鞍鋼Φ6.5 mm線材柔性軋制生產技術研究與應用

張歡，劉磊剛，尚俊男，安繪竹，李建龍，李凱

（1.鞍鋼股份有限公司線材廠，遼寧 鞍山 114042；2.鞍鋼集團鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009；3.鞍鋼股份有限公司制造管理部，遼寧 鞍山 114021）

鞍鋼股份有限公司線材廠 （以下簡稱 “線材廠”）2#線于2010年投產，設計產能60萬t，產品規格為Φ5.0～Φ25.0 mm，每月換規格達40余次，受工藝路徑、生產組織、品種結構和設備維修的影響，嚴重降低了軋機的有效作業率。因此有必要研究各規格產品的不同軋制工藝路徑，找出最佳工藝路徑和最優的生產組織方式。從鞍鋼線材產品結構比例來看，Φ6.5 mm規格占比大約35%，也是各高速線材廠都具有穩定生產能力的規格，因此，本文對Φ6.5 mm產品規格工藝路徑進行研究。

1 工藝設備概況

線材廠2#線有1座140 t/h步進梁式加熱爐、32架軋機、卷心架集掛卷系統以及與之相配套的飛剪、夾送輥、吐絲機、PF線等。線材廠2#線工藝流程示意圖如圖1所示。

圖1 2#線工藝流程示意圖Fig.1 Schematic Diagram for Process Flow of Line 2#

32架軋機中，1架至精軋28架共用一套孔型，粗中軋和精軋孔型共用有助于提高作業效率。原設計中各規格產品都經過雙模塊4架軋機生產，根據各規格減定徑延伸系數變化選擇不同的檔位組合。

各機架受孔型以及機械傳動比限制，尺寸控制范圍具體如下：

（1）預精軋1組18#軋機的出鐵產品規格為Φ20.5～Φ22.0 mm；

（2）預精軋2組20#軋機的出鐵產品規格為Φ16.5～Φ17.3 mm；

（3）精軋28#軋機的出鐵產品規格為Φ6.6～Φ7.2 mm。

2 生產存在的問題

（1）單線生產時，如果是某架軋機出現故障，整條線都得停產；

（2）換規格頻繁，生產組織效率低，如Φ5.5 mm換Φ6.5 mm需要換精軋全線軋輥；精軋至雙模塊導衛備件由于Φ12 mm內孔換為Φ18 mm內孔，勞動強度大，工作量大；

（3）軋制規格范圍廣，設計規格為Φ5.0～Φ25.0 mm，精軋產品有Φ5.5 mm、Φ6.5 mm、Φ7.0 mm系列，Φ8.0～Φ11.0 mm系列，雙模塊各規格都有不同的孔型系統，軋輥貯備量大；

（4）產線32架軋機裝機容量大，電耗大，浪費多。其中，預精軋2個機組的額定功率為2 200 kW；精軋機組的額定功率為6 800 kW；雙模塊包含2個機組，分別由2臺電機帶動，雙模塊1的額定功率為3 600 kW，雙模塊2的額定功率為1 200 kW。

3 Φ6.5 mm線材柔性軋制可行性研究

柔性軋制技術是指能夠使軋制過程具有較大靈活性和適應性的軋制技術，本文主要是通過挪軋機采用不同的工藝路徑實現線材柔性軋制。初始Φ6.5 mm設計工藝路徑為粗中軋 （1#～14#）、預精軋 1 組（15#～18#）、預精軋 2 組（19#～20#）、精軋機組（21#～26#）、雙模塊 1（29#～30#）和雙模塊 2（31#～32#），精軋 27#和 28#空過，一共 30道次。

3.1 軋機布置優化可行性

單線生產的問題是某架軋機出現故障，整條線都得停產，線材廠2#線高速段由1臺電機單獨傳動機組包括預精軋2組 （2架）、精軋機組（8架）、雙模塊 1（2 架）、雙模塊 2（2 架）。 因此，存在甩機組（挪軋機）的可行性，研究各規格柔性軋制技術非常重要。

