線材單一孔型系統的設計及減定徑孔型的構成

劉洪濤，朱大可，肖士偉，謝紅委

（山東鋼鐵集團永鋒淄博有限公司，山東 淄博256400）

1　前言

當前線材生產已摒棄舊有的復二重生產方式，在向優質、高產和低消耗方向發展，質量上也在要求多種規格，精密公差，光潔表面，大單重，細晶粒度，少氧化鐵皮，高拉拔性。為保證高速無扭線材的軋制精度和質量要求，必須設計與其相適應的孔型系統。目前，在45°無扭精軋機上常采用含減定徑匹配的橢圓—圓—圓—圓孔型系統的單一孔型系統。單一孔型系統是指用一套孔型系統與減定徑（或雙模塊）成品孔型相匹配，通過精軋機道次的增減替換來實現所有軋制規格共用的孔型系統。本研究對線材單一孔型系統的設計及減定徑孔型的構成進行了探討。

2　單一孔型系統的構成及特點

高速無扭線材軋機的孔型因軋機不同而不同。為了實現品種鋼軋制規格范圍大、道次多、單根、高速、無扭、恒微張力軋制的工藝特點，精軋機常采用橢圓—圓孔型系統。同時，為保證軋制精度和光潔表面的要求，成品采用減定徑（或雙模塊）機組，用橢圓—圓—圓—圓孔型系統［1］。軋機組成可分為粗軋、中軋、預精軋機組、精軋機組和減定徑（或雙模塊）機組。規格為Φ5～Φ25 mm盤圓，軋制規格范圍大，道次從24～32個不等。普通孔型系統設計只能道次隨規格大小由多向少遞減，相應軋制速度也隨傳速比的增大而減小，由最大100 m/s到20 m/s，幅度較大。同時，進入精軋機的軋件尺寸也要隨規格相應改變，所以精軋機孔型隨規格必須按系列執行。規格更換必須按系列換輥，否則無法正常軋制生產，費時、費力，影響作業率（見圖1）。

圖1　高速無扭線材軋機原孔型系統

改進后的孔型系統見圖2，可以看出，Φ5.5 mm、Φ7 mm、Φ8.5 mm、Φ9 mm規格為一個系列，Φ 6 mm、Φ7.5 mm、Φ12 mm規格為一個系列，Φ6.5 mm、Φ8 mm、Φ14 mm、Φ16 mm規格為一個系列。不同系列更換規格必須全部更換輥環。而采用帶有減定徑（或雙模塊）精軋機組的單一孔型系統，減定徑（或雙模塊）精軋機組為成品孔型單獨一套，軋制速度可按最高秒流量隨規格固定，設為最大，其他孔型在預精軋和精軋機組中孔型共用，可隨機組道次集傳速比隨意進行更換或參數調整。因此，采用單一孔型系統換輥方便，成品速度高，產量高，質量好。

圖2　高速無扭線材軋機改進后的孔型系統

3　單一孔型系統軋制參數設計

3.1　設計原則

連軋機工作特點是必須遵循“秒流量”相等的原則，即：單位時間內經過任一截面的金屬體積必須相等，其方程式如下：

式中：B、H、V分別為軋件的寬度、高度、水平速度，Q為軋件截面積。由式（1）、式（2）可得：

將式（5）代入式（4）再代入式（3）可得（忽略前滑）：

式中：D為軋件軋輥工作直徑，D0為軋輥原始輥徑，Qn為軋件面積，b為軋件寬度，s為輥縫。

3.2　軋制參數分配設計

由于精軋機中各道次的集傳速比已固定。即：各道次集傳速比l1、l2、l3……ln已知。精軋機各道次輥環速度公式為：

其中由于集傳（1個增速箱轉速）N1=N2，可得：

式中ω為本道次延伸系數。將式（8）、式（9）代入式（3）可得：

即：集傳精軋機中每個道次延伸系數與相鄰兩機架輥箱速比（I）成正比與兩孔型工作直徑（D）成反比。45°無扭集傳精軋機橢圓—圓孔型的各道次延伸系數ω=1.2～1.35。減定徑（或雙模塊）橢圓—圓—圓—圓孔型延伸系數ω=1.01～1.15。

