高速线材工艺设计

高速线材车间工艺设计及帘线钢质量控制技术

摘要

本设计是依据鞍钢线材厂设计的年产量55万吨的高速线材车间工艺。典型产品为

Q235、Φ6mm的线材。设计说明书包括文献综述，车间工艺设计，专题三个部分。在综

述部分叙述了线材的基本知识和当前线材生产的状况。设计部分（从第二章到第九章）

主要包括产品方案及工艺流程的设计及制定、生产设备的选择、工艺参数的计算及校核、年产量计算、导位装置及轧机调整、车间平面布局设计及图纸绘制，还有技术经济指标

与环保措施。专题部分主要阐述了对帘线钢质量控制的方法及研究。

关键词：高速线材；生产方案；孔型设计；校核；帘线

钢

High-speed wire rod plant process design and quality control of steel cord

Abstract

This design which is based on Anshan Iron and Steel Wire Factory is planted 550,000 t annual workshop for high-speed wire rod plant technology. Typical produce is the Q235,

Φ6mm wire. Design specification includs literature review, workshop process design and

project. The literature review part describes the basic knowledge of wire rod production and

the current situation. Design part (from chapter to chapter IX) describes the main program and

the process of product design and development, production and equipment selection, process parameter calculation and checking, annual basis, the guide position adjusting device and

mill,

shop flat design and layout drawings, as well as technical and economic indicators and environmental protection measures. The major topics describes method and technology in quality control of steel cord.

Keyword：High-speed wire; production program; pass design; check;

Steel Cord

目录

摘

要............................................................................................................................................I Abstract...................................................................................................................................II 1文献综

述..............................................................................................................................1 1.1线材生产的基本知识...................................................................................................1 1.1.1线材的定

义.........................................................................................................1 1.1.2线材的种

类.........................................................................................................1 1.1.3线材的品种与用

途.............................................................................................1 1.2生产工

艺.......................................................................................................................4 1.2.1线材的生产工艺流

程.........................................................................................4 1.2.2线材的生产特

点.................................................................................................4 1.2.3线材生产轧机布

置.............................................................................................5 1.3产品的质量控

制...........................................................................................................6 1.3.1坯料控

制.............................................................................................................6 1.3.2加热控

制.............................................................................................................7 1.3.3轧制控

制.............................................................................................................8 1.3.4冷却控

制.............................................................................................................8 1.4生产的发

展...................................................................................................................9 1.4.1轧制速度进一步提

高 (9)

1.4.2采用减径定径机

组 (10)

1.4.3无扭轧机...........................................................................................................12 1.4.4低温轧制技术...................................................................................................12 1.4.5采用控制轧制和控制冷

却...............................................................................12 1.4.6无头轧

制 (13)

1.4.7采用低温轧制和温控轧制技

术.......................................................................13 1.4.8广泛采用在线测径及涡流探伤仪...................................................................13 1.4.9高线轧机的其他新设

备...................................................................................13 1.5本设计的目的和意

义.................................................................................................14 2产品大纲及金属平衡表制定......................................................................................15 2.1产品方案的确定.........................................................................................................15 2.1.1产品方

案...........................................................................................................15 2.1.2产品大

纲...........................................................................................................15 2.2坯料的确

定.................................................................................................................15 2.2.1坯料的选

择 (15)

2.2.2坯料的技术条

件...............................................................................................16 2.2.3对表面质量与内部质量的要求.......................................................................17 2.3生产方案的确

定.........................................................................................................18 2.4金属平衡表的制

定.................................................................................

(19)

3主要设备选择及其参数设

定......................................................................................20 3.1加热炉.........................................................................................................................20 3.2轧机参

数.....................................................................................................................22 3.2.1粗轧机组设备参

数...........................................................................................22 3.2.2中轧机组设备参

数...........................................................................................23 3.2.3预精轧机组设备参

数.......................................................................................24 3.2.4精轧机组设备参

数...........................................................................................25 3.3冷却设

备.....................................................................................................................26 3.4辅助设备性能参

数.....................................................................................................28 3.4.1飞剪、摆动剪、卡断

剪 (28)

3.4.2吐丝

机...............................................................................................................28 3.4.3集卷筒...............................................................................................................29 3.4.4立活套、侧活

套...............................................................................................29 4产品工艺制度制定.........................................................................................................30 4.1生产工艺流程.............................................................................................................30 4.2加热制度的制

定.........................................................................................................31 4.2.1加热目

的...........................................................................................................31 4.2.2加热温

度...........................................................................................................31 4.2.3钢坯的加热速度和加热时

间...........................................................................32 4.3轧制温度的确

定.........................................................................................................33 4.4延伸系数的确

定 (34)

