现代长材轧机轧钢

现代长材轧机轧钢

长材是 (i) 钢筋，(ii) 异形钢筋产品，如圆、扁、方、六角等，(iii) 型材，如角钢（等和不等）、槽钢、梁、三通和特殊型材等，以及 (iv) 线材。轧制长材的轧机称为长材轧机。根据轧制的产品，这些轧机被称为商业棒材轧机、棒材轧机、轻质型材轧机、螺纹钢轧机、轻型商业轧机、特殊棒材（SBQ）轧机和线材轧机等。

这些轧机的产品范围通常包括那些横截面小于中厚型材轧机轧制产品横截面的异型材和型材。线材轧机生产直径为 5 毫米至 12.5 毫米的盘条钢线材，盘条重量高达 2.5 吨。在这些轧机中轧制的钢的质量范围包括低碳钢、低碳钢、中碳钢、高碳钢以及微合金钢和低合金钢。

长材轧机的设计需要为所需的性能要求提供正确的解决方案，包括高速生产、产品的微观结构质量以及从一种产品到另一种产品的最短转换时间等。

现代长材轧机具有很大的灵活性。这些轧机通常是由三组轧制机架组成的连续轧机，即（i）粗轧机架组，（ii）中间机架组和（iii）精轧机架组。这些轧机的输入材料通常是钢坯。方坯轧机可以通过辊底炉与长材轧机相结合，以防可用的输入材料是大方坯。同样，在精轧机一侧，该轧机可以与线材轧机相结合，从而也可以从该轧机生产线材。

对长材的质量以及长材轧机的灵活性和成本效益的要求越来越高。这就需要开发新的和创新的技术和工艺。现代长材轧机是高速轧机，能够以高生产率轧制特殊棒材质量等级和工程钢的棒材和轻质型材，同时将投资和运营成本保持在合理的水平。

长材轧机可设计用于生产 (i) 单一产品，如钢筋、(ii) 棒材产品、(iii) 型材、(iv) 盘条线材或 (v) 多种产品，包括前四种产品的各种组合。如果需要，一些尺寸的钢筋和钢筋产品可以在这些轧机中以卷材形式生产，而其他产品则以直条生产。此外，工厂的产品可以是商业产品，也可以是特殊棒材。

长材轧机也可以设计为单股轧机或两股轧机。在两股轧机中，粗轧机组在两股中进行轧制，在这种轧机中，有两组中间机架和精轧机架，在单股轧制中进行。

在钢筋轧机中，可以采用纵切轧制。轧机可以采用多缝轧制 (MSR)，这意味着可以从单个钢坯同时轧制两个或多个钢筋。轧制直径较小的钢筋时，一般采用纵切轧制。与传统单流连轧相比，MSR减少了道次。

轧机能力可以根据要轧制的产品、产品的尺寸和质量、输入材料的尺寸（横截面和长度）、加热炉的能力、轧制速率、最高轧制速度和数量班次/天的操作。长材轧机的产能可以在每年 300,000 吨到每年 800,000 吨之间变化。螺纹钢厂可设计产能超过100万吨。

现代长材轧机通常安装在较高的位置（距地面约 + 6 m）。这样做是为了使油窖等所有设施都可以安装在地面上，以便于操作和维护。

磨机的布局非常重要，因为磨机的性能在很大程度上取决于其布局。两台设备之间应保持最小距离。但是，它必须满足工艺流程的要求。连续长材轧机的典型流程图如图1所示。

图 1 连续长材轧机的典型流程图

这些轧机的技术和设备旨在提高轧制产品的质量和特性，提高性能和操作一致性。现代工厂采用了集成了技术和机电一体化的自动化系统。没有手动控制，轧制过程中的人为干预也被最小化。现代工厂的自动化水平通常为 2 级。在某些工厂中，自动化水平也达到 3 级。

现代长材轧机也可以设计用于热机械轧制。热机械轧制也称为低温轧制，基本上是一种在轧制过程中在线控制最终材料性能的方法。它涉及在与部分再结晶或再结晶抑制相对应的温度范围内，在轧机的最后道次施加的材料变形。因此，只需在较低的轧制温度下操作，就可以直接在轧机本身获得具有改进的冶金和机械性能的优质产品。一旦再结晶被抑制，就会出现晶粒细化现象，从而提高最终产品的工艺性能。此外，表面质量显着提高。热机械轧制的优点是晶粒尺寸细，避免离线正火，提高低温韧性，表面硬化钢热处理后性能更好，弹簧钢退火时间更短，最终部件的疲劳强度提高，拉伸强度更高直接在线实现微合金钢的强度，减少脱碳深度等。