3.3　變形系數

45°無扭集傳精軋機采用橢圓—圓孔型系統，寬展系數圓孔型β=0.3～0.4，橢圓孔型β=0.6～0.7。采用Z.烏薩托夫斯基公式（β=η-W）［2］。

圓孔面積：

橢圓孔面積：

式中：α=2arcsin（b/2R），R=［（h-s）2+Bk2］/4（h-s），h為橢圓軋件高度，R為橢圓弧半徑，α為弦長為b的橢圓弧所對應的中心角，Bk為橢圓孔型寬度。

4　軋制程序表編制

軋制程序表是保證連軋生產順行必須編制的參數依據。包括軋制速度、集傳電機轉速、輥環轉速、輥環工作直徑、輥縫、各道次延伸系數、軋件斷面尺寸（斷面積、軋件寬、軋件高）。

按成品最終軋制速度和道次速比確定輥環和電機轉速，再依據已知的各輥箱速比和成品斷面按公式（10）確定各道次孔型的延伸系數，相應可知每道次軋件斷面積。再按公式（11）和（12），推算軋件斷面尺寸。由公式（5）確定輥環工作直徑和輥縫。編制完畢后延伸系數、工作直徑、輥縫和速比再用公式（10）、（5）、（11）、（12）進行校核。若差別較大則通過調整工作直徑、改變軋件面積的方法修正計算。如改變原始輥徑或輥縫值可調整工作輥徑，對孔型軋件局部尺寸增減可改變軋件斷面積。

5　減定徑孔型的構成

減定徑（或雙模塊）采用橢圓—圓—圓—圓孔型。4個道次為一個整體集傳機組（雙模塊是橢圓—圓兩道次為集傳模塊，圓—圓兩道次為另一集傳模塊）。每個道次對應增速機有不同檔位，每個檔位有不同速比，采用離合掛檔（或液壓自動掛檔）。所以每道次的延伸系數也隨規格檔位的不同而不相同。圓孔型延伸系數ω=1.01～1.15，橢孔型延伸系數ω=1.01～1.15。設計計算軋制參數遵循上述編制軋制程序表和校驗的方法。

1）橢圓孔型構成。橢圓孔型構成見圖3，與普通橢圓孔型構成相同［2］。

圖3　橢圓孔型結構

2）圓—圓—圓孔型構成（逆軋方向為k1、k2、k3，見圖4）。為保證成品表面光潔、橢圓度（±0.10 mm）和表面細晶粒組織，3個道次孔型每道次必須有一定壓下量和相應延伸系數。3個孔型壓下量主要是控制在輥縫處對角的更替軋制。因此，圓孔槽底寬度應比普通圓孔稍大（橄欖圓形狀）。開口角隨規格不同3個孔型也不相同，一般α=94°～130°。其中k1、k3見圖4a，k2見圖4b。

圖4　圓—圓—圓孔型結構

圖4中α1=105°～118°；α2=α1-（5°～10°）；α3=α1-（2°～3°）。s為輥縫，s1=s3=1～1.4 mm，s2=1.5～3 mm。H為圓軋件孔型構成高度，H1=H0-（1.007～1.02 mm）；H2=H1-（0.1～0.3 mm）；H3=H1-（0.2～0.5 mm）。R’為圓擴張角半徑，k1、k3兩孔型，R’在開口角切線圓邊線上且必須R’=H；k2孔型R’在開口角切線圓邊外延長線上，R’用作圖法求得或按下式計算：

圖5　Φ6.5 mm減定徑孔型結構

k1、k3孔型用作圖法，校驗公式為Bk1=（1.052～1.085）H；k2孔型，Bk2=Bk1+（0.2～0.8）［3］。

其中Φ6.5 mm盤圓的減定徑橢圓—圓—圓—圓孔型結構見圖5。

6　結語

通過幾個月的生產證明，所生產規格的產品軋制工藝過程穩定，中間道次斷面尺寸控制較好，盤圓成品尺寸精度達到了±0.10 mm，橢圓度≯0.12 mm。對165 mm×165 mm和150 mm×150 mm兩種坯料均進行了軋制，試軋了典型產品，效果較好。