4.4.1轧制道次的确

定...............................................................................................34 4.4.2各道次延伸量的确定.......................................................................................34 4.5冷却工艺的确

定.........................................................................................................35 5孔型设计............................................................................................................................36 5.1孔型设计的基本内容.................................................................................................36 5.1.1孔型设计的内

容...............................................................................................36 5.1.2孔型设计的要

求...............................................................................................36 5.1.3孔型的分

类.......................................................................................................36 5.1.4孔型设计的原

则...............................................................................................36 5.2线材生产中的孔型系

统.............................................................................................37 5.2.1孔型类

型...........................................................................................................37 5.2.2线材中孔型系统选择分

析...............................................................................37 5.3孔型设

计.....................................................................................................................38 5.3.1圆孔型设

计.......................................................................................................38 5.3.2椭圆孔型设

计...................................................................................................39 5.3.3箱型孔型设

计...................................................................................................40 5.3.4连轧常数及轧制速

度.......................................................................................40 6轧制力能参数及设备校核......................................................................

(42)

6.1摩擦系数确

定.............................................................................................................42 6.2轧制力计

算.................................................................................................................42 6.3咬入能力校

核.............................................................................................................44 6.4轧辊强度校

核.............................................................................................................45 6.4.1粗轧机组轧辊强度校

核...................................................................................46 6.4.2中轧机组轧辊强度校

核...................................................................................47 7年产量计算.......................................................................................................................50 7.1轧机工作图表的绘制.................................................................................................50 7.1.1轧制节奏时间的确

定.......................................................................................50 7.1.2轧机工作图表的绘

制.......................................................................................51 7.2轧机年产能力计

算 (52)

7.2.1轧机平均小时产

量...........................................................................................52 7.2.2车间年产量计算...............................................................................................53 7.3加热炉生产能力计

算.................................................................................................53 7.4仓库面积计

算.............................................................................................................54 8车间平面布置及主要技术经济指标........................................................................55 8.1车间平面布置.................................................................................

............................55 8.1.1主要设备间距的确定.......................................................................................55 8.1.2车间原料仓库和成品仓库面积的确

定...........................................................55 8.2 车间主要技术经济指标和环

保..............................................................................56 8.2.1车间主要技术经济指

标...................................................................................56 8.2.2能源消

耗...........................................................................................................56 8.3环境保护对车间设计的要

求.....................................................................................58 9专题 帘线钢的质量控制技术.............................................................................60 9.1生产工艺.....................................................................................................................60 9.1.1

钢帘线的生产工艺...........................................................................................60 9.1.2钢帘线钢的生产技

术.......................................................................................61 9.2对钢帘线钢的质量要求及控制措

施.........................................................................61 9.2.1钢帘线钢的化学成

分 (61)

9.2.2夹杂物控

制.......................................................................................................62 9.2.3中心偏析...........................................................................................................62 9.2.4有害气体含量及残余元素的控

制...................................................................63 9.2.5表面质量及内部缺

陷.......................................................................................63 9.2.6结构特

性...........................................................................................................63 9.3钢帘线钢生产的现状和展

望.....................................................................................63 9.3.1国内外部分钢厂生产钢帘线钢的概

况...........................................................63 9.3.2

钢帘线钢高强度化的努力方向.......................................................................64 9.3.3钢帘线钢生产今后的展

望...............................................................................64 9.4结

论.............................................................................................................................65 附录A 计算机C 程序代码......................................................................

(66)

附录B 孔型

图 (70)

参考文献 (73)

结束语......................................................................

(74)

1文献综述

1.1线材生产的基本知识

1.1.1线材的定义

线材是热轧型钢中断面尺寸最小的一种。在我国一般直径在（5-9）毫米共八种规

格的成卷供应的热轧圆钢称为线材。线材因以盘卷交货又叫盘条。国外对线材的概念和我国的略有不同，除了圆形断面外也有其他形状，其直径由于需求量和生产技术的水平不同而不同。美国的标准规格规定线材的直径一般为（5.5-18.7）毫米，每个0.4毫米为一种规格。英国标准规定线材直径为（5.38-25）毫米。还有的国家把直径超过20毫米

称为成卷圆钢。

1.1.2线材的种类

（1）按钢的化学成分，线材可分为两大类：一是碳素钢，按含碳量多少又可分为

低碳钢，中碳钢和高碳钢；二是合金钢。目前线材的钢种主要是普通低碳钢，优质碳素钢，焊条钢，钢丝绳钢，不锈耐酸钢，耐热钢，滚动轴承钢等三十多种。

（2）按断面形状，线材有圆形，方形，椭圆形，梯形和异性等。异性和方形的一

般都较少而圆形的断面较多。

（3）按用途，线材可分为两种：一是直接做建筑材料用；二是做拔丝的原料。

1.1.3线材的品种与用途

线材一般用普通碳素钢和优质碳素钢制成。按照钢材分配目录和用途不同，线材包

括普通低碳钢热轧圆盘条、优质碳素钢盘条、碳素焊条盘条、调质螺纹盘条、制钢丝绳用盘条、琴钢丝用盘条以及不锈钢盘条等。

1．普通低碳钢热轧圆盘条（GB701-65），普通低碳钢热轧圆盘条由低碳普通碳素结构钢或屈服点较低的碳素结构钢轧制而成，是线材品种中用量最大、使用最广泛的盘条，故又称普通线材，简称普线。

