轧钢培训教材.docx
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轧钢培训教材
第一章轧钢基础理论知识
工业发展的证明，钢铁工业是整个工业发展的基础，钢铁生产状况往往是衡量一个国家工业水平高低的重要标志。
在钢的生产中，除少部分采用铸造及锻造等方法直接制成器件以外，其余约占90%以上钢都须经过轧制成材。
钢铁应用如此广泛，需求量如此之大是由于钢铁本身的性能和来源所决定的。
对于钢铁材料，人们可以用铁这一元素为基体，得到从低强度到高强度，从韧性到脆性的各种钢铁材料，以及具有优良的耐磨性能、耐热性能和耐腐蚀性能等各种优良性能的合金。
这是其他金属材料所没有的特征。
钢容易加工，可以轧制、锻造、挤压和冲压成型，还可以车削、焊接和铸造，并能够与热处理结合以得到不同性能的产品。
这些优点使钢铁产品具有难以被其他材料代替的重要位置。
随着我国改革开放、现代化事业发展，工业、农业、交通运输、国防和科学技术等部门都需要大量的钢材。
第一节钢材的种类和用途
钢经压力加工成各种形状的材料叫钢材，如板材、带材、管材、棒材和线材等。
根据钢材断面形状特征，可分为型钢、板带钢、钢管和特殊型钢等四大类。
一、型钢
型钢在钢材中品种最多。
每种形状的断面又有很多不同尺寸规格。
按其断面形状又可分为简单断面和复杂断面两大类。
如图1-1-1所示。
常见的有：
ab
图1-1-1各种型钢横断面示意图
a-简单断面；b-复杂断面
1、简单断面型材
方钢：
其规格以其边长尺寸表示。
一般方钢边长为5~250mm。
圆钢：
其规格以其直径尺寸表示。
一般圆钢直径为5~200mm。
其中直径为5~9mm的圆钢，成盘交货，故称盘条。
由于断面小、长度大，也称线材。
扁钢：
其规格以其断面宽度与厚度之乘积表示。
宽度为12~200mm，厚度为,4~60mm。
角钢：
有等边与不等边角钢之分，等边角钢每侧腿长20~250mm，相应称为No.2~No.25角钢。
不等边角钢的两侧边长为25/16~250/160mm，相应称为No.2.5/1.6~No.25/16不等边角钢。
此外，简单断面型钢中还有三角钢、六角钢及弓型钢等多种。
2、复杂断面型材
如图1-1-1b所示。
常见的有：
工字钢：
有标准工字钢、轻型工字钢及宽腿工字钢之分。
标准工字钢腰的高度为100~600mm，相应称为No.10~No.60工字钢。
标准工字钢边缘内侧有14%的斜度。
轻型工字钢腰的高度为100~320mm，相应称No.10~No.32轻型工字钢。
宽腿工字钢腰的高度为80~1200mm，相应称No.8~No.120宽腿工字钢。
由于宽腿工字钢的边缘内外两侧互相平行，也称H型钢。
槽钢：
标准槽钢的腰高为50~450mm，相应称No.5~No.45槽钢。
标准槽钢的边缘内侧斜度为9%。
钢轨：
各类钢轨均以每米长度的重量表示其规格的大小。
5~24kg/m为矿山用轻轨，38~75kg/m为铁路用重轨，80~120kg/m为吊车用起重机轨。
此外，复杂断面型材常见的还有Z字钢、T字钢、钢板桩、重轨接板、窗框钢等。
二、板带钢
板带是用途最广的钢种，它不仅用于国防建设国民经济各部门以及日常生活中，而且也是制造冷弯型钢焊接钢管和焊接型钢的原料。
板带钢按厚度可分为厚板（包括中板）、薄板和箔材三大类。
厚板：
厚度为4~160mm以上，宽度为600以上（最宽可达5500mm）的钢板。
薄板：
厚度为0.2~4.0mm的钢板。
箔材：
厚度小于0.2mm以下的钢板。
最薄可达0.02mm。
三、钢管
空心封闭断面的钢材称为钢管。
