高速线材精轧机组孔型系统的研究与应用

高速线材精轧机组孔型系统的研究与应用杨茂麟，吴经理，吴俊（首钢水城钢铁（集团）有限责任公司，贵州六盘水５５３０２８）

摘要：本文根据水钢轧钢厂二高线实际生产情况，通过分析该生产线孔型多系列的特点，将３套基本孔型系列设计为１套孔型系列，解决了二高线更换规格时间长、辊环库存量大等问题。关键词：孔型系统；优化改进；精轧机组；导卫

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１前言高速线材是钢铁产品的重要品种之一，广泛应用于建筑和工业制品，目前世界范围内线材年产量占世界钢材总产量的１０％左右。我国是世界上线材产品产销量最大的国家，线材产量占世界线材产量的４０％左右。经过近几年的发展，线材的产品品种和规格范围在不断扩大，产品质量有了飞跃性的提高，满足了经济发展的需求。我国已经成为线材生产和出口大国，生产技术和装备水平也属世界一流，现在国内还有一些钢铁企业正在准备建设高速线材轧机替代老式线材轧机，也有一些早期建设的高速线材轧机这几年正在酝酿更新改造，高速线材轧机技术在线材行业正在得到迅速普及。在钢铁行业处于同质时代的今天，各个厂家都在千方百计进行降本增效，减少备件采购的资金占有量，降低生产成本。首钢水城钢铁（集团）有限责任公司于２００９年１０月筹建高速线材生产线，２０１１年６月开始热负荷试车并生产。该高速线材生产线全线采用高速无扭轧制，主要生产普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、合金结构钢、冷镦钢、弹簧钢、焊条钢等钢种。原料为１５０ｎ３＿ｌｎ×１５０ＩＩｌｍ×１２

Ｉｎ的方坯，产品规格为光面盘条０５．５～

２０ｍｌｎ，螺纹钢筋ａ６～１６１１３１＂１＂１，年设计生产能力为５０万ｔ，速度为９０ｍ／ｓ。

２高线孔型系统目前国内高速线材生产线精轧机孔型配置有两种‘１１：（１）配置有减定径轧机的精轧机采用一套孔型，再通过减定径机组实现成品；（２）未配置减定径轧机的精轧机有多套孔型系统。２．１减定径孔型系统高速线材减定径机组紧接着精轧机组。减定径机组的主要作用是简化了孔型系统，减少了换辊时间。虽然减定径孔型系统仅通过调整减定径轧机辊缝值来实际各规格产品生产，但投资费用较高。

２．２未配置减定径轧机多孔型系统常规高速线材精轧机采用的未配置减定径轧机多孔型系统有ＭＯＲＧＯＮ型、ＤＡＮＩＥＬＩ型和ＰＯＭＩＮＩ型，它们一般采用４５～５５个基本孔槽轧制９０５．５～２０．Ｏｍｍ规格产品。２．３首钢水钢二高线孑Ｌ型系统首钢水钢轧钢厂第二高速线材生产线精轧机采用国产摩根Ｖ代轧机，前５架为８寸轧机，后５架为６

９３９寸轧机。该生产线１Ｈ～３Ｈ孔型采用箱形孔型系统，４Ｖ～１８Ｖ、１９”～２８噪用常规的椭圆一圆孔型系统，其孔型配置见图１。

图１二高线孔型配置图从图１中可以看出，该精轧机组采用多套孔型系列，设计了３大系列，轧制所有规格产品，即０５．５ｒｎｌｌｌ

孔型系列轧制０５．５ｍｍ、０７．Ｏｍｍ、０８．５ｍｍ、０９．Ｏｍｍ、ｏｌｌｍｍ，０１１．５ｍｍ、０１３．５ｍｍ、０１４．Ｏｍｍ、０１４．５ｍｍ；

０６．０ｍｉｌｌ孔型系列轧制０６．Ｏｍｍ、０７．５ｍｍ、９８．５ｍｍ、ａ１２．Ｏｍｍ、０１５．Ｏｍｍ、０１５．５ｍｍ；ａ６．５ｒｌｌｉｎ孔型系列轧制０６．５ｍｍ、０８．Ｏｍｍ，ａ１０．Ｏｍｍ，０１０．５ｍｍ，０１２．５ｍｍ，０１３．Ｏｍｍ，ａ１６．Ｏｍｍ，基本孔型为５２个。结合轧钢厂两条高线设计现状，第二高速线材生产线主要轧制Ｑ５．５ｍｍ盘圆、（ｐ６．Ｏｍｍ盘圆及盘螺、（ｐ６．５ｍｍ盘圆、（ｐ８．Ｏｍｍ盘圆及盘螺、ｃｐｌＯ．Ｏｍｍ盘圆及盘螺、ｃｐｌ２．５ｍｍ盘圆等产品。在实际生产中，轧钢厂必须准备‘ｐ５．５ｍｍ、Ｉｐ６．Ｏｍｍ、ｃｐ６．５ｍｍ规格３个系列的辊环与工艺件，且每一孔型系列还需准备３～４套辊环备件，从而造成资金积压；另外，Ｑ５．５ｍｍ、ｃｐ６．Ｏｍｍ、（ｐ６．５ｍｍ规格互换时，精轧机组１０架需更换全部辊环，改轧时间长，不利于生产组织。

３孔型优化改进为了减少轧钢厂二高线产品规格更换时间和精轧机组辊环备件量，降低辊环消耗和提高轧机作业率，轧钢厂经过论证，决定对该生产线精轧孔型进行研究改进，以降低工艺影响时间，减少备件的采购资金。

