高速线材减定径机组的特点及应用

牟立君

本钢板材股份有限公司，辽宁本溪，117000

0 引言

我国的线材行业在工装水平和产量上都可以称之为世界大国，然而高品质专用材仍需要进口，仍不能达到100%自给率，距离世界线材强国仍有差距，还不能被称为线材强国。随着科学技术的不断进步，高速线材生产工艺技术、装备的发展日新月异，轧机装备水平迅速提高，高速线材生产向高速轧制、无扭轧制、微张力控制、控制轧制、控制冷却、高精度轧制、快速更换等方向发展，轧机小时产量、轧机利用系数得到显著提升。具有世界领先水平的生产线主要特点是：单线轧制，盘重大，产品规格4.5～26mm，轧制保证速度达120m/s，采用超重型精轧机组和超重型减定径机组，具备低温轧制和低温吐丝能力，全线控轧控冷，尺寸精度控制在±0.10mm以内。减定径机组已成为高速线材生产的核心设备，它可实现对线材尺寸精度、表面质量、轧制温度的控制，从而实现线材较高的实物质量要求。中国具有世界最先进的工装设备，但是品种结构上还不能与线材轧机设备相匹配。通过研究高速线材减定径机的技术特点和应用，能够满足新时代发展的相关要求，为其更加高效的投入使用奠定基础。

1 高速线材减定径机组的应用现状

近年来，随着高速线材生产工艺技术的快速发展，带动轧制工艺装备制造技术进一步发展和提高，线材轧机精轧机组、减定径机组、吐丝机及其夹送辊等高速区轧制设备的装备水平、轧制速度和小时产量逐渐提高，提高了高速线材生产的产能和作业率。控制轧制控制冷却工艺技术的发展已要求高速减定径机由轻型向超重型发展。在高速线材生产领域，国内较多钢企配备了减定径机组，国际上部分企业配备了超重型精轧机组、超重型减定径机组，具备低温轧制、低温吐丝能力。

高速减定径机组主要为二辊，其型式主要有摩根（Morgon）的RSM（Reducing & Sizing Mill）和达涅利（Danieli）的TMB（Twin Module Block）和西马克SMS。摩根RSM和达涅利TMB是目前世界上业绩最多、技术最成熟的减定径机组，这两种机型在全球线材减定径机组中占有90%以上，西马克SMS应用较少。摩根RSM和达涅利TMB均为集体驱动，SMS单独驱动是线材轧机的一种创新技术，其实际应用效果尚需进一步研究和验证。近些年来，中冶赛迪研制了4机架SRSCD线材减径机组，该机组设计最大速度140m/s，与国际先进水平相当，能有效提升高线产量和轧机利用率。超重型减定径机组由2架超重型轧机及2架高精度轧机组成，可满足最低750℃的低温轧制及精密轧制的要求，有效提高了产品的机械性能，产品尺寸精度可达到±0.1mm。哈飞公司生产的双机架减径机，能满足中低档线材的精度要求，又能实现一定程度的低温轧制，但其轧制能力、轧制速度和稳定性均达不到国际领先水平。

2 减定径机组设备特点

普通减径机是以一台交流电动机为动力，并将多个齿轮箱与多个齿轮箱相连，以供轧制工艺选用不同的齿轮比。减定径机变速箱采用双层组合齿轮箱，四轴输出到辊箱，机械结构复杂，工作转速高。对高速线材轧机使用减定径机的工艺特点和控制的研究，能够达到新时代进步发展的相关要求，为其更加高效地投入使用奠定基础，使得高速线材精轧工作得到高效落实[1]。

