石横高线成功实现无孔型轧制技术稳定生产，成材率与轧辊消耗显著改善

概括：

石横高速钢丝绳针对无孔轧制生产工艺难点进行分析，通过合理的材料设计、改进导卫、增设缺口装置及方法设计、改造轧辊水冷装置等措施，解决了无孔轧制工艺中咬口难、轧制稳定性差、轧制缺陷、轧辊冷却困难等诸多技术难题，成功实现了无孔轧制工艺在高速线材生产线上的稳定生产，成品率由98.55%提高到98.81%，轧辊消耗由0.254kg/t降低到0.10kg/t，年工序更换时间减少11460min。

1 简介

山东石横特钢集团有限公司2004年9月建成投产摩根Ⅵ高速线材生产线（简称石横高线），产品规格为φ5～φ25mm，设计年产量50万吨，最低保证速度112m/s。主要产品为φ6～φ10mm超细晶粒带肋钢丝盘条、硬线钢、轴承钢、易切削钢、焊丝钢等。粗中轧1～14机架为高刚性短应力线横立交替轧机，15～30机架为摩根Ⅵ全连续无扭轧机。2009年以来，石横高线致力于无孔轧制技术研发。 经过1年多时间，通过技术改进，解决了无孔轧制工艺中咬入困难、轧制稳定性差、轧制缺陷、轧辊冷却困难等多项技术难题，成功实现了无孔轧制技术在高速线材生产线的稳定生产。

2. 无孔滚压加工难点分析

2.1. 轧辊咬合状况不佳

石横高速线所用毛坯截面尺寸为165mm×165mm，为国内外同类型机组最大毛坯截面尺寸。采用无孔轧制工艺，辊径明显减小，最大压下量达100mm，轧件咬入角增大，咬入情况恶化；高速线采用低温轧制工艺，1#飞剪设计能力较小，限制6#轧机截面不能太大；光面辊的咬入能力比孔面辊小30mm左右。根据轧制理论，小截面轧机光面辊最大咬入角为22°~24°，箱式孔面辊最大咬入角为28°~34°，光面辊最大允许咬入角低6°。 国内已有通过表面堆焊来提高光面辊咬合度的办法，但此方法在优质钢生产中不允许使用。

2.2 滚动稳定性差

孔型辊本身可以对轧件起调心和夹紧作用，而无孔的光面辊则无调心和夹紧作用。因此，钢材的传递只能靠合理的材料长径比设计和导向作用来控制，轧件的横向移动只能靠进出导板的间隙设计和安装来保证。如何防止轧件的滚动和扭曲是材料设计和导板设计的关键。

2.3. 材料宽度控制困难

孔形辊轧制品宽度是受孔形限制的宽度，而非孔形光面辊轧制品宽度由滑动宽度、压扁宽度、滚筒宽度三部分组成。滚筒宽度又分单滚筒、双滚筒，压下量不同，三部分的组成也不同。新辊与旧辊轧制品宽度差异变大，没有现成的可直接使用的料宽模型。这也给轧机间张力的设定增加了难度。

2.4.轧制缺陷难以控制

据相关研究表明，无孔轧制边角处易产生锐化，双鼓凹面中心处易产生纵向拉应力微裂纹，应采取什么应对措施，使产品特别是优质棒线材满足下游用户的要求成为难点之一。

2.5. 辊筒冷却困难

孔型轧辊的冷却水基本可以控制在轧槽内，而非孔型轧辊的冷却水会沿辊面流动，轧辊的实际冷却效果会下降。冷却水沿辊面流下后，会增加轧机轴承密封的难度，需要对轧辊冷却装置进行改造。

3.解决方案

3.1 合理设计材料尺寸

石横高速粗轧机在孔型轧制时的轧制特点为：辊径为φ610~φ520 mm，采用边长为165 mm的连铸坯，6#轧机截面为φ71 mm，6个机架总的延伸系数达6.88，平均延伸系数为1.379，相邻机架中心距为2.25 m，1#、2#轧机主电机功率为400 kW，3#~6#轧机主电机功率均为600 kW。