主要用途：普线主要用于建筑钢筋混凝土结构作配筋用，也可冷拔拉制成钢丝，作捆扎等用。

2．普通低碳钢无扭控冷、热轧盘条（ZBH4403-88），无扭控冷、热轧盘条由无扭

高速线材轧机轧制后采取控制冷却制成，材质与普线相同，但无扭控冷、热轧盘条具有

尺寸精度高、表面质量好、较高的力学性能等优点。

主要用途：无扭控冷、热轧盘条尺寸精度分A、B、C三级。A、B、C级精度适用

于拉丝、建筑、包装和焊条等用途，B、C级精度适用于加工成螺栓、螺丝和螺母等。

3．优质碳素钢盘条（GB4354-84），优质碳素钢盘条是用优质碳素结构钢轧制而成。是线材品种中用量较大的品种之一。

主要用途：优质碳素钢盘条主要用于加工制造碳素弹簧钢丝、油淬火回火碳素弹簧钢丝、预应力钢丝、高强度优质碳素结构钢丝、镀锌钢丝、镀锌绞线钢丝绳等。

4．优质碳素钢无扭控冷、热轧盘条（ZBH44002-88），优质碳素钢无扭控冷、热轧盘条由无扭高速线材轧机轧制而成，轧制后采取控制冷却处理。与优质碳素钢盘条相比，具有尺寸精度高、表面质量好，有较高的力学性能。

主要用途：主要用途与优质碳素钢盘条相同。常用于制造碳素弹簧钢丝、油淬火回火碳弹簧钢丝、预应力钢丝、优质碳素结构钢丝，镀锌钢丝等。

5．制绳钢丝用盘条（YB349-64），制绳钢丝用盘条是优质碳素结构钢热轧圆盘条之一。

主要用途：制绳钢丝用盘条可用35、40、45、55、60、65、70、75、80和85钢号

的优质碳素结构钢制造。化学成分符合GB699（优质碳素结构钢技术条件）的规定。

6．制绳钢丝用无扭控冷、热轧盘条（ZBH44004-88），制绳钢丝用无扭控冷热轧盘和用优质碳素结构钢，在无扭线材轧机上轧制，轧制后控制冷却而制成。这样轧成的盘条，尺寸精度高，表面质量好，力学性能优越。

主要用途：主要用于拉制制绳钢丝和钢绞线钢丝。

7．碳素焊条钢盘条（GB3429-82），碳素焊条钢盘条由低碳优质碳素结构钢热轧制成。

主要用途：主要用于制造手工电弧焊焊芯。

8．碳素焊条钢无扭控冷、热轧盘条（ZBH44005-88），碳素焊条钢无扭控冷、热轧

盘条是在封锁扭线材轧机上轧制，并进行轧后控制冷却而制成。其尺寸精度高、表面质

量好、性能优越，是一种高质量的焊条钢盘条。

主要用途：主要用于制造具有药皮的电焊条钢芯的碳素钢热轧圆盘条。

9．合金结构钢热轧盘条（GB3077-82），合金结构钢热轧盘条由合金结构钢作材质

轧制而成。合金结构钢共有26个钢组、78个钢牌号。各生产厂依据需方要求及不同用

途选用各牌号进行生产。

主要用途：合金结构热轧盘条主要用于拉制钢丝、金属制品和结构件。

10．碳素工具钢热轧盘条（GB1298-86），碳素工具钢由优质或高级优质高碳钢轧制而成。加工性能与耐磨性能好，价格便宜。

主要用途：主要用于拉制钢比与制造工具等。

11．合金工具钢热轧盘条（GB1299-77），合金工具钢是在碳素工具钢的基质上加入铬、钨、钼、钒、硅、锰、镍和钴等合金元素而炼成的钢种。与碳素工具钢相比。它具

有淬透性好、热处理开裂倾向小、耐磨性与耐热性高的特点。合金工具钢热轧盘条由5

个钢组33个钢号的合金工具钢作材质轧制而成。分别由大连钢厂、本溪钢厂和陕西钢

厂等单位生产。

主要用途：适用于量具、刃具和冷、热作模具、耐冲击工具等的制作。

12．弹簧钢热轧盘条（GB1222-84），弹簧钢是用于制造弹簧或其他弹性元件的钢种。弹簧和弹性元件主要利用其弹性变性吸收与储存能量，达到缓和震动、冲击或使机件完

