孔型设计对线材尺寸稳定性的影响

于福新

摘要：当前线材生产已摒弃旧有的复二重生产方式，在向优质、高产和低消耗方向发展，质量上也在要求多种规格，精密公差，光洁表面，大单重，细晶粒度，少氧化铁皮，高拉拔性。为保证高速无扭线材的轧制精度和质量要求，必须设计与其相适应的孔型系统。目前，在450无扭精轧机上常采用含减定径匹配的椭圆一圆一圆一圆孔型系统的单一孔型系统。单一孔型系统是指用一套孔型系统与减定径（或双模块）成品孑L型相匹配，通过精轧机道次的增减替换来实现所有轧制规格共用的孔型系统。本研究对线材单一孔型系统的设计及减定径孔型的构成进行了探讨。

关键词：孔型设计;线材尺寸稳定性;

一、孔型设计对线材尺寸穩定性的影响

高速无扭线材轧机的孑L型因轧机不同而不同。为了实现品种钢轧制规格范围大、道次多、单根、高速、无扭、恒微张力轧制的工艺特点，精轧机常采用椭圆一圆孔型系统。同时，为保证轧制精度和光洁表面的要求，成品采用减定径（或双模块）机组，用椭圆一圆一圆一圆孔型系统。轧机组成可分为粗轧、中轧、预精轧机组、精轧机组和减定径（或双模块）机组。规格为中5～中25 mm盘圆，轧制规格范围大，道次从24～32个不等。普通孔型系统设计只能道次随规格大小由多向少递减，相应轧制速度也随传速比的增大而减小，由最大100 H以到20 m/s，幅度较大。同时，进入精轧机的轧件尺寸也要随规格相应改变，所以精轧机孔型随规格必须按系列执行。规格更换必须按系列换辊，否则无法正常轧制生产，费时、费力，影响作业率。而采用带有减定径（或双模块）精轧机组的单一孔型系统，减定径（或双模块）精轧机组为成品孔型单独一套，轧制速度可按最高秒流量随规格固定，设为最大，其他孔型在预精轧和精轧机组中孔型共用，可随机组道次集传速比随意进行更换或参数调整。因此，采用单一孔型系统换辊方便，成品速度高，产量高，质量好。改进前的孔型系统线材孔型系统为：精轧机组采用椭圆—圆孔型系统;其设计思路是：采用传统的“圆要见圆，方要见方”、金属秒流量相等的轧制。但是，这种设计思想在集体传动，无自动控制系统的轧机上是相互矛盾的：一方面，要保证稳定的轧制状态，必须采用拉钢轧制;另一方面，拉钢轧制会导致轧件中间与头尾的尺寸差。这两个因素的相互矛盾导致永远不能实现“圆要见圆，方要见方”的目的。本次轧制过程中出现的主要问题是：（1）在减定径机组入口（即30 #轧机入口）共堆钢21 次、切废31 支，影响时间525 min。（2）因采用缓冷工艺，辊道速度设置较慢，加之小规格产品吐丝状态难以控制、影响落卷，因此造成上集卷挂线事故较多，使生产不能连续进行，同时包装质量较差。（3）因孔型设计问题，线材成品尺寸精度控制不好，最小Ф5.25 mm、最大Ф5.5 mm，未达到国标C 级精度，除少量达到B 级精度外，其余为A级精度。经过相关人员的努力，线材厂的线材轧制取得了较大的进步，焊丝钢的开发打下了坚实的基础。在生产过程中还存在以下问题：（1）因减定径机布置形式及轧件头部冷却快等原因，轧件头部易产生酥头，导致减定径机组偶尔出现堆钢现象;同时因水箱压力不能自动调整、水冷导槽磨损等原因引起的水箱堆钢等还在一定程度上影响线材的成材率和生产顺行。（2）吐丝机吐丝状态不良及辊道变形等原因引起的集卷和辊道挂线现象，仍然对生产产生一定影响。下一步，线材厂将重点针对以上遗留问题继续开展攻关，从而进一步提高速线材的生产水平。

