雙高速棒材軋鋼生產線新工藝技術的應用研究

榮 崎，唐 輝

（安徽諾泰工程技術有限公司，重慶 401120）

0 引言

山西通才工貿有限公司雙高速棒材生產線是由現有老棒材生產線改造成的雙高棒生產線，是全國首例由棒材生產線改造的雙高棒生產線。該生產線采用了當前該領域最先進的技術，包括連鑄-直接軋制技術、熱送熱裝技術、模塊化軋機、無孔型軋制技術及獨立旋轉底座導衛、控軋控冷技術、零間隔軋制技術、高速上鋼技術，生產線最高軋制速度45 m/s，為世界上最高軋制速度。該生產線采用全新一代熱機軋制工藝技術，裝備制造高端，生產自動化水平高，為當前高速棒材領域最先進的生產線。

1 主要工藝技術參數

軋線為全連續式生產線，設計年產量180 萬t。主要產品為規格Φ12.0～Φ40.0 mm 的熱軋帶肋鋼筋，鋼種為優質碳素結構鋼、低合金鋼等。其中，Φ12.0～Φ25.0 mm 由兩邊高棒軋機生產，采用轉轂上鋼；Φ28.0～Φ40.0 mm 采用中間裙板通道上鋼，為進一步提高大規格產品產量，Φ28.0 mm 采用兩切分軋制。為考慮優鋼轉型升級，在中間通道位置預留有優特鋼生產的減定徑機位置，用于軋制尺寸精度更高的優特圓鋼，主要包括優特鋼、合金結構鋼等工程用鋼。規格為Φ16.0～Φ60.0 mm 產品定位以普為主，普優兼并。

改造完成后，主要采用鑄坯直軋工藝生產，規格為165 mm×165 mm×12 000 mm 的鋼坯通過輥道從連鑄設備直接送往粗軋機進行軋制，實現最大限度節能，降低生產成本，提高經濟效益，同時減少坯料庫存、庫容，大大縮短煉鋼到熱軋產品的生產周期，提高產品競爭力。保留現有加熱爐，為熱送坯料加熱使用。軋線產品方案如表1 所示，生產工藝流程如圖1 所示。

圖1 生產工藝流程

表1 軋線產品方案

2 多級熱機軋制技術

熱機軋制工藝主要通過控制軋制與冷卻獲得理想的相變組織[1]，是一種通過軋鋼手段既可降低合金成分，又可以提高產品性能的工藝技術，是目前最為有效的降成本手段。

熱機軋制工藝或稱為兩相區軋制工藝[2]。粗中軋為常規軋制，開軋溫度約950～1 050 ℃，通過精軋前水冷將軋件溫度冷卻至兩相區溫度區間（780～850 ℃），精軋道次施以足夠的總變形量，通過形變誘導鐵素體相變[3]和形變強化相變機制[4]來實現細晶軋制。在精軋機和成品軋機，選擇在應變誘導奧氏體相變溫度（Ad3溫度）范圍內軋制，在變形同時發生誘導鐵素體相變。為了控制鋼材溫度，在機組間設置水冷裝置，特別是在升溫軋制條件下，利用水冷控制恒定的Ad3溫度更為重要；軋后快冷可防止超細鐵素體晶粒長大，以及防止細化的第二相組織和彌散的碳、氮化物析出。

新一代熱機軋制工藝技術最大的特點是在高速區施加多級控軋控冷，軋件在未再結晶區反復變形，最大程度細化晶粒。再配合精準控制冷卻速率，獲得理想的金相組織，使鋼材晶粒更細小、更均勻，強度更高，性能更優。細晶強化是一種使鋼鐵材料強度和韌性同時增加的強化機制[5]，多級控軋控冷可以很好地實現這個目標。

3 模塊軋機

該高速棒材生產線采用了中鋼設備公司及其子公司安徽諾泰公司的全新一代熱機軋制工藝技術及核心裝備。高速線棒材模塊軋機以兩架軋機作為1 個模塊，每個模塊由2 臺電機集中驅動或者由1 臺電機獨立驅動。模塊軋機具有以下特點：工藝布置靈活，車間適應性強；模塊標準化互換；承載力大，可實現低溫軋制；配合水冷裝置可實現控溫控軋；備件量少；電機獨立驅動，降低設備空轉率，節能減排。在近年的新建和改建項目中，模塊軋機已逐漸取代傳統的集中傳動精軋機。

安徽諾泰公司在研究熱機軋制工藝的同時，配套開發適用的機械設備。模塊軋機在設計開發過程中充分考慮了控制軋制需求，在箱體結構、傳動軸強度、軸承載荷壽命、齒輪彎曲和疲勞強度等方面均進行優化和加強設計，旨在提高齒輪箱承載負荷，增強軋機軋制能力。經過多年發展，模塊軋機形成了系列化產品，如表2 所示。

