Φ55mm线材轧制工艺的分析与测定Word文档下载推荐.docx
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Φ5.5mm线材与Φ6.5mm线材相比，虽然在直径上仅差1mm，但其生产工艺有很多不同之处。
表1为两种规格产品在工艺特征方面的差别。
由表1分析可知，Φ5.5mm线材不仅在轧制过程中稳定性差，对各工艺参数变化反映敏感，而且粗、中轧区域为双线轧制，影响轧件尺寸、温度、张力、速度等主要工艺参数的因素众多，低速、大断面轧制变形区任一工艺参数的微小波动，都会在高速、成品轧制区引起较大变化，因而极易发生堵钢事故。
据统计，轧机中间堵钢按次数计算，80％发生在精轧区。
表1 Φ5.5mm与Φ6.5mm线材工艺特征比较
规 格
／mm
成品直径
／mm
成品截面积
／mm2
总延伸率
／％
成品长度
／m
终轧速度
／m*s－1
线标高温
强度
对轧件尺寸、
张力、温度变化
线材高速
运行稳定性
对轧件运行通道
平直度要求
Φ5.5
5.5
23.75
722.4
11385
83
低
反映敏感
抖动大，振幅高
高
Φ6.5
6.5
33.17
517.3
8152
68
一般
差别／％
100
40
22
32
差别较大
差别很大
3 Φ5.5mm线材生产工艺要求 根据前述工艺特征，除要求严格精心的操作调整，保证轧件温度、张力、尺寸以及各架轧制速度等重要基础工艺参数均匀和稳定外，更要求各机、电设备，计算机及检测元器件在执行其功能时要保证时间、数值上的高度精确。
对Φ5.5mm线材轧制工艺的整体要求，是保证生产过程稳定所必须的条件。
Φ5.5mm线材的整个轧制过程由25架轧机完成，1＃～11＃机架为粗中轧双线轧制、大变形量低速工作区；
12＃～15＃机架为单线无扭无张、活套轧制中速区；
16＃～25＃机架直至夹送辊、吐丝机为无扭微张精密轧制高速区。
为保证顺利轧制，必须建立一套全面详细的工艺方案，包括从生产前准备及检查，轧制时工艺参数设定与核算直至故障处理对策，见表2～表4。
4 Φ5.5mm线材高速轧制区关键参数分析及优化
中间堵钢事故绝大部分发生在精轧区及轧件头、尾通过精轧机、夹送辊、吐丝机，这一现象一度成为生产中的重大难题。
这是由于生产线投产初期，轧机调试成功后，并没有真正掌握具体参数的作用及设定计算方法，对引进设备的核心技术缺乏全面正确的理解，一旦问题出现，无法对以“计算机程序形式”存贮起来的一些重要工艺参数作出合理的解释，而一些重要的技术关键和经验参数正包含于其中。
表2 Φ5.5mm线材轧制工艺要求及检查项目
轧制区
特 点
工 艺 要 求
检 查 项 目 及 要 求
1＃～11＃机架粗、中轧区（低速区轧速：
0.17～3.80m／s）
①大变形量，占总形变量的51.4％；
②双线、低速、扭转轧制；
③轧件温度有波动，在6＃～8＃机架间达最低，以后由于变形热加剧而温升；
④机架间有张力，双线轧制时互相干扰大。
①出钢温度均匀，加热质量好；
②保持轧件尺寸正确，两线差别小；
③张力尽可能调小；
④轧辊、扭转导卫安装正确，无卡、刮钢现象；
⑤7＃机架后轧件必须切头。
①钢坯全长头、尾温差≯70℃，断面温差小，≯30℃；
②轧钢时，测量1＃～3＃机架轧件尺寸，保证7＃、11＃机架轧件尺寸在要求范围内；
③用棒击法、电流法调控机架间张力；
④7＃机架后轧件尺寸每小时测量1次。
12＃～15＃机架预精轧区（中速区轧速：
3.8～9.7m／s）
①单线、无扭、无张轧制；
②变形量最小，占总量的14.1％；
③2个活套水平，3个活套立于预精轧机间，构成活套轧制区；
④温度较均匀，轧速适中。
①消除粗中轧机的张力，保持轧件尺寸均匀；
②变形量小，无扭轧制，保证轧出轧件尺寸断面形状优良，为精轧机提供优良来料，保证成品尺寸精度；