二、建议

1.改进后的孔型系统。线材的孔型系统为：仍采用椭圆—圆孔型系统，预精轧机组采用椭圆—变形方孔型系统及椭圆—变形圆孔型系统，中轧机组采用椭圆—变形方及平箱—立箱孔型。依据轧制稳定状态的拉钢轧制原理，且每道次均需翻钢的情况下，利用变形方孔型使其轧出的轧件中部呈“钝六角”形，头尾呈方形，进入下一道次后，自动翻转改变其中部与头尾部的原始宽度与压下量，达到消除头、中、尾尺寸差的目的，变形方孔型轧出的料型中间呈“钝六角”形，头尾部呈方型，当进入下一道次后，头尾部翻转）#2，将轧件边长作为原始高度进行轧制;中间翻转+&2将轧件的宽度作为原始高度进行轧制，即中间与头尾的压下量与轧件的原始宽度通过孔型进行了自动改变，由于方形中的对角线！永远大于其边长，所以当轧件进入下一道次后，其中间的原始宽度#&！永远大于头尾部的原始宽度。在变形方孔型系统中，压下量对相对宽展系数影响较小，而轧前轧件宽度 基本决定了轧后宽度的大小，如不考虑拉钢轧制减小，二者相互叠加，使轧出的轧件头、中、尾宽度趋于相等，从而消除了头尾尺寸的超差。减定径入口堆钢的主要原因是：减定径机组轧制中心线不正形式的减定径轧机相对布置的减定径机组来讲，进入减定径机组的轧件直径小、速度快且头部状态不好，易产生堆钢;减定径导卫不能很好地扶持轧件咬入轧槽。

2.变形圆孔型。椭圆—方孔型系统存在着延伸系数大、轧制稳定、不易倒钢等优点，但其自动调节性较差，在集体传动的轧机上，由于拉钢会造成料型变化，这种孔型在预精轧与中轧机组很难适应;而椭圆—圆孔型系统延伸系数较小，轧制不稳定，易倒钢，且在这种轧机上尾部易出耳子，进而导致成品折叠等缺陷。介于二者之间的变形圆孔型则能较好地解决这一问题。图+所示为！，变形圆孔型与轧后料型。一段圆弧，中部是一段与顶部圆弧相交的直线段，这种相交直线起到限制宽展的作用，尾部非拉钢状态时效果更为明显。当轧件进入下一道次后翻转，始终将其宽度作为原始高度进行压下，保证了中间与头尾的原始高度相同，避免了圆形孔中因中间与头尾尺寸的差别进入下一道次后原始宽度的改变。增大尾部的延伸系数，使尾部的宽度相对减少，从而减少了头尾尺寸差。

3.上集卷易挂线和包装质量不好的主要原因是小规格产品吐丝状态难以控制，吐出的线圈在辊道上布置较乱;由于辊道速度设置较慢，造成料堆积很厚，从而影响盘卷在集卷桶的收集。线材尺寸控制不好的主要原因是孔型设计不合理，同时首次轧制，辊缝设置和张力控制不好。针对以上存在问题，相关技术人员制订了如下改进措施：（1）对减定径机组各架次轧制线距离标准轧制中心线的偏移量进行精确测量，并于从电机、同步齿轮箱、锥箱到辊箱全部移动，完成了减定径机组轧制线的找正。经测量，找正前轧制线偏离标准中心线达2 ～3.5 mm;经过找正后，轧制线偏移量全部达到安装要求（<0.05 mm），共同开发了减定径机组专用带鼻尖的四辊导卫，以提高导卫对轧件的夹持能力。在备件未到厂之前，线材厂对现有导卫进行改造，将导辊与轧槽之间的距离缩短了约3 mm，同时改造了导卫入口插件，提高了导卫的夹持能力，从而改善了轧件的咬入状态。使轧件头部能够正确地咬入轧槽，避免头部堆钢现象的发生。

结束语：

采用减定径机组对线材的轧制攻关，通过对孔型系统等的改造，有效地减少了减定径机组堆钢、集卷挂线等工艺事故，确保了生产顺行，保持了较高的终轧速度，大大提高了线材的生产能力，并得到尺寸、性能优良的线材产品，为邢钢依靠品种优势拓宽市场，保持良好的产品竞争力提供了保障。

参考文献：

[1]王廷薄.轧钢工艺学LM].北京：治金工业出版社，2019.

[2]赵松筠，唐文林.型钢孑L型设计[M].北京：冶金工业出版社，2019.