線材軋制工藝的分析與測定

1、5.5mm線材軋制工藝的分析與測定高海建摘要：分析了5.5mm線材的生產(chǎn)工藝特征及工藝要求；介紹了馬鋼借助先進(jìn)的記錄儀及對大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集，找出了生產(chǎn)5.5mm線材時(shí)高速區(qū)頻繁堆鋼的原因，進(jìn)而優(yōu)化了高速區(qū)工藝控制參數(shù)及時(shí)序上的設(shè)定，模索出一套5.5mm線材的專用生產(chǎn)工藝，使班產(chǎn)量由300t提高到500600t。關(guān)鍵詞：高速線材軋機(jī)；5.5mm線材；軋制工藝分類號：TG335.63Analysis and measurement of rolling process for 5.5mm wireGAO Hai-jian（Maanshan Iron & Steel Co., Ltd.,

2、Maanshan 243003, China）Abstract：The technology characteristics and requirements of rolling 5.5mm wire are analyzed. The reasons of steel pushing in high-speed zone are found out. The control and setting of process parameters are optimized, and a special rolling technology for 5.5mm wire is found out

3、. Based on them, the output of per shift can be increased from 300t to 500600t.Key words：high-speed wire mill; 5.5mm wire; rolling technology1前言近年來，線材工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)取得了飛速發(fā)展，其顯著特點(diǎn)是，成品軋機(jī)速度大幅度提高，從60年代中期第1套高線軋機(jī)的50ms左右提高到當(dāng)今的140ms。而且，各種類型的高線軋機(jī)廣泛采用高新技術(shù)，發(fā)展各自特色，加速設(shè)備的更新?lián)Q代。目前，我國的高速線材生產(chǎn)行業(yè)也正處于一個(gè)空前發(fā)展的大好時(shí)機(jī)。進(jìn)一步提高線材生產(chǎn)水平，對引進(jìn)技

4、術(shù)進(jìn)行深層次的技術(shù)消化，探索高速線材生產(chǎn)工藝的技術(shù)精髓，掌握生產(chǎn)技術(shù)關(guān)鍵，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。尤其是能否正常生產(chǎn)5.5mm線材，成為各高速線材生產(chǎn)廠家亟待解決的問題。高速線材生產(chǎn)工藝過程是一個(gè)高度連續(xù)化、自動化過程。其工藝線長，軋制道次多，所涉及的輔助設(shè)備多，動作復(fù)雜，在線檢測元件要求高，因而要求軋鋼工藝、設(shè)備、自動化多專業(yè)聯(lián)合，互相滲透，協(xié)調(diào)攻關(guān)，才能掌握引進(jìn)技術(shù)的關(guān)鍵。馬鋼高速線材廠是我國最早全套引進(jìn)國外先進(jìn)高速線材軋機(jī)的廠家，其裝備水平與工藝技術(shù)均較先進(jìn)。在此基礎(chǔ)上，借助先進(jìn)的監(jiān)控儀器，采集了大量數(shù)據(jù)，進(jìn)一步對5.5mm線材的軋制工藝過程進(jìn)行了深入分析，反復(fù)實(shí)驗(yàn)，逐步創(chuàng)立了一套5.5mm

5、線材專用工藝，并取得了顯著效果，使班產(chǎn)量由300t左右逐步達(dá)到500600t。25.5mm線材生產(chǎn)工藝特征5.5mm線材與6.5mm線材相比，雖然在直徑上僅差1mm，但其生產(chǎn)工藝有很多不同之處。表1為兩種規(guī)格產(chǎn)品在工藝特征方面的差別。由表1分析可知，5.5mm線材不僅在軋制過程中穩(wěn)定性差，對各工藝參數(shù)變化反映敏感，而且粗、中軋區(qū)域?yàn)殡p線軋制，影響軋件尺寸、溫度、張力、速度等主要工藝參數(shù)的因素眾多，低速、大斷面軋制變形區(qū)任一工藝參數(shù)的微小波動，都會在高速、成品軋制區(qū)引起較大變化，因而極易發(fā)生堵鋼事故。據(jù)統(tǒng)計(jì)，軋機(jī)中間堵鋼按次數(shù)計(jì)算，80發(fā)生在精軋區(qū)。表15.5mm與6.5mm線材工藝特征比較規(guī)格

