本钢特钢厂800大棒连轧线孔型系统优化分析

  概述800大棒连轧生产线孔型系统优化前存在的问题，根据已被优化的3个产品规格，通过对优化结果进行分析，采用减少中间过渡孔型、更改过渡孔型、重新分配压下量等方法，部分优化效果明显，轧机作业率提高同时轧制稳定，降低了生产成本，提出进一步优化的措施。

  本钢特钢厂800轧线2007年开始改造，其主要设备及孔型设计等工艺均由国外引进。产品为棒材圆钢，品种多规格全，由于外方POMINI是第一次在原有轧机上进行改造设计，由于经验不足，设计上存在诸多问题，如孔型系统延伸孔型共用性差，换辊量大作业时间长，影响轧机作业率的提高。其中85mm圆的轧制，频繁在H8架轧机出现咬入困难等问题，严重影响生产正常进行。通过对其中影响严重的3个生产规格产品进行优化，降低了轧辊更换时间，提高轧件作业率，减少了轧辊、导卫备品备件的储备，为进一步提高轧机生产能力奠定了基础。

1. 本钢特钢厂800轧线工艺概况

   一是原料及产品。800轧线采用原料为350mm×470mm×（3600~4100mm）矩形坯、235mm×265mmx（7800-8100mm）中方坯、316t钢锭，钢种为碳素结构钢、碳素工具钢、弹簧钢、合金结构钢、合金工具钢、轴承钢、不锈钢。产品规格范围为：初轧产材，250~210mm圆，大棒产材200~85mm圆，小棒产材80-20mm圆。改造后设计生产能力110万吨/年。二是加热和初轧。加热工序有两台步进式加热炉，有效尺寸29700mm×9l00mm，燃料为高、焦炉混合煤气，发热值7524KJNm3，加热能力为120t h（冷坯）同时加热炉配有汽化冷却系统。轧制线上，配有轧制力为10000KN二辊生产预备方的同时还可生产210-250mm圆的成品钢材。三是连轧工艺及改造情况。将初轧二辊可逆式轧机送来的215mm×245mm预备方进行选择性的切头尾后，进入大棒连轧生产线。大棒连轧机由11架轧机组成。粗轧7架，1V~4H架为原来的650轧机，5V~7V架为新增的POMI-NI480红圈轧机；中轧8H-11V架为新增的RR480-HS和RR576-HS轧机。大棒连轧机共计12架，最后一架为定径轧机，定径规格小于130mm圆，改造的新轧机为平-立可转换轧机。改造过程保留了老四架轧机，V5~HI2架轧机均为进口交流电机单独驱动。整套连轧系统采用了微张力轧制，在V7轧机后设有2#飞剪，进行切头切尾和事故碎断。3#飞剪为倍尺分段飞剪，进行切头、切尾、倍尺和优化剪切及部分规格的事故碎断。钢材尺寸切割采用3个锯进行切割，切割后钢材在12m×418m两座步进式冷床上冷却矫直，可根据工艺需要直接步进到2段冷床进行堆冷，或在1段冷床下坑缓冷，共设有大小18个保温坑可对钢材进行缓冷处理。改造后的连轧机组中，采用先进的微张力轧制，即在相临的两个机架之间实现微张力轧制。通过上游和下游机架的速度级联关系自动修正速度，保持金属秒流量相等。由于张力由轧辊之间的速度差造成，并且张力形成环节受环境条件及建模误差的影响，使得张力形成环节的模型与真实模型存在不确定性，为了使棒材连轧机始终保持棒材在恒定的张力状态下进行轧制，以获得高质量的成品棒材，装备了控制系统建立微张力轧制模型和速度级联模型等各种控制模型工具。

