棒线材生产工艺.doc

一、棒线材生产现状 1.2007年全国钢铁总产量达到4.9亿吨，其中棒线材的产量 在总产量中比例接近40%，生产线近400条，钢铁生产明显过 热； 2.支撑棒线材生产的三大需求点： 公路建设、住宅建设和城镇化建设 随着今年下半年以来全球金融动荡，国家银根紧缩以上 三个的领域投资速度明显下降，需求减弱，市场疲软； 3.国际上游原料价格不断上涨，成本压力不断加大。 在这种情况下作为棒线材生产厂家，要生存下来必须开 发新的产品品种，贴近市场客户需求，在生产中严格执行工 艺要求提高产品质量，努力增加本厂产品的市场竞争力！ 棒线材的种类和用途 棒材一种简单断面型材，一般以条状交货，断面形状有圆 形、方形和六角形，以及建筑用螺纹钢筋（周期断面）等； 线材是热轧产品中断面面积最小，长度最长而且以盘卷状 态交货的产品，断面形状有圆形、方形、六角形和异型。 国外一般将棒材的直径定义为9300毫米，线材的直径定 义为540毫米，呈盘卷状态交货的产品最大直径规格为40 毫米（现在已突破60mm）。 国内一般定义为棒材直径为1050毫米，线材一般为510 毫米。 棒线材的用途十分广泛，除了建筑用的螺纹钢筋和线材等 被直接用作成品外，一般都要经过深加工才能制成产品。表 1.1为棒、线的分类及其用途。表1.1 棒、线材的产品分类和用途 钢 种 用 途钢 种 用 途一般结构用钢材 一般机械零件、标准件建筑用螺纹钢 钢筋混凝土建筑优质碳素结构钢汽车零件、机械零件、标准件合金结构钢 重要得汽车零件、机械零件、标准件弹簧钢 汽车、机械用弹簧易切削钢机械零件和标准件工具钢切削刀具、钻头、模具、手工工具轴承钢 轴承不锈钢 各种不锈钢制品冷拔用软线材 冷拔各种丝材、钉子、金属网丝冷拔轮胎用线材汽车轮胎用帘线焊条钢 焊条 一般机械零件、标准件 钢筋混凝土建筑 汽车零件、机械零件、标准件 重要得汽车零件、机械零件、标准件 汽车、机械用弹簧 机械零件和标准件 切削刀具、钻头、模具、手工工具 轴承 各种不锈钢制品 冷拔各种丝材、钉子、金属网丝 汽车轮胎用帘线 焊条表1.2 市场对部分棒、线材产品的质量要求和生产对策钢 种、市场需求发展动向 对应生产措施建筑用螺纹钢筋高强度、低温韧性、耐盐蚀严格控制成分机械结构用钢淬火时省去软化退火，调质可以提高强度软化材料（控制成分、控轧控冷）减少偏析弹簧钢高强度、耐疲劳 严格控制成分，减少夹杂易切削钢提高车削效率和刀具寿命控制夹杂物冷加工材减少冷锻开裂、减少拉拔道次、省略软化退火消除表面缺陷、高精度轧制、软化材料硬线、轮胎用线材减少断线、提高强度消除表面缺陷和内部偏析、控制冷却、严格控制成分 冷加工材:硬线、轮胎用线 材 本厂产品种类及部分质量要求 1.螺纹钢：（1）端部剪切正直，可以满足客户采用套筒机 械联接得要求；（2）钢筋表面不准有裂纹、结疤和折叠； （3）国内要求螺纹钢表面不准存在回火马氏体。 2.碳结钢：（1）表面不得有裂纹、折叠、结疤和夹杂；（2） 表面允许有局部发纹、拉裂、凹坑、麻点和刮痕，但不得超 出允许得偏差；（3）表面缺陷允许清除，但是清除处应圆 滑无棱角，不允许横向清除，清除宽度不得小于清除深度得 5倍，清除深度不得超过该尺寸圆钢的允许负偏差；（4）不 得有分层和缩孔残余，不得有高度大于5毫米的毛刺，用压 力剪切的条钢端部允许有局部变形。（5）条钢上的任何缺 陷不得进行焊补和填补。 3.弹簧扁钢：表面不应有裂纹、折叠、结疤、夹杂、分层及 压入得氧化铁皮，钢材得局部缺陷必须清除，清除时不应对钢材的使用造成有害影响，清除后不应使钢材小于允许得最 小尺寸，清除宽度不应小于清除深度得5倍，允许有从实际 尺寸算起不超过公称尺寸公差一半的细小划痕、压痕、凹坑 存在。 4.易切削钢：钢材表面不得有裂纹、折叠、撕裂和结疤。上 述缺陷必须清除，清理深度不得超过公差之半。