摩根RSM减径/定径机包括4机架的顶交型配置，每个轧机单元的布置方式为每对辊环的轴线与水平面成45°，相邻两对间成90°，这样轧机在轧机间不需扭转。减径机可根据成品尺寸、钢种和工艺要求辊箱总成配置2机架250mm、230mm或160mm悬臂辊箱单元，定径机采用2机架150mm辊箱单元，还包括面板、辊轴、压下丝杆轴、位于轧机和马达间的外部齿轮箱、两个单元公用的轧机保护罩、震动检测分析仪。安装在基础之上的在线底座和离线底座，随时可更换到在线/离线可横移式机型，为了便于快速换辊作业，其也可使机组单独移动至离线位置或直接通过运送小车移送至轧辊间。在这种情况下，位于堆钢保护罩上的导槽将替代原机组移出后的位置，当减定径机移回轧制中心线位置时，所有的应用介质例如电、润滑油、水合液压流体将被自动连接到机组上。减径机的辊箱和摩根顶交无扭精轧机的辊箱一样，可完全互换而且两种轧机之间的备件和维护工具可完全共用[2]。类似顶交无扭精轧机，减径机辊箱同无扭精轧机辊箱可通用，这样保证了备件和维护工具通用性而且提供了如果精轧机要求更高轧制载荷升级的可能性。减定径机可配有带钢远程辊缝调节机构，通过每个辊轴的偏心安装实现，调整丝杠旋转使每对辊轴上的偏心套同步旋转，使得辊缝以轧线为中心对称调整，辊箱内压下丝杆上的齿轮与传动机构内相配的齿轮相连，这样操作工可在轧机保护罩关闭时，人工不带钢调整辊缝以确保操作的安全与简便，该机构带有用于在轧制过程中动态辊缝调节的位置反馈器。该功能特别适用于不锈钢或高合金钢钢厂，这些钢厂产品成本高，并且订单量小。高精度的成品公差要求其圆—圆—圆孔型设计和无导卫轧制。为了限制轧件的扭转力，定径机配有调整机构保证安装好辊环之后轧槽正确的对中。另外，定径机具有轴向预加载功能可消除所有轧辊轴间的间隙从而保证在轧制过程中轧辊轴的轴向对中。从第一架到无扭精轧机最末架采用单一孔型系统，可以改善轧机的利用率，唯一需要进行辊环更换作业的是减径/定径机。独立外部齿轮箱可调整各个机架的减面率从而可以以单一进料尺寸生产多种尺寸的成品线材。该减径/定径机连接有运送小车和离线减径/定径机组（预留）使得各尺寸产品更换时间在5分钟以内。减径/定径机的齿轮箱为定径机提供从头到尾都一致的轧材，否则由于轧制速度高，轧机单元间距小和电机相应时间的因素，不可能使用单传的轧制单元。

减定径机组导卫对中设备可以使滚动入口导卫可以精确地设置和对中。减定径机组后设置废品箱，检测在堆钢时容纳线材。

3 安装在精轧机和吐丝机之间的减径/定径机主要工艺优点

（1）连续轧制技术是我国目前比较成熟的一种轧制技术，其主要特点是轧制速度快，轧件质量好，因此近年来使用日益普遍，生产技术也呈现出快速发展的态势，而连轧孔型又是连轧技术的核心，因此孔型设计对连轧技术的研究具有十分重要的意义。减定径机组可实现线材的单一孔型轧制及自由规格轧制，自由规格轧制即同一精轧孔型系统通过调整辊缝就可以轧制很大范围内任意规格的、高精度的产品。通过简化了轧制工艺并通过降低换辊时间提高了轧机效率，提高线材生产的灵活性。与没有减定径机组的产线相比，可减少孔型系统，减少了预精轧机组、精轧机组轧机的轧辊、辊环和导卫库存[3]。

（2）带离线轧机单元（预备）的快速更换小车可在 5 分钟内更换轧制尺寸。这和单一孔型系统一起增加轧机的运行时间，保持了轧机较高的运行效率。

（3）高速轧制：以120m/s的最高轧速，确保110m/s的轧制速度，对提高单位产量是有利的。 最大终轧速度5.0mm产品为105m/s，5.5mm产品为110m/s。虽然最大保证速度120m/s，但从经济运行速度考虑不建议按最大终轧保证速度轧制，因为速度越高，对装备要求也高。

