國產高線3#飛剪剪切后線材頭部彎曲變形的工藝改善

摘要：某國產高線改造增加了雙機架迷你軋機后，3#號飛剪剪切后線材頭部產生彎曲和變形，頻頻導致后續工序的生產故障。本文針對故障現狀進行分析，優化現有工藝，重新設計相應孔型，解決了3#飛剪切頭后頭部彎曲變形問題，保證了生產順行。

關鍵詞：雙機架迷你軋機" 3#飛剪" 彎曲和變形 孔型

0 前言

為匹配煉鋼產能，提高軋制速度，某公司在原來國產高線的基礎上，在精軋機后增加了美國摩根（現為普瑞特）雙機架迷你減徑機組。整個軋線共設有30架軋機，分別為粗軋機組、中軋機組、預精軋機組、精軋機組和迷你機組。其中，前18機架均為平立交替布置，1#-6#軋機為粗軋機組；7#-14#軋機為中軋機組；15#-18#軋機為預精軋機組，機架為國產Ф285懸臂軋機； 19#-28#軋機為精軋機組，該機組為國產45°頂交無扭重載型；29#-30#機架為摩根迷你軋機，采用45°頂交無扭超重載型，機架規格為Ф230。軋線上配置有3臺啟停式飛剪，分別定義為1#飛剪，位于粗軋機組后面；2#飛剪，位于中軋機組后面；3#飛剪，位于預精軋機機組后面。具體示意見圖1。

增加摩根迷你軋機主要目的是提高軋制速度，以提高產能，滿足前道煉鋼工序的產能匹配。在實際運行中，速度提高以后，發現精軋機組和精軋機組前面工序的生產故障增加明顯，尤其線材頭部卡在精軋機的空過管或者第一架的入口導衛中，或者是頭子撞在精軋機前的側活套出口導輪導致堆鋼，造成大量的停機時間，影響作業率和成材率。

1 原因分析

經過多次現場跟蹤，每次故障檢查后均發現3#飛剪切頭后線材都有明顯的頭部彎曲變形，導致在后續的紅鋼通道中受到阻力。頭部剪切變形越嚴重，后續通道內運行的阻力越大，發生生產故障的可能性越高。經過多次的現場錄像，發現剪切瞬間，頭部都有或多或少的變形。分析3#飛剪的切頭彎曲變形原因，發現程序中設定的3#飛剪最高速度18米/秒 ，相應的飛剪電機最高轉數320轉/分鐘（設備供貨單位確認是本飛剪的最高剪切速度），而運行中3#飛剪的實際剪切速度已到達18米/秒，甚至超過此速度，所以剪切瞬間，3#飛剪速度跟不上，導致切頭頭部彎曲變形。

3#飛剪的速度是依據前面預精軋機最后一架軋機的速度而定的，依據經驗，正常情況下［1］，為保證3#飛剪的切頭不發生彎曲變形，3#飛剪的超前系數為15～20%，理想值在20%左右。超前系數大，則剪切的頭部變形小，也就是3#飛剪的剪切速度V等于：

V=（1.15～1.20）×V1

其中V1：3#飛剪前預精軋機的最后一架運行軋機的線速度，單位：米/秒

在沒有增加迷你軋機前，國產設備制造單位提供的不同規格的成品軋機速度和3#飛剪的實際運行速度 （其對應的前面預精軋機的最后一架運行軋機都為18機架）見表1：

從上表可以看出，假如再加大3#飛剪的超前系數，則3#飛剪的速度將接近速度極限，例如把Φ10.0軋材的飛剪超前系數調到20%，則3#飛剪的速度達到17.688米/秒。但3#飛剪的實際速度還都控制在18米/秒之內。

增加迷你軋機后，摩根公司設計的不同規格線材軋速和相應的3#飛剪運行速度見表2：

從上表看，Φ8.0以上規格，3#飛剪速度都超過了現有的速度極限，導致3#飛剪速度在剪切瞬間達不到要求速度，造成飛剪切頭頭部彎曲變形。因為3#飛剪的速度限制導致迷你軋機的速度不能完全到位，造成設備改造的目的不能完全達到。

2 解決方案

為了能解決此問題，提出了多種解決方案，最終歸納為二種方案。針對以上問題，提出兩種解決方案，分別為：

方案一：3#飛剪更換為摩根新型的智能型飛剪，提高剪切速度。摩根新型飛剪最高速度可達30.57米/秒，完全滿足飛剪的速度要求，但是訂貨周期長達1年以上，而且投資成本高，不是很可取。

方案二： 通過優化工藝降低3#飛剪的速度，以改善飛剪剪切的頭部質量，避免剪切頭部變形而造成生產故障。

2.1 梳理現有的不同規格工藝路線，從規格Φ8.0開始，精軋機前面2架或者4架以空過為主，經過分析論證，提出把預精軋機組的最后2架軋機空過，精軋機組的前面2個空過機架投入使用。

