圓鋼成品尺寸的高精度控制研究

田鵬松

（宣化鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司，河北 宣化 075100）

圓鋼產(chǎn)品廣泛地應(yīng)用于汽車、軸承、機(jī)械制造等行業(yè)，用于生產(chǎn)連接桿、連接軸、螺母螺栓等零部件，尤其是高品質(zhì)圓鋼，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)制造汽車用接軸、連接桿等方面，承擔(dān)著非常重要的功能。圓鋼品質(zhì)越高，對于成品尺寸精度控制的要求也就格外高。隨著特鋼行業(yè)的迅猛發(fā)展，圓鋼從煉鋼到軋鋼的生產(chǎn)工藝大同小異，誰管理的越細(xì)，誰的成品尺寸控制精度越高，就越能滿足客戶的需求，相應(yīng)地也就越能占領(lǐng)市場。

本文以我國北方一鋼廠的圓鋼產(chǎn)線為例，淺談圓鋼生產(chǎn)過程中成品尺寸精度的控制要點，該產(chǎn)線產(chǎn)品規(guī)格為Φ20 mm～Φ70 mm，鋼種涵括了優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、軸承鋼等，鋼坯斷面尺寸為165 mm×165 mm，全線共18 架軋機(jī)達(dá)涅利短應(yīng)力線軋機(jī)，平立交替布置。

1 影響圓鋼成品尺寸的原因分析及控制措施

圓鋼的成品尺寸精度受多種因素的影響，包括鋼坯的斷面尺寸、加熱溫度、速度控制、軋機(jī)剛度、孔型系統(tǒng)及孔型磨損等[1]，以下逐一討論分析。

1.1 鋼坯的斷面尺寸

生產(chǎn)圓鋼要保證來料（鋼坯）的斷面尺寸規(guī)范統(tǒng)一，避免脫方。鋼坯脫方會直接影響各架軋機(jī)的孔型充滿程度，導(dǎo)致張力變化，從而影響圓鋼成品尺寸，軋制道次越多受影響越小，反之則越大，圖1 為脫方鋼坯的斷面圖。該產(chǎn)線Φ50 mm 以上規(guī)格圓鋼受坯料斷面影響較大，成品尺寸一般控制在國標(biāo)第二組的范圍，Φ50 mm 以下規(guī)格則影響較小[2]，可以實現(xiàn)國標(biāo)第一組控制。

圖1 脫方鋼坯的斷面圖

1.1.2 控制措施

1）加大入爐鋼坯的挑揀剔廢，避免脫方鋼坯入爐加熱軋制。脫方坯標(biāo)準(zhǔn)為對角線差不大于6 mm。

2）規(guī)范鋼坯澆鑄操作，主要是結(jié)晶器裝配時水縫要均勻，保證二冷水的水質(zhì)，并且保證水嘴均勻噴水，防止斷面冷卻不均；選擇和鋼種匹配的結(jié)晶器保護(hù)渣；針對鋼種制定不同的拉速。

1.2 加熱溫度

1.2.1 原因分析

溫度制度、速度制度、變形制度合稱軋鋼三大制度，其中加熱溫度是影響鋼坯塑性變形的重要因素，溫度越低變形抗力越高，加熱溫度不均勻也會影響軋件斷面尺寸的變化規(guī)律[3]，溫度過高則會產(chǎn)生過熱、過燒等加熱缺陷，因此要針對鋼種制定具體的加熱溫度制度。

根據(jù)本課題研究初級階段的情況，做好資料收集，比如：師生關(guān)于“數(shù)學(xué)基本活動經(jīng)驗”現(xiàn)狀調(diào)查報告、學(xué)生基本活動經(jīng)驗成長記錄袋，整理初步提煉本課題階段研究成果。

1.2.2 控制措施

針對鋼種制定生產(chǎn)作業(yè)指導(dǎo)書，規(guī)范不同鋼種的爐溫、加熱時間及控制，保證鋼坯長度方向上的加熱均勻，通條溫度差小于30℃；使用出爐保溫罩，降低鋼坯軋制過程中的溫降。

1.3 速度控制

1.3.1 原因分析

該線為全連軋生產(chǎn)線，全連軋生產(chǎn)可以實現(xiàn)無張力軋制，保證鋼件在通過各機(jī)架軋機(jī)時，實現(xiàn)秒流量相同軋制。但若軋機(jī)機(jī)架間的張力控制不合適，會產(chǎn)生堆鋼或者拉鋼，直接反饋到成品尺寸的波動，更嚴(yán)重的會產(chǎn)生堆鋼、跑鋼等生產(chǎn)事故。

1.3.2 控制措施

調(diào)整軋機(jī)間速度來控制各架軋機(jī)間的張力，力求做到各機(jī)架秒流量相等。

規(guī)范主控操作，將各機(jī)架電流（力矩）曲線調(diào)平直，不出現(xiàn)臺階狀電流（力矩）曲線，圖2 為非正常力矩與正常力矩的對比圖。

圖2 非正常與正常力矩對比

設(shè)定合理的機(jī)架超前系數(shù)，控制中間料型頭尾尺寸，軋機(jī)超前系數(shù)一般控制在0.5～2.0 之間，成品軋機(jī)超前根據(jù)成品料型情況適當(dāng)調(diào)整。經(jīng)驗顯示生產(chǎn)Φ20 mm 規(guī)格圓鋼時，成品軋機(jī)超前系數(shù)設(shè)1.5，倍尺頭部尺寸20.5 mm，超前系數(shù)改為2 時，倍尺頭部尺寸可以達(dá)到20.2 mm 對成品尺寸影響較大，其他架次軋機(jī)超前一般設(shè)定為0.5 左右。