（4）全尺寸范围产品的公差保证在±0.1mm，椭圆度0.12mm。

（5）可进行热机轧制，根据钢种和工艺要求入口温度可低至750℃。20mm以上直径规格低温轧制和低温吐丝能力仍然受设备能力影响而受限。吐丝温度越低、辊环和吐丝管磨损越严重，相应消耗也大，可根据盘条相应品种及规格产品实物质量对晶粒度及产品质量设置适当的终轧温度和吐丝温度。

（6）通过椭圆—圆—圆—圆孔型系列改善了成品的表面质量和氧化层的一致性。

（7）扩展了成品的尺寸范围至4.75mm到26.0mm。

（8）最小轧制规格为4.5mm时，精轧机组和减定径机组为“10+4”，最小轧制规格为5.5mm时，精轧机组和减定径机组为“8+4”。

（9）可通过减径/定径机轧制公称直径为6mm到16mm的细晶和淬火回火螺纹钢。减定径技术使线材制品具有与微合金化相当的性能，因此，一些技术甚至可以取代微合金化技术来降低生产成本，改善产品的品质。

（10）因为改进了产品的尺寸精度，使尺寸精度更均匀，从而降低了头部和尾部不均匀部位的剪切损失，从而有效地提高了金属成材率。

4 采用智能自动控轧系统和自动控制冷却技术

在轧制速度达到10 m/s以上时，轧件的温度会上升，为确保最终的轧制温度，降低水冷段的事故，应采取控制轧制工艺。为有效地控制轧件的最终轧制温度，在精轧机组机架间、精轧机组和减定径机组之间设置若干个水冷箱，并且在这两个轧机组间内也单独设有了一个自动水冷装置，采用摩根增强型温度控制系统，根据所储存的轧制程序或温度设置，自动地对轧机冷却水控制开、关，对轧机温度进行闭环控制，以控制在精轧机入口、精轧机组间、精轧机组和减定径机组后的轧件温度相差±10℃。通过对不同品种的控制轧制和控制冷却，可以得到最优的金相组织和机械性能。

在高速线材生产过程中，线材的内部组织、机械性能以及表面氧化层的数目都是由轧制后的温度和轧后冷却速率所决定的，当前使用最广泛、技术最成熟、使用最可靠的是斯太尔摩控冷却技术，斯太尔摩冷却线其功能是将搭接在一起的线圈从吐丝机运送到集卷站。在对线材按以下描述的标准或延迟冷却方式操作时，使特定钢种能够得到所希望的冶金和机械性能。标准冷却：辊道以较快速度运行并且线圈散开布放。在这种模式下，保温罩打开并且进行强制风冷，输送辊道速度更快，卷筒布置稀松，鼓风机都是开满风量供风，最大冷却速度可达10～20℃/S，适应于高碳钢盘条的冷却工艺可以得到具有优良拉拔性能的索氏体组织；延迟冷却：辊道以较慢的速度运行并形成密集布放的线圈。辊道主体有保温罩，按照要求，可以进行缓冷模式。保温罩关闭并且不使用风冷，辊道速度慢，线圈布放致密，冷却速度最低达1℃/S，适应于低碳钢的冷却，可以得到强度低、塑性好、延伸大、接近单一的铁素体组织。此控制冷却线可满足各种钢种的不同冷却技术，为提高线材的品质提供了可靠的保障。

5 轧机调整与产品的尺寸精度控制

5.1 采用减定径机组的轧线对粗、中轧机组的料型尺寸精度要求较高

预精轧机、精轧机、减定径机入口轧件精度对最终产品的精度有很大的影响，中轧机机架张力过大会导致轧件头中尾尺寸不均，调整控制系统不稳都会导致产品尺寸的变化。如果预精轧机的入口段精度误差超过±1%，必须对轧机入口的轧件进行调整，卡尺或抽样检测，以确保轧件的尺寸精度。