③活套系统工作稳定，调节量小且时间短。
①辊环、导卫安装到位、牢固，无打滑现象；
②各活套检测元器位置正确，镜头清净；
③起套杆、阀、气缸工作状况正常；
④自由辊、压板、导槽无卡和刮轧件现象；
⑤1＃水箱必须给出调控轧件入精轧机温度；
⑥15＃机架后必须切头。
16＃～25＃机架、夹送辊、吐丝机、精轧区（高速区轧速：
9.7～90.0m／s）
①高速、微张、无扭、精密轧制；
②变形量适当，占总量的33.8％；
③轧出成品尺寸优良；
④线材穿过水冷线，在夹送辊夹送下，转化成水平速度为零的散卷；
⑤计算机控制各工艺参数在极短时间内准确作用。
①辊环安装正确，尺寸按配辊要求；
②导卫安装要用光学校正仪，保证轧线尺寸正确；
③25＃机架出口→废品箱→水箱→夹送辊，要求高度对中，且通道光滑，无卡、刮线材现象；
④夹送辊各工艺参数设定正确；
⑤吐丝机工作震动小，运行平稳；
⑥所设计算机控制参数正确，执行准确、及时、可靠。
①按配辊要求，检查相邻机架、同机架辊径差；
②导卫检查；
③铅棒调轧机辊缝；
④用试棒检查通道平直度；
⑤夹送辊压力、辊缝、动作实验；
⑥吐丝机的管、锥、罩、冷却水、吹扫气检查；
⑦电子自动仪、计算机、PLC模拟检查。
表3 Φ5.5mm线材轧制工艺参数
项 目
参 数 值
钢坯加热温度／℃
钢坯全长头、尾端温差≯70
断面温差≯30
出钢温度／℃
1050～1100
轧制间隙／s
10～15
粗、中轧张力控制
先调一线，再两线均匀化，要求尽量小且稳定
各机组尺寸偏差／mm
7＃机架后，Φ50±
0.5；
11＃机架后，Φ27.6±
0.4；
15＃机架后，Φ17.0±
00.3
精轧后1＃水箱
现场调节，以控制轧件入精轧机，温度在950～1000℃
精轧机组配辊／mm
相邻机架辊径差≤0.4，同架轧机上、下辊径差≤0.1
水冷段至夹送辊轧件通道
平直度／mm
±
0.1
水冷段水嘴磨损程度／mm
＜1
线材头部水冷段设定值／m
15、11、7
精轧机导卫冷却水
低碳钢：
50％～100％开启
高碳钢：
奇数机架开50％
夹送辊设定参数：
辊缝／mm
最大2.5，最小0.3
压力／MPa
0.22～0.55
电流限幅／％
70～80
精轧机限定速度／m.s－1
≤90
吐丝系数
3.0～4.0
计算控制参数参考值：
V0＝1.074×
精轧机终轧机架线速度
K2＝1.02～1.03
K3＝0.96～0.98
夹送辊空载电流I0：
50％左右
夹送辊夹持电流I1：
基本达到限幅值，略超过
经长期努力，借助先进分析记录仪器，马钢逐步摸清了上述问题产生的原因，已能对生产问题作出正确判断，并修改了原调试时所用参数，优化了高速区工艺控制参数及时序上的设定，从而解决了Φ5.5mm线材轧制时在高速区的堆钢问题。
下面分析高速区各设备主要工艺参数的作用，并介绍适用于马钢的工艺控制参数。
4.1 Φ5.5mm线材通过精轧机至顺利吐丝的工艺要求
高速轧制条件下的Φ5.5mm线材，由于其断面细小、高温强度低，因而普遍采用给轧件以微小张力，助其顺利通过高速区。
由于精轧机为集体传动，原设计已考虑其间各架的张力关系，因此只要严格工艺要求，保证配辊尺寸，即可保证轧制正常进行。
下面重点分析精轧出口至夹送辊、吐丝机间的张力平衡。
表4 精轧机高速区故障原因及处理措施
故障类型
故 障 原 因
处 理 措 施
1.废品箱堆钢
（1）头部未吐丝
①轧件头部有开花头、冶废等缺陷；
②水冷段内留有残余废钢；
③水冷段（包括夹送辊导卫）有未紧固处，对中不良。
水冷段检查
（2）头部吐丝少于12圈
①前3项是否有问题；
②水冷段通水过早；
③成品尺寸严重超差；
④成品孔磨损或25＃导卫有问题；
⑤夹送辊进口导卫松动或安装位置有误；