不得有超出 公差之半的划痕、黑斑和麻点，发纹深度不得大于公差的四 分之一； 5.管坯钢：表面不准出现目视可见的折叠、结疤、夹杂和深 度大于0.2mm的裂纹。 二、棒、线材的生产特点和生产工艺 1.棒、线材的生产特点 棒、线的断面形状简单，用量巨大，适合于大规模的专业 化生产。棒、线材的断面小、长度大，要求尺寸精度和表面 质量高。由于轧件长度大，轧制时间长，轧件终轧温降大， 易造成轧件头、尾尺寸公差不一致，并且性能不均。 2.1 坯料：棒、线材的坯料现在各国都以连铸坯为主，对于 某些特殊钢种有使用初轧坯的情况。目前生产棒、线材的坯 料断面一般为方形，边长大多为120150毫米，最长可以达 到22米。 连铸可以明显节能、提高产品质量和收得率，已经在普 通钢种上得到了广泛得应用，但是对于硬线产品和机械结构 用钢，由于中心偏析和压缩比不足连铸质量难以保证。但是 随着电磁搅拌、低温铸造等技术得进步，使这些钢种也可以 采用连铸坯进行生产了。 2.2 加热 现代化的棒、线材轧制生产中，轧制速度很高，轧制过 程中温降较小甚至出现升温，所以棒、线材生产时坯料加热 温度较低。加热时要严防过热过烧，尽量减少氧化铁皮。对 于易脱碳得钢种，要严格控制高温段停留时间，采用低温、 快热、快烧等措施。现在棒、线材生产一般是用步进式加热炉加热，由于坯 料较长，炉子较宽，为保证尾部温度，采用侧进侧出的方式。 步进式加热炉相对于推钢式加热炉具有以下优点： （1）劳动强度低，不易发生拱钢、粘联的事故； （2）生产能力大，炉长不受推料比的限制； （3）加热质量好，坯料在炉内得运行速度可以精确控 制，可以避免受热不均和过烧得出现，当轧机发生故障时， 可以将坯料退出炉膛，同时也可以有效得避免坯料表面划 伤； （4）加热的品种多，生产灵活； （5）自动化程度高，与现代轧机配合好。 但步进式加热炉也存在着结构复杂，投资大的缺点。 2.3轧制 为提高生产效率和经济效益，适合棒、线材的轧制方式 是连轧。连轧时一根坯料同时在多机架中轧制，在孔型设计 和轧制规程设定时要遵守各机架间金属秒流量相等的原则。 在棒、线材轧制过程中，前后孔型要交替得压下轧件得 高向和宽向，所以轧辊轴线全水平布置的连轧机，在轧制中 将会出现前后机架间轧件扭转得问题，这比较容易导致轧件 表面被扭转导卫划伤和轧制不稳定得问题。所以较先进的棒、 线材轧机一般采用平立交替的布置形式。现代化得棒材车间 机架数一般多于18架，线材轧制的机架数为2128架。 2.4 棒、线材的冷却和精整 由于棒材轧制时，轧件得终轧温度较高，为了保证产品 质量，所以要进行控制冷却，冷却得介质有风、水雾等。即 使对于一般得建筑用钢材，冷床也需要较大得冷却能力。线材精轧后得温度很高，为了保证产品质量要进行散卷 控制冷却，根据产品得用途有珠光体型控制冷却和马氏体型 控制冷却。 三、棒、线材轧机的布置形式1.棒线材轧机的发展过程 棒、线材轧机布置经历了横列式轧机、半连续式轧机、 传统连续式轧机、Y型三辊式线材精轧机组、现代棒线材 轧机组五个发展阶段。 1.1 横列式轧机最早的棒线材轧机都是横列式轧机。横列式轧机有单列 式和多列式之分，见图3.1，单列式轧机是最传统的轧制方 法， 单列式轧机由一台电机驱动，轧制速度不能随轧件直 径的减小而增加，这种轧机轧制速度低，线材盘重小，尺寸 精度差，产量低。为了克服单列式轧机速度不能调整的缺 点，出现了多列式轧机，各列的若干架轧机分别由一台电机 驱动，使精轧机列的轧制速度有所提高，盘重和产量相应增 大，列数越多，情况越好。 1.2 半连续式轧 半连续轧机是由横列式机组和连续式机组组成的。早期 的形式见图3.2，其初轧机组为连续式轧机，中、精轧机组 为横列式轧机。粗轧机组是集体传动，指导思想是：粗轧对 成品的尺寸精度影响很小，可以采用较大的张力进行拉钢轧 制，以维持各机架间的秒流量，这种方式轧出的中间坯的头 尾尺寸有明显差异。