表2 模塊軋機系列化

高速區軋機全部采用最新研發的RVM330 模塊軋機，是世界上規格最大的45°頂交懸臂式模塊軋機，專為大規格棒材開發設計。

RVM330 模塊軋機在結構上主要有以下特點[6]：

1）相鄰機架互成90°布置，實現無扭軋制。

2）機組采用頂交45°布置，既增加了機組的穩定性，又降低了設備重量，操作維護也更加方便。

3）軋輥箱采用插入式結構，懸臂輥環，箱體內裝有偏心套機構用來調整輥縫。偏心套內裝有油膜軸承與軋輥軸，在懸臂的軋輥軸端用錐套漲緊固定輥環。

4）錐齒輪箱由箱體、傳動軸、螺旋傘齒輪副、斜軸齒輪副、輸入齒輪副組成，全部齒輪均為硬齒面磨削齒輪，齒面修形，齒頂修緣，保證齒輪高速平穩運轉。

5）通過軋輥軸末端的止推軸承，有效解決了軋輥軸軸向竄動問題，保證了軋件的尺寸精度。

6）輥縫的調節是旋轉1 根帶左、右絲扣和螺母的絲桿，使兩組偏心套相對旋轉，兩軋輥軸的間距隨偏心套的偏心相對軋線對稱移動而改變輥縫，并保持原有軋線及導衛的位置不變。

7）輥環采用碳化鎢硬質合金，通過錐套連接在懸臂的軋輥軸上，用專用液壓換輥工具更換輥環，換輥快捷方便。

8）減速機設兩檔速比，以適應更大規格產品范圍。

4 控制冷卻技術

為控制軋件在生產過程各階段的溫度，預精軋后利舊原有水箱，以控制軋件進入精軋機組的溫度為800～880 ℃；精軋后設置2×2 個水箱，保證軋件進入成品軋機的溫度為780～850 ℃；成品軋機后設置2×4 個水箱，控制上冷床溫度為780～830 ℃，限制晶粒長大的同時避免產生回火組織。水箱結構如圖2 所示。

圖2 水箱結構

5 軋機布置及生產線特點

5.1 軋機布置

軋線共有24 個機架，共分5 個機組：粗軋機組6架（4 架Φ650 mm 軋機+2 架Φ450 mm 軋機）、中軋機組6 架（4 架Φ450 mm 軋機+2 架Φ350 mm 軋機）、預精軋機組4 架（4 架Φ350 mm 軋機）。

高速區軋機包含精軋機組4 架（分為A、B 兩線，每線2 架RVM330）及成品機組4 架（分A、B 兩線，每線2 架RVM330）。

5.2 生產線特點

1）高棒軋制速度最大達45 m/s 以上。

2）連鑄鋼坯熱送直軋工藝，可節省燃料消耗，降低生產成本。

3）采用無間隔軋制技術，將粗軋機入口坯料間隔時間由5 s 縮短到3 s 左右，減少了軋機空轉時間，節能降耗。

4）利用HRB400 的成分即可生產HRB500（E）產品；極大降低了生產成本，同時可滿足下一代國家標準升級需要。

5）HRB400（E）系列盤螺產品不添加釩或鈮，錳含量低。Φ12.0 mm 螺紋鋼w（Mn）低至0.90%，Φ25.0mm螺紋鋼w（Mn）低至1.25%，屈服強度≥420 MPa，表面沒有激冷層及異常組織，完全符合國標GB/T 1499.2—2018 要求。

6）Φ12.0～Φ25.0 mm 規格采用模塊軋機生產，碳化鎢輥環軋制，產品精度高。

7）采用RVM330 單獨傳動減徑機，實現多級控軋控冷，產品性能好。

8）采用雙夾尾制動裝置和四通道雙轉轂上鋼裝置，將高速運行的軋件降速并輸送到冷床矯直板上。高速上鋼最高設計速度50 m/s。

6 生產情況

山西通才雙高棒生產線經投產后，生產狀況良好，完全實現了建設目標：

1）Φ12.0 mm 實際穩定軋制速度45 m/s。

2）采用多級控軋控冷軋制工藝，所有規格均不加釩，生產Φ25.0 mm 的HRB400E 螺紋鋼w（Mn）低至1.1%～1.2%，Φ12.0 mm 螺紋鋼w（Mn）低至0.7%～0.8%；生產Φ25.0 mm 的HRB500E 的化學成分為w（Mn）=1.3%～1.4%、w（V）=0.03%；無論生產HRB400E 還是HRB500E，均為最優化學成分。

3）RVM330 模塊軋機工作穩定可靠，極大減少了生產事故的發生。

4）模塊軋機輥環軋制精度高，Φ12.0 mm 負差可控制在-5.5%以上，產品尺寸均勻、穩定。

5）借助半自動換輥機械手，輥環更換時間在15 min 以內，極大提高了生產效率。

7 結論

1）山西通才雙高棒生產線是首套由老棒材生產線改造而成的雙高棒生產線。采用全新一代熱機軋制工藝技術（多級控軋控冷技術），配備重型RVM330 系列模塊軋機和在線閉環控冷設備。

2）通過降低合金含量，能夠生產出符合新國標要求的細晶粒產品。投產后產品性能穩定、負公差控制準確、合金成分低、生產成本低，進一步增強了其產品的競爭力。