⑥粗、中轧张力过大，或严重波动；
⑦活套波动较大。
①水冷段检查；
②检查轧材头部受到水冷的圈数；
③检查成品头部尺寸；
④换辊或换导卫；
⑤检查并重新安装；
⑥CP3消张；
⑦CP3干预调速。
（3）线材吐丝大于12圈（中部堆钢）
①轧件有冶废；
②2＃水箱水嘴磨损过大；
④夹送辊进口导卫松动；
⑤粗中轧张力有波动，活套波动大；
⑥夹送辊有微动；
⑦夹送辊压力太小或开口度过大，造成夹持失空。
①检查轧件情况；
②换水嘴；
③调尺寸；
④检查并紧固；
⑤检查钢温并消张；
⑥重新加压；
⑦增加压力或减小开口度（开口0.15mm，压力＞0.3MPa）。
（4）轧件尾部堆钢
①粗中轧张力大（尤其换辊、槽后）；
②尾部钢温过低；
③夹送辊辊径设定有误；
④废品箱盖板松动；
⑤轧件冶废丢尾；
⑥夹送辊第2速度段投入过慢；
⑦夹送辊第3速度段投入过迟。
①消张；
②升温或保温；
③CP3校对并重新设定；
④重新捆扎；
⑤轧件检查；
⑥计算机控制“参数－时序”关系分析检查。
2.轧件尾部在吐丝机处甩尾挂钢
（1）大圈集中甩尾
①钢坯尾端钢温过低；
②粗、中轧张力大；
③吐丝机托板角度安装不对；
④吐丝系数过小；
⑤夹送辊辊径设定有误（如过小）；
⑥夹送辊第3速度段投入过迟；
⑦精轧机未待轧件出口而过早投入下一根钢的初始轧制速度。
①尾端钢温高于50℃甚至100℃；
②CP3调张；
③正确标准：
线圈在托板上平滑倾倒在辊道上，无站立或几圈同时倾倒的现象；
④增加吐丝系数；
⑤核实辊径；
⑥自动控制“参数－时序”复查（必要时，可增大夹送辊最小开口度至0.15～0.20mm）。
（2）硬拉甩尾（挂托板）
①夹送辊最小开口度过小（＜0.15mm）；
②夹送辊压力过大（>
0.3MPa）；
③轧件尾端温度低；
④轧件尾端尺寸不准；
⑤夹送辊入口导卫松动；
⑥夹送辊第3速度段投入过迟。
①现场调整；
②现场调整；
③升温或调节1＃水箱；
④现场检查；
⑤现场检查；
⑥通知电气检查。
（1）当轧件头部到达精轧机前的5＃ LS活套扫描器位置时，将此信号送至计算机主控系统和PLC系统。
轧件头部进入精轧机时，起套要形套并在尽可能短的时间内稳定。
轧件头部通过水冷区时，整个水冷线停水，以免线材受阻。
头部到达夹送辊后，夹送辊将其夹住并以高于轧件运行速度，在夹送辊与精轧机间建立张力。
稍延迟后，依次自动打开精轧机至吐丝机间的2＃、3＃、4＃水箱给水，保证轧件顺利通过水冷区，进入吐丝机。
此张力值大小由计算机控制夹送辊负载来实现，并保证相对恒定，不能过大或过小。
（2）夹送辊对线材全长均进行夹持，用限定夹送辊负载电流来实现恒张力控制。
（3）轧件尾部通过时，由于上游轧机逐渐失去张力和高速运转设备对轧件的巨大惯性，能否平稳控制轧件尾部通过精轧机出口、夹送辊和吐丝机出口区域至关重要。
实践表明，堆钢事故绝大部分发生在尾部通过时，因而其控制成为难题。
通过对大量原设计资料和计算机控制程序分析得知，马钢引进的高速线材轧机采用了对轧件尾部的特殊控制。
由夹送辊对线材全长进行多级速度控制，即针对轧件尾部在不同位置、不同工艺特点，施用不同速度的控制。
如在轧件脱离精轧机后，夹送辊应立即改变工作状态，从以较高速度夹拉轧件改为以较低速度制动轧件尾部，减少其巨大惯性对吐丝机的冲击，以保证尾部顺利通过吐丝机。
4.2 Φ5.5mm线材生产时高速区主要工艺参数的作用及设定原则
精轧机前5＃ LS活套扫描器的作用至关重要，见图1，既为活套扫描器，又作为信号源。
从图1可知，存贮于Leitronik主控计算机中的主要工艺参数以及根据线材头、中、尾部在不同位置计算给出这些存贮参数的投用时间成为技术关键，据此完全可以得出“参数－时序”控制图，见图2。