成某些动作为目的。由于它是在冲击、震动或长期均匀的周期交变应力条件下工作，因

此要求弹簧钢具有高的屈服强度，尤其要有较高的屈强比（屈服强度与抗拉强度之比）

和弹性高的疲劳强度、较高的耐高温和耐腐蚀等性能。弹簧钢还应有良好的表面质量。

弹簧钢有碳素弹簧钢和合金弹簧钢两类共17个牌号。

主要用途：弹簧钢热轧盘条主要用于生产各种用途的螺旋弹簧。

13．滚珠轴承钢热轧盘条（YB9-68），滚珠轴承钢简称轴承钢，是用来制造各类滚

动轴承的套圈（轴套）和滚动体（滚珠）的钢种。由于其用途的特殊性，要求轴承钢具

有高而均匀的硬度和耐磨性、高的弹性和疲劳强度。足够的韧性和淬透性，同时在大气

环境或润滑剂中具有一定的耐蚀能力。一些特殊用途的滚动轴承还要求具有耐高温、抗

腐蚀、无磁性、超低温、高精度、长寿命等性能。因此对轴承钢的选择和钢材质量要求

比一般钢材严格。轴承钢通常是指高碳铬钢，此外还有渗碳轴承钢、高碳铬不锈轴承钢。一般用于轧制滚珠轴承钢热轧盘条的钢号有5个。

主要用途：滚珠轴承钢热轧盘条主要用于制造轴承的钢珠（钢珠）等。

14．不锈钢盘条（GB4356-84），不锈钢盘条是由多种牌号不同组织体型的不锈钢材质热轧而成。

主要用途：不锈钢盘条主要用于制造不锈钢丝、不锈弹簧钢丝、不锈顶锻钢丝和不锈钢丝绳用钢丝。根据工业上的主要用途来区分，不锈钢盘条也有不锈钢和不锈耐酸钢

盘条之分。

15．焊接用不锈钢盘条（GB4241-84），焊接用不锈钢盘条与一般不锈钢盘条在化学成分上有所不同。为了保证其优良的焊接性能，提高焊缝质量，焊接用不锈钢盘条在成

分上的显著特点是含碳量低、磷、硫等有毒杂质少、镍、铬含量较高。

主要用途：主要用于制造电焊条钢芯和焊丝。

1.2生产工艺

1.2.1线材的生产工艺流程

线材轧机常分为粗轧、中轧、精轧机组，且各机组又可采用不同的轧机类型和布置。因此线材车间的布置是非常繁多的，其工艺工程必然有所差别，一般情况工艺流程：原

料准备→称重→加热→粗轧→（剪头）→中轧→预精轧→水冷→剪头→精轧→水冷→吐

丝→风冷→检查→收集→包装→称重→入库。

1.2.2线材的生产特点

（1）坯料的特点：线材坯料主要有初轧坯和连铸坯两种。为了减少轧制道次，从而减小轧制延续时间保证终轧温度，在供坯允许的前提下，坯料断面应尽可能小些。为了

增大盘重，则希望坯料长度大些。因此线材坯料一般较为细长。

（2）加热的特点：对线材坯料加热的要求是：在保证加热质量的前提下，加热温应尽可能高；各部温度均匀，但尾部温度应稍高，以减少轧后的轧件首尾温差；氧化铁皮少；为减少轧制温降，加热炉应尽量靠近轧机。加热常采用端进侧出或侧出方式。我国目前大部分线材车间采用推钢式连续加热炉。

（3）轧制特点：A.小辊径高转速:为解决小线径，大盘重和线材质量要求之间的矛盾，必须尽量增加轧制速度。目前线材成品出口速度已达100 m/s，并向着更高的速度

发展。为了减少能耗、增大延伸，现代线材精轧机组多采用小辊径，因此线材轧机的高速是通过小辊径，高转速得到的；B.机架多，分工细:线材产品断面比较单一，轧机专

业化程度较高，一般用套连轧或直连轧方式生产。由于从坯料到成品，总延伸较大，每架轧机只轧一道，因此现代化线材轧机一般为21～28架，多为25架，分为粗，中，精

轧机组，有时中轧还分为两组。为平衡各机组生产能力和保证产品精度，粗轧多采用大延伸、低转速和多槽轧制，而精轧则采用较小延伸、较高轧速和单槽多线轧制方案，即设置数列精轧机组，每组同时只轧一根线材。

