在棒材和线材轧机中用现代三辊轧制技术生产最高级的产品.pdf

1 9 9 3年第 2期 冶钢译丛 3 1 缓=# 棒训 0 ， 豫 i 一 7 在棒材和线材轧机 中用现代 三辊轧制技术生产最高级的产品 m m e ， w】 ，u ( 德 )wi l l i -j u r g e n amme r l i n g 6弓弓 c。 棒 材和 线材产 品的 经侪 轧制 及后 部工 序方 面 日益严 格 的要 求 ， 已经大大 地改 变 了产 品 的市 场 情 况 除了 利用轧 制条 热进 行再 加热和 控制 拎 却之 外 ， 轧 制过 程车 身 ( 包 括形变 熟 处理 ) 在轧 钢领 域中是撮其重要的。三辊轧制技术为满足这种要求提供了好条件 1 三辊轧 机的特点 三辊轧制技术的基本原理本文 只就其最 重要 之处作提 纲挈领地 概述 。 圉 1 三辊 机 架 ( a ) 及 三角孔 型 ( b 1 围 l a表示 一台三辊 机架 ， 它有三个 互相 间隔 1 2 0 。 并 围绕着 轧制线配置 的轧辊 ( 实 际 上是三个盘形 辊环) 这三个 轧辊在轧制过程 中形成 一种 有利于纵 向变形 的应 力状态 ， 也 就是说增加了延伸。由于轧制压力是同时从 三个 侧面 施加到轧件上 的( 见围 l b ) ， 所以在 轧件 的 中心形 成 了一个垂 直于轧 制方 向的 、 均 匀 的压 应 力 区 。 由于 宽展 明显地减 少 ， 在整 个横断 面上 获得 了一种有效而又均匀的变形 。 从围 2 a看出 ， 三辊机 架是配置 在车式机 座上 通过相邻 的机架之 间互成 1 8 0 。 布置的 办法 ， 保证了无扭转 轧制 。 三个轧辊 由一根输 入 轴 带 动 机架 内 的两 付 伞 齿 轮 来 驱 动 ( 围 2 b ) 。输入轴借 助 于 自身 的齿接 手与 公共齿 轮 箱联接 。 可以说 这种组 台式轧机结构 的特 点是最 紧凑地把机 架组装 在一起 ， 占 地最小 ( 长 度方 向) 而 且 基 础 非 常 简 单和 廉 价 ( 围 2 c ) 。 三辊机组常用于经济上台理的场台， 即 高的变形 效率 、 高 的轧机作 业率和成 材率 使 必需的投 资成 为台理 的场 台 。这些场 合主要 是 中轧区和精轧 区 ( 从 直径 约 7 5 mm 的进 口 断 面开始) 以及为 了棒 材精密 定径 的特殊 用 途 。 不过 ， 三辊 组台式轧机较 高的机械设备 费 用不 仅几乎 可以被 实际 使用 中的少 占地 、 小 基础 以及特别低的 电气 驱动和控制 费用全部 抵 销 ， 而 且还可 以从 降低 运转 费用的结 果 所 创造的 附加 利润 中得到 补尝 。 维普资讯 1 9 9 3年第 2期 车式机座可 以用相应的更换方式很方 便 地更换整个机 组( 见下面叙述) 。可以在 3 5 分钟之 内完成机座小车的更换 。 图 2 a 精 密定径 机组 p s b f f i g ! 图 2 b不可 调三辊 机 架 1 辊环2 传 动轴3 拉 紧螺丝 4 碱摩轴承5伞齿轮 图 z c 三辊机组的横断面 1 主电机2 齿靶籍3 帆絮 机 座 小车 三辊 轧制技 术的一个 基本原则是整个机 架连 冈导卫 装置是 在轧辊 闻里 预装好 的 也 就是离开 轧制线预 装的 这 就意 味着 当机座 小车一返 回到轧制线上之后就可以直接地开 始轧钢 ， 不需 用任 何试 轧料 也不需对轧辊或 导卫 进行 调整 或重 新调整。 轧辊 在数控车床( cnc) 上重磨 。修磬时 轧辊留在 机架里 同时对三个轧辊进行加工 。 