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我国小型轧机的特点与应用


30年前,我国的小型轧机大多数是横列式,如今绝大多数已是全连续式。小型轧机可细分为如下4类:以生产钢筋为主的高产小型轧机、以生产优质钢和合金钢为主的小型轧机、生产型钢和圆钢的多品种小型轧机以及单线高速小型轧机。由于小规格的型材需求量不大,而生产难度不小,其市场多为民营的老横列式轧机所占领,多品种的连续式小型轧机在我国没有发展起来。

钢筋小型轧机:推动单机产量提高

以生产钢筋为主的高产小型轧机在我国数量最多,估计超过150多套。全连续式小型轧由18机架轧机组成,平/立交替布置。主流的机型为全线短应力线轧机,也有粗、中轧为闭口式轧机,精轧机为全短应力线轧机,全线直流或交流调速传动。采用连铸坯热送热装、多条切分轧制工艺,轧后配的水冷装置,这是小型轧机的标准装备和工艺。上世纪80年代~90年代由国外引进的小型连轧技术,经国内移植、消化、再创新,得到了快速发展,产量由只有30万吨/年~40万吨/年经不断优化提高到80万吨/年~100万吨/年,甚至更高。要提高轧机的产量,一是提高轧机的平均小时产量,二是增加轧机有效的作业时间。我国正是从这两面着手,使轧机的年产量大大提高。

轧制速度的提高促进单机产量增长。现在小型轧机的最高设计速度为18m/s,制约的因素不是轧机也不是飞剪,而是上冷床机构。目前,制动式裙板上冷床机构可达到的最短周期时间是3秒,由此制约了轧制速度的进一步提高。但在设计中也对最高速度的有效利用上作了一些改进。过去ф12mm~ф18mm的产品用18m/s的速度轧制,单根轧制最大满槽的理论产量为129.4t/h,现在将18m/s的速度轧制范围扩大ф12~ф22mm(轧机强度和电机功率也相应加大),这样生产大规格产品时轧机的最大满槽理论产量为193.3t/h。

切分轧制技术对单机产量提高的作用显著。切分轧制法诞生于国外,1983年首钢从国外购买了生产螺纹钢的孔型设计和导卫装置技术,后来水城和承德钢厂从首钢移植了切分技术。1992年~1993年广州钢厂和唐山钢铁公司先后从国外引进连续式小型轧机以及切分轧制技术。唐钢在吸收国外技术的基础上进行了许多改进和创新,在掌握了ф12mm、ф14mm、ф16mm之后又将切分扩大至ф18mm、ф20mm,随后又试验成功ф10mm、ф12mm、ф14mm的三切分,创造了小型轧机年产80万吨的纪录。进入21世纪,全国几乎所有的钢筋轧机都在普及和推广切分轧制技术。

切分轧制使大小规格的小时产量趋于均衡,最大限度地利用加热炉的能力,为推动我国小型轧机单机产量的迅速提高起到至关重要的作用。

连续式布置延长有效作业时间。连续式小型轧机经多年发展,机架整体更换,换辊、换导卫时间减少,需要在线调整时间少;机械和电气质量的提高,特别是电气控制模块化使事故的停机时间减少;操作工人文化水平的提高,因操作不当造成的事故大减少;由于管理水平和工人操作水平的提高,检修时间在逐步缩短。

在上世纪80年代初,我国连续式小型轧机仅有几套,当时有效轧制时间达不到6000小时,现在年有效轧钢时间普遍达到7800小时以上,达到8000小时的也不在少数。

合金钢和优质钢小型轧机:合理布置 提高效率

以生产优质钢为主的小型轧机,主轧线一般由20架~22架组成,最后4架是减径-定径机,轧线设计最高速度为18m/s,轧制的钢种为优质碳素结构钢、合金结构钢、齿轮钢、轴承钢、弹簧钢、冷镦钢等。这种轧机有带大盘卷的复合轧机,也有不带大盘卷单独的棒材轧机。

优质钢小型轧机的产品范围虽然要求较宽,但又不能太宽,其上限受定尺冷剪剪切力和头部压扁、冷床共用性等因素的限制。对市场容量较小的国家也许需要这种产品范围很宽的轧机,但对我国这样一个市场大国,轧机高效率才有竞争力,产品范围过宽的轧机,在效率上会大打折扣。

粗轧机组与中轧机组间采用脱头轧制,是优质钢和合金钢小型轧机布置的一大特点。因为,该类型小型轧机的进口坯料规格比较大,而最后一架的轧制速度受冷床的限制,不能太高(最大轧制速度18m/s),连续轧制各架需保持秒流量相等的原则,这样推算到第一架的入口速度小于0.1m/s,这样低的咬入速度轧件很容易将轧辊烤裂。从多年实践可知,以200mm×200mm为原料的轧机,其第一轧机的咬入速度最好≥0.2m/s。在轧制合金工具钢、马氏体不锈钢这类高合金钢时,其第一架的咬入速度最好为0.2m/s,这样,变形速度较快,表面的温度降较小,可避免产生表面裂纹。这就需要将粗轧与中轧机组之间的距离拉开,大到长于一根轧件的长度,使粗轧与中轧间不形成连轧,以便不受最后一架轧制速度的限制,单独调节粗轧机组的速度,满足上述工艺要求。

生产小规格圆钢的轧机有多种,如传统的闭口式轧机、短应线轧机、预应力轧机,悬臂式辊环轧机等。在上世纪90年代,我国合金钢轧机进行大规模改造时,我国引进过上述几种形式的轧机。实践表明,短应线轧机上下辊对称调整,轧制线固定,操作方便;机架整体更换,轧辊和导卫可在轧辊间预先调整,轧机的作业率高。虽然,短应线轧机需要备用机架,生产线的初始投资比其它轧机要稍高,但操作方便,作业率高。

单线高速小型轧机:促进产品升级

切分轧制技术的广泛应用,将钢筋轧机的小时产量提高,催生了大量年产量100万吨以上的小型轧机。但切分轧制技术生产的产品尺寸精度不高,容易产生耳子、折迭等缺陷。多切分引起事故增多,切头切尾的比例提高,收得率降低。成卷的钢筋在使用时,需要开卷-矫直-切定尺,一方面增加了成本;另一方面建筑工地非常分散,要每一个工地都自己开卷-矫直不大可能。在城市设建筑材料配送中心,集中开卷-矫直-切定尺,可以部份解决线卷盘圆开卷难的问题。但在开卷一矫直时,钢筋横肋或纵肋受伤在所难免。虽然试验数据证明钢筋肋受伤不影响使用质量,但也会影响用户的选择。市场需求催生了单线高速小型轧机。

单线高速轧制小规格带肋钢筋,提高了小规格产品的产量,可满足市场对小规格直条棒材的大量需求,避免了使用高线盘圆所引起的麻烦和浪费,减少了传统切分轧制小规格带肋钢筋所引起的产品质量不高以及故障偏多、成材率偏低的问题。据有关数据显示,单线高速小型轧机在生产ф8mm~ф16mm钢筋时,与多条切分相比较,每吨成本减少6欧元~13.5欧元。

因此,单线高速小型轧机的产量虽低于切分轧制,但产品表面质量和尺寸精度较优,金属收得率、导卫的消耗低,可有效降低产品的生产成本,有利于推动产品升级。