（4）冷却特点：线材轧后冷却时的冷却速度和整根线材全长各部分冷却的均匀程度决定了线材的组织、性能、表面氧化铁皮的数量，因此线材轧后冷却是保证线材获得优质产品的重要环节。目前线材生产中有两种冷却方法：一类是采用水冷后运输机散卷风冷或空冷，这种类型中较典型的工艺有美国的斯太尔摩冷却工艺、英国的啊希洛冷却工艺、德国的施罗曼冷却工艺及意大利的达涅利冷却工艺等；另一类是水冷后不用散卷风冷，而用其他介质或用其他布圈方式冷却，如ED法和EDC法沸水冷却、流态床冷却、

DP法竖井冷却及间歇多段穿水冷却等。

（5）精整特点：线材冷却一般采用成卷冷却或散卷冷却方式。前者采用卷线机、钩式冷却运输机和收集大捆装置。后者采用水冷带、线圈形成器（吐丝机）、散卷冷却带、集卷装置和自动打捆机。

1.2.3线材生产轧机布置

线材轧机的布置形式是多种多样的，基本上只有3种，横列式，半连续式，连续式。

（1）横列式：是最早的线材轧机布置形式，几个机架横向单列，并由一台电动机传动，各轧机横向排列，各架轧机的轧辊转数相同，后来又逐步发展为多列式。同一机

列间用人工或围盘传送轧件进行活套轧制。

（2）半连续式：这种轧机的一种形式是粗轧机组为水平连轧机，中轧及精轧为多列横列式。粗轧为连轧，使效率提高、轧制周期缩短、温降比横列式小。另一种形式是粗轧机组为横列式或跟踪式，中轧及精轧为连轧或复二重式。这类轧机，中轧、精轧中有连轧也有活套，但活套很短，当轧制速度较大时，后面精轧机轧件还有温升。

（3）连续式：是指轧件同时在几个机架上或全部轧机上轧制，且各机架的金属秒流量相等。这种轧机根本上解决不了长活套大量散热问题，且轧制速度大为提高，大量变形能转化为热能，使精轧机组上的轧件产生温升。这种轧机设备布置紧凑，并且采用长钢坯轧制，轧件前端已经进入卷线机而尾部仍在炉内，这就保证了轧件在全长上温度均匀。因此线材盘重可随轧制速度的增加而不断增大。现在盘重已经不受头尾温差的限制，而是受到成品轧制速度、钢坯长度及盘重精整运输设备所限。

轧机的布置形式不同则线材的产量和质量也各异，一般来说横列式轧机的产量，质量都比较低，连续式轧机产量，质量都比较高，而半连续式轧机则介于二者之间。

1.3产品的质量控制

1.3.1坯料控制

控制线材质量的主要方法是选择适当级别的半成品或钢坯。坯料质量的好坏，直接影响到线材的生产和质量。坯料质量好，生产事故少，作业率高，产量容易保证，而且产品质量容易控制；若坯料质量不好，则事故不断出现，生产部正常。对于生产线材用钢坯，其缺陷分为表面缺陷和内部缺陷。表面缺陷在轧制过程中很难消除，最终会出现在产品表面或在轧制过程中造成轧制事故，因此这些缺陷必须清理。内部缺陷在轧制过程中不能消除，有的缺陷将会出现生产事故，这些缺陷如果带到线材中则使线材强度、韧性和塑性降低，在以后的拉拔过程中易发生脆断事故。

坯料的冶金质量对最终产品的质量起决定作用，产品的许多内部和外部缺陷究其原因是由于坯料的冶金质量不良所致。钢坯许多冶金缺陷不能靠宏观检查判断，而要靠控制冶金的全过程，从炉料、冶炼、炉外精炼、连铸等各个工序进行全面的质量控制，各个工序对上一个工序提出质量控制要求，才能保证产品的高质量。

对于表面质量要求很高的优质碳素结构钢和特殊钢，在轧制之前清除坯料表面缺陷对提高产品质量仍起着重要的作用。钢坯检查清理线包括如下工序：抛丸、超声波探伤、无损表面探伤、修磨。

采用短流程的钢铁生产工艺，将电炉炼钢、炉外精炼、连铸、轧机紧凑地布置在一起，连铸机与轧机用设备相连接，从连铸机送出的连铸坯不经冷却，直接送入轧钢车间的加热炉中补充加热，然后即送入轧机轧制，这种方法就是连铸坯直接热装工艺。其优点：（1）减少加热炉燃料消耗，提高加热炉产量。（2）减少加热时间，减少金属消耗，一般可比冷装减少0.3%的金属损耗。（3）减少库存钢坯量、厂房面积和起重设备，减少人员，降低建设投资和生产成本。（4）缩短生产周期，从接受订单到向用户交货可以缩短到几个小时。