上述特点决定了：

1）受相邻机架中心距的影响，设计无孔扩宽模型时应考虑合适的长宽比，否则轧制咬入角过大，强制咬入力过大，可能造成轧件鼓肚、堆料。

2）由于1#、2#轧机主电机功率的限制，轧件宽度设计不能采用“RER”圆角矩形轧制方式。

3.2 指南的改进

导轨的设计原则是保证轧件不掉落、不扭曲、顺利咬入辊筒内，探索进口滑动导轨与轧件合理的配合间隙，解决奇数钢材转运问题。

改进后的无孔轧制滑动入口导料装置，是在现有的滑动入口导料装置的上下夹紧部位加工出缺口，并在缺口上安装耐磨块；将导料装置靠近轧辊端部的直线段向轧辊方向延伸，使导料装置端部与轧件变形区边界线平齐；导料装置内腔与轧件之间的间隙设计为5～10mm。滑动入口导料磨损后，只需更换耐磨块，避免了导料整体报废，增加了在线使用寿命，避免了轧制不方正和钢水跑偏，提高了产品质量。

改进后的无孔滚动导卫是在现有滚动导卫装置的前端加设鼻尖，鼻尖头部紧贴辊子。安装结构是在滚动导卫装置的前端加工4个螺孔，鼻尖形状为带唇口的人字形，人字形两腿加工有与4个螺孔相匹配的裸孔，通过螺孔和裸孔用螺栓固定。轧制时轧件从鼻尖唇口吐出，由于鼻尖的支撑作用，防止轧件倾翻，控制不方正、钢旋转等问题。两台轧机由滑动导卫改为偏心轴滚动导卫，导卫寿命由8000吨提高到30000吨，实现了与轧槽寿命完全匹配。

3.3 滚轮切口工艺及切口装置的设计

为解决大断面（165mm×165mm）方坯咬口问题，设计了一种辊式缺口工艺方法及缺口装置，缺口深度为0.5～1mm，远低于国家标准要求的连铸方坯表面裂纹深度≤2mm。通过辊式缺口工艺，在保证产品质量的前提下，很好地解决了大断面连铸方坯咬口问题和全连轧无剥层大间距轧机无孔轧制问题。

3.4 辊筒水冷装置改造

原有管式冷却水管由于孔型本身对冷却水有包裹作用，适用于孔型轧制。但应用于无孔型轧制时，会降低冷却水利用率，使冷却效果变差，并造成水进入轧机轴承，导致轴承过早烧损。为此，将冷却水管由管式改为板式，并对冷却水管进行四面密封，以减少冷却水的自由损失，解决轧辊冷却和轴承烧损问题。否则电机负荷将不能满足生产要求。综合以上条件，轧件截面设计为矩形，既能保证截面减压设计合理，又能保证轧制稳定运行，设备不需要改造。各批次无孔料尺寸见表1。

3.5优化轧制工艺，处理钢材表面缺陷

通过对大量6#、12#材料分析发现，双鼓材料槽型内均存在线性微裂纹，这是由于附加拉应力引起的。石横高线优化了无孔轧制工艺，将粗中轧机组最后一机架改为有孔型，即采用“1～5孔无孔轧制+6孔圆孔或立椭圆孔轧制+7～11孔无孔轧制+12孔圆孔轧制+13孔无孔轧制+14～成品孔轧制”的轧制工艺。对表面质量要求很高的易切削钢生产实践表明，生产出的钢材表面质量良好。实践证明，将机组最后一机架改为圆孔或立椭圆孔，可以避免和消除坯料中产生拉应力微裂纹。

3.6.制定工艺体系

制定了《1～12无孔轧机换辊、换槽制度》、《1～12无孔轧机调整方法》、《车间无孔轧制孔制及孔磨标准》等相关制度，稳定压扁宽度和鼓宽，最终实现材质稳定。

4. 改善结果

无孔轧制项目实施后，石横高线主要技术经济指标明显提高，成材率由98.55%提高到98.81%，辊耗由0.254kg/t下降到0.10kg/t，年工序更换时间减少11460min，工序故障率降低，作业率提高1%。同时，以下两项技术在高线生产中首次开发成功，并应用于工业生产。

1）采用大尺寸（165mm×165mm）方坯在1～13号非紧凑型小棒高速连轧机上，实现了无孔轧制工艺的工业应用，分别生产出φ10～φ32mm和φ5.0～φ22mm规格的产品。

2）在高速连轧机上采用“1～5机架无孔轧制+6机架圆孔或立椭圆孔轧制+7～11机架无孔轧制+12机架圆孔或立椭圆孔轧制+13机架无孔轧制+14～成品机架孔轧制”的工艺配置，避免了全无孔轧制带来的坯料表面细裂纹缺陷，为采用无孔轧制工艺生产高品质棒线材消除了质量瓶颈。