×3 粗轧机组3- 1#飞剪4-380mm ×4 中轧机组5- 2#飞剪6- 水平活套

7-380mm ×2+320mm ×4 (H?V ) 精轧机组8-立式活套9-水冷装置10-倍尺飞剪11-变频辊道12-齿条步进冷床13- 4900kN冷剪14-定尺机15-检查台架16-打捆机17-辊道电子称18-集捆台架19-短尺剔除辊道20-分级定尺冷剪

2.1.2半连续式小型轧机

半连续式小型轧机的产品规格与全边续式的差不多，约为ф10-32mm或ф12-42mm，坯料尺寸与连续式的差不多，在130mm*130mm，150mm*150mm之间，坯料单1t左右。

连续式与半连续式的主要差别在于粗轧机组，一种形式为一架或两架三辊轧机，采用箱形共轭孔型轧制；另一种形式为机架横移的二辊可逆式轧机，进行单根轧制。近年，随着技术的发展，一般采用三架二辊闭口式轧机的较多。

安钢小型厂的260机组为80年代建立的半连续式小型生产线，生产工艺流程为：加热炉→粗轧机组（3×Φ450）→一中轧机组（4×Φ350）→切头飞剪→二中轧机组（4×Φ300）→精轧机组（4×Φ260）→成品飞剪→冷床→冷剪→精整处理台架。

主要设备：

（1）加热炉：连续推钢式加热炉，设计能力为65吨/小时，

（2）粗轧机组：3架两辊闭口式450轧机，三架电机单独驱动，形成连轧。

（3）一中轧机组：4架两辊闭口式350轧机，电机通过长轴单独驱动，形成连轧。

（4）切头飞剪：气动离合器式飞剪。

（5）二中轧机组：4架两辊闭口式300轧机，电机通过长轴单独驱动，形成连轧。

（6）精轧机组：4架两辊闭口式260轧机，形成连轧，中间通过活套连接。

（7）成品飞剪：CVS-040-1300启停式飞剪。

（8）冷床：齿条步进式冷床

（9）冷剪：300T定尺剪。

（10）精整台架

品种规格为φ12～20圆钢，φ12～32螺纹钢，目前产量提高，最高时产达130吨/小时；终轧线速度可达19.8m/s，2007年产量达91万吨。当前存在的问题主要是：（1）加热炉能力不足、加热质量差。同根钢温差一般在80oC，严重时达100oC，无法实现低温轧制和微张力自动控制，采用控冷工艺钢材性能波动大，屈服强度波动140Mpa；只有空气预热器，预热温度约450oC，预热温度低；没有煤气预热器，能耗高，现煤气单耗为140m3/t，折合标煤为48㎏/t，而国内先进指标为33㎏/t；坯料为端进料，炉子密封不好，热损失大。

（2）轧机全部为水平布置，不能全部实现无扭无张轧制；老式二辊闭口式轧机，辊跳大；产品尺寸精度低。在轧制?22以上规格圆钢，尺寸波动达1mm。大规格圆钢生无法正常生产。螺纹钢同一只钢每米重量偏差为1.8%，不能实现均衡大负差生产。换辊时间长，粗轧1个小时，中轧45分钟，不能实现备用机架快速换辊；不能实现轧制线对称调整；中轧轧机老化，牌坊磨损严重，底座变形，机架震动比较严重；成品轧机为260轧机，轧机小，换辊换槽频繁。

2.1.3横列式小型轧机。

从50年代到80年代，横列式小型轧机曾经是我国钢铁工业的主力军，在我国国民经济发展过程中起着重要的作用。它一般包括一座推钢式连续加热炉，轧线由一架或两加三辊式

400轧机和一列5架250轧机组成，在轧后仅有简易的冷床、冷剪和简易的收集台架。多数轧机采用55-70小方坯（经650轧机开坯），产品为ф12mm－25mm的圆钢或螺纹钢。

安钢小型轧钢厂250机组（1958年建）的轧机是一个典型的横列式小型机。轧线由两架三辊式400轧机和一列5架250轧机组成；原料为60方，长度3米；车间的主要设备如图：