3.2 傳動比和延伸系數對比分析

預精軋和精軋各架次傳動比見表1，其中19#和20#機械延伸系數為1.260，27#和28#機械延伸系數為1.248，雙模塊機組的各架次傳動比見表2，其中，雙模塊1AH～DH檔位延伸系數為1.154～1.302。

表1 預精軋和精軋機組各架次傳動比Table 1 Transmission Ratios for Each Stand of Pre-finishing and Finishing Mill Units

表2 減定徑（雙模塊機組）傳動比組合Table 2 Combination of Transmission Ratios for Tube-sizing and Tube-reducing （Double-module Mill Unit）

綜上軋機布置和傳動比對比，通過挪架次可以實現軋機空過，存在兩種空過軋機的方案，表3為三種工藝具體方案：

表3 Φ6.5 mm規格三種不同的工藝路線表Table 3 Table for Three Different Process Routes of Producing Products with Specification of Φ6.5 mm

（1）方案一：雙模塊1空過，將29#和 30#挪至精軋27#和28#。

（2）方案二：預精軋2組空過，將19#和20#挪至精軋，精軋各架依次向后挪。

4 試驗設計

根據Φ6.5 mm規格三種不同的路線表設定工藝參數和選定備品備件，具體情況見表4，內容包括鐵型高度設定、速度參數設定及備品尺寸選擇等，并進行質量穩定性和生產穩定性方面數據搜集。

表4 不同工藝路線的導衛安裝具體要求Table 4 Specific Requirements for Guide Installation for Different Process Routes

4.1 鐵型高度設計

綜合考慮挪機架后傳動比變化，軋制穩定性以及成品尺寸精度控制要求，不同工藝路徑各架次鐵型高度見表5。

表5 不同工藝路徑各架次鐵型高度Table 5 Swage Height for Each Stand by Different Process Routes mm

4.2 速度因子設定

控制系統設計機組首架軋機參與計算，作為調整速度因子的依據。針對三種不同的工藝路徑首先確保18#出鐵產品尺寸一定，根據秒流量相等原理[1]，速度比或者截面積比作為設定的理論速度因子，考慮軋件前滑的影響，不同工藝路徑速度因子初始設定見表6，試軋后可根據實際控制狀態進行微量調整。

表6 不同工藝路徑速度因子初始設定Table 6 Initial Setting for Velocity Factors for Different Process Routes

預精軋空過，18架出鐵到精軋張力釋放的距離增加，精軋21#壓下量減少，精軋的速度因子會有所降低；雙模塊1空過，精軋28#出鐵相比26#出鐵速度摩擦系數增加，前滑值增加，鐵型高度小，軋制速度越快，摩擦系數越高[2]；同樣方案二采用精軋28#出鐵經雙模塊軋制方式同樣會增加雙模塊1的速度因子。

4.3 空過導衛設計

空過機組首先設計空過導衛，考慮軋制線標高以及導衛備件的緊固方式，預精軋空過已經有原始設計，預精軋空過帽頭及導衛實物圖見圖2，其中包括組塊軸帽頭、墊片和空過導衛。雙模塊1空過方式需要重新設計，設計時考慮防止密封進水，安裝空過導衛的間距，安裝導衛復雜性等對軋制穩定性非常關鍵。 TMB1（29#、30#）空過導衛實物圖見圖3。

圖2 預精軋空過帽頭及導衛實物圖Fig.2 Pictures of Shallow Pass Dome Cap in Pre-finishing and Guide