6、mm成品直徑mm 成品截面積mm2總延伸率成品長度m終軋速度m*s1線標(biāo)高溫強(qiáng)度對軋件尺寸、張力、溫度變化線材高速運(yùn)行穩(wěn)定性對軋件運(yùn)行通道平直度要求5.55.523.75722.41138583低反映敏感抖動大，振幅高高6.56.533.17517.3815268一般一般一般一般差別1004040402232差別較大差別很大差別很大35.5mm線材生產(chǎn)工藝要求 根據(jù)前述工藝特征，除要求嚴(yán)格精心的操作調(diào)整，保證軋件溫度、張力、尺寸以及各架軋制速度等重要基礎(chǔ)工藝參數(shù)均勻和穩(wěn)定外，更要求各機(jī)、電設(shè)備，計(jì)算機(jī)及檢測元器件在執(zhí)行其功能時(shí)要保證時(shí)間、數(shù)值上的高度精確。對5.5mm線材軋制工藝的整體要求，是

7、保證生產(chǎn)過程穩(wěn)定所必須的條件。5.5mm線材的整個(gè)軋制過程由25架軋機(jī)完成，111機(jī)架為粗中軋雙線軋制、大變形量低速工作區(qū)；1215機(jī)架為單線無扭無張、活套軋制中速區(qū)；1625機(jī)架直至夾送輥、吐絲機(jī)為無扭微張精密軋制高速區(qū)。為保證順利軋制，必須建立一套全面詳細(xì)的工藝方案，包括從生產(chǎn)前準(zhǔn)備及檢查，軋制時(shí)工藝參數(shù)設(shè)定與核算直至故障處理對策，見表2表4。45.5mm線材高速軋制區(qū)關(guān)鍵參數(shù)分析及優(yōu)化中間堵鋼事故絕大部分發(fā)生在精軋區(qū)及軋件頭、尾通過精軋機(jī)、夾送輥、吐絲機(jī)，這一現(xiàn)象一度成為生產(chǎn)中的重大難題。這是由于生產(chǎn)線投產(chǎn)初期，軋機(jī)調(diào)試成功后，并沒有真正掌握具體參數(shù)的作用及設(shè)定計(jì)算方法，對引進(jìn)設(shè)備的核心

8、技術(shù)缺乏全面正確的理解，一旦問題出現(xiàn)，無法對以“計(jì)算機(jī)程序形式”存貯起來的一些重要工藝參數(shù)作出合理的解釋，而一些重要的技術(shù)關(guān)鍵和經(jīng)驗(yàn)參數(shù)正包含于其中。表25.5mm線材軋制工藝要求及檢查項(xiàng)目軋制區(qū)特 點(diǎn)工藝要求檢查項(xiàng)目及要求111機(jī)架粗、中軋區(qū)（低速區(qū)軋速：0.173.80ms） 大變形量，占總形變量的51.4；雙線、低速、扭轉(zhuǎn)軋制；軋件溫度有波動，在68機(jī)架間達(dá)最低，以后由于變形熱加劇而溫升；機(jī)架間有張力，雙線軋制時(shí)互相干擾大。出鋼溫度均勻，加熱質(zhì)量好；保持軋件尺寸正確，兩線差別??；張力盡可能調(diào)??；軋輥、扭轉(zhuǎn)導(dǎo)衛(wèi)安裝正確，無卡、刮鋼現(xiàn)象；7機(jī)架后軋件必須切頭。鋼坯全長頭、尾溫差70，斷面溫差

9、小，30；軋鋼時(shí)，測量13機(jī)架軋件尺寸，保證7、11機(jī)架軋件尺寸在要求范圍內(nèi)；用棒擊法、電流法調(diào)控機(jī)架間張力；7機(jī)架后軋件尺寸每小時(shí)測量1次。1215機(jī)架預(yù)精軋區(qū)（中速區(qū)軋速：3.89.7ms）單線、無扭、無張軋制；變形量最小，占總量的14.1；2個(gè)活套水平，3個(gè)活套立于預(yù)精軋機(jī)間，構(gòu)成活套軋制區(qū)；溫度較均勻，軋速適中。消除粗中軋機(jī)的張力，保持軋件尺寸均勻；變形量小，無扭軋制，保證軋出軋件尺寸斷面形狀優(yōu)良，為精軋機(jī)提供優(yōu)良來料，保證成品尺寸精度；活套系統(tǒng)工作穩(wěn)定，調(diào)節(jié)量小且時(shí)間短。輥環(huán)、導(dǎo)衛(wèi)安裝到位、牢固，無打滑現(xiàn)象；各活套檢測元器位置正確，鏡頭清凈；起套桿、閥、氣缸工作狀況正常；自由輥、壓板