图表 2 某钢厂50年代的横列式生产线

主要设备：

（1）齿条式推钢机两台，最大推力40T；

（2）加热炉：端进端出连续式加热炉一座；

（3）三辊式400胶木瓦轧机两台；

（4）160T热剪一台；

（5）250轧机四架，电机功率1000KW;

（6）成品250轧机一台，电机功率750KW。

（7）步进式冷床一台6*60m；

（8）下剪刃固定式冷剪机一台，200T。

其主要优点是：

（1）设备简单、建厂快、投资少；

（2）由于无张力轧制，便于生产断面形状复杂的产品；

（3）操作简单、适应性强、产品灵活多样，适于小批量多品种产品的生产。

主要缺点是：

（1）产品尺寸精度不高，品种规格受到限制(如难于轧制很宽的产品)；

（2）间隙时间长、轧件温降大，因而轧件长度和壁厚均受限制；

（3）各架轧机轧制速度不能单独调整，因而影响产品的产量和质量；

（4）人工或围盘喂钢劳动强度大。

由于横列式轧机的轧制为有扭转轧制，它的终轧速度不超过8m/s，超过这一速度事故较多，轧制速度提高受到限制，其它的一切改进较为有限。目前，此类生产线属于国家淘汰项目，在各大钢厂已不复存在。

2.2. 目前应用的主要技术

2.2.1连铸坯热装热送

目前小型轧机都以连铸坯为原料一般使用的坯料断面为130*130mm-150*150mm，单重的增加，使切头切尾量相对减少，定尺率提高，有利于提高金属的收复率。有些生产线采用180*180。连铸技术的进步是推动小型轧机在内的整个冶金技术发展的重要动力，连铸坯以650～800的温度下，直接装入小型轧机的加热炉中加热，可使加热燃料消耗降低25%－75%。同时直接热装还可减少加热的氧化烧损，减小或取消中间存储面积，减少操作设备和人员。此外，直接热装使投料至成品的生产周期缩短至几小时。因此，直接热装是当间小型机节约能耗，减少生产成本的有效的措施之一。

2.2.2采用步进式加热炉

可供选择的小型轧钢机钢坯加热炉炉型有推钢式加热炉和步进式加热炉。

推钢式加热炉是各种类型轧机选用的传统炉型，由于其具有结构简单，机械设备少、操作简单、投资少等优点曾被广泛使用。但采用推钢式加热炉生产时，加热钢坯断面温差大，无法水除水冷“黑印”，加热时间长，氧化和脱碳严重，容易产生粘钢、拱钢和钢坯划伤事故。

为保证加热质量，满足小型轧机对钢坯断面和长度方向上温度梯度的要求，新多采用步进式加热炉，加热均匀，断面温差小于20度。

2.2.3高压水除鳞

为了保证小型材的表面质量，在加热炉后粗轧机组前设置高压水除鳞装置，以去除加热产生的表面氧化铁皮。

2.2.4低温轧制和控制轧制

旧式轧机的轧制速度低，在轧制过程中轧件的温降大，因此把开轧温度提得很高。新式连轧机轧制速度提高，轧件在轧制过程中产生的变形热使得轧件温度基本保持不变甚至升温，

这就为低温轧制创造了条件。轧件的开轧温度从1000-1100降低至900-950，这需要提高轧机的强度，增加电机功率和轧制能耗，但由于加热温度的降低，仍可综合节约能源20%左右。

2.2.5切分轧制

切分轧制的原理是在轧制过程中用轧辊或其它方法将轧持久战沿纵向剖分成两条或多条轧体，变单条轧制为多条轧制。70年代，加拿大钢铁公司国际公司首先应用和发展切分轧制技术。

切分轧制采用的方法主要有两种：

（1）切分轮法：先用特殊的孔型将轧件轧成准备切成的形状，再在轧机的出口处安装不传动的切分轮，利用其侧向分力将轧件切开。这种方法在连轧机上普遍应用，是目前切分轧轧制的主要方法。