圖3 TMB1（29#、30#）空過導衛實物圖Fig.3 Pictures of Shallow Pass Guide for TMB1 （29#、30#）

5 生產實踐

根據上述設計的兩種方案，對鐵型參數、速度參數以及備件使用情況進行生產實踐跟蹤，不斷摸索優化工藝，評價不同工藝路徑的產品質量穩定性和生產穩定性。

5.1 產品質量穩定性

質量指標主要包括產品尺寸精度、頭尾修剪量以及表面質量等，兩種方案尺寸精度實際控制情況對比見表7。按照GB/T14981-2009標準規定，C級精度的尺寸偏差為±0.15 mm，不圓度≤0.24 mm，因此，方案一明顯優于方案二；同等速度條件下，壓下量越大軋槽磨損越大[3]，需及時進行補償調整。此外，從生產實踐中也可以看出方案一軋槽磨損要優于其他兩種工藝，且補償調整空間大一些。

表7 兩種方案尺寸精度實際控制情況對比Table 7 Comparison of Actual Control of Dimensional Accuracy for Two Kinds of Schemes

關于軋件頭部斷水長度控制方面，精軋8架軋機連軋軋制溫升必然高于6架，而且方案二預精軋空過，入精軋溫度高于正常約20℃，因此方案二的頭部斷水最長，控制難度也最大。

5.2 生產穩定性

生產穩定性主要考慮堆鋼風險以及備件磨損，由于精軋和雙模塊1以及雙模塊1和雙模塊2之間沒有活套，主要通過扭矩或手動測試方式控制張力，機組間存在一定微張力，因此張力釋放主要在雙模塊和吐絲機之間，備件磨損較大，更換頻次高；方案一空過TMB1，精軋和模塊2之間張力控制單一，因此方案一磨損方面要優于原設計和方案二。

方案二預精軋空過，預精軋19#和20#變形轉移到精軋21#和22#，中間有兩個水箱冷卻，入精軋溫度要格外控制，避免由于溫度低造成組塊軸承受力過大，此外精軋8架連軋軋件溫升大前滑大；方案一采用空過TMB1，TMB2變形量小，咬入和張力狀態控制非常關鍵，此外導衛裝置間間距大存在軋制不穩定；方案二需要考慮精軋至模塊的張力，根據鋼質變化做出更精細調整。

6 不同工藝路徑優劣性對比

方案一和方案二與原設計工藝路徑最大的變化在于精軋，精軋多2架軋機，8架軋機連軋。方案一可消除原始工藝中精軋和雙模塊之間張力狀態變化影響；方案二同時預精軋變為18#出鐵，可以更好監控出鐵狀態。

將方案一和方案二與原設計工藝路徑從軋制穩定性，成材率控制，電能損耗等方面進行對比，三種不同的工藝路徑優劣性見表8。

表8 三種不同的工藝路徑優劣性Table 8 Advantages and Disadvantages of Three Kinds of Different Process Routes

每種工藝路徑都有存在必要性，在常規生產方面，從節能、質量以及生產穩定性方面方案一要優于原設計和方案二；在生產組織方面，近一年品種比例中，其中Φ5.5 mm規格產品比例大約30%，Φ6.5 mm規格大約35%，Φ7.0 mm規格為1%，Φ8.0～Φ11.0 mm規格接近10%，方案一更換Φ5.5 mm規格更為便捷，比原設計尾部修剪量少5環，有利于提高成材率，降低成本。方案二更換Φ7.0～Φ11.0 mm更為便捷；而Φ6.5 mm規格生產量小，且后續更換Φ7.0～Φ11.0 mm規格時可以選擇原設計，方案二在預精軋故障時可以選擇使用。

7 結論

（1）通過理論計算以及生產實踐，Φ6.5 mm規格已具備多種軋機空過方式的生產模式，原設計精軋6架+TMB1+TMB2，方案一精軋8架+TMB2（空過TMB1），方案二，預精軋空過+精軋 8架+TMB1+TMB2。

（2）綜合對比來看，方案一精軋8架+TMB2（空過TMB1）是目前的最佳工藝，不但可以優化生產組織，還降低電能損耗；原設計可根據生產組織適當選擇，方案二可在設備檢修或故障下選擇。

（3）采用方案一可節能約2 100 kW/h，成品尾部修剪量減少5環，并且能夠有效提高更換產品規格的效率，降低軋輥備輥的庫存量。