1.3.2加热控制

加热炉操作的目的就是把钢坯加热到适合轧制的温度，在加热过程中应严格地

控制各段的加热温度，以防止钢坯局部过热和过烧。在实际生产过程中，脱碳控制是加热炉控制的难点，而许多重要线材产品的质量与表面脱碳有关。钢中的碳化物，既是强化相又是耐磨相，对于钢丝制品其使用寿命主要取决于它的疲劳强度和耐磨性，当表面脱碳严重时就直接影响这两项；对于弹簧钢，当表面脱碳超过0.1mm时，就会使疲劳

强度显著下降，淬火后，由于表面硬度和强度达不到要求，在交应力的作用下容易产生裂纹，使弹簧钢过早的失效，另外，由于淬火时各部分膨胀系数不一样，致使全脱碳层和部分脱碳层之间产生裂纹并迅速发展，引起失效断裂。脱碳层的厚度是线材产品的重要质量指标之一。由于影响脱碳过程因素众多，很难做到准确的控制，但借鉴国外线材厂生产经验，通过优化加热工艺，脱碳可以尽量避免。

在制定某一钢种加热工艺时，首先需要考虑的是化学成分。含碳量越高，碳的活度也越大，在加热过程中，通过扩散逸出而氧化脱碳，Si提高了钢中的c活度，容易产生

石墨化，因此也增加了钢表面脱碳倾向，Mn对脱碳的影响不大，Cr、V可以降低脱碳的

敏感性。其次是加热温度和在炉时间。加热温度越高，越易脱碳，在炉时间越长，脱碳也越严重，因此对于易脱碳的钢种应尽量降低加热温度和减小高温段的停留时间。有研究表明，高碳钢当加热温度超过1150℃时，脱碳层深度随加热时间的增加呈抛物线趋势增加，所以操作过程中应尽量缩短高温段的停留时间，出现待轧情况，应避免炉温停留

在l150℃附近。第三，炉内气氛控制。脱碳和氧化是同时进行的，在氧化性气氛中，脱碳就越严重。目前，对于国内大部分钢厂脱碳现象不能得到有效控制，笔者认为可能与炉内气氛的控制有直接关系。废气中残氧量正常情况应低于3％，但实际加热炉残氧量

在4.5％左右，甚至更高，残氧量控制明显偏高。残氧量与空燃比相关，空燃比越大，

过剩空气就会增加，残氧量也增加，因此，解决脱碳问题首先要控制好炉内气氛。

1.3.3轧制控制

在轧制过程中，由于晶格畸变，少部分的形变能转变为弹性位能存储于金属内部，大部分的形变能转换为内能进入轧件而引起轧件温升。热轧过程中再结晶和变形同时发生，在回复再结晶阶段，由于轧件温度较高，位错运动较为容易，因此将出现亚晶粒的长大或亚晶粒的聚集，从而使晶粒粗化。线材轧制为连续轧制，特别是在高速区，轧制速度快，轧件形变速度也快，轧制温升明显，在实际生产中通过在机架间设置水冷导卫和机组间设置水箱来达到控温以获得合适晶粒大小的显微组织。靠近试样边缘部分晶粒粗大，而心部的晶粒较为细小，而靠近边缘部分晶粒细小，而心部晶粒尺寸较大。造成试样的表面和心部组织的差异，分析认为与轧制温升控制有关。一般地，冷却速度越快，再结晶形核的驱动力越大，晶粒越细小。在线材生产中，轧制温升导致晶粒粗大。吐丝后热轧散卷在斯太尔摩风冷线上冷却，线圈表面的温度降低速度较心部快，但目前没有理论能够解释此种现象：冷却速度越快，晶粒越粗大。组织不均匀的原因不是由斯太尔摩风冷线控制不当引起，而与轧制过程中温升的控制有关。通过调整控冷工艺，严格控制精轧机、减定径机的入口温度，显微组织得到明显的改善。

1.3.4冷却控制

控冷技术是现代高速线材轧制重要技术之一，它直接决定线材成品的质量。线材轧制后的冷却方法通常有两类：一类是自然冷却；另一类是控制冷却。自然冷却盘卷具有内外卷温差大而导致的线材表面严重氧化、内部质量不合要求、机械性能低和拉拔性能差等缺点，为了解决传统线材轧制后冷却工艺的缺陷，早在1964年，由摩根公司和加

拿大斯太尔摩公司联合提出的斯太尔摩控制冷却工艺，经过近40年的发展，目前已经

成为应用最广、技术最成熟和使用最可靠的一种控制冷却工艺。现许多高速线材厂采用延迟型斯太尔摩冷却线，其特点如下：①可以适应不同钢种的需要，灵活地实现标准型冷却工艺和缓冷型冷却工艺切换；②辊式多段传动辊道，辊道速度可调；③风机数量多，