10、、導(dǎo)槽無卡和刮軋件現(xiàn)象；1水箱必須給出調(diào)控軋件入精軋機(jī)溫度；15機(jī)架后必須切頭。1625機(jī)架、夾送輥、吐絲機(jī)、精軋區(qū)（高速區(qū)軋速：9.790.0ms）高速、微張、無扭、精密軋制；變形量適當(dāng)，占總量的33.8；軋出成品尺寸優(yōu)良；線材穿過水冷線，在夾送輥夾送下，轉(zhuǎn)化成水平速度為零的散卷；計(jì)算機(jī)控制各工藝參數(shù)在極短時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確作用。輥環(huán)安裝正確，尺寸按配輥要求；導(dǎo)衛(wèi)安裝要用光學(xué)校正儀，保證軋線尺寸正確；25機(jī)架出口廢品箱水箱夾送輥，要求高度對中，且通道光滑，無卡、刮線材現(xiàn)象；夾送輥各工藝參數(shù)設(shè)定正確；吐絲機(jī)工作震動小，運(yùn)行平穩(wěn)；所設(shè)計(jì)算機(jī)控制參數(shù)正確，執(zhí)行準(zhǔn)確、及時(shí)、可靠。按配輥要求，檢查相鄰機(jī)架、同

11、機(jī)架輥徑差；導(dǎo)衛(wèi)檢查；鉛棒調(diào)軋機(jī)輥縫；用試棒檢查通道平直度；夾送輥壓力、輥縫、動作實(shí)驗(yàn)；吐絲機(jī)的管、錐、罩、冷卻水、吹掃氣檢查；電子自動儀、計(jì)算機(jī)、PLC模擬檢查。表35.5mm線材軋制工藝參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)值鋼坯加熱溫度鋼坯全長頭、尾端溫差70斷面溫差30出鋼溫度10501100軋制間隙s1015粗、中軋張力控制先調(diào)一線，再兩線均勻化，要求盡量小且穩(wěn)定各機(jī)組尺寸偏差mm7機(jī)架后，50±0.5；11機(jī)架后，27.6±0.4；15機(jī)架后，17.0±00.3精軋后1水箱現(xiàn)場調(diào)節(jié)，以控制軋件入精軋機(jī)，溫度在9501000精軋機(jī)組配輥mm相鄰機(jī)架輥徑差0.4，同架軋機(jī)上、下輥徑

12、差0.1水冷段至夾送輥軋件通道平直度mm ±0.1水冷段水嘴磨損程度mm1線材頭部水冷段設(shè)定值m15、11、7精軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)冷卻水低碳鋼：50100開啟高碳鋼：奇數(shù)機(jī)架開50夾送輥設(shè)定參數(shù)：輥縫mm最大2.5，最小0.3壓力MPa0.220.55電流限幅7080精軋機(jī)限定速度m.s190吐絲系數(shù)3.04.0計(jì)算控制參數(shù)參考值：V01.074×精軋機(jī)終軋機(jī)架線速度K21.021.03K30.960.98夾送輥空載電流I0：50左右夾送輥夾持電流I1：基本達(dá)到限幅值，略超過經(jīng)長期努力，借助先進(jìn)分析記錄儀器，馬鋼逐步摸清了上述問題產(chǎn)生的原因，已能對生產(chǎn)問題作出正確判斷，并修改了原調(diào)試

13、時(shí)所用參數(shù)，優(yōu)化了高速區(qū)工藝控制參數(shù)及時(shí)序上的設(shè)定，從而解決了5.5mm線材軋制時(shí)在高速區(qū)的堆鋼問題。下面分析高速區(qū)各設(shè)備主要工藝參數(shù)的作用，并介紹適用于馬鋼的工藝控制參數(shù)。4.15.5mm線材通過精軋機(jī)至順利吐絲的工藝要求高速軋制條件下的5.5mm線材，由于其斷面細(xì)小、高溫強(qiáng)度低，因而普遍采用給軋件以微小張力，助其順利通過高速區(qū)。由于精軋機(jī)為集體傳動，原設(shè)計(jì)已考慮其間各架的張力關(guān)系，因此只要嚴(yán)格工藝要求，保證配輥尺寸，即可保證軋制正常進(jìn)行。下面重點(diǎn)分析精軋出口至夾送輥、吐絲機(jī)間的張力平衡。 表4精軋機(jī)高速區(qū)故障原因及處理措施故障類型故障原因處理措施1.廢品箱堆鋼（1）頭部未吐絲軋件頭部有開花