精軋速度控制（活套控制）。精軋區(qū)域主要通過調(diào)整活套來實現(xiàn)無張力軋制，活套主要參數(shù)：活套高度、起落套延時、活套前后軋機(jī)速度，通過調(diào)整以上參數(shù)達(dá)到控制秒流量的目的，經(jīng)過幾年的摸索，總結(jié)出四種活套套形[4]，圖3 為活套控制示意圖。

圖3 活套控制示意圖

套形1：活套實際起套高度較設(shè)定值大，軋件容易在下一機(jī)架前產(chǎn)生堆鋼及甩尾現(xiàn)象；

套形2：活套實際起套高度與設(shè)定值恰當(dāng)，活套輥工作正常，軋件能實現(xiàn)機(jī)架間無張力軋制；

套形3：活套高度設(shè)定值略小，實際起套高度較設(shè)定值略高，一方面活套輥能工作正常，另一方面軋件也能實現(xiàn)機(jī)架間無張力軋制，對紅坯料形控制較好，不易造成甩尾現(xiàn)象；

套形4：活套實際起套高度較設(shè)定值小，軋件對起套輥壓力較大，活套前后軋機(jī)拉鋼嚴(yán)重，影響紅坯料型，并且易導(dǎo)致起套輥磨損加快，機(jī)械故障多；

其中第2、3 種套形是穩(wěn)定套形，根據(jù)實際設(shè)備及工藝條件進(jìn)行選擇。第1、4 種套形是非正常套形，需及時調(diào)整活套設(shè)定高度或軋機(jī)速度使活套穩(wěn)定。

1.4 軋機(jī)及導(dǎo)衛(wèi)

1.4.1 原因分析

1）軋機(jī)軋輥串輥、軸錯等會造成該道次料型有間斷性或通條耳子，或該架次料型圓度超差，從而對成品尺寸造成影響或其他表面質(zhì)量缺陷。

2）導(dǎo)衛(wèi)安裝不合適，會導(dǎo)致成品料型的波動或其他生產(chǎn)、質(zhì)量事故。

1.4.2 控制措施

1）提高軋機(jī)的裝配質(zhì)量，關(guān)鍵架次選擇彈跳較小的軋機(jī)機(jī)架；保證軋機(jī)彈性阻尼等關(guān)鍵部件的質(zhì)量；做好上線前的檢查工作，可以撬動軋輥判斷是否有串輥現(xiàn)象。

2）裝配時導(dǎo)輪中心對中。

3）過鋼時通過劃木印檢測導(dǎo)衛(wèi)對中情況，要求軋件料寬兩側(cè)水線偏差在1 mm 以內(nèi)。

1.5 孔型-料型系統(tǒng)

1.5.1 原因分析

圓鋼生產(chǎn)規(guī)格鋼種多，每增加1 mm 就是一個新規(guī)格，該生產(chǎn)線生產(chǎn)Φ20 mm～Φ70 mm 共25 個規(guī)格圓鋼，更換規(guī)格比較頻繁，月均30 次左右，為減少調(diào)整廢材縮短調(diào)整時間，必須對孔型料型進(jìn)行優(yōu)化。圓鋼孔型一般為橢圓-圓的孔型系統(tǒng)，軋件孔型中的穩(wěn)定性差，孔型充滿程度難以控制[5]。

1.5.2 控制措施

增加共用孔型及料型，減少檢修時更換軋機(jī)數(shù)量；將每組孔型系列的K3/K5 也按成品孔型設(shè)計，方便料型調(diào)整[6]；將圓孔型當(dāng)成品來調(diào)整，保證通條圓度；優(yōu)先從粗軋開始進(jìn)行逐架次調(diào)整，關(guān)鍵架次4、10、14 架料型要達(dá)到通條圓度尺寸符合要求，規(guī)定各區(qū)域軋機(jī)料型偏差范圍，粗軋控制在標(biāo)準(zhǔn)料型1 mm以內(nèi)，中軋控制在0.5 mm 以內(nèi)，精軋控制在0.2 mm以內(nèi)[7]；合理使用測徑儀，測徑儀反饋尺寸不合適的要及時調(diào)整，圖4 為測徑儀工作狀態(tài)對照圖。

圖4 檢測圖

1.6 其他

1）在安排生產(chǎn)順序時盡可能按規(guī)格從小到大（或從大到小），料形尺寸接近的規(guī)格先后生產(chǎn)，可以大大縮短檢修調(diào)整時間和減少成品廢材。

2）收集各規(guī)格延伸系數(shù)參數(shù)，更換規(guī)格檢修時使用固定的料型及延伸系數(shù)，運(yùn)行正常后，基本可以一支鋼出成品。

3）鋼種硬度不同會導(dǎo)致生產(chǎn)時軋件寬展不同，鋼種硬度越高料寬越大，故更換鋼種時需適當(dāng)調(diào)整中間道次料型，例如45 鋼換GCr15 鋼時，K2-K4 軋機(jī)需收料0.2～0.4 mm，合理的安排鋼種順序有助于成品料型的控制[8]，通常我們的鋼種軋制順續(xù)為Q235C、45、20Cr、40Cr、CrMnTi、GCr15。

2 結(jié)語

通過分析影響圓鋼成品尺寸的因素，我們找出關(guān)鍵控制點，并在實際生產(chǎn)中有針對性的加以控制，該產(chǎn)線生產(chǎn)的圓鋼成品尺寸實現(xiàn)了GB/T 702—2017《熱軋鋼棒、尺寸、重量及允許偏差》第一組的精確控制[9]，取得了很好的效果。另外，在一些圓鋼生產(chǎn)線配備了四機(jī)架的三輥減定徑機(jī)組，用于實現(xiàn)圓鋼的減徑定徑，在實現(xiàn)圓鋼成品尺寸更高精度控制方面又前進(jìn)了一步。