速度可变，风量可控；④辊道上设置落差，在风机风口处安装“佳灵”装置，改善线圈搭点处的冷却状况。在控制冷却工艺操作过程中，根据不同的钢种，通过设定不同的辊道速度，风机的台数，风机风量和保温罩的闭合等联合控制来实现不同的冷却速度。与其他传统的冷却工艺相比，斯太尔摩冷却工艺的优点相当明显，当前此冷却工艺使用过程中也存在一些问题，由于冷却线上线圈疏密不均，搭点处线材密度较大，由于冷却不均造成同圈性能存在差异，例如，2001年的统计数据表明，同圈强度差，宝钢为12.34 MPa，而浦项3线为10.09 MPa，可见控冷工艺的控制水平与一流线材生产企业还是存在差距。控制冷却直接影响到成品的质量，控制冷却的关键是根据不同钢种，一方面通过4#水箱严格控制吐丝温度，另一方面严格控制斯太尔摩冷冷却线的参数设定。另外，用此种冷却工艺，线材产品的质量受环境温度变化影响较为敏感，因此，随季节的变化，冷却工艺也应该注意做必要的调整。控制冷却工艺一直以来都是为人们重视的研究课题，只要不断的探索和研究，才能满足不断开发新的钢种的需要。

综上所述，可见坯料控制、加热炉操作、控制轧制和控制冷却是现代高速线材产品质量控制的关键环节，其控制程度对最终产品质量起到至关重要的作用。

1.4生产的发展

我固钢铁工业在改革开放以来取得了飞快的发展．1996年开始-我田钢产量已经连续四年超过l亿吨．但是，钢铁工业长期以来形成的租放式的生产方式依然蕾遗递存在，我口入关后将面临更激烈的市场竞争。钢铁铁工业今后发展的唯一出路就是加快结构调整的步伐，推广新技术的应用和装备的现代化．线材生产发展的总趋势是提高轧速、增加盘重、提高精度及扩大规格范围。自60年代第一台全新结构的摩根45°高速线材无

扭精轧机问世后，引起了线材生产领域的革命性变化。经过几十年不断的改进和更新换代，特别是80年代以来由于各项制造技术、自动化控制技术的发展、检测技术的进步，使线材生产达到了更高的水平。

1.4.1轧制速度进一步提高

由于各项制造技术、自动化控制技术的发展，检测技术的进步，使高速线材轧制速度已达120m/s以上，保证速度达112m/s。由此带来以下三个变化：

(1) 随着轧制速度提高，线材轧机的规格范围扩大到26mm左右，可生产一部分过

去只能由棒材轧机生产的产品。

(2) 由于轧制速度提高，单线轧机产量增加，故多建单线及双线轧机，并且出现将多线轧机改建为双线或单线轧机的趋势。

(3) 由于轧制速度提高，受入口速度限制的坯料断面允尺寸许进一步增加。目前，对l00m/s级的轧机坯料断面尺寸已扩大到l50mm~160mm方坯，也有的使用l80mm方

坯，这对于保证线材产品质量和连铸生产都是有利的。与此同时，坯料单重和成品盘重由于运输和开卷的原因仍维持在2t~2.5t之间，没有进一步增加的趋势。为适应高速轧制，过去常用的中轧机组出口处的围盘己被取消，采用了直线的布置。

为抵消高速轧制时产生的过大温升，须采用无扭精轧机前的预水冷，并须在无扭精轧机内设置机架间水冷装置，在任何情况下，进无扭精轧机的轧件温度不能高于1000℃。机架间水冷一般设置于圆断面道次，为此将机架间距加大到l200mm 。

1.4.2采用减径定径机组

减定径机组：

减定径机组是近年来在高速线材轧机上采用的一项最新技术。随着轧速的提高，轧件温升变得更加剧烈，会使轧件内部组织恶化，这就限制了轧速的进一步提高；另外，随着市场要求多品种、小批量订货的增多，必需频繁更换轧制计划；再者，线材用户要求产品质量包括尺寸精度、表面质量、机械性能等进一步提高。在这些方面，传统高线轧机显出了它的一些不足。在这种客观需要下，各主要供货厂商相继开发出了减定径机组，主要有(MORGAN) 和达涅利(DANIELI)两种型式。