（2）辊切法：利用轧辊孔型的特殊设计，在变形过程中将轧件分开，这种方法不需要其它的设备，操作简单，但要求轧辊的强度和韧性，要求轧辊孔型设计合理准确。

2.2.6棒材轧后热芯回火工艺

棒材轧后热芯回火工艺又称穿水冷却，其原理是：轧件离开终轧机后进入冷却水箱，利用轧件的余热通过快速强制冷却，使棒材表面温度急剧降至400℃以下，棒材表面层产生马氏体转变，形成淬火马氏体，而心部仍然是奥氏体组织。当棒材经倍尺飞剪分段剪切后上冷床进行空冷。由于棒材截面上温度梯度大，心部热量向表面传导。使表面层淬火马氏体发生回火转变，形成回火马氏体，使心部和表面温度趋于一致，而经过这一过程棒材心部奥氏体组织形成细珠光体、细铁素体或铁素体、马氏体和贝氏体。

这种工艺可以提高产品的强度、塑性,改善韧性，使棒材得到良好的综合机械性能，同时工艺简单、节约能耗。20世纪80年代初期，已开始在我国应用。

2.2.7在线尺寸检测

激光的单向性和抗干扰性优于其它任何波长的光波，以此为原理设计的激光测径仪用于在线测量轧件尺寸。安装在小型棒材轧机精轧机出口处的测径仪连续地旋转，可精确地连续测量轧件在水平/垂直和水平夹角为45度方向上的尺寸，并可将结果显示和存贮在计算机系统中。操作人员可根据显示的结果，及时也解生产过程中的轧件尺寸精度，在接近超过规定精度时及时对轧机进行调整，以减少废品，方便调整操作。

3.国内其它主要生产线简介：

3.1. 河北唐钢

3.1.1概述

唐山钢铁股份有限公司1994年由意大利达涅利公司引进了具有90年代先进水平的全连续式棒材生产线,设计年产量60万吨。其中精整设备除了冷剪、打包机为达涅利制造外,其余均为国内配套制造,电气及自动化控制系统由美国通用电气公司提供。该生产线1996年6月热负荷试车,同年9月试生产。从热试开始算,不到一年时间即超过了设计生产能力,而且产量逐年提高, 各项技术经济指标在国内名列前茅。

3.1.2生产工艺流程

图表3唐钢全连续棒材车间平面布置简图

1-上料台架2-步进式加热炉3-高压水除鳞箱4-夹送辊5-悬臂式粗轧机6架6-1号飞剪7-中轧机6 架8- 2 号飞剪9- 7 组立活套10- 精轧机 6 架11-淬水小车12- 3 号倍尺飞剪13- 冷床14-冷剪15-收集台架

3.1.3工艺设备特点

3.1.3.1加热炉

加热炉为全梁步进式加热炉,产量为150th,步进周期为45s,燃料为重油和煤气。加热炉使用部分热送热装连铸坯。而转炉煤气与重油混烧技术的采用使唐钢首次将转炉煤气全部回收利用。

3.1.3.2轧机

轧机粗、中、精轧机组分别设置6 轧机, 实现全连续无扭轧制。粗轧机为悬臂式BSS 轧机,规格为Φ685×4/Φ512×2，中精轧为短应力线整体更换轧机Φ460×6、Φ430×2、Φ365×4。其中14、16、18架轧机为平立可转换轧机。全线轧机呈平立交替布置。1－10架轧机采用电流记忆法微张力轧制，11－18架轧机采用7个立活套实现无张力轧制，轧线采用计算机自动控制，实现单线全连轧。

3.1.3.3轧线轧线其它设备

热轧带肋钢筋水冷淬火线由计算机、温度检测仪及各类控制阀等组成。通过淬火技术，可使钢筋达到三级钢筋水平，同时减少了二氧化铁皮生成量。

步进式冷床长132米，宽12.5米，为适应调整大坯重、长轧件轧制以及提高钢材外形质量，唐钢采用长尺冷却技术，同是在冷床入口端的排列较密，出口端的齿条排列较稀，使冷床同时具有矫直功能。

精整工序实现了机械化、自动化。生产线可自动计算棒材根数、自动打捆、自动称重、自动记录等。

3.2. 安徽马钢

3.2.1概述

马钢公司60万吨全连续棒材生产线于1998年12月正式投产。该生产线的主要工艺技术及关键设备由意大利POMINI公司提供,电控技术及主要电控设备由瑞典ABB电气公司提供,加热炉及其前后辅助设施由马鞍山钢铁设计院自行设计。该轧机具有20世纪90年代国际先进水平。