1.3 传统连续式轧机 传统的连续式轧机主要是集体传动的水平辊底座，对线材进 行多线轧制，其基本形式见图3.3。由于这类轧机在轧制过程中 存在着扭转翻钢，所以轧制速度一般不高在2030米/秒。现在棒材生产中还常见这种轧机，但线材生产中已被淘汰。2.现代化棒材轧机 近年来国内外新建棒材生产线大都采用平、立交替布置的 全线无扭轧机。粗轧机组采用易于操作和换辊得机架，中精 轧机采用短应力线高刚度轧机，电气采用直流的单独传动或 者交流变频传动。采用微张力和无张力控制，配合合理的孔 型设计，使轧制速度提高，产品精度提高，表面质量改善。 图3.4 型、棒材一体化节能型轧机车间布置图 0-钢包炉，1-钢包回转台，2-连铸机，3-钢坯冷床，4-热储存装置，5-冷上 料台驾，6-步进式加热炉，7-粗轧机组，8-中轧机组，9-精轧机，10水冷 装置，11-分段剪，12-冷床，13-多条矫直机和连续定尺冷飞剪，14-非 磁性全自动堆垛机，15-打捆机和称重装置 图3.4示出了我国某钢厂所建得型、棒材一体化轧机，它 采用了直接热装的短流程节能轧机设备布置。 图中所示中厂房设备的主要参数为： 原料规格：120*120*12000毫米和150*150*12000毫米； 产品规格：圆钢1260毫米，螺纹钢1050毫米； 扁钢（25*5）毫米（120*12）毫米； 角钢（45*28*4）毫米（100*80*10）毫米； 槽钢（50*37）毫米（126*74）毫米； 六角钢13 53毫米； 方钢12 50毫米； 工字钢100 126毫米。 钢 种：低碳钢、中碳钢、低合金钢、齿轮钢和弹簧钢； 年产量：40万吨。 图3.5 高速圆钢螺纹钢小型轧机布置图 1-加热炉，2-粗轧机，3-中轧机，4-棒材无扭精轧机组，5-高速冷床上料系 统，6-短尺收集，7-齿条式冷床，8-冷剪，9-移钢台架和计数装置，10-打捆 机，11-卸料台架 主要设备：（1）步进梁式加热炉；（2）粗轧机组”水 平/垂直”布置的悬臂式轧机;（3）中轧机组，预应力高刚度 卡套式轧机；（4）无扭棒材精轧机组；（5）冷床高速上料 系统；（6）高速下料的齿条式冷床；（7）棒材最佳剪切和 短尺收集系统；（8）冷剪设备；（9）棒材计数装置；（10） 棒材自动打捆机。 年产60万吨，使用165*165*12000毫米坯料，产品640mm图3.6 多品种轧机设备布置图 1-进梁式加热炉；2-粗轧机组；6架悬臂式轧机；3-中轧机组，6架短应 力线式轧机；4-精轧机组，6架短应力线式轧机；5-水冷装置；6120*14.7米 步进式冷床；7-精整系统：多条连续矫直、连续冷剪切、自 动堆垛、打捆和收集；8-短尺收集装置 该机组用于生产小型或者中型断面型钢（等边、不等边 角钢，槽钢，扁钢，工字钢），年产量约60万吨。这种高度 灵活的轧机可以有不同的组合方式（水平/垂直交替，万能， 可倾翻机架），最佳的利用18个道次的不同组合生产不同的 产品。 坯料规格：150*150*10000mm连铸坯； 产品规格：圆钢1880mm，螺纹16(2切分） 59mm； 等边角钢36*36mm 100*100mm； 槽钢 50 100mm； 扁钢 50*6 150*10mm； 钢 种：低碳、中碳、高碳、低合金和弹簧钢； 年产量：60万吨； 最高轧速：15m/s。 步进梁式加热炉：以上机组都采用了上下对称加热的步进梁 式加热炉，这种形式的加热炉，钢坯在整个加热过程中基本 处于对称加热状态。钢坯加热温度均匀、质量好、无阴阳面、 加热速度快、炉底强度高。与步进底式或梁底组合式加热炉 相比步进梁式加热炉具有以下特点： 1.适合于加热各种钢种和断面的钢坯； 2.钢坯在炉内的加热时间短、脱碳少、氧化少、易于清除 炉底积渣。 3.炉底强度高，在产量相同的条件下，炉子的长度短。 在炉子的设计中采用以下几项措施： 1.采用最佳数量的温度控制段及合理的烧嘴选型和配置， 使坯料加热温度均匀； 2.