只是在 轧辊磨损完 了才需要更换轧辊 。 2 孔型设计 图 3即一套棒材 线材轧机的孔型系统 ， 在中轧区 、 棒 材预 精轧区、 定径区及线材精轧 区部装有三辊机组 。三辊机组中常用三角孔 型 ， 所 有的 轧 辊 都加 工成 平 的 没有 任 何 曲 线 终轧 圆断面是从 六角形断 面轧成的 ， 这时 在相应机组的最后两架中用一个三边椭 圆孔 型和一个圆孔型。定径机 组只用圆孔型。 因为绝大 多数机 架 只是 平孔 型， 可 以想 像得到 ， 孔 型的预装是很容 易的 。 另外一个大 好处是所有 的规格和所有 的钢种可 以共用一 套孔型设 计 从一个预精轧断面通过定径机 组 可以生产出一定规格范围的成品。 此外 ， 由 于线材精 轧机组有特 殊的 传动系 统 ， 从 一个 1 4 ram 左 右 的 六 角 形 断 面 可 以 轧 出 5 5 1 2 5 mm 的所有规格的线材。 从以上这些 事实可 以很 明显地 看 出 ， 三 辊机组所 需要 的轧辊和 导卫库存 量很 少 轧 辊和导卫的更换和 调整量少 ， 操 作很筒单 ， 需 要 的人员少并且 只需低水平的技工 。 3 三辊机组 的各种 用途 为世界各地众 多用户 已经制造或正在 制 造 的三 辊机组 总 共有 6 9套 ， 1 1 5 0台单 独 的 机架 。 它们用于 轧制 所有 的钢 种 ( 从普通 碳索 钢到所有 的优质 合金钢 ) 和有色 金属。 由于抑 制 了大部 份宽 展的结 果 ， 三辊 轧制方式 的变 形 效果好 ， 所以 能够很好 地完成 所有这 些钢 种和有 色金属的轧制和定径 。 3 1定径 在 晟近 l 3年 中 ， 世界 各地 已建成 了 l 7 套 定径机组 主要 是用於现有 轧机的改造 。 精 密定径机组 ( p s b) 有很多优点 。 维普资讯 冶钢 译丛 3 3 二辊粗 ； i ； 轧 辊 上 的 孔 型 轧机 组 一 中问 尺寸 二 辊中； ； 调 整 后 或 原 有 的 孔 型 轧机组2 中闻 r寸 5 0 0 m 兰 三辊中 ： 轧 机 坦 2 j ； ： ： 中问尺寸 p s b 目3 2 b 日 3 7 0 ram 三辊两捕 ： 轧机 组 odo 4oo4 中 闻 尺寸 供 p s b荒 吲i 3 s+3 2t 三 辊 精 轧 机组 一 三 辊 精 密 ； ； ；i ； j j i ； ! ! j j j 一定径机组呈 鲣轧 尺寸 辅 轧圈 # 日： t 2 6 0 图 3 装有三辊机组的棒 线材轧机孔型系统图 它能够维 持高精 度的轧制尺 寸公 差 ， 甚 制尺寸 公差。这意 味着上游轧机 的操作 变得 至在轧辊磨损 ， 宽晨变化和温度波动而引起 简单。而且消除了轧件头、 尾偏粗的现象。 来料断面尺寸变化时还能够维持高精度的轧 ， 精轧 孔蛩数 ： r 2 0 ? h 延伸孔 型数 ： 3 i 孔型t 呵 整 数 f f 5 i 6 h 1 口 月 7 v l 8 r1 9 7 d h 、 _ r1 r ， 7 i ， ? h o_ + o 2 口 1 1 l i j o ， t广1 o ， s i 4 i 1 + i ，7v 二 二 二 j l l 7 ： ： ： ： ： ： ： 7 i 辅 轧孔型敛 任意 j h 延 伸孔 型数 ： 0 0 ， i 孔型调 整数 ： 5 6h 口 ， ah 9 i 6 j h ， 7 6 。 