3.2.2工艺流程

工艺流程是：原料准备→称重、测长→加热→粗轧机组→倍尺飞剪→穿水冷却→中轧机组→精轧机组→冷床冷却→定尺剪→棒材打捆→成品入库

图表4马钢全连续棒材车间工艺平面布置简图

1-梁底组合式步进加热炉;2- 粗轧机组(6架);3-中轧机组(6架);4-精轧机组(6架);5-水冷却装置;

6-倍尺飞剪;7- 短尺(3.5～12m)收集系统8-冷床; 9-冷定尺飞剪;10-自动收集打捆装置

3.2.3工艺设备特点

3.2.3.1加热炉

侧进侧出梁底步进式加热炉为双框架结构,内部尺寸为23.8m ×16.8m,额定产量150t/h,最高产量170th,燃料为高、焦炉混合煤气。

3.2.3.2轧机

全线共18架轧机，粗、中、精轧机组各6架,均为无牌坊、短应力线、高刚度“红圈”轧机, 呈平-立交替布置。1#～10#轧机间实现微张力轧制,10#～18#轧机间采用立式可控活套, 实现无张力轧制,从而全线实现了无扭、微张力或无张力轧制。第14架和第16架轧机为平立可转换轧机。该轧机采用大断面连铸坯“一火成材”,开轧温度仅为950℃,并且1～4架轧机在国内首次采用了平辊轧制,选用的两种规格方坯,只需调整1～4架的辊缝在第5架即可实现孔型共用。

3.2.3.3轧线其它设备

精轧机组后设有穿水冷却装置,热轧件按Thermex工艺冷却。轧件经穿水冷却后可获得高屈服强度和高延展性的组织结构(屈服强度约可提高150～230MPa),能使二级钢筋达到三级钢筋水平。

倍尺飞剪提高了冷床利用率, 冷定尺飞剪保证了剪切精度和成品的定尺率。自动计数, 自动打捆。全线采用瑞典ABB 公司专为棒材生产线开发的ABBasterRNS分级控制系统,具有完备的数据采集、控制、监视、跟踪和通讯功能。

3.3. 河北承钢

3.3.1概述

承钢棒材厂具有全套引进当今世界最先进的意大利达涅利（DANIELI）公司连续棒材生产设备，设计产量80万吨/年，于2003年年底投产。产品规格为Φ12～Φ50mm各种螺纹钢、Φ18～Φ60mm圆钢，坯料为1652方，长度为12m。现已经具备100万吨/年的生产能力。

3.3.2工艺设备流程

3.3.2.1加热炉

侧进侧出上、下供热全液压步进梁式加热炉，双框架结构,内部尺寸为21.9m ×12.8m,额定产量150t/h，使用高炉煤气为燃料。

3.3.2.2轧机

全线由18架轧机组成，平立交替、顺序布置，为粗轧、中轧、精轧6－6－6布置。轧

机全部为高刚度短应力线轧机平－立交替布置。

粗轧机组由六架（Φ750×4＋Φ550×2）高刚度短应力线轧机组成。

中轧机组由六架（Φ550×2＋Φ430×4）平、立布置的高刚度短应力线轧机组成，且后三架轧机之间设有活套装置。

精轧机组由六架（Φ380×6）轧机组成，其中16、18架为平立可更换轧机，14架为立辊轧机，其他为平辊轧机。各架轧机间设有立活套，单线生产时可实现无张无扭轧制。为提高生产率，对于φ16～φ20mm的螺纹钢产品，本生产线采用二切分轧制。钢坯在精轧机组中轧成成品尺寸，速度最高可达18m/s。

3.3.2.3轧线其它设备

精轧机组后还设置了螺纹钢穿水冷却装置（即QTB系统），通过此工序，螺纹钢产品的强度可提高一个等级。该设备根据产品的生产方式，由多组水冷装置组成，分别适应二线切分、单线穿水冷却和旁通辊道。

在线配备光学测径仪，可及时显示钢材成品直径，提高产品精度和成材率。

配备在线自动打捆机，很大程度上降低了工人劳动强度，提高了生产率。

4.棒材发展的新技术

4.1全短应力无扭高速轧制

目前国际上先进的生产线，像意大利ABSIWNA厂，就采用全短应力线平立交替无扭轧制.