步进梁采用分段结构，前后步进梁通过不同步距的调 整，能满足热装、冷装和轴承钢减少脱碳得要求； 3.采用双轮斜轨式步进机构，带有良好的升降框架和平移的 定心装置，易于调整。维修量少，运行可靠； 4.采用悬臂辊出料，操作方便可靠，减少出钢炉门开启时 间，降低热损失； 5.采用金属管状空气加热器和金属管状煤气预热器$将空气 预热到约450度，煤气预热到约250度，有效地节约燃料消耗。 悬臂式轧机 悬臂式轧机是一种广泛应用于小型材生产中的轧机，结 构如图3.7所示，这种轧机有其特有的优越性，尤其是在空 间和初期投资都受限制的情况下更显优势。图3.7 悬臂式轧机 悬臂式轧机的辊环装在一个直径特别大、由合金钢经热 处理和磨床加工而成的悬臂辊轴上，这种设计能使辊轴承受 大的轧制力而挠度很小。辊轴轴承由低压油膜轴承支撑，由 于这种轴承的厚度很小，因此能使辊轴的直径增加，进而使 悬臂式轧机特别坚固。虽为悬臂但其刚度却能与双支点相比 美，而不需要增加辊环的直径。辊环借助一个在辊环套上的 一个螺丝机械定位，辊环和轴的对中是由一个液压泵操作的 锥形套来完成的，这样的设计能消除传动轴轴套与辊环之间 的任何间隙!在整个轧制过程中保持轧机很好的刚性。 这种轧机的优点是： （1）设备质量轻、投资少，运行所需的备件费用大大低于 常规的双支轧机。除去导卫外其与常规轧机备件费用比值达 1：5； （2）设备布置紧凑，厂房长度减小。 （3）设备维修少，在轧机的出口断面为恒定时，是一种很 好的生产办法。但是在轧制硬钢和要求在粗轧机出不同形状 的断面时，悬臂式轧机的使用受到限制。在轧制特殊钢时用 得比较少。 预应力高刚度轧机 最新一代的预应力高刚度轧机还有如下的优点： （1）拉杆承受预载荷预应力，在轧制载荷下不产生任何进 一步的应变； （2）轴承座间的中心线固定，不随轧辊的操作调速而动， 实际上它是偏心套传动而获得的。换句话说立拉杆/轴承座 系统像是一个整体的刚性系统，当然在受轧制载荷时轴承座 仍可摆动以减少轴承磨损； （3）轧制载荷沿轴承宽度上均匀分布，对于给定直径的辊 颈可以承受更大的轧制力； （4）这种机架结构简单，要求的维护较少。作为一种机架 形式可以用于各种形式的组合布置（水平、垂直、万能、可 倾翻）。图3.8 可倾翻式轧机 高速上冷床系统 对于要求质量的产品，同时也要求高的生产率和高的收 得率，这意味着要提高精轧速度或加大坯料质量。在制动式 的冷床中，由于空间所限在制动的距离内要将从轧机中高速 轧出的轧件停下来，这样轧制速度只能限制在1518m/s。 高速上冷床系统克服了这个问题，在有限的空间内精轧速度 高达 40m/s。 每一线的设备组成是：一个双转鼓装置，两个转鼓交替 与夹送辊配合使用，这种高速上料系统可以用于单线、双线 轧制或多线切分轧制的上冷床。 棒材计数装置 在打捆之前，链式运输机将每一层的轧件横移。棒材对 齐并且达到所要求的数量时，特殊设计的传感器检测到每一 批棒材的数量，并传送到显示装置的加法器。不重叠不重读。 在这一层操作的时候被下面的电磁铁牢牢地吸住。当达到每 一捆所要求的数量后，一个升降的隔离板将棒材层分开。 在切成定尺后计数，并成排地将棒材运送到打捆站，打 捆、称重、贴标牌、入库存贮等。工作全部是自动化操作。 四、棒、线材轧制发展方向 1.连铸坯热装、热送或连铸直接轧制； 2.柔性轧制技术； 3.高精度轧制；4.继续提高轧制速度； 5.低温轧制； 6.无头轧制； 7.切分轧制。 虽然对于高档钢材也可以使用连铸坯生产，但是 连铸坯还无法保证稳定得提供无缺陷坯料，需要在 冷状态下对坯料进行表面和内部质量检查。随着精 炼技术、连铸无缺陷坯技术、坯料热状态表面缺陷 和内部质量检查技术的进步，连铸坯热装热送将很 快得用于实践并普及。 对于一般材质以及高档钢材 的棒线材连铸坯直接轧制技术仍在研究之中。 连铸坯热装热送可以节约大