现代长材轧机需满足以下要求。

• 高工厂可用性以及高生产率和高产量。
• 满足低维护需求。
• 满足降低能耗的需求。
• 紧密的尺寸公差。
• 负公差（以截面重量计）。
• 整个长度的尺寸没有变化。
• 均匀的物理特性。

轧机中粗轧、中间轧和精轧组轧制的重要参数是温度、面积减少百分比、道次间时间（每个机架之间的时间）、真实应变和应变率。这些参数的典型数据如表 1 所示。由于每组轧辊的横截面积逐渐减小，因此轧件在轧机的每个阶段以不同的速度移动。例如，线材轧机将起始钢坯（例如 150 平方毫米，10-12 米长）的横截面积逐渐减小到成品棒材（直径小至 5.0 毫米，长 1.93 公里） ) 以高精加工速度（高达 120 m/sec）。

轧制产品的最终尺寸质量由精轧机内的轧制机架决定。最终产品的尺寸精度取决于许多因素，包括初始坯料尺寸、轧辊道次、温度、微观结构、轧辊表面质量、轧辊和机架刚度以及坯料/轧辊摩擦条件。

现代化长材厂的设备

现代长材轧机设备可分为以下几类。

• 机车车辆输送设备
• 加热炉
• 轧钢设备
• 热处理设备
• 剪毛设备
• 轧制产品的冷却和输送设备
• 包装设备
• 电气、控制和自动化设备
• 辅助设备和设施

钢坯通过电梯被带到轧机层。辊道通常用于轧机中机车车辆的移动。压路机一般采用组传动方式。

现代长材轧机通常配备节能步进梁式或步进式炉床，通常由计算机控制。这些再加热炉以所需的生产率将钢坯均匀加热到目标温度，并且没有滑痕和冷点。这些熔炉能够接收冷或热钢坯作为熔炉中的装料。现代再加热炉具有以下特点：(i) 加热钢坯质量优异，(ii) 加热效率更高，(iii) 燃料消耗极低，(iv) 结垢损失最小，有助于实现高材料收率，(v) 低脱碳因此适用于更高质量的钢种，以及 (vi) 最大的操作灵活性和良好的工作条件，即使在低生产率的情况下也是如此。这些熔炉的燃烧器调低比很高，因此当轧机由于某种原因不轧制时，可以将熔炉保持在最低限度的燃料上。

轧制设备由轧辊架、轧辊、轴承座、轴承、驱动器和进出导轨组成。在现代长材轧机中，通常使用串联的一系列轧机机架以获得高生产率。机架分为粗加工、中间加工和精加工阶段。粗轧机一般布置有卧式和立式机架。这些轧辊机架可以有悬臂或无外壳设计。中轧机一般也布置有无外壳设计的卧式和立式机架，并配有快换装置。在精轧机中，可以采用卧式和立式组合，也可以采用卧式和可转换式组合。

悬臂式轧辊机架是紧凑型机架，可用于各种尺寸的各种应用。这些应用包括 (i) 水平和垂直排列的单股轧机，(ii) 两个或更多股轧机的分体式中间机组，以及作为线材输送段的预精轧机机架。这些支架的优点包括 (i) 小型基础； (ii) 相同机架类型的线夹即使在水平和垂直机架之间也可以互换，(iii) 即使直径很小，也具有高承载强度，因此非常适合高速线材块，(iv) 最佳可接近性，以及 (v) 快速滚动和站立更换。

如今，无壳轧辊 (HL) 机架通常用于现代长材轧机的粗轧和中间机架组。模块化设计允许在所有可能的配置中使用 HL 支架盒，例如水平、垂直、可倾斜和通用配置。机架尺寸不同，具体取决于轧辊和轧辊轴颈的必要尺寸、道次计划、道次形式以及齿轮箱和电机特性。 HL 机架的主要特点是组件的紧凑性和刚性、低轧辊弯曲模量、耐用的多列滚子轴承和负载下的自调心轴承座、轴承座的无间隙平衡、滚柱梁设计用于简单和精确地调整导轨和防护装置这些机架的优点包括 (i) 节省基础的深度和尺寸 (ii) 轧制产品符合所需的形状和尺寸公差， (iii) 更换轧辊时节省了更换机架的时间在轧制线之外，(iv) 由于组件数量更少且更容易接近，维护时间显着减少，(v) 自动辊缝调整，以及 (vi) 操作灵活性，因为相同的机架单元可用于任何位置。