最常见的钢管断面形状一般为圆形。
但是也有很多种断面形状很复杂的异型钢管，如图1-1-2所示。
按生产方法可分为无缝钢管与有缝钢管（又称焊接钢管）两大类。
图1-1-2部分钢管断面示意图
四、周期断面钢材
在同一钢材上沿纵向各部断面尺寸或形状不同，并作周期性变化的钢材称周期断面钢材。
如螺纹钢。
五、特殊断面钢材
特殊断面钢材常见的有冷弯型钢、车轮、轮箍和钢球。
这些产品是在特殊结构的轧机上生产的。
冷弯型钢主要用于金属结构、家具、车辆、农业机械和管道等方面。
用轧制方法生产的车轮轮箍用于铁路机车车辆上。
用轧制法生产钢材，生产效率高、质量好、金属消耗少及生产成本低。
随着轧制技术水平的提高，钢材的品种必将日益增加。
第二节棒材生产状况及发展
一、概述
棒材是热轧条状刚材中的一种，其断面形状大都比较简单，如圆钢、方钢、扁钢、六角钢、螺纹钢等，在一些轧机上也生产部分异型钢材。
特殊情况下，也有卷状棒材，成盘供应。
棒材视其尺寸大小分为大型、中型和小型棒材。
在国际标准ISO01035中，热轧棒材的圆钢尺寸（直径）范围为8～220mm，方钢尺寸（边长）范围为8～120mm，扁钢尺寸范围为20*5～150*50mm。
承德建龙轧钢工程设计产品为优质钢棒材，初步设计钢种为：
碳素结构钢、优质碳素结构钢、低合金结构钢，合金结构钢、冷镦钢、弹簧钢等。
设计生产能力为80万吨/年，连轧产品范围为圆钢20—80mm，螺纹钢20—40mm。
棒材广泛用于机械、汽车、船舶、建筑等工业领域。
有的直接用于混凝土中，如光圆钢筋和螺纹钢筋；有的通过二次加工制成轴、齿轮、螺栓、螺母、锚链、弹簧等。
二、棒材轧制的发展
轧钢生产至今已有二百多年的历史，在此期间，棒材轧制大约经历了从单机架、横列式、顺列式、半连续式和全连续式的发展过程。
全连续式棒材连轧机是目前棒材生产的发展方向。
第二章轧钢生产系统
第一节轧钢生产工艺过程及其制定
由钢坯轧制成具有一定规格和性能的钢材的一系列加工工序的组合称为轧钢生产工艺过程。
组织轧钢生产工艺过程首先是为了获得合格的，即合乎质量要求或技术要求的产品，也就是说，保证产品量质是轧钢生产工作中的一个主要奋斗目标。
因此拟定某种产品的生产工艺过程，就必须以该产品的质量要求或技术要求作为主要依据。
组织轧钢生产工艺过程的另一任务是，在保证产品质量的基础上努力提高产量。
这一任务的完成不仅取决于生产工艺过程的合理性，而且取决于时间和设备的充分利用程度。
此外，在提高质量和产量的同时，还应该力求降低成本。
因此，如何能够优质、高产、低成本的生产出合乎技术要求的钢材，乃是制定轧钢生产工艺过程的总任务和总依据。
承德建龙钢铁公司80万吨棒材生产工艺流程如下：
第二节钢坯加热和加热炉
一、钢坯的加热
加热的目的是把坯料加热到均匀的、适合轧制的温度（奥氏体组织）。
温度提高以后，首先是提高钢的塑性，降低变形抗力，使钢容易变形。
如T12钢室温下变形抗力约为600Mpa，加热到1200℃时变形抗力下降到30Mpa左右，只相当室温下变形抗力的二十分之一。
加热温度合适的钢，轧制时可以用较大的压下量，减少因磨损和冲击造成的设备事故，提高轧机的生产率和作业率，而且轧制耗能也较少。
其次，加热能改善钢坯的内部组织和性能。
不均匀组织和非金属夹杂物通过高温加热的扩散作用而均匀化。
加热温度和均匀程度是加热质量的标志，加热质量好的钢，容易获得断面形状正确、几何尺寸精确的成品。
加热炉是轧钢车间将钢坯加热到满足轧制要求温度的一个主要设备。
轧钢生产的产量、质量、能耗以及经济效益和加热炉的设备及生产操作系统有很大关系。