7 7 0 r一l 付 i ， +1_1 o0 ， 5 i i l 6 h 二 土 【 j j ，8 o ， ” ji ， u 5 ， ，j 图 4 有 无 p s b的 二辊 轧机孔 型 系统 图 比较 维普资讯 3 4 1 9 9 3 年 第 2期 它能够 经济 地按分 类很 细 、 产 品尺 寸很 多的轧制 程序组织 生产。可 以从一个来料断 面轧 出一定直径 范 围的 成品 ， 即在上游 轧机 中轧辊 或 和孔型 的调整 以及导卫 装置 的更 换更少 。 这一点可以从图 4 ( 产品规格范 围为 2 0 - 8 1 mm 圜钢 的棒 材轧 机孔型 系统 图 ) 得 到证 明 ： 当装 有 p s b时 ， 需要 的孔 型数 量从 4 2个减少到 3 o个 ， 需要 调整的孔型数从 1 1 3 减少到 4 2 。如果采用所谓 的组台式精 轧机组 的话 ， 孔型及调整数还会进一步减少( 这在下 面将会述及) 。 除 此之外 ， 精 密定径机组 还保证 了轧制 产品具有 良好的 表面质量 。 由於 1 0 0 的棒 材产品都具有最精密的尺寸公差。所以可以 大大 地简化 棒材产品 后部处理 的工序 ( 例 如 剥皮或改锻) 。 为了便於快速而有效地从一个规 格转换 到 另一个规 格 ， 需 要将整个机 座小 车或箱式 结构 ， 或 者仅仅是 将机架更 换成符 台下 一个 规格需要的 系统 。 根 据现场 的不同情况 ， 这个 作业过程在 3 5分钟之 内可以完成 。 由於轧 辊或导卫装置无需再调整 ， 也 不需要试 轧料 ， 所 以更换之后就可以直接开始轧钢 。 如图 5所示 ， 换机架 有三 种不 同的方式 。 一 种是 传统的方式 ， 其特 点是设 有一套更 换 小 车和 机 组前 面 没有 一条 通 向轧辊 间的 轨 道 。 另一种方式的更换单元是箱式结构 ， 我们 又 把 它分成两 种 ； 一种是 没有 待 装位置 的 更换箱 式结构 的方式 ， 在这种情 况下箱 式结 构推出轧制线之后用轧钢跨间的 吊车来更 换。 这种方式也可 以只换机架 ， 这个作业 只在 一 个箱式结构上 进行 而不是在两个箱式结构 间更换 。轧辊 间可 以设在任何一个合适的位 置 ， 不过 更换所需的 时间要受 到 吊车 吊运时 问的 影响 i 另外一 种更换箱式 结构 的方式是 有 待 装位置 的 。 在这种情况下 ， 替换箱 先由 吊车从 轧辊 间运到“ 待装位置 上 。更 换规格 时 ， 用过 的箱推到 抽 出 位置上 ， 用 吊车运到 轧辊 间， 再将新 的箱移 入轧制线 的工作位 置 上 。在这种情况下更换所需的时间与传统的 更换机座小车的方式相同 。 a根换机 座小 车方式 用吊车吊离 位 图 5 换机 槊 的方 式 p s b 用的 机架 型 式是 另一 个 非 常重 要 的特性 。在 k0c ks公司的 p s b中 ， 可调的 和 不可调的机架都在用 。传统 的办法是用不 可 调机架 ， 其 优点是排除 了安装 和操作 过程 中人为的差错 ， 并且对 每一种钢 能保 证获得 同样严格 的成 品直径热尺寸公差 。但是在这 种情况下 ， 为了用恰 当的轧辊孔型 轧出所需 要的成 品冷尺 寸 ， 在 每一个成 品规格 中要 非 常小心地安排具 有不同收缩 系数的钢 种的轧 制顺序。 为了克服 这个 毛病 ， 某些用 户选 用 了可 调机架。在这种情 况下 ， 可 以进行完全的 任 意规 格 轧制 ” ( f r e e -s l z e r o l l i n g ) ， 而 且排 除 了热收缩对最终直径尺寸的任何影响 。可调 机架 还有 另外 一个优 点 ， 这 就是 在偶尔 的情 况 下 ， 当 轧制 批 量非 常大 ， 超 过 了孔 型 寿命 时 ， 通过 轧辊 调整之后 ， 用过的 孔型还可 以修 磨成与原来同一成品直径的孔型 。