减径轧机 (RSM) 是当今长材轧机备受追捧的多功能轧制技术。又称精密定径机。从现有的常规轧机来看，很难满足精密公差的要求。这只能以牺牲效率为代价来解决，特别是在磨机利用时间的损失和产量降低方面。有时这不可行或成本过高。在传统的粗轧机和中间轧机中，成品的公差主要受到进入轧机精加工段的进料横截面变化的影响。 RSM利用了三辊技术的特点，即变形时的扩散度低，变形效率高。减径轧机的优点是多方面的。 RSM 安装在轧机生产线上，用于将任何所需的最终尺寸轧制到非常接近的公差。可以在负载下调整每个辊缝，并且可以完全自动化。

在长材轧机中，导向设备在轧辊道的入口和出口处引导轧件，使轧件顺利轧制。导向设备应坚固、准确、稳定。轧机导向设备对保证轧件的表面质量起着重要作用。导轨设计用于长材轧制中通常遇到的各种尺寸和形状的坯料。在现代长材轧机中，滚柱导轨通常用于入口和出口导轨。滚柱导轨的设计基于滚动摩擦，因此这些导轨与基于滑动摩擦设计的静态导轨相比具有许多优点。与静态导轨相比，滚柱导轨可确保更快、更准确地调整导向元件。由于滚动体与导轨的接触是通过产生滚动摩擦的滚子进行的，因此可以显着提高工作元件（滚子）的耐磨性，并降低出现划痕、搭接等滚动缺陷的可能性。和分数等。

轧辊是轧机中主要且非常昂贵的消耗品。它们用于在轧机中轧钢，其性能取决于许多因素，包括使用的材料和它们在使用期间承受的载荷。轧辊设计受轧制载荷、轧制强度和轧制可用扭矩的限制影响。长材轧机所用轧辊类型见表2。

轧辊道次设计是长材轧制过程的重要组成部分，因为长材在长材轧机的成型辊之间轧制。轧辊道次设计通常是指在轧辊体上切割凹槽，使待轧钢依次通过这些凹槽以获得所需的轮廓和尺寸。轧辊道次设计的主要目标是确保生产的产品在公差范围内具有正确的轮廓，没有缺陷，具有良好的表面质量和所需的机械性能。此外，在轧制产品时必须达到经济条件，例如以最低成本获得最高生产率、最佳能源利用、轧制人员的轻松工作条件和最小轧辊磨损。

滚动轴承在低速到高速运行时通常会遇到非常高的径向载荷和不同程度的轴向载荷。轴承需要具有增强的接触面、材料强度特性以及内部几何形状和保持架特性，以适应这些运行条件。

滚动轴承的基本要求包括 (i) 高连续负载能力，(ii) 低摩擦系数，(iii)) 允许大而坚固的辊颈的设计，(iv) 最小磨损，(v) 简单易用维护，(vi) 高可靠性，(vii) 设计允许快速和容易地从卷到卷互换，(viii) 操作稳定性，以及 (ix) 精密设计和制造。轧辊轴承应提供高性能，以减少轧机停机时间。

现代长材轧机通常使用圆锥滚子轴承作为轧辊，因为这些轴承由于轧辊的倾斜位置而可以承受径向和轴向力。四列和双列圆锥滚子轴承用于轧机。

当棒材通过连续轧机时，棒材同时在多个机架中轧制，因此必须控制机架速度以确保无张力轧制。控制轧机张力的主要方法是使用无张力轧制速度控制系统，并在棒材通过轧机时手动监控每个电机的电流。弯针台可用于帮助保持杆在支架之间的张力。活套台使用从酒吧下方的说服者滚动来创建一个循环。回路高度由工作台背面插槽中的热金属探测器监测。这是一个垂直弯针。水平弯针也存在于轧制线一侧的平板上形成线圈的地方。