合乎技术条件要求的原料，按照生产计划（调度指令）由原料场（连铸出坯跨）用吊车运送到加热炉前的上料台架，再将坯料送到装料辊道上，，称重并侧长。
在此期间不允许发生不同钢号、不同炉号的钢坯混杂在一起，发生混钢事故。
钢坯应符合入炉条件（参见连铸坯标准），不符合条件的钢坯要有剔出装置剔出。
合格钢坯钢由炉外装料辊送入炉内，当钢坯尾部离开装料炉门外的光电检测器后，安装在装料悬臂辊上的脉冲计数器开始计数，同时在装料悬臂辊上减速并准确定位。
设置在装料端的定位推钢机将停留在炉内装料悬臂辊上的钢坯推正，通过步进梁的运动将辊道上的坯料送到固定梁的起始位置，然后坯料经过炉子加热段和均热段，完成钢坯的加热过程，并一步步地移送到炉子的出料端，在炉子接到要钢信号后，步进梁将钢坯放到出料悬臂辊上，此时出料炉门已开启，钢坯经炉内出料悬臂辊道向炉外出料辊道送出，进入轧线进行轧制。
二、承德建龙棒材加热炉
1、加热炉工艺参数
加热炉炉型：
蓄热式步进梁加热炉
设计加热能力：
150t/h（冷装）
钢坯规格
1）规格：
150×150×9000，单重：
1539kg/块
200×200×9000，单重：
2740kg/块
最短坯长度6000mm，短尺
2）原料尺寸公差要求（按YB-2012-83）：
侧弯：
长坯＜90mm；短坯＜60mm；
料坯装、出料温度
1）装炉温度：
冷坯：
常温20℃；热坯：
500~800℃
2）出炉温度：
1050～1150℃。
燃料种类
1）种类：
高炉煤气
2）发热值：
～780×4.18kJ/m3（标态）
3）接点压力：
8～10kPa
4）点火烘炉燃料：
转炉煤气；发热值：
～1800×4.18kJ/m3（标态）
加热钢种
碳素结构钢、优质碳素结构钢、低合金结构钢、合金结构钢、冷墩钢、弹簧钢等
装出料方式：
侧进、侧出
冷却方式：
水冷
第三节棒材轧机
棒材轧机在追求产量高、适用性强、生产成本低、产品质量好等目标过程中，轧机的组成不断变化，结构和机型种类较多。
为了实现高精度和微张力控制轧制，在轧机刚度、调整精度和控制精度上有了很大的改进。
现棒材轧机种类较多，有二辊式闭口机架轧机、45°无扭轧机，紧凑轧机、悬臂轧机、三辊行星轧机、三辊Y型轧机等、短应力线轧机。
承德建龙采用20架平/立交替布置的高刚度短应力线轧机，按8+8+4布置，可以用200×200mm钢坯生产产品大纲规定的所有产品。
200×200mm、150×150mm钢坯采用同一生产孔型系统，实现全线无扭轧制。
轧机规格：
Ф700/610×760mm2架
Ф610/520×760mm4架
Ф530/460×760mm2架
Ф430/370×600mm8架
Ф370/310×600mm4架
预留4架KOCKS三辊减定径机或4架二辊减径定径机供选。
设计最大精轧速度为16m/s。
轧机组成见表1-2
表1-2轧机技术性能参数表
机
组
机
架
号
轧机
型式
轧辊
主电机
备
注
最大
直径
最小
直径
辊身
长度
功率
型式
转速
（mm）
（mm）
（mm）
（kW）
（r/min）
粗
轧
机
组
1
H
Φ700
Φ610
760
550
DC
0-560/1000
2
V
Φ700
Φ610
760
550
DC
0-560/1000
3
H
Φ610
Φ520
760
550
DC
0-560/1000
4
V
Φ610
Φ520
760
550
DC
0-560/1000
5
H
Φ610
Φ520
760
800
DC
0-600/1200
6
V
Φ610
Φ520
760
800
DC
0-600/1200
7
H
Φ530
Φ460
760