摩根(MORGAN)公司开发的减定径机组RSM机组由4架组成，前两架为减径机组，后

两架为定径机组。由一台3200kw 左右调速电机经两级减速箱驱动。机架型式均与精轧

机组相同，为悬臂式结构，采用碳化钨辊环，呈项交45°布置，机架间距十分紧凑。采用减定径机组后，粗、中、预精轧和8架无扭精轧机只有一套孔型，所有成品均由4架

减定径机组上轧出。4架的孔型系统为椭一圆。4道的延伸较小，平均为8％～16％，减

径机组最大约为20％，定径机组约为4％。各架速比可根据需要改变，以适应不同成品

规格所需的不同延伸率。轧件在各架间为微张力轧制。由于采用上述变形均匀的孔型系统且延伸很小，故可使成品尺寸精度提高。该机组布置在无扭精轧机下游，无扭精轧机

由传统配置的10架减为8架。在无扭精轧机组与减定径机组之间设有水冷箱及温度恢

复区。轧件经8道次精轧其温升较传统10架机组为小，然后经水冷可将轧件温度冷却

到750℃～800℃，然后进入减定径机组，给以一定程度的变形压下量，这就是控制轧制。在轧制合金钢和高合金钢时，中间冷却解决了多道次连续轧制导致的过高温升，故这些钢种也可以提高轧制速度。改变产品规格时，只需更换减定径机组辊环。该机组设有机架快速更换装置，可实现4架同时更换，也可单架更换：同时，也可以只进行辊环更换。这样就节省了换辊时间，提高了轧机利用率。减定径机组与无扭精轧机组之间的速度控制采用电气“锁定”控制，轧件在此两机组间为微张力轧制。

减径机组：

为减少投资，摩根公司还推出了只有两架的减径机组方案，其传动系统大大简化。在这种情况下，精、中、预精轧、精轧就需要2个孔型系统。达涅利(DANⅢU)公司开发

的双模块机组(TMB) 与摩根公司的减定径机组大同小异。其不同是将4架减定径机组分

为两组，各由一台调速电机驱动，故称为“双模块”。每一模块有两种速比，机组间无活套，速度控制同样采用电气锁定方法，这样就允许将机械部分的减速箱大为简化。

减定径机组的优越性:

（1）对5.5mm~20mm全部范围产品可达到±0.1mm的高精度公差，椭圆度可达

0.1mm；

（2）简化孔型，减少了轧辊更换和轧辊储备；

（3）减定径机组采用快速更换装置，轧机利用率可提高10％～15％；

（4）可进行750℃～800℃低温轧制，细化晶粒，改善线材性能；

（5）可进行自由尺寸轧制；

（6）保证轧制速度可提高到112m/s，合金钢轧速可提高到与碳钢相同；

（7）可生产5.0mm线材；

（8）经减定径机组轧制后，头尾可不切除，收得率可提高到97.5％。

预计这项技术将会有一定程度的推广。我国采用这项技术滞后不多，今后也还会有

一些企业采用。但此项设备引进费用较高，应尽快研制国产装备。

1.4.3无扭轧机

以往预精轧机组为单独驱动悬臂机架，平立交替布置。而最新的线材轧机将无扭精轧机组的概念扩展到预精轧机组，这种轧机结构与无扭精轧机组相同。采用悬臂辊环、顶交45度布置、油壤轴承。轧机规格有两种：两架一组集体驱动，称为“微型无扭轧机”。其优点是轧机重量轻，基础减小；轧机强度高；可省去一个机架间活套；主电机为2套，其造价比常规预精轧机可减少22％。国内外至少已有15套轧机采用了这种新

型预精轧机。

随着轧制速度的提高和追求高生产率，无扭精轧机组最后一架轧出的成品尺寸逐渐增大。最初为Φ6.35mm，现在已选Φ9.5mm。同时成品尺寸上限加大到Φ26mm，使进

线尺寸相应加大。再加上低温轧制的因素，都使轧制负荷急剧增加。为此，通过对油膜轴承的改进，开发了重负荷及超重负荷无扭精轧机组。其中Φ230mm重负荷机架设计

轧制力达285KN。

采用全线无扭的布置无疑可大大减少因轧件扭转造成的表面及内部缺陷和废品，可提高成材率和轧机利用率。单线的布置则为全线无扭提供了可能。粗轧机组由于不能采用活套故采用微张力控制系统，为此，粗中轧机各架均采用单独传动以便电控系统调整。

1.4.4低温轧制技术

采用低温轧制可降低燃料消耗，减少脱碳、烧损，改善轧件表面质量。但需将轧机强度及电机功率提高。目前最新的轧件开轧温度可至850℃，进无扭轧机温度也可低至850℃，进减定径机温度可低至750℃。与此相应，开发了重负荷及超重负荷无扭精轧机组。

1.4.5采用控制轧制和控制冷却

控制轧制和控制冷却技术在现代线材生产中有着很大发展。其优越性是可以改善金相组织和机械性能，并可省略或简化后步热处理工序。控制轧制是在精轧或定径机组前设置水冷箱，将轧件冷却至700℃～750℃然后进行最后阶段的轧制。控制冷却包括水冷和风冷两部分。水冷普遍采用温度自动闭环控制。运输机目前采用较多的是延迟型辊式