2.2 在增加迷你軋機后不同成品規格的使用孔型如表3：

從表中可以看出， 現有的規格都經過預精軋機的18機架，再進入精軋機生產。3#飛剪速度均基于18機架的速度再加上超前量而定 ，假如把17、18機架空過，則3#飛剪速度改為基于16機架的速度而定。在原有速度不變的前提下，根據連軋的秒流量相等的基本原理，減少了2個軋制道次，每個道次按1.25%左右的延伸率計算，那16機架的速度只有18機架速度的三分之二左右，遠低于18機架原有速度，因此3#飛剪的速度將明顯降低。空過17、18機架后，該2架次的軋制延伸需要在精軋機組上承擔，為此精軋機組需要增加2個機架。

2.3 在此基礎上，對精軋機組增加的2個機架設計孔型和確定輥縫［2］，并確保原有的精軋機組之間的秒流量不變。

考慮到Φ10.0和Φ12.0規格的3#飛剪速度超出極限值較多，先從這2個規格開始，把17、18機架空過，該2個機架的軋制延伸改為精軋機組原空過的21、22機架上。

因為精軋機組是集體傳動，每個機架的秒流量要保證相等，為此在孔型設計上，保證前后道次的軋件面積之比和前后速比成反比。經過計算核對，設計精軋機組21、22 機架的孔型，孔型代號分別為A4、B4、C4、D4，見表4，孔型圖如圖2所示。

通過計算，新增加的4個孔型的具體尺寸、輥縫設定如下：

根據新設計的孔型，重新設計相應的進出口導衛。

根據橢圓孔型的圓弧半徑，設計新的導衛對中模板，用于后道次圓孔型的滾動導衛對中。

對新增的21、22機架的進出口重新配置導衛，導衛形式如下：

2.4 重新制定軋制表，經過調試，不斷完善相應參數，保證了產品尺寸。

經過工藝修改后，有關速度如下：

從表中看出，17、18機架空過后，3#飛剪速度基于16機架速度而定，因此速度明顯降低，遠低于3#飛剪的速度極限。即使提高3#飛剪的超前系數到20%，Φ12.0規格的軋速也遠遠低于3#飛剪的速度極限，從而保證了3#飛剪剪切瞬間的速度滿足剪切的需要。

經過此工藝路徑的優化和孔型系統的設計，并在Φ12.0和Φ10.0規格上的試生產及精軋機新增2機架后的實際輥縫摸索，確保了順利過鋼。在此基礎上，多次跟蹤3#飛剪剪切的瞬間工況，飛剪剪切以后軋件經過后續活套、精軋機入口導管等原來容易出現生產故障的位置均未再發生此類現象的故障。由此可見，此改進方案，降低了3#飛剪采集速度的前道機架速度，從而降低了飛剪剪切瞬間的剪切速度，改善了飛剪切頭后的頭部形狀，避免了切頭變形引發的后工序的生產故障。從改進后效果跟蹤來看，沒有再發生紅鋼剪切的頭部變形造成的生產故障，效果相當明顯，為充分發揮迷你軋機的提速功能解決了瓶頸。

生產Φ10.0和Φ12.0等大規格線材時，把17、18機架停用，從而節省了預精軋機的電耗，而精軋機組本身就是集體傳動，增加2個機架后，電耗增加很有限，經過測算總體上是節省電耗的。

可以靈活使用預精軋機組，因為預精軋機組的4臺軋機輥箱一樣，可承載的軋制力一樣，為此在預精軋組設備發生故障時，可以快速調整，保證生產。在此方案實施以后，曾經出現過在生產Φ12.0時，預精軋機組的16機架設備故障（錐箱傳動齒打掉，沒有備件），按原來的工藝，只能等設備修復后再生產 ，而根據現場當時生產時，17、18機架空過，當即調整，把15、16機架空過，改為17、18機架軋制生產，其他不變，很快恢復生產，否則至少要3-4天的停產，避免了重大設備故障的停臺時間。

3 結論

（1）通過降低飛剪速度采集的前道機架速度，達到降低飛剪剪切速度，改善切頭質量，避免了切頭嚴重變形后續工序環節的順利通行而造成的生產故障，由此也為整個軋線提速的方案提供了可能，達到了軋線改造的真正目的，而不用花費巨資再對3#飛剪進行設備改造。

（2）經過改造，總體生產成本可以降低，同時增加的生產組織的靈活性。

參考文獻

［1］ 強十涌，喬德庸，李曼云.高速軋機線材生產（第2版）［M］.北京：冶金工業出版社，2015：495

［2］ 趙松筠，唐文林，趙靜.棒線材軋機計算機輔助孔型設計［M］.北京：冶金工業出版社，2011：73