800
DC
0-600/1200
8
V
Φ530
Φ460
760
800
DC
0-600/1200
中
轧
机
组
9
H
Φ430
Φ370
650
800
DC
0-600/1200
10
V
Φ430
Φ370
650
800
DC
0-600/1200
11
H
Φ430
Φ370
650
800
DC
0-600/1200
12
V
Φ430
Φ370
650
800
DC
0-600/1200
13
H
Φ430
Φ370
650
1000
DC
0-600/1200
14
V
Φ430
Φ370
650
1000
DC
0-600/1200
15
H
Φ430
Φ370
650
1000
DC
0-600/1200
16
V
Φ430
Φ370
650
1000
DC
0-600/1200
精
轧
机
组
17
H
Φ370
Φ310
650
1000
DC
0-600/1200
18
V
Φ370
Φ310
650
1000
DC
0-600/1200
19
H
Φ370
Φ310
650
1000
DC
0-600/1200
20
V
Φ370
Φ310
650
1000
DC
0-600/1200
连轧的概念
一根轧件同时在两个或两个以上机架上轧制，并且各架轧机的金属体积秒流量保持相等的轧制方法，称为连轧。
而用于连轧的机架顺序依次排列的轧制设备称为连轧机。
连轧机轧制的工艺特点是轧件在各机架轧制时应保持在单位时间内通过各个孔型的金属体积流量相等。
连轧机有三种轧制状态，即自由轧制状态，张力轧制状态，堆钢轧制状态。
控制轧制和控制冷却
控制轧制
控制轧制是通过控制加热温度、轧制温度、变形制度等工艺参数，控制奥氏体状态和相变产物的组织状态，从而达到控制钢材组织性能的目的。
控制冷却
控制冷却是利用相变强化以提高钢材的强度。
通过控制冷却能够在不降低韧性的前提下进一步提高钢的强度。
控制冷却是通过控制热轧钢材轧后冷却条件来控制奥氏体组织状态、相变条件、碳化物析出行为、相变后钢的组织和性能。
第四节钢材的精整
按工艺的划分，钢材的精整包括倍尺剪切冷床上轧件的冷却定尺剪切，记数打捆收集等。
精整区的功能是将轧件按所需要的方式进行剪切冷却记数收集等个步骤处理，直至得到最终的成品捆。
一、轧件的倍尺剪切
轧件经成品轧制后，断面已为成品，但其长度很长，无法直接上冷床，只有将其切成与冷床适应的长度，才能顺利地在冷床上进行冷却。
倍尺剪切的概念是对轧件按最终的成品定尺长度的若干倍进行倍尺剪切，这样可使冷床的长度得到充分的利用，并提高成材率。
经倍尺剪切后，轧件成为若干倍尺后，在冷床上平行布置冷却。
二、倍尺飞剪的优化剪切系统
在生产中由于坯料断面和长度的变化，以及轧制过程中切头、切尾的误差和所轧成品的尺寸公差，导致轧件总长度不同，造成上冷床的最后一倍尺长度各异，当倍尺太短时，将会造成很多事故。
优化剪切系统就是实现上冷床的最后一根轧件满足工艺要求长度。
其原理是通过一定检测系统在线检测轧件总长度，如果计算最后一段倍尺小于上冷床的要求长度时，则调整后数第二段钢材长度，按成定尺倍数减小，如果后数第二段还不能满足，可从后数第三段上减小，以增加最后一段的分段长度，达到上冷床的要求长度。
这时提升裙板的动作周期也相应配合。
三、轧件在齐头辊道上的齐头
倍尺在冷床上冷却过程中齐头是为成组进行多根冷剪作准备，以减少切头，节约金属。
四、钢材在冷床上的冷却
倍尺在冷床上冷却时，为保证后步工序的顺利进行，必须很好的控制倍尺的端部质量，并尽可能的保持轧件的平直度，以防止出现翘头和侧弯。
