中小圆钢工艺系统兼容性设计与应用

郭 磊

（山钢股份莱芜分公司特钢事业部， 山东 莱芜 271105）

山钢股份莱芜分公司特钢事业部（以下简称莱钢）特钢事业部中轧线年产30万t优质圆钢，该成材线2010年生产计划调整：采用Φ550 mm×1/Φ300 mm×4/Φ350 mm×1工艺布局，生产 Φ54～Φ75 mm规格圆钢。2014年8月应特钢事业部要求，中型车间现有工艺布局不变的情况下重新进行孔型设计，将成材规格调整为Φ50～Φ75 mm，为此实施中小圆钢工艺系统整体兼容性设计与应用项目。

1 优化设计思路

1）圆钢Φ50～Φ52 mm中精轧生产工艺系统设计，粗轧孔型系统仍采用9道次箱型共扼孔型，中精轧孔型系统采用六角—方—椭圆—圆，大延伸、大压下量孔型系统,孔型设计与能力验算，强迫咬入，将原Φ300 mmK4轧机用轧辊加粗。

2）兼容性优化合并设计粗轧Φ50～Φ75 mm粗轧工艺，局部优化设计将原粗轧Φ54～Φ75 mm工艺孔型系统局部优化设计为粗轧Φ50～Φ75 mm工艺，孔型中心线不变化，避免料形过充满，杜绝轧制缺陷。

2 优化设计

2.1 Φ50～Φ52 mm中精轧生产工艺孔型系统设计

2.1.1 孔型系统理论设计

基于椭—圆孔型系统延伸系数小，来料85 mm×85 mm，经六角—方孔型得到60 mm×60 mm的方料，限制K4、K3六角、方孔的宽展成为设计的关键，既希望实现大压下，又希望宽展很小，即实现大延伸，需创新设计。宽展与延伸的变化实质上是纵向、横向阻力比的变化，可以通过改变孔型侧壁斜度来改变纵向、横向阻力比。为了避免轧件在孔型中过充满，出现耳子、折叠等缺陷，同时考虑孔型的共用性以及降低轧辊消耗，在参数设计时采取了以下措施：

1）合理确定孔型充满度。轧件在六角孔型、方、椭圆孔型中的充满度分别为80%～95%，80%～85%，85%～90%。

2）适当加大孔型辊缝值（尤其是一些共用孔型），便于轧制时有调整余地。

3）对中间延伸孔型的椭圆孔，R适当取大一些，孔型的宽高比取2.45～3.10，随轧件的断面减小而增大。

2.1.2 孔型系统延伸系数的分配与计算

方件在六角孔型中的延伸系数Ul=1.4～1.8，六角形轧件在孔型中的延伸系数Uf=1.4～1.6，方件在椭圆孔型中的延伸系数Ut=1.25～1.80，椭圆件在圆孔型中的延伸系数Uy=1.2～1.4，根据总延伸系数Ul不得小于1.4，若小于1.4，则六角孔型将充不满，从而造成轧制不稳定，中间方轧件为60 mm×60 mm，以轧制Φ50 mm为例：

2.1.3 小圆钢新工艺延伸孔型设计

其设计孔型的结构尺寸图如下页图1、图2所示。

根据乌萨托夫斯基给出了在平辊上轧制时的相对宽展公式得出：

图1 小圆钢六角—方孔型结构尺寸图（mm）

图2 小圆钢椭圆—圆孔型结构尺寸图（mm）

2.1.4 小圆钢新工艺孔型系统配辊尺寸

2.1.5 轧制压力与电机能力校核

热轧型钢的轧制压力一般采用S.Ekelund公式计算，以45号钢，正常温度轧制计算各道次轧制压力数值表如表1所示。

表1 各道次轧制压力数值表

Φ300 mm轧机主机列电机型号：Y21000-16/1730，功率为1 000 kW，转速为371 r/min，减速机的中心距A=1 000 mm，速比i=3.29，线速度V=1.9 m/s，最大轧制力为100 t，主电机能力满足。

2.2 将原Φ54～Φ75 mm工艺粗轧孔型系统兼容性设计

1）孔型槽口、槽底宽度适当调整，侧壁斜度尽量小一点，减轻黏钢上轧线充满度过大，槽口磨损快尤其是上辊，容易拉丝前几道不用加凸度，增加了最大压下量造成咬入困难，料型尺寸较大时本身很稳定，但是导卫尺寸要严格。后3道考虑加凸度，增加稳定性用上表格计算，只需调整h即可，7、9道成品高度小点考虑放料操作，同时应加上凸度，孔型槽口、槽底宽度都调整，成品内圆角小点稳定。奇数道次尽量设计出方形，及时扭转也不影响咬入和轧制，但是反面出口横梁必须固定牢固，尺寸控制严一点。

2）重新分配压下量，调整h即可发生充满度的变化，减小下轧制线压下量，增大上轧制线压下量，料型高宽比调整合适对导卫要求不高，易咬入，取消孔型凸度，增加稳定性，增大孔型侧壁斜度，压下量均衡分配，辊缝调整，缩小压力差等技术，增大孔型调整余地，提高轧辊使用寿命，改善轧材表面质量。

3）将粗轧机压上、压下调整轮底盘厚度又65 mm减为50 mm,拓宽径向空间，轧辊直径由575 mm增为590 mm,材质由铸钢70Mn2Mo改为锻钢42CrMo，中辊高度位置不变，提高轧件咬入能力。

优化后减轻轧槽应力集中，避免断辊事故，减少轧辊开新数量，成套过钢量由6 000 t增为9 000 t左右，年可节约换辊时间36 h，减轻职工劳动强度，降低外委堆焊轧辊费用，其优化前后孔型结构尺寸图如图3、图4所示，其孔型充满度数值表如下页表2、表3所示。

3 应用效果

中小圆钢工艺系统整体兼容性设计发与应用项目，2015年3月在特钢事业部推广应用，已安全运行1年多，效果良好。

图3 原Φ54～Φ75 mm粗轧工艺二轧辊孔型配辊尺寸图

图4 优化合并后Φ50～Φ75 mm粗轧工艺轧辊孔型配辊尺寸图

表2 设计优化前中轧线粗轧机180 mm×220 mm坯孔型充满度数值表

1）该技术的开发与应用，提高中轧线中小圆钢生产线工艺系统工艺装置整体稳定性，实现轧制能力匹配、节奏均衡，简化岗位操作，减轻职工劳动强度，提升产品实物质量，符合当前转方式、调结构钢铁产业政策，投资可忽略不计，年可创经济效益1218.1万元，社会效益显著。

表3 设计优化后中轧线粗轧机180 mm×220 mm坯孔型充满度数值表

2）粗轧减道次，中轧大压下量生产工艺的成功应用。为解决轧制道次不足．料形延伸困难问题找到了有效可行方法，为国内同类型企业解决此问题提供了范例。

[1] 赵松筠，唐文林.型钢孔型设计[M].北京：冶金工业出版社，2000.

[2] 李曼云.小型型钢连轧生产工艺与设备[M].北京：冶金工业出版社，1999.

[3] 赵志业.金属塑性变形与轧制理论[M].北京：冶金工业出版社，2005.