要全面掌握这一技术关键并根据生产工艺情况进行优化，必须解决高速区轧制工艺的设计原理、主控计算机中各存贮参数的作用及计算数学模型、轧制Φ5.5mm线材时各参数给定值及计算机值、根据生产实际进行优化的原则等问题。
现仅就对Φ5.5mm线材头、中、尾部的控制结合图1、图2简述如下：
（1）线材头部到达5＃ LS活套扫描器位置时，主控计算机将根据实时成品机架线速度和事先存贮的等效长度*，计算出轧件头部到达夹送辊的时间，并由PLC控制在规定时间内闭合上、下辊夹送线材。
（2）夹送辊初始空载设定速度V0由主控计算机根据存贮参数和终轧机架轧辊参数计算给定，是一个高于成品机架速度固定比例的速度值，从而以速度差建立精轧机与夹送辊间的张力。
（3）当轧件头部被夹送辊以V1速度夹住后，由于精轧机和夹送辊间不应有塑性变形，因而造成夹送辊的速度跌落。
但只要跌落后的夹送辊速度V大于线材实际运行速度，即会形成张力。
显然，此张力靠线材的弹性变形维持。
且由于存在速差，夹送辊总保持要达到原空载速度的趋势，从而可保持住张力，其大小由速度差ΔV＝V0－V1决定，又由于V1为轧材实际速度，则可得出夹送辊初始空载速度V0的设定。
V0综合考虑了轧件尺寸、速度、前滑、高温弹塑性变形对张力的影响，根据经验和现场调试，存于主控计算机中。
另一方面，为使线材不发生塑性变形或拉断，主控计算机对夹送辊的工作电流进行了限定，并以此来闭环控制夹送辊运转，从而形成对张力的相对恒定控制，既可保持线材稳定通过水冷段又能顺利吐丝，夹送辊此时的实际速度为夹送速度，又称为第1速度。
（4）当线材尾部到达5＃ LS处，主控计算机即开始计算作尾部控制，如图2所示。
首先给出夹送辊略大于V1的第2速度V2，以适应尾部此时应上游机架脱钢失张而引起的速度增加，其大小由K2值决定，K2值预先存贮于主控计算机中，亦是个经验数值，可根据现场情况调整，仅作用于线材尾部从5＃ LS处至精轧机出口的极短时间。
（5）当线材尾部脱离终轧机架后，主控计算机应立即给出夹送辊第3速度值V3，即所谓“制动速度”，同时投出200％的夹送辊工作电流限定值，为制动高速运行的轧件尾部提供足够动力。
值得注意的是，在此区域夹送辊的工作状态发生了反向变化，从原夹拉轧件转为制动；
又由于Φ5.5mm线材实际轧制速度可达90m／s，且因吐丝机作用造成其向前冲击惯性很大，故如何实现平稳，“制动”是个关键，其中2个重要参数必须设定准确，一是V3的大小由K3值决定，该值存贮于计算机中，其作用是选择夹送辊适宜的制尾速度。
二是开始“制动”的时间，工艺上要求越早越好，这样“制动”距离长，效果好，只要尾部一出终轧机架就应予以制动，但如过早，也易造成尾部打结断在精轧机内，俗称“丢尾巴”，造成下根钢来时堵钢。
此时间参数由计算机根据贮存的等效长度和实时取得的终轧机架线速度来决定，其数值的优化可在现场调整。
图1 5＃活套扫描器检测信号功用图
图2 高速区各主要计算机控制工艺参数时序图
5 结束语
Φ5.5mm线材高速轧制工艺过程的顺利与否，主要决定于对严格执行工艺方案的高要求和对高速区由计算机控制的各工艺参数的理解与掌握。
虽然高线生产工艺技术及装备水平发展迅速，具有高水平的高线轧机我国也有几套，但有关高速区工艺分析的资料很少。
这是由于以“计算机控制程序形式”贮存的“工艺方案”有一定的隐蔽性。
因此，应努力探索高线生产工艺技术的精髓，掌握技术关键，使难题迎刃而解。
（*因版面限制，等效长度及夹送辊各级控制速度的计算略去，有需要者可与作者联系，共同探讨具体技术问题。
）
作者简介：
梁元成（1965～），男（汉族），河北张家口人，工程师，棒材厂技术部部长。
作者单位：
高海建（马鞍山钢铁股份有限公司，安徽 马鞍山 243003
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