14、頭、冶廢等缺陷；水冷段內(nèi)留有殘余廢鋼；水冷段（包括夾送輥導(dǎo)衛(wèi)）有未緊固處，對中不良。水冷段檢查（2）頭部吐絲少于12圈前3項(xiàng)是否有問題；水冷段通水過早；成品尺寸嚴(yán)重超差；成品孔磨損或25導(dǎo)衛(wèi)有問題；夾送輥進(jìn)口導(dǎo)衛(wèi)松動或安裝位置有誤；粗、中軋張力過大，或嚴(yán)重波動；活套波動較大。水冷段檢查；檢查軋材頭部受到水冷的圈數(shù)；檢查成品頭部尺寸；換輥或換導(dǎo)衛(wèi)；檢查并重新安裝；CP3消張；CP3干預(yù)調(diào)速。（3）線材吐絲大于12圈（中部堆鋼）軋件有冶廢；2水箱水嘴磨損過大；成品尺寸嚴(yán)重超差；夾送輥進(jìn)口導(dǎo)衛(wèi)松動；粗中軋張力有波動，活套波動大；夾送輥有微動；夾送輥壓力太小或開口度過大，造成夾持失空。檢查軋件情況；換

15、水嘴；調(diào)尺寸；檢查并緊固；檢查鋼溫并消張；重新加壓；增加壓力或減小開口度（開口0.15mm，壓力0.3MPa)。（4）軋件尾部堆鋼粗中軋張力大（尤其換輥、槽后）；尾部鋼溫過低；夾送輥輥徑設(shè)定有誤；廢品箱蓋板松動；軋件冶廢丟尾；夾送輥第2速度段投入過慢；夾送輥第3速度段投入過遲。消張；升溫或保溫；CP3校對并重新設(shè)定；重新捆扎；軋件檢查；計(jì)算機(jī)控制“參數(shù)時(shí)序”關(guān)系分析檢查。2.軋件尾部在吐絲機(jī)處甩尾掛鋼（1）大圈集中甩尾鋼坯尾端鋼溫過低；粗、中軋張力大；吐絲機(jī)托板角度安裝不對；吐絲系數(shù)過??；夾送輥輥徑設(shè)定有誤（如過?。?；夾送輥第3速度段投入過遲；精軋機(jī)未待軋件出口而過早投入下一根鋼的初始軋制速度

16、。尾端鋼溫高于50甚至100；CP3調(diào)張；正確標(biāo)準(zhǔn)：線圈在托板上平滑傾倒在輥道上，無站立或幾圈同時(shí)傾倒的現(xiàn)象；增加吐絲系數(shù)；核實(shí)輥徑；自動控制“參數(shù)時(shí)序”復(fù)查(必要時(shí)，可增大夾送輥?zhàn)钚￠_口度至0.150.20mm)。（2）硬拉甩尾（掛托板）夾送輥?zhàn)钚￠_口度過?。?.15mm）；夾送輥壓力過大（>0.3MPa）；軋件尾端溫度低；軋件尾端尺寸不準(zhǔn)；夾送輥入口導(dǎo)衛(wèi)松動；夾送輥第3速度段投入過遲?，F(xiàn)場調(diào)整；現(xiàn)場調(diào)整；升溫或調(diào)節(jié)1水箱；現(xiàn)場檢查；現(xiàn)場檢查；通知電氣檢查。（1）當(dāng)軋件頭部到達(dá)精軋機(jī)前的5LS活套掃描器位置時(shí)，將此信號送至計(jì)算機(jī)主控系統(tǒng)和PLC系統(tǒng)。軋件頭部進(jìn)入精軋機(jī)時(shí)，起套要形套并在

17、盡可能短的時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定。軋件頭部通過水冷區(qū)時(shí)，整個(gè)水冷線停水，以免線材受阻。頭部到達(dá)夾送輥后，夾送輥將其夾住并以高于軋件運(yùn)行速度，在夾送輥與精軋機(jī)間建立張力。稍延遲后，依次自動打開精軋機(jī)至吐絲機(jī)間的2、3、4水箱給水，保證軋件順利通過水冷區(qū)，進(jìn)入吐絲機(jī)。此張力值大小由計(jì)算機(jī)控制夾送輥負(fù)載來實(shí)現(xiàn)，并保證相對恒定，不能過大或過小。（2）夾送輥對線材全長均進(jìn)行夾持，用限定夾送輥負(fù)載電流來實(shí)現(xiàn)恒張力控制。（3）軋件尾部通過時(shí)，由于上游軋機(jī)逐漸失去張力和高速運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備對軋件的巨大慣性，能否平穩(wěn)控制軋件尾部通過精軋機(jī)出口、夾送輥和吐絲機(jī)出口區(qū)域至關(guān)重要。實(shí)踐表明，堆鋼事故絕大部分發(fā)生在尾部通過時(shí)，因而其控制成