图 6表示 轧辊 调整 对於最 终得到 的尺寸公 差 的影 响 因为三辊孔型结构带有轻微 的开 口度 ， 成 品 誓茬 一 维普资讯 冶钢译丛 3 5 t 1 t 公称尺寸 + 1 t 二辊轧帆 公差 k s e b p s b公差 ， ， ， l o b 保 精轧 直径 直径呻 图 6 轧辊 调 整对最 终公 差的髟 响 直径调整 大一点 时尺 寸公 差会有所 改 善， 所 以公 称直径 应选在 成品直径 在 士1 的范 围 内变动而 投有重大 不 良影响 ， 而且尺 寸公 差 又都 能符 合保证值 的地方 。二辊孔型 因受到 几 何条件 的限制 ， 调 整 轧辊对尺寸公 差 的影 响 与三辊 孔型相 比有很 大的差别 ( 见图 6虚 线所示 ) ， 当棒材 直径调大 和调小 时 ， 对最 终 得到的尺 寸公 差都 有不 良的影响 。 还应 该说 明的是 ， 二辊 机架可 以替代 三 辊机架用於方钢和 或扁 钢的轧制或定径 。 在 这时， 由 k oc ks公司研制的二辊机架如同 三辊机架 一样 ， 也 是装 在机 座小车上 ， 并且 由 同一1个传 动系统驱动 。 3 2轧制和定径联 合 图 7概括 了三辊机组在纯轧制 目的之外 的各种不 同的用途 ， 这 就是 ； 精 密定径 ( 如上所述) ； 轧制 或精 密定 径 ( 高 级精 轧机 组 ， s fb) 轧制 和 精 密定 径 ( 联 合 精 轧机 组 ， cfb) 图解还描 述了可 调机 架和 或不可 调机 架在各种位 置上 可能 的配 置方式 以及它 们所 采用 的孔 型 来 料断面 可以有较 大 的变化 ， 可 以是 圆 的 或 者 是 六 角 的 ( 假 如 上 游 是 三 辊 机 组 的 话 ) ； 从相 同的预精 轧断面可 以轧出几种成品 圆和六 角 ； 以及 在轧 制程序 延伸到更小 的规 格时可 以用来 轧制更 小的直径 ， 同 时还 可 以 用 於大直 径的精 密定径 ， 所有 这些都 表 明 了 三辊技术在 组合式 结构 中表现出的灵活性 。 a 牲 ； 。广 ： 詈 耋 鲁 爱 耋 詈 来 自 二 辊 轧 机 ： ： 精 密 矗 后 晶 锕 来 自三辊 顼精轧帆 一 ” b轧制 定径 甲 窜 甲 曩 荒圆 ： k ： ： 精密定径后的圆钢 援轧六 角 可 精 密定径 后的六 角 轧制或 定径 不 可谓帆辈 钢 径 口 甲甲 固 量 ： 三 冀 i 嚣 目 。 ， l0 预轧武角 。 f ： ： ： ： 正 旧 ， 、 用雨 圈 三 辊机 组 的用途 联合 精轧机 组 ( cf b ) ， 即“ 轧制和精 密定 径” ， 的突出优点是特别适用於“ 形变热处理 轧制” 的工艺制度 ( t mr) 机架配置紧凑， 并 且 在 最后 一个 阶段最 少 有 2 0 4 o 的变 形 量 ， 为轧机改 造提供 了安 装水 冷线和恢 复 表 面温度所需 要的位 置 ； 为获得所 需要 的金相 组织提供了最合适的先决条件j 同时还保证 了在同 一变形 阶段 里 ， 在尺 寸公差和 表 面质 量方面具 有和 p s b一样的优点 。 3 3线材轧机中的轧制和定径 今 天 市 场对 线 材高 精 度尺 寸 公 差 的 要 求 ， 传统线 材轧机在 不降低 轧机利用 率和 收 得率的条 件下是很难达到的 。特别是那些装 有多线无 活套粗轧机和多线无活套中轧机的 车间 ( 其 中甚至还有 一些 轧机是成组驱动 的) 更是困难 。