为保证轧件尺寸偏差，降低通条尺寸偏差，要尽可能确保坯料加热均匀，减少头中尾温差，防止加热炉水梁导致坯料表面产生的水冷黑斑。出炉辊道要有保温罩，减少坯料温降，避免坯料中后部分温降过大，导致轧制温度不同影响通条尺寸偏差。要有一个稳定、可靠的微张力控制系统和活套控制系统，调整控制参数，以保证轧件头、中尾尺寸的稳定[4]。

5.2 轧机及导卫装置安装

若轧机和导卫装置安装不当，轧制线不对中，会造成轧件不对称或单边耳子；导辊松动或脱离轧制线，则会导致轧件倒钢和扭转，从而降低产品的精度。所以必须按照标准安装导卫装置，定期检查轧槽和导卫工艺件的磨损状况。

5.3 精轧机组和减定径机间的张力调整

利用微张力原理在精轧机和减定径机组连续进行长期稳定均匀的高精度轧制，所以对张力的控制很重要。在换辊或换规格后，在主控台按照轧制程序要求分别在精轧机组和减定径机组之间要适当提前设置2%～3%的张力。

5.4 减定径机的辊缝设定

在调试结束后，一系列的标准辊缝设置表在每一次更换辊缝时都要根据标准辊缝的大小来设置，请注意在相同的爬行速度下，用相同的材料在边辊环轧制，检测辊缝大小，在边辊环进行轧辊缝时，应该先上后下（如果要压下0.1mm，则先抬0.2mm，然后再压下0.1mm），以避免因齿缝产生的错误。

6 减定精机组在线材控轧控冷工艺中的布置

减定径机组布置在精轧机组和吐丝机之间，减定径机组要远离精轧机，精轧机组后设置水箱（3个）和均温段，在减定径机组后面设置2个水箱，可以实现对进减定径机组温度控制和终轧温度的控制。按不同品种的实际需要，对各种工艺参数进行设置，如轧制温度等，以保证产品的综合性能。

7 生产组织管理

7.1 产品计划的制定

由于减定径机的使用，减定径机前是一个单一孔型系统，这就为生产组织提供了更大的弹性,可以按照市场需求安排小批量多规格的产品生产，只需要更换和卸下减定径机组就可以了。采用快速更换装置可以减少减定径机组的更换时间，提高轧机的工作效率。为了便于辊环加工和配辊工作，在组织大规模生产时，应该采用专用的辊环。

7.2 定修和换辊管理

由于全线有30架轧机，换槽换辊次数多，时间长，在生产前期按照规定的轧辊和辊环进行换槽换辊，时间不确定，对设备维修造成困难，可采用日、周、月定修或换辊的生产管理制度：每天早晨1～1.5h进行换辊换槽和设备维修，每周1次4h定修，用于大设备隐患和故障处理，并尽量与换规格合并使用；每月根据设备情况安排一次8h定修，用于更大设备隐患和故障处理。系统实施后，设备维修工作可按计划进行。为了确保日定修换辊制度的实施，对国内外各种型号辊环进行了跟踪比较实验，对辊环单槽轧制进行了改进，并考虑了使用耐磨辊环，以进一步减少了更换辊的数量。

8 结语

综上所述，减定径机机组的应用是我国高速线材生产工艺技术的最新发展方向，与现有常规的高速线材轧机生产相比，采用新型减定径机工艺将为高速线材轧机设备制造生产的技术和管理、产品应用开发、备件加工制造的使用开发等带来着许多新时代的重要课题，因此本文从高速线材使用减定径机组的应用现状出发，探讨了高速线材生产使用减定径机的工艺特点和控制，希望能够促进我国高速线材生产技术的发展。