18、為難題。通過對大量原設(shè)計(jì)資料和計(jì)算機(jī)控制程序分析得知，馬鋼引進(jìn)的高速線材軋機(jī)采用了對軋件尾部的特殊控制。由夾送輥對線材全長進(jìn)行多級速度控制，即針對軋件尾部在不同位置、不同工藝特點(diǎn)，施用不同速度的控制。如在軋件脫離精軋機(jī)后，夾送輥應(yīng)立即改變工作狀態(tài)，從以較高速度夾拉軋件改為以較低速度制動軋件尾部，減少其巨大慣性對吐絲機(jī)的沖擊，以保證尾部順利通過吐絲機(jī)。4.25.5mm線材生產(chǎn)時(shí)高速區(qū)主要工藝參數(shù)的作用及設(shè)定原則精軋機(jī)前5LS活套掃描器的作用至關(guān)重要，見圖1，既為活套掃描器，又作為信號源。從圖1可知，存貯于Leitronik主控計(jì)算機(jī)中的主要工藝參數(shù)以及根據(jù)線材頭、中、尾部在不同位置計(jì)算給出這些存

19、貯參數(shù)的投用時(shí)間成為技術(shù)關(guān)鍵，據(jù)此完全可以得出“參數(shù)時(shí)序”控制圖，見圖2。要全面掌握這一技術(shù)關(guān)鍵并根據(jù)生產(chǎn)工藝情況進(jìn)行優(yōu)化，必須解決高速區(qū)軋制工藝的設(shè)計(jì)原理、主控計(jì)算機(jī)中各存貯參數(shù)的作用及計(jì)算數(shù)學(xué)模型、軋制5.5mm線材時(shí)各參數(shù)給定值及計(jì)算機(jī)值、根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行優(yōu)化的原則等問題。現(xiàn)僅就對5.5mm線材頭、中、尾部的控制結(jié)合圖1、圖2簡述如下：（1）線材頭部到達(dá)5LS活套掃描器位置時(shí)，主控計(jì)算機(jī)將根據(jù)實(shí)時(shí)成品機(jī)架線速度和事先存貯的等效長度*，計(jì)算出軋件頭部到達(dá)夾送輥的時(shí)間，并由PLC控制在規(guī)定時(shí)間內(nèi)閉合上、下輥夾送線材。（2）夾送輥初始空載設(shè)定速度V0由主控計(jì)算機(jī)根據(jù)存貯參數(shù)和終軋機(jī)架軋輥參數(shù)計(jì)

20、算給定，是一個(gè)高于成品機(jī)架速度固定比例的速度值，從而以速度差建立精軋機(jī)與夾送輥間的張力。（3）當(dāng)軋件頭部被夾送輥以V1速度夾住后，由于精軋機(jī)和夾送輥間不應(yīng)有塑性變形，因而造成夾送輥的速度跌落。但只要跌落后的夾送輥速度V大于線材實(shí)際運(yùn)行速度，即會形成張力。顯然，此張力靠線材的彈性變形維持。且由于存在速差，夾送輥總保持要達(dá)到原空載速度的趨勢，從而可保持住張力，其大小由速度差VV0V1決定，又由于V1為軋材實(shí)際速度，則可得出夾送輥初始空載速度V0的設(shè)定。V0綜合考慮了軋件尺寸、速度、前滑、高溫彈塑性變形對張力的影響，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)試，存于主控計(jì)算機(jī)中。另一方面，為使線材不發(fā)生塑性變形或拉斷，主控計(jì)算機(jī)對夾送輥的工作電流進(jìn)行了限定，并以此來閉環(huán)控制夾送輥運(yùn)轉(zhuǎn)，從而形成對張力的相對恒定控制，既可保持線材穩(wěn)定通過水冷段又能順利吐絲，夾送輥此時(shí)的實(shí)際速度為夾送速度，又稱為第1速度。（4）當(dāng)線材尾部到達(dá)5LS處，主控計(jì)算機(jī)即開始計(jì)算作尾部控制，如圖2所示。首先給出夾送輥略大于V1的第2速度V2，以適應(yīng)尾部此時(shí)應(yīng)上游機(jī)架脫鋼失張而引起的速度增加，其大小由K2值決定，K2值預(yù)先存貯于主控計(jì)算機(jī)中，亦是個(gè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，可根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)整，僅作用于線材尾部從5LS處至精軋機(jī)出口的極短時(shí)間。（5）當(dāng)線材尾部脫離終軋機(jī)架后，主控計(jì)算機(jī)應(yīng)立即給出夾送輥