2. 孔型系统及其优化

  Pomini改造设计孔型系统为箱型-椭圆-圆孔型系统，该孔型系统变形较均匀，工艺稳定，成品尺寸比较好调整。使用了1~3架轧机孔型为共用孔型，在V5轧机可产200~180mm圆3个规格，V7轧机产4170~140mm圆4个规格，V9轧机产子130-120mm圆2个规格以及V11轧机产110~85mm圆5个规格产品，共计14个规格产品。但改造后存在的问题是孔型共用性较差，相近规格需更换轧机较多，并存在轧制85mm圆在H8轧机咬入困难等问题。对170mm圆优化。原有的170mm圆需要使用7架轧机轧出成品，根据对180mm圆轧制情况观测，原有的老四架轧机轧制能力还可提高，各轧机孔型情况满足将170mm圆前移到V5轧机出成品的可能性。通过在V5新车170mm圆成品轧槽，加大了各道次的压下量进行试验调试，实现了对170mm圆的孔型系统优化。图一中可明显对比170mm圆优化前后使用轧槽情况，优化后的170mm圆，由于老四架轧机轧制过程轧槽充满较好，使得新170mm圆轧制过程更加稳定，简化了生产调整。由于减少了轧机数量，减少了换辊难度和时间，不但提高了产量。还减少了轧辊、导卫备品备件。1l0mm圆和130mm圆共用优化。原有110mm圆轧程在V9架轧机使用R9-3过度孔型，轧件尺寸为HxB-132mmx132mm，而130mm圆在V9的成品孔型为R9-1。轧件尺寸为HxB-132mm×1318mm，根据110mm在V9架和130mm圆在V9的轧件料型基本相似情况。在生产110圆时直接对接在130mm圆后。生产排产时尽可能在130mm圆后跟排110mm圆，所以生产130mm圆后只要更换H1O和V11两架轧机后就可直接轧制110mm圆，减少了对V9轧机的更换和在线对V9之前轧机的辊缝的调整，减少了换辊时间和大量的在线调整工作量。并且由于正常轧制130mm圆生产为成品正圆，供给110mm圆的料型特别稳，十分有利于110mm圆轧制，简化了操作，减少了试验钢支数和试验的难度，提高了轧制能力。85mm圆优化前后分析：针对85mm圆优化前后优缺点进行分析如下：中间圆的延伸系数大于椭圆的延伸系数。其中生产；85mm圆钢时，第7架轧机的延伸系数达1339，而第10架的延伸系数是1157。造成的后果是轧件在中间圆孔型中过充满，出现较大耳子。第8架轧机充满度达9812%。在生产特钢主导产品（齿轮钢、轴承钢、弹簧钢和高合金钢）时，由于轧件宽展发生变化轧件易出现耳子。根据生产情况分析，在钢种和轧件温度变化时第8架轧机料型控制困难，不适合生产特钢的主导产品。所以，对Pomini孔型进行优化是保证85mm圆钢合理轧制的必要条件。最重要是由于H6、V7、H8架轧机压下量都比较大，但轧线上V7和H8之间有2#剪，轧制85mm圆要对头部进行剪切，由于V7架轧件出来扭转或2#剪剪韧磨损等情况，会使得头部剪切形状不理想，轧机间距较长，原本H8架轧机压下量大咬入困难，多种不利因素汇集就导致H8架轧机更无法咬入，产生堆钢事故，严重影响生产。对此对85mm圆轧程进行修改势在必行。将V7架出来的料型调整为近似正圆形状Hx B-133mm x133mm，比较以前的Hx B-130mm x135mm立椭圆更利于咬入，并在ODR8-1轧槽上点焊增加摩擦，使得485mm圆修改后的轧程基本解决了咬入的问题。

3. 继续优化措施

 调整后的轧程还存在了压下量分配不合理，按照轧程试轧后，在H8、V9、H1O、V11全部出现耳子，操作工要根据实际情况对V3~H6架轧机增大压下量，减少后部轧机出现的耳子情况，增加了调整困难。应对调整后的轧制规程重新校核，保证V7架轧机轧制料形接近正圆的情况下，增加V3~H6架轧机的压下量，确实解决后4架轧机出现耳子情况。达到最佳优化效果。

4. 结论

  改造后的大棒生产线，对Pomini孔型进行优化是进一步扩大生产规模，满足特钢主导产品生产的前提条件。尽管存在老四架轧机能力的限制，但提高生产产能，减少换辊的作业时间，部分规格孔型系统还存在优化的可能。目前已经被优化的3个规格的轧程孔型，实现减少换辊减少生产难度等优良效果。对优化了的85mm圆轧制规程，要更贴近实际生产，减少调整难度。