高速棒材生产线工艺及设备的应用

吴 杰，宋端阳

（1.首钢长治钢铁有限公司设备处，山西 长治 046031；2.首钢长治钢铁有限公司轧钢厂，山西 长治 046031）

随着轧钢设备的更新，高速上钢系统在高速棒材生产线得到了应用。高速上钢系统的转毂装置取代了原有的冷床托架，棒材生产线的轧制速度突破了36 m/s，极大地提高了棒材生产线的生产率，降低了棒材轧制废品的产生率，提高了产品的质量，减轻了工人的劳动强度，同时减少了能源消耗，实现了集中化操作和节约化生产，为行业的技术进步起到了很好的示范作用[1]。

1 高速棒材生产线

首钢长治钢铁有限公司高速棒材生产线主轧线共有22架轧机，其中粗轧机组6架、中轧机组6架、预精轧机组6架、精轧机组4架，呈连续布置。高速棒材主轧线工艺布置如图1所示。

图1 高速棒材主轧线工艺布置图

2 高速上钢系统

2018年8月首钢长治钢铁有限公司棒材生产线增加了高速上钢系统，实现了高速成品倍尺上冷床的目标，同时具有倍尺优化功能，并成功填补了国内全连续式36 m/s高速棒材轧制系统关键技术依赖进口的空白。高速上钢系统由剪前的夹送装置、伺服摆杆、高速飞剪、剪后的制动装置和转毂装置等设备组成。轧件由夹送装置夹持并保持稳定速度向冷床输送，高速飞剪配合伺服摆杆对轧件进行倍尺剪切并且对尾钢进行优化。倍尺剪切后的轧件交替进入高速飞剪后的A、B两条管式通道，制动装置对轧件尾部制动，使轧件速度降低到5 m/s后自由滑动到转毂的A、B槽内。高速上钢系统结构示意图如图2所示。

图2 高速上钢系统结构示意图

2.1 夹送装置和制动装置

高速上钢系统的夹送装置布置在高速飞剪前，用于夹持轧件，使轧件保持一定的张力并稳定地向冷床输送；制动装置布置在冷床的落料槽前，用于夹持轧件并控制轧件减速。夹送装置和制动装置结构示意图如图3所示。

图3 夹送装置和制动装置结构示意图

2.1.1 技术参数

夹送装置和制动装置的技术参数：最大夹送断面为Φ10～20 mm；夹送材质为普碳钢、优质碳结钢和低合金钢等；夹送速度为36 m/s，可调速；夹送轧件温度为不大于850℃；夹送辊中心距为310 mm；夹送辊最大开口为40 mm；夹送辊直径为300 mm；夹送辊宽度为38 mm；电动机型号为Z4-200-31；电动机功率为90 kW；电动机转速为1700 r/min；鼓型齿式联轴器型号为GⅡCL8。

2.1.2 工作原理

夹送装置和制动装置分别由上、下两个夹持辊片组成，辊片安装在一对悬臂轴上，可方便拆卸磨损后的旧辊片。由一台直流电机通过齿轮分配箱和万向联轴器带动夹送装置与制动装置辊片的转动；由一个气缸通过连杆机构完成夹送装置和制动装置辊片的夹紧与打开，上、下辊片同步动作以保证其中心线的固定。夹送装置和制动装置可以根据棒材的规格与表面温度采用比例阀对其压力进行调整，既能保证棒材质量，又能灵敏设置夹送装置压力；由气压系统施加足够的压力将棒材降速，又可避免其产生压痕和变形。

2.2 伺服摆杆

2.2.1 技术参数

伺服摆杆的技术参数：伺服摆杆型号为TYSC110-L100-B20E-H1K1；伺服电机型号为SMH2-50C30CD-U231Y；伺服电缸行程为372.5 mm；伺服电缸长度为782.5 mm。

2.2.2 工作原理

伺服摆杆位于高速飞剪前，可水平左右摆动，由伺服电机驱动伺服电缸对摆杆作推拉的往复运动。伺服摆杆工作时有两个工位，当高速飞剪剪切轧件后伺服摆杆被推动到另一个工位，此时高速飞剪再进行剪切，周而复始。

