国内半连轧大规格棒材生产工艺特点
陈志强
(中冶华天工程技术有限公司 马鞍山 243005)
摘要：随着世界制造业向我国转移，以轧代锻的产品大增，特别是大规格棒材需求量剧增，催生了以半连轧方式来生产大规格合金棒材的轧钢工艺。本文以国内新建的部分半连轧棒材生产线为例介绍了这种生产工艺的特点和优势。 关键词：半连轧，大规格棒材，初轧开坯
1.前言
随着国内汽车零部件制造、发电设备生产和工业机械制造等行业的迅猛发展，国内大规格棒材产品的需求也与日俱增。过去，我国大规格棒材产品的生产主要集中在传统特钢行业通过锻造方式生产，而锻造生产在在成本和效率等方面都与轧制生产无法相比。因而大规格棒材的生产方式的转变就迫在眉睫。应运而生的就是以轧代锻的大规格棒材半连轧轧制生产。
从表1可以看出，目前，这种生产方式轧机的布置形式多为二辊或三辊初轧机加上数架连轧机组。初轧开坯、大压缩比、大坯型和多坯型是其主要特点。
表 1 国内近年新建和改造的半连轧大规格棒材生产线
序轧机名称 号
1 湘潭750
[1]
初轧 2
大冶850
[1]
初轧
原料规格 240×240 连铸坯：460×
350 钢锭：3.6t、
5.6t
产品规格 轧机组成 （mm）
Φ50～150 Φ750二辊可逆+Φ650×8(Φ160～200) 连轧 Φ70～250
(300)
Φ850二辊可逆+Φ750×6
连轧
投产时间 1958 1956
改造时间 2002 2001
3 大冶特钢
三轧厂650机组[2]
4 宝钢1300
[1]
初轧
Φ38～130
Φ650三辊可逆+Φ550×4连轧+Φ400×2连轧+Φ350×4连轧+3架精轧机
5 兴澄大棒
[1]
轧机
连铸坯：320×140、160、75～Φ1300双机架串列初+Φ
425mm 160 800×2+Φ700×4连轧 钢锭：10.3t、175～230（90） 13.5t、19.8t、
28.0t 370×490 Φ120～250 Φ1000二辊可逆+Φ760×
22100～180 3+Φ670×3
1985 2005
2006
年新建
6 淮阴大棒
[1]
轧机 7 大连钢厂
大棒轧机
[1]
8 大连钢厂
750初轧[3]
9 本溪特钢
[3]
10 西宁特钢
[3]
11 南京钢铁
中型厂
Φ380mm、 Φ450mm、 Φ500mm 380×490 钢锭：2.1t、3.6t、5.6t 钢锭： 3.5t
Φ50～250
Φ1000二辊可逆+Φ900×3+Φ750×3+Φ500×4 Φ1000二辊可逆+Φ850×
4+Φ650×4
Φ60～300 150×150
150×220 180×240 320×480 350×450
Φ42～180 Φ1000二辊可逆+Φ850×1984 30～90mm×4+Φ650×4 350～450mm工模具扁钢
Φ50～200 Φ800二辊可逆+Φ650×4
Φ140～250 750+6架平立联合
Φ40～180mm Φ850/750二辊可逆
+Φ750/650×4+Φ610/530
×4+Φ480/420×2 Φ120～220mm
Φ1100/950二辊可逆+Φ750/650×4
2006年新建 2007年新建 2003
2008
12 新兴铸管
厂 2009新建
注：空白处为不祥。
2.典型生产工艺介绍
大规格棒材半连轧生产主要以优质钢(优质碳素钢、合金结构钢、弹簧钢、轴承钢、冷镦钢)的大矩形连铸坯(或方坯或圆坯)为原料。少数合金钢厂同时以钢锭和连铸坯为原料。这种工艺生产任务主要有二个：一是一火成材直接生产Φ70—250mm(经过开坯后的连轧机)的大圆钢；二是为线材轧机和棒材轧机提供部份的轧制坯(有特殊性能要求的产品)。兴澄特钢的二轧分厂的大棒生产线是这一生产工艺的典型代表，其生产工艺流程如图l所示。
连铸坯 步进炉加热 高压水除鳞 二辊轧机可逆轧制 火焰清理 切头切尾(钢坯切定尺) 冷床冷却 钢坯收集 连轧机组连轧 锯切定尺 步进冷床冷却 收集 缓冷坑缓冷 收集