热处理设备通常用于钢筋轧制和线材轧制。在钢筋轧制的情况下，钢筋离开最终轧机机架。棒材通过短时冷却装置用水快速和强力冷却（淬火），并在此进行表面硬化。在这个阶段，表层转变为马氏体，而核心保持奥氏体。在线材轧制的情况下，控制冷却输送系统是为各种不同钢种实现线材所需性能的重要设备之一。传送带上速度、风扇功率和盖板位置的最佳组合可以在各种条件下进行处理，包括单个系统内的快速和慢速冷却模式。这种能力使线材轧机能够生产范围广泛的普通碳钢和合金钢，以及不锈钢和其他特殊等级。在“强制冷却”过程中，空气以最大功率吹过松散的绕组并打开盖子，以尽快冷却线材，以实现层状珠光体。在“延迟冷却”期间，线材环在没有风扇的情况下运输，盖子关闭并以低输送速度进行，以尽可能长时间地将温度保持在给定范围内。这能够实现线材的铁素体/珠光体微观结构。结果作为轧制棒材性能得到改善。这可以在直接可用的条件下生产更多牌号，从而减少或消除下游工艺，例如球化退火。

热剪用于长材轧机的前端和后端切割、鹅卵石切割和分割。通常采用曲柄式、旋转式和组合式剪板机在不同的速度范围内优化前端和后端切割、鹅卵石切割和分割。根据轧机要求，剪板机可与夹送辊和辅助切碎剪一起使用。

轧机可以使用几种类型的剪切机在产品轧制时切割产品，当产品离开精加工机架时，以及在堆叠或捆扎之前进行冷剪。根据产品形状和材料等级，当棒材通过轧机时，可以使用剪刀来切割棒材的前部。这些通常是飞剪。在切割过程中，这种剪板机的刀片平行于杆移动。在钢筋的多股轧制中，需要在轧机中配备剪切机，以提供干净的钢筋前端以避免纵剪机上出现鹅卵石。某些等级，如含铅钢，需要前端修整，以防止前端裂纹裂开和棒材包裹轧辊。

滚筒式剪切机通常用于具有简单形状的产品，例如扁平或圆形。刀片安装在旋转圆筒（或滚筒）上，并设置为“引导”速度，以最大限度地减少杆的“扭结”。

剪切成长度并在冷床上冷却至环境温度后，棒材需要切割成销售长度。对于大多数产品，这发生在冷床后的冷剪切中。较小的产品以多个方式离开冷床，从而在冷剪切下切割一排产品。剪断面的大小取决于其对最大切削力的额定值。对于最大高度的产品，刀片的行程必须足够大。产品固定器也必须越过该高度，然后移动到位以稳定地固定产品。对于结构型材，使用成型剪切刀片以及成型入口辊或导向板将产品与刀片形状对齐。

几种类型的冷却床用于长材。进入冷床的长条产品滑到耙子上的第一个槽口上。初始槽口为称为网格铸件的铸件上的棒材提供连续支撑。带有凹槽的长板相距一定距离，在杆超出网格铸件后支撑杆。在偏心凸轮的作用下，通过交替板的移动，在提升、移动和缩回的循环中移动，棒材在冷床上移动（例如从右到左）。当棒材从轧机送出时，重复此循环会移动棒材。冷床的长度由最大跳动杆长度决定，并通过销售长度进行优化，以最大限度地减少作物损失。冷床的宽度根据轧机生产率（吨/小时）和冷却所需时间确定。

现代长材轧机采用行走架式冷床。移动式机架设计的冷床的目的是对轧制棒材或轻质型材进行均匀的空气冷却，并将其从冷床入口分阶段输送到出料侧。棒材和轻质型材的前端也在出料侧进行整平，并通过冷剪和捆扎或堆垛将固定数量的轧制件送去进行最终长度切割。移动式机架式冷床通常采用步进梁式设计。该机构确保杆和轻质部分均匀地定位在齿条上。冷床的设计通常考虑到从轧机精轧机架交付的棒材和轻质型材的最小和最大尺寸，以及各种尺寸的棒材和轻质型材所需的冷却时间。机架式冷床设计取决于预先切割成给定长度的棒材，以减慢它们的速度，在冷却表面上交叉运输它们，确保在非常宽的长度范围内轧制的棒材或轻质型材尽可能保持笔直，以将冷却面末端的棒材或轻质部分收集到与冷剪要求相匹配的预定包装上，最后排放到辊道上，辊道将包装输送到冷剪。

冷却后，结构型材通常在辊矫直机中矫直，并通过冷剪切割成销售长度，然后堆叠或捆扎。在堆叠角度的情况下，它们以两个向下，一个向上的排列方式堆叠。捆扎好后，它会被捆扎起来并移动到装运区。