这些车问成品的尺寸精度受到很 多不利因素的影响， 主要有： 由于轧制线数变 化所 引起 的喂入线材精轧机组轧件断面尺寸 维普资讯 3 6 1 9 9 3年 第 2期 的波 动 ， 端 部偏粗 以及沿轧制线 上温 度的差 异。 现在 ， 如果在 线材精轧机组 之前 装上 一套 最新 研制 成功 的三 辊精 密定径 机组 ( p s b) t 那么就可以消除喂入线材精 轧机组 轧件断面 尺寸 的波动 。向线材精轧机组供应断面尺寸 精确而又稳定 的轧件保证 了从 精轧机组 中可 以得到高精 度尺寸公差 的线材 由于三 辊 轧 制过 程 中实 际的 宽 展 量 很 小 ， 变形效率很高 ， 所 以喂 入线材精轧机组 轧 件断 面尺寸的波动还可以直接地从三辊轧制 过程 中得到校正 。从图 8可以看出。断面积 的波动 由 7 8 减少到了 1 8 ， 与 轧制的钢 种无关 。这样的精度就是 以保证从线材精轧 机组 中得 到直径 0 i mm 的轧制公差 。 2 2 4 0 2 3 0 l 2 1 0 2 0 0 艟 1 1 日 0 1 c l 来料断面谴动 7 “ 蚺 断 而 l # 一 、 14 40 、 i i 昕舌成品尺寸公差范围 圈 8 来 料断 面波 动的 授正 三辊 轧机装有碳 化钨辊 环 ， 它 们可以用 线材精轧机使用的轧辊磨床修磨孔型 。 延伸过程最好用所谓的“ 平孔型 ” 。这 种 孔型允许的孔型尺寸调整范围 比较 大 。只要 通过孔型调整就 可以轧出所有的喂入线材精 轧机组 所需要 的断 匦。在线 材精轧机 组的椭 圆一圆孔型系统 中轧制六 角形 的来料是 没有 问题 的 。这种工艺方法在 很多特殊钢线材 轧 机 上 已成功地应用了多年。 最近研制成功的精密定径机组的基本型 是装 有三个 机架位 ， 并 且这三个机 架 由单独 的一 台电动机通过 一座分配齿轮箱来驱动 。 作 为线 材预 精轧机组 的一种替代布置方 式 是有二 台电动机 机驱动 ， 并且有 4个 或更 多的机架位 。 这种布置方式的优点是 ： 只需要 从 中轧机轧 出单一规格 的 ( 自然也是 更大 一 些的 ) 来料 就包 罗了线材 精轧机组 所有产 品 需要 的原料 。图 9表 示配有 3个机 架位 和 5 个 机架 位的线 材预精轧机 组的孔型设计 a ) l 一 7 口 7 区 a ) 装有三 十机粲 位 因一 20 + 0 20 + 7 可 20 2 0 可 可 2 o 20 + 7 因l s 2 2 m m 图 g 三辊预精轧机组的孔型设计( 压下率 ) 因为有额 外的 延伸 ， 在原有 线 材精 轧机 组的基础上可以将轧机的工作范 围扩 展到 直 径 5 5 r a m 以下的线 材 ； 或者 ， 轧制线 上 二辊 机架可 以减少 ， 让 出位置 ， 供控 温轧制安 装水 冷线 。 1 9 9 1年 初 ， 美 国的 ge o r g e t o wn钢 公 司 订 购 了 二 套 三 机 架 式 三 辊 精 密 定 径 机 组 ( p s b) ， 可望於 1 9 9 2年初 试车 投产。这二套 p s b将安装在 原有 的中 轧机 n - 1 4与二 套 1 0 机 架摩根线 材 精轧机组之 间 ， 如 图 l 0所示 。 这 套轧机年 产直径 5 5 1 3 8 ra m线材 6 3 5 ， 0 0 0 t ， 最大轧制速度是 8 0 m s 。 4 结 论 上述的三辊轧制技术与传统的二辊轧制 技术 比较 ， 概 括起 来有 如下的特 点和优点 ： 质量方 面 ： 维普资讯 冶钢译丛 3 7 温