2.3 高速飞剪

高速飞剪布置在精轧机组后，由电动机、鼓型齿式联轴器、飞剪箱体、剪刃和圆盘、出口分钢导槽等设备组成。高速飞剪为回转式结构，其结构示意图如图4所示。

图4 高速飞剪结构示意图

2.3.1 技术参数

高速飞剪的技术参数：最大剪切断面为Φ10～20 mm；金钢等；剪切速度为不大于40 m/s；剪切温度为不小于450℃；刀轴中心距为812 mm；两剪刃上下重合量为0.5～1 mm；两剪刃侧隙为0.2～0.25 mm；圆盘回转半径为406 mm；剪刃宽度为45 mm；电动机型号为ZFQZ-315-32；功率为360 kW；转速为1200 r/min。飞剪减速机构速比为1；鼓型齿式联轴器型号为GⅡCL10。

2.3.2 工作原理

高速飞剪的剪刃安装在回转刀架上，由一台直流电机通过齿轮传动装置进行传动。高速飞剪为连续运转，电机轴末端装有编码器，用于电机的加速和减速，以及剪刃位置与倍尺精度的控制。高速飞剪上下剪刃的重合量和侧向间隙可进行调整。为了防止轧件剪切弯曲，设计时剪刃的剪切速度（水平分速度）必须大于或等于轧件速度。高速飞剪前后设有出口分钢导槽，其上下轴的齿轮啮合实现同比减速，并驱动上下圆盘反向旋转以剪切轧件。

高速飞剪通过背垫片调整上下剪刃之间的间隙，通过底垫片调整上下剪刃之间的重合量，并在调整好后用楔形块压紧剪刃。高速飞剪出口分钢导槽上有A、B两条管式通道，当不同速度的轧件通过时可通过分钢导槽管式通道上的导板来调节轧件通过的位置。

2.4 转毂装置

高速上钢系统的转毂装置布置在冷床输入侧，主要由支架、旋转机构、减速机和电机等设备组成。转毂装置包括多个首尾衔接的转毂，转毂具有空心轴和外侧的连接端，空心轴中具有水冷通道，带孔圆柱销连接在相邻的两个转毂之间，铠装金属软管密封连接在相邻转毂的空心轴之间并且连通相邻转毂的水冷通道。圆柱销尾部通过弯折开口销锁死，轴向预留有受热膨胀的余量。转毂装置与冷床位置如下页图5所示。

图5 转毂装置与冷床位置示意图

2.4.1 技术参数

转毂装置的技术参数：轧件规格为不小于Φ20mm；转毂长度为108 m；轧件速度为12～40 m/s；转毂直径为230 mm；转毂机构数量为两套；转毂鼓溜钢槽内径为35 mm；转动角度为90°/次；转动频次为60次/min；每次转动时间为1 s；减速器速比为9；电动机型号为Z4-180-11；功率为16.5 kW；转速为670 r/min；垂直安装鼓形齿式联轴器型号为WGC255×112-II。

2.4.2 工作原理

两套转毂装置分别由4台直流电机带4台减速机驱动转毂心轴，转毂心轴带动旋转导槽转动。为方便旋转导槽转动，更换为剖分式结构。为防止转毂心轴及横梁受热变形，对部分转毂进行水冷，轴承为油气润滑。两个平行转毂悬挂于冷床输入侧，每个转毂由单独的减速机和电机驱动，交替动作，以将经过倍尺的轧件输送到冷床上。每个转毂上均匀分布4个受料槽，间隔90°。转毂旋转90°，轧件即从转毂落入冷床，然后转到准备接钢位置，等待下一个经过倍尺的轧件进入转毂。工作时轧件交替向两个转毂输送。转毂落料通道顺序依次为A1、B1、A2、B2、A3、B3、A4、B4。两个平行转毂4个受料槽接送轧件情况如图6所示。

图6 平行转毂接送轧件情况示意图

3 应用效果

首钢长治钢铁有限公司高速棒材生产线设计生产能力为4.6万t/月，随着高速上钢系统的投入使用，该条生产线设备的作业率达到83%，Φ12 mm的圆钢和螺纹钢的轧制速度超过36 m/s，最高产量达到6.2万t/月；热轧带肋钢筋头、中、尾纵肋质量的偏差控制在0.3 mm以内；热轧圆钢不圆度质量的偏差控制在0.15 mm以内，负差控制稳定，实际成材率达到98%，高于传统切分轧制的成材率。同时，冷床周期步进及棒材定位的精确保证了每个齿槽只下一支倍尺钢筋，可靠的轧件计数减轻了轧钢生产线操作人员的劳动强度，同时为生产管理和设备维护提供了便利。

4 结语

高速上钢系统极大地提高了棒材生产线的生产率，提高了产品的质量，减轻了工人的劳动强度，为行业的技术进步起到了很好的示范作用。