图1 兴澄特钢二轧分厂的大棒生产线生产工艺流程图
2.1加热
2.1.1坯料
大规格棒材半连轧轧制工艺，主要使用的坯料为连铸坯和钢锭。具体见表1。可以看出，大断面和多断面连铸坯是其主要特点。这是由产品规格范围宽，钢种以高合金钢为主，并且要求大压缩比决定的。压缩比是为了保证最终产品的组织结构和机械性能所需要的最小变形量，是保证内在质量所需的一个经验数据，其数值与钢水和连铸的质量密切相关，因此，压缩比随着炼钢和连铸水平的提高产生一定的变化,但是随着含碳量和合金含量的升高，最小压缩比要求也逐渐增大。目前不同钢种要求的最小压缩比的参考值见表2。
表2 不同钢种要求的最小压缩比[4]
钢 种
低碳钢和低碳合金钢 中碳钢和中碳合金钢 高碳钢和高碳合金钢
轴承钢(非滚动体)和不锈钢等高合金钢
滚珠轴承钢(滚动体)
最小压缩比 6∶1 6∶1 (8～12)∶1 (12～15)∶1 (30～50)∶1
2.1.2加热设备
以连铸坯为原料的几条新建的大规格棒材半连轧生产线，加热设备采用步进式加热炉，同时采用钢锭和连铸坯的生产线，加热设备既有均热炉，又有步进式加热炉[1]。
同时有均热炉和步进式加热炉的工厂，炉子能力的选择和操作方式的配合都是问题[1]。对于连铸坯用量占主导的生产线，为保证轧机的均衡生产，步进式加热炉的小时产量要与轧机机时产量相匹配。均热炉的加热能力按其年能力与年轧制的钢量平衡。实际生产时，只能一个均热坑加热好后集中出炉，此时步进炉不出钢，待一个或二个均热坑的钢锭轧完后，再由步进炉出钢。
2．2 轧制
2.2.1开坯轧制
二辊可逆轧制，每道次调整压下量，机前移钢翻钢。现在压下量的控制改程序控制，移钢、翻钢可以程序控制，但人工操作仍比自动操作显示出巨大的优势。
表3 国内新建粗轧开坯机性能表[1] 厂名 兴澄 淮阴 大连
轧机名称 Φ1000两辊可逆轧机 Φ1000两辊可逆轧机 Φ1060两辊可逆轧机
辊径×辊身长mm Φ1100/Φ890×2500 Φ1100/Φ890×2500 Φ1060/Φ940×2500
辊颈直径 570 570 571
电机功率kW 4800 4800 5000
转数r/min 0/50/120 0/50/120 0/60/120
电机型式 AC AC AC
轧机的规格和性能如上表所列。同以前的初轧机相比有以下变化。 1）只用连铸坯为原料的开坯机，因原料比较长可以取消传统的机架辊，需要求兼轧钢锭者仍需要机架辊，上辊的提升高度减小了，只有700mm。
2）现在的初轧—开坯机产量在100万吨左右，30年前相同规格的初轧机产量在150—200万吨以上，产量和效率都远不如旧时高，因此，不需要那么高的电机功率和传动效率。旧时的初轧机是每一根轧辊由一个电机(或二个三个电机)单独传动，中间不设齿轮机座。现在则由一台4800kw(或5000 kw)交—交变频电机，通过齿轮机传动上下两个轧辊。
3）机前机后设有推床，前后推床的移动和开合同步操作，在设计上除电气同步外还设有机械同步，以确保前后推床的操作绝对同步。机前设有钩式的翻钢机，只在机前翻钢，机后不设翻钢机(只是在轧制H型钢时机前机后都设翻钢机)。辊式抱紧半环旋转的翻钢机在以前用可逆式轧机轧制圆式用过，如苏州钢厂引进英国80年代的二手设备(810二辊轧机)，其它新老初轧机用的都是翻钢钩提升式翻钢机[1]。
4）机前机后的工作辊道由过去的集体传动，现改为每个辊由一个电机单独传动，提高了工作的可靠性。由于锭重减小，加热均匀，轧制过程中轧件对辊道的冲击相对减少，辊子的结构也由过去的实心锻钢辊改为厚壁钢管的空心辊。
2.2.2 火焰清理
2005年新建的江阴兴澄大棒生产线，在可逆轧机后安装了火焰清理机，据现场观察，使用火焰清理后的中间坯表面如镜面光滑。火焰清理对表面质量确有好处，代价是金属消耗大大增高。以370mm×490mm坯料轧至180mm×180mm后进行清理，清理深度以2mm计算，金属损耗4.4％。
2.2.3 剪切设备
中间坯切头和分段的剪切设备，考虑中间坯料断面尺寸较大，主要有热剪剪切