有多种解决方案可用于轧机精加工区域的棒材和型材精加工。典型的棒材轧机将包括一台带规格梁的冷剪，而型材轧机将有一台矫直机，用于冷剪。正确的层准备是生产力的关键，这是通过型材进料系统实现的。当工厂的生产率很高时，也使用飞式冷剪。多线矫直机以高生产率使用。其概念是矫直冷床长度，以减少进料操作并更好地利用矫直辊驱动装置。轧辊下方的棒材正确对齐和居中是必不可少的。该领域最近的改进包括 (i) 对矫直机使用自动分段进料，(ii) 快速更换安装在托架上的辊组，电动辊缝布置，以及 (iv) 整个装置安装在该平台可以在不停止工厂生产的情况下移出生产线进行维护。此外，为了在冷床输出辊道上预先对齐棒材层，通常提供链式传送和滑架式提取系统，以便在棒材之间所需的中心线距离处将棒材从床架中缓慢移出并通过与滑架一起轻轻地放置在输出辊道上来保持这种状态。

轧机的捆扎堆垛工段也可以有多种解决方案。一个典型的解决方案包括一个简单的捆绑机，而对于部分磁性堆垛机是常态。所有操作都将实现机械化和自动化，包括去除短条或在标签的理想扫描位置贴标签。通常会特别注意束的最终形状，并优化棒材和截面的布置。堆垛机可以根据要求有不同的设计。轻质段的精确堆垛采用悬空摆式系统，轻中级段采用下置磁铁的堆垛系统。

条码计数系统由基于光学原理的自动条码计数和用于形成捆的分离系统组成。分离系统由三个固定的链条输送装置组成，其间装有计数系统。光学装置与安装在链式传输驱动器上的脉冲发生器一起对传输中的每个单条进行计数和记录，不会重叠或重复读取。

现代长材厂有捆扎机和捆扎机。这些机器专为连续操作而设计，捆扎机使用商业尺寸的电线进行捆扎，机头采用液压操作。捆扎机是气动操作的，使用不同宽度的商用钢带。捆扎可以通过夹紧或焊接的方式进行。

磨机电气系统包括变压器和开关装置、DC（直流）和 AC（交流）电机、电机的变速驱动器、电机控制中心、现场传感器、仪器和执行器、控制面板、控制台和控制讲坛等

提供轧机自动化以在最少的人工干预下进行可靠的轧制。轧机自动化级别可以是级别 1 或级别 2。级别 1 是自动机的基本级别，自动化包括可编程逻辑控制器 (PLC)、用于操作和监控的人机界面 (HMI)、SCADA（监督控制和数据采集）系统，以及过程和生产控制计算机，全部采用集中式或分布式拓扑，通过现场总线和局域网 (LAN) 互连。

轧机自动化执行多项功能。其中一些描述如下。

• 主控台，具有管理功能模式和滚动速度计算。
• 调节看台之间的级联速度。串级控制使用缩减概念 (R-Factor) 来计算轧机串级速度参考值。该参数与滚动基本原理直接相关，简化了设置和操作员控制。在生产过程中，循环和张力控制会自动调整 R 因子，确保机架之间的材料应力最小。
• 冲击速度下降补偿。该系统在头部穿线过程中加快了机架速度，从而减少了材料撞击辊时的速度下降。棒材进入机架后，控制装置将切换回轧机级联速度参考值。
• 支架之间的最小张力/回路控制。机架之间的张力/回路控制可减少沿轧机的材料应力，有助于提高产品的尺寸精度。
• 裁剪和切割过程的剪切控制。轧机中剪切机的性能和精度对于提高产量和避免棒材进入机架时出现问题至关重要。
• 自动鹅卵石检测通常旨在帮助操作员更快地对意外事件做出反应并持续跟踪钢筋。如果出现鹅卵石，系统会自动做出反应，通过命令上游剪切机切断阻止熔炉发送另一块钢坯的现有棒材，从而最大限度地减少影响。

现代长材轧机的辅助设备包括加热炉后除鳞设备、夹送辊、轧辊冷却设备、轧辊/机架更换设备、产品矫直设备、样品切割、检验和切割设备、润滑设备、液压和气动设备、轧辊总成及拆卸设施、翻滚设施、导板准备设施、储存及搬运设施、通讯设施、水处理设施、秤坑等。