３．１精轧孔型系统改进方案对原设计的孔型系列简单化，将３套孔型系列改进为一套孔型系列【２】，具体孔型配置见图２。二高线孔型系统优化改进后，有利于换规格后生产顺利进行，减少轧辊、辊环、导卫、轧槽更换次数，节约时间，提高轧机作业率及降低能耗。孔型统一能够降低轧辊、辊环、导卫总成等的库存量，节约备品备件费用，确保换规格后生产顺利进行，并减少轧线换品种、规格的调整、调试时间，简化轧制工序，降低生产成本【ｊＪ。

３．２高线精轧连轧常数高线精轧机组是集体传动，只对１～２个机架的孔型进行重新设计，很难达到孔型系列优化目的。所以，需要对整个高速区域的孔型系列设计思路进行重新考虑和优化。在连续轧制中，轧件同时在２个或２个以上的机架中轧制，并且各架体积秒流量相等，被称为金属秒流量相等原则（图３），用公式（１）进行计算。图２二高线改进后孔型配置图图３连轧过程示意图Ｖ１‘Ｆｌ＝Ｖ２・Ｆ２＝……叫。’Ｆ。（１）

式中，

ｖ１、Ｖ２，……，Ｖ。为第ｌ，２，……，ｎ道次轧件的出口速度，ｍ／ｓ；Ｆ１，Ｆ２，……，Ｆ。为第ｌ，２，……，ｎ道次轧件轧后的出口面积，ｍｍ２。将各机架轧辊工作直径Ｄ，轧辊转数Ｎ和轧件的前滑代人公式（１），则Ｆｌ・ＤｒＮｒ（１＋Ｓ１）＝Ｆ２・Ｄ２・Ｎ２。（１＋Ｓ２）＝……＝Ｆｎ＇Ｄｎ＇Ｎｎ’（１＋Ｓｎ）（２）式中：

Ｄｌ，Ｄ２，……，Ｄｎ为第１，２，……，ｎ机架轧辊工作直径，ｍｍ；ｓ１，ｓ２，……，ｓ。为第１，２，……，ｎ道次轧件的前滑值；Ｎ１，Ｎ２……，Ｎ。为第１，２，……，ｎ机架轧辊转数，ｒ／ｒａｉｎ。由公式（２）可知，影响连轧秒流量值变化的因素有轧件轧后断面积Ｆ，轧辊工作直径Ｄ，轧辊转数Ｎ和轧件前滑值Ｓ。对已有的集体传动轧机进行孔型优化时，由于各机架轧辊的转数已经确定并且固定不变，因此，要保持各机架秒流量相等，只有靠调整各机架轧件形状尺寸以及轧辊工作直径来解决。

３．３延伸配置在不改变现有设备功能和结构，以及不增加费用的前提下，主要通过在精轧机集中传动的恒定（见表１）情况，把精轧机不同孔型系列的产品延伸系数重新分配。

９４１表１精轧机组减速比及其比值精轧机组各架延伸系数的分配，除第一架外，大体上是均匀的，为满足多种规格产品的供料要求，在精轧机组第一道次椭圆孔型内的延伸系数波动范围比较大，一般为１．１５～１．３５。其他道次的延伸系数，在椭圆孔型和圆孔型中也有所不同，在椭圆孔型中延伸系数为１．２３～１．２９，在圆孔型中延伸系数为１．２ｌ～１．２７，Ｑ５．５～６．５ｍｍ两规格精轧机组延伸系数见表２。

表２修改后代表规格精轧机延伸系数

从表２中可以看出，同一机组不同道次的椭圆孔型延伸系数的波动值为Ｏ．０１５～０．０４，在同一机架次轧制不同产品时延伸系数的波动值为０．００２—０．０３；同一机组不同道次的圆孔型延伸系数的波动值为０．０１５～０．０４１，在同一机架次轧制不同产品时延伸系数的波动值为ｏ．００６。０．０４。３．４孔型设计从图２中可以看出，用极少量的基本孔槽样板的孔型，经调整辊缝值后可以得到多种不同尺寸的孔型；用一组孔型系统，采取甩后部机架的方法，生产多种规格线材；该孑Ｌ型系列仅用了３３个基本孔槽，就二高线现所轧规格孔型系列仅用了２０个基本孔槽。３．４．１孔型参数【４１将精轧机组１８’～２６等Ｌ型系统采用原设计的０６．０ｉｌｌｎｌ孔型系列，仅对２６等Ｌ型进行了改进，具体孔型

参数如图４所示。印４．４９

１４．８９１９２１２２４７得’５５ｈ●————¨１６．３２２３图４高线１８＃－－－２６＃孑Ｌ型系统

精轧机组２７８—２８４孔型系统仍采用原设计的０５．５、０６．０、ｏ６．５ｍｉｌｌ孔型系列。

３．４．２轧线红坯尺寸及辊缝值以０５．５ｍｍ规格为例，所有规格粗、中轧１Ｈ～８Ｖ红坯尺寸保持相同，工艺改动部分少，调整变化量少，从而提高试轧过程的平稳性，减少调试难度和试轧故障；从中轧９Ｈ轧机起，对各机架红坯尺寸和轧制速度进行了重新设计、调整，并重新制定各个规格９Ｈ至１４Ｖ轧机的红坯尺寸及１５“至２８”轧机的辊缝值，见表３。

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