在冷却过程中最重要的是防止轧件由于不均匀冷却或不同时相变而引起的扭曲变形。
倍尺下冷床时温度一般小于200℃，这有利于倍尺进行定尺剪切。
五、倍尺的排料
当倍尺在冷床上冷却后，到达冷床出口处时，通过倍尺排料系统，将倍尺按冷剪的剪切支数和一定间距进行排列。
六、冷剪
倍尺经冷剪或无齿锯切成最终的商品定尺，其定尺分为：
6米、7米、8米、9米、10米、11米和12米，但通常生产的为6米、9米、12米定尺。
七、定尺的收集
冷剪剪切后的定尺在链子运输过程中进行短尺剔除、检查、记数等工序后，进入收集槽，做好打捆的准备工作。
第5节液压系统润滑系统
一、液压系统
液压系统在棒材中应用较多，也非常重要。
粗、中、精轧的换辊装置、机架的锁紧、轧辊平衡、机架的辊缝调整、加热炉的步进等皆采用液压传动。
二、润滑系统
润滑系统对保证工艺、生产设备的正常运转起这十分重要的作用。
第6节棒材生产的自动控制
一、概述
承德建龙的棒材生产线，配置了高水平的自动化控制系统，它不同于传统的旧式轧机的生产方式，产品质量和轧机的生产能力比较高。
二、轧制过程自动化的基本概念
所谓轧制过程自动化是指在轧制过程中采用自动化装置和电子计算机，使各种轧制过程变量，如轧制速度、张力、工作介质的流量、压力、温度等保持在所要求的给定值上，并合理的协调全部生产过程以实现自动操作的一种现代轧制技术。
随着计算机自动控制技术的广泛应用及轧钢生产过程的不断发展，棒材生产过程自动化的必要性主要表现在以下几个方面：
（1）轧制生产过程日趋连续化。
随着棒材连轧工艺的完善，所轧制的坯料尺寸及重量加大，要求剪切热倍尺上冷床也要实现连续性，从而包括其他一些连续性生产过程在内，使得连轧棒材生产的加热、轧制及后部精整剪切、包装等生产过程全部实现了连续化。
人本身很难在较短的时间内完成各个连续性的生产环节，而计算机自动控制过程解决了这一难点，使连续化生产得以实现，从而大大提高了生产效率，提高了轧钢车间的机时产量，使得生产规模越来越大。
（2）轧制速度不断提高。
轧制过程的连续化为轧制速度的提高创造了条件，机加工的精度的提高也为连续高速度生产创造了机械条件。
目前传统工艺棒材生产轧制速度达20m/s左右，高速棒材生产速度突破了40m/s，大大超过了老式轧机的轧制速度，这样对轧件在线跟踪控制提出了更高的要求，而计算机快速反应及高灵敏度的跟踪控制恰恰满足了这一点。
（3）能够减少误轧次数。
在一般轧制情况下当出现误轧时，清楚废钢或检修维护设备要花费很多时间，造成经济损失。
由于计算机控制系统能够按照事先编制好的程序迅速的进行规范严密的工作，可以避免或显著减少误轧次数，即使出现了误轧，计算机诊断系统也可协助操作人员快速对误轧原因（包括工艺及设备故障）作出准确判断，及时解决存在问题。
这些控制系统将大大提高轧机的作业率。
（4）可实现多品种范围内的尺寸变更。
由于市场所需，棒材生产必须适应小批量、多品种规格的需要，这样轧件尺寸、工艺参数等要经常性的进行变更。
就手动控制而言，需要花费相当长的时间才能给定其给定值，而计算机控制系统，可通过调换轧制程序来实现这一变动，大大缩短了更换品种所用时间，并且可满足多品种变化的需要。
（5）能对钢坯加热温度进行均匀控制。
加热炉的燃烧计算机自动控制系统可以使钢坯的通条温度、表面上下温度差在30℃以内。
这样可控制整根轧件的温度，从而为建立最佳连轧速度关系打下基础。
（6）能显著提高轧件的尺寸精度。
在连轧小规格棒材时，采用计算机微张力控制系统以及活套无张力控制系统，可保证整根轧件尺寸的一致性，从而可以大大提高产品的尺寸精度。
三、自动控制系统的构成