4.2大批料低能耗。

全热装式热送直接轧制技术，以日本NKK高森厂为代表的大批料直接轧制，边角补热的方式是降低成本，提高产品竞争力的有效途径。我国有数家工厂也做过一些尝试。目前广泛应用的是连铸热装、蓄热式加热炉等。

4.3无头轧制

无头轧制是将已咬入粗轧机的前一根钢坯的尾部，与下一根从加热炉中出来的钢坯的头部能过闪光焊焊接成一根钢坯。无头轧制具有以下优点：（1）消除了坯料间隔时间，从而了增加了纯轧制时间；（2）冷床上不再有短尺存在，冷却效率提高；（3）轧制过程中不需要切头、尾操作，提高了金属收复率；（4）减少了轧制中的事故；（5）减少了轧辊的消耗量和设备；尽管在焊接区略有脱碳现象，但对建筑用材和优质钢没有问题。

4.4控轧、控冷超级钢技术。采用低成本材料生产高强度（400MPa）螺纹钢筋是我国的“973”科研项目，在淮阴、南钢、三明等棒材厂进行了尝试，并取得了一些成绩，预测很快会有产品进入市场。2002年新上项目基本上都同时考虑了生产超级钢的可能性。

4.5多线切分技术。国内两线切分技术已经得到了广泛应用，三线切分技术目前也在几家轧钢厂得到成功应用，并取得预期效益。四线切分仅广钢从巴登引进，目前尚不稳定。随着材料研究的深入，高强度钢在市场上所占的比重会越来越大，用小规格产品替代原来的中大规格已经成为必然的趋势。熟练掌握并应用好多线切分技术对连轧棒材生产线是十分必要的。

4.6成卷交货技术的应用。国外的轧机，尤其是棒线材复合生产线，生产8～16mm 螺纹钢，并以成卷状态交货，大大方便了客户不同的要求。尤其是高速公路、机场、大型桥梁等用户。近年来又有设备制造公司专门为棒线材生产线设计制造的卷取机。像意大利的POMINI公司，最大规格可以卷取25mm以上的棒材。这些产品除直接供客户使用外，大部分进行深加工，直接送到工地。

4.7螺纹钢的深加工。国外的建筑市场已基本实现机械化，而且由于劳动力成本等原因，使得客户愈来愈多地面向加工配送中心订购螺纹钢深加工制品，而不是直接向钢厂订货。这样，客户可根据自己的建设进度，要求螺纹钢加工线每天运来螺纹钢制成品，要求混凝土配送公司每天按量按时送到工地，施工现场只需将螺纹钢制成品放好联接，直接浇混凝土，这可大大提高建筑工效，且管理简捷、高效、成本低。我国的大城市像北京、上海、重庆，有许多公司已经开始做类似这样的工作。许多钢铁厂都在积极筹建自己的配送网络。国内已有部分深加工设备加工钢筋焊网、矫直、弯曲、切断设备等。钢铁产品深加工延伸服务，正是许多钢铁厂经理们苦苦思索，谋求减员增效的一条出路。

4.8硬质合金辊环在连轧棒材生产线上的应用。由于生产小规格产品和降低制造成本的要求，许多生产厂开始采用硬质合金辊环。目前应用较多的是德国SAAK的组合辊环。国内有5家公司也开始生产并投入应用这种辊环。从其使用效果看，与国外进口的差距不大，但加工难度很大。国内硬质合金生产厂家应当着重解决这种辊环的车削和刻槽的方法和刀具的难题，只有可机加工硬质合金才会得到广泛的应用。

4.9自动计数技术。最新的自动计数是采用光学摄像机配合CCD处理系统，可以精确读取每捆的根数，但不能在线自动分捆。传统的激光测数，受操作、维护的影响，精确程度受到限制，但如果分层处理得好，确保每层钢分别很清的话，还是计得很准的。解决自动

计数也可以从钢坯优化、倍尺优化上做工作，冷剪前计齿条动作，让每批钢的根数保持一致，也可保证每捆的根数严格一致。

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