自动控制系统主要是由三部分组成，即计算机系统、电气驱动系统和可靠性高的检测元件。
计算机系统是自动控制系统的大脑，是完成自动控制系统的指挥系统，它通过参数设定、现场采集到的数据及信号，以及计算和逻辑判断来指挥驱动系统，完成生产工艺的具体操作。
电气驱动系统主要完成执行计算机发出的各项指令，用来驱动设备执行机构如轧机，同时系统具有自动调节和自动保护功能。
检测元件是自动控制系统的“眼睛”，检测元件通过电或机械的方法在无人干预的情况下给出被测量的数值或信号。
在棒材生产中检测元件一般有热金属探测器、活套扫描器、光电开关、编码器、压力传感器等几种形式。
四、棒材生产的主要自动控制系统
棒材生产的自动控制包括：
自动出钢过程控制系统，粗、中轧的微张力控制系统，活套无张力控制系统，上冷床热倍尺优化剪切控制系统。
第三章棒材产品的质量
棒材的钢种非常广泛，有碳素结构钢、优质碳素结构钢、弹簧钢、碳素工具钢、合金结构钢、轴承钢、不锈钢等。
对棒材质量更高的要求是必须满足后步工序的使用性能。
一般棒材交货的技术条件规定的质量要求有：
外形尺寸及精度；表面质量；截面质量及金相组织；化学成分及力学性能（包括深加工的工艺性能）；定尺长度及捆重；包装及标志。
棒材用途不同，其质量要求也各有侧重，如弹簧钢对表面的脱碳层要求很严格，冷墩钢材最主要的要求是冷墩不开裂。
1、精度
棒材尺寸精度高对用户的使用有直接好处。
如螺纹钢的负公差使用可节省钢材；圆钢精度高，车削加工时可以减少工时，提高金属收得率。
但对热轧产品的精度要求极高是十分不经济的。
2、表面
圆钢和螺纹钢要求表面光洁和不得有妨碍使用的缺陷，即不得有耳子（螺纹钢除外）、裂纹、折叠、结疤、夹层等缺陷，准许有局部的压痕、凸块、凹坑、划伤和不严重的麻面，但这些缺陷的尺寸不应超过相应的公差值（螺纹钢的凸块可放宽到不超过横肋高）。
在棒材交货时，影响表面光洁的一些缺陷可根据使用要求予以重点分类控制，以求得理想的经济效益。
3、截面质量及金相组织
一般来讲，标准中没有截面质量一说，但缩孔、中心疏松、夹杂等缺陷归并于表面缺陷并不科学，这类缺陷不进行截面质量检查有时很难发现。
有些缺陷如脱碳过热等不借助于金相显微镜也不能进行定量准确的判定，而这类缺陷在棒材质量评价中占有重要地位。
为了保证产品的力学性能特别是工艺性能必须对其金相组织予以控制。
因为金属材料的化学成分晶体结构和金相组织与产品的性能存在着对应关系。
只强调化学成分与性能不了解材料的金属结构组织状态就不能正确地评价材料。
棒材的显微组织对力学性能工艺性能影响很大，如螺纹钢经过轧后热处理可得到表层回火马氏体，从而提高了钢材的综合性能。
4、化学成分是棒材质量控制的主要内容之一，例如为使产品质量均匀性能一致，其碳含量波动范围应尽可能小，不仅要求同一钢号的碳含量波动小，而且要求同一炉号的碳含量都相同，以确保同一炉批号的产品质量稳定。
力学性能包括工艺性能，是棒材使用的最直接的质量指标。
包括屈服点、抗拉强度、伸长率、冲击性能等。
5、定尺长度及捆重
对于螺纹钢交货多为9—12米，对于圆钢交货多为6米。
定尺长度的精确度也有要求，一般为0--+60mm。
对于捆重，GB2101—89有规定，最大捆重（三类包装时）不大于5吨/捆。
一类包装（不大于2吨/捆），二类包装（不大于4吨/捆）由双方协商采用。
6、包装及标志
棒材产品一般以捆状交货，包装打捆质量好坏也是棒材产品质量的一项重要内容。
捆的标牌中应包括如下内容：
钢号、规格、重量、炉批号、生产厂家等。
每捆至少挂两个标牌。
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