三泰新材料 棒材生产与轧辊技术的发展趋势
刘丽梅
[摘 要]小型棒材经过了多年发展，在工艺技术与操作水平方面都取得了显著的进步。本文将对小型棒材的生产工艺以及新技术进行分析，以供参考。
[关键词]小型棒材；形式；特点；技术
中图分类号：TG314.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）27-0005-01
1 小型棒材轧机的基本形式
30年前我国小型轧机大多為横列式轧机，目前，我国虽然还有少数横列式轧机，但绝大多数已是全连续式轧机，其可细分为4类：一是以生产钢筋为主的高产小型轧机；二是以生产优质钢和合金钢为主的小型轧机；三是生产型钢和圆钢的多品种小型轧机；四是单线高速小型轧机。在我国，小规格型材的需求量不大，而生产难度不小，其市场多为民营企业横列式轧机所占领，多品种的连续式小型轧机没有发展起来
2 小型棒材的目前应用的主要技术
2.1 连铸坯热装热送
目前小型轧机都以连铸坯为原料一般使用的坯料断面为130*130mm-150*150mm，单重的增加，使切头切尾量相对减少，定尺率提高，有利于提高金属的收复率。有些生产线采用180*180。连铸技术的进步是推动小型轧机在内的整个冶金技术发展的重要动力，连铸坯以650～800的温度下，直接装入小型轧机的加热炉中加热，可使加热燃料消耗降低25%-75%。同时直接热装还可减少加热的氧化烧损，减小或取消中间存储面积，减少操作设备和人员。此外，直接热装使投料至成品的生产周期缩短至几小时。因此，直接热装是当间小型机节约能耗，减少生产成本的有效的措施之一。
2.2 采用步进式加热炉
可供选择的小型轧钢机钢坯加热炉炉型有推钢式加热炉和步进式加热炉。推钢式加热炉是各种类型轧机选用的传统炉型，由于其具有结构简单，机械设备少、操作简单、投资少等优点曾被广泛使用。但采用推钢式加热炉生产时，加热钢坯断面温差大，无法水除水冷“黑印”，加热时间长，氧化和脱碳严重，容易产生粘钢、拱钢和钢坯划伤事故。为保证加热质量，满足小型轧机对钢坯断面和长度方向上温度梯度的要求，新多采用步进式加热炉，加热均匀，断面温差小于20度。
2.3 高压水除鳞
为了保证小型材的表面质量，在加热炉后粗轧机组前设置高压水除鳞装置，以去除加热产生的表面氧化铁皮。
2.4 低温轧制和控制轧制
旧式轧机的轧制速度低，在轧制过程中轧件的温降大，因此把开轧温度提得很高。新式连轧机轧制速度提高，轧件在轧制过程中产生的变形热使得轧件温度基本保持不变甚至升温，这就为低温轧制创造了条件。轧件的开轧温度从1000-1100降低至900-950，这需要提高轧机的强度，增加电机功率和轧制能耗，但由于加热温度的降低，仍可综合节约能源20%左右。
2.5 切分轧制
切分轧制采用的方法主要有两种：1）切分轮法：先用特殊的孔型将轧件轧成准备切成的形状，再在轧机的出口处安装不传动的切分轮，利用其侧向分力将轧件切开。2）辊切法：利用轧辊孔型的特殊设计，在变形过程中将轧件分开，这种方法不需要其它的设备，操作简单，但要求轧辊的强度和韧性，要求轧辊孔型设计合理准确。
2.6 棒材轧后热芯回火工艺
棒材轧后热芯回火工艺又称穿水冷却，其原理是：轧件离开终轧机后进入冷却水箱，利用轧件的余热通过快速强制冷却，使棒材表面温度急剧降至400℃以下，棒材表面层产生马氏体转变，形成淬火马氏体，而心部仍然是奥氏体组织。当棒材经倍尺飞剪分段剪切后上冷床进行空冷。由于棒材截面上温度梯度大，心部热量向表面传导。使表面层淬火马氏体发生回火转变，形成回火马氏体，使心部和表面温度趋于一致，而经过这一过程棒材心部奥氏体组织形成细珠光体、细铁素体或铁素体、马氏体和贝氏体。这种工艺可以提高产品的强度、塑性，改善韧性，使棒材得到良好的综合机械性能，同时工艺简单、节约能耗。
3.唐钢实例分析工艺设备特点
河北钢铁集团唐钢公司长材部棒材车间由两条棒材生产线组成，一棒生产线于1996年热负荷试车，年设计能力60万吨，现年产量达到110万吨，二棒生产线于2003年热负荷涉车，年设计能力60万吨，现年产量达到120万吨，两棒主要产品规格为Φ12～Φ40mm热扎带肋钢筋。
3.1 加热炉
加热炉为全梁步进式加热炉，产量为150th，步进周期为45s，燃料为重油和煤气。加热炉使用部分热送热装连铸坯。而转炉煤气与重油混烧技术的采用使唐钢首次将转炉煤气全部回收利用。
3.2 轧机
轧机粗、中、精轧机组分别设置6轧机，实现全连续无扭轧制。粗轧机为悬臂式BSS轧机，规格为Φ685×4/Φ512×2，中精轧为短应力线整体更换轧机Φ460×6、Φ430×2、Φ365×4。其中14、16、18架轧机为平立可转换轧机。全线轧机呈平立交替布置。1-10架轧机采用电流记忆法微张力轧制，11-18架轧机采用7个立活套实现无张力轧制，轧线采用计算机自动控制，实现单线全连轧。
3.3 轧线轧线其它设备
热轧带肋钢筋水冷淬火线由计算机、温度检测仪及各类控制阀等组成。通过淬火技术，可使钢筋达到三级钢筋水平，同时减少了二氧化铁皮生成量。步进式冷床长132米，宽12.5米，为适应调整大坯重、长轧件轧制以及提高钢材外形质量，唐钢采用长尺冷却技术，同是在冷床入口端的排列较密，出口端的齿条排列较稀，使冷床同时具有矫直功能。精整工序实现了机械化、自动化。生产线可自动计算棒材根数、自动打捆、自动称重、自动记录等。
4.国产化的生产新工艺和新技术
4.1 连铸坯热送热装
连铸坯以650～800℃的温度热送热装，可提高加热炉能力20%～30%，且比一般冷装减少氧化损失0.2%～0.3%，可进一步减少能耗30%～45%。实现热送热装要合理匹配连铸机与轧机之间的生产能力。铸坯的缓冲措施有：设置缓冲保温罩（坑）；采用双步进梁式加热炉；采用热坯从中间装入、冷坯从炉尾装入的双段炉等多种型式。
4.2 切分轧制
切分轧制的主要优点是：
（1）产量大幅度提高，尤其是生产小规格产品，如轧制Υ8、Υ10mm钢筋，采用多线切分的机时产量比采用单根轧制提高88%～91%；在轧制Υ16、Υ18mm较大规格钢筋时，切分轧制的机时产量可比单根轧制提高1倍，从而可实现各种规格的产量均衡，使加热炉的能力得到充分发挥。
（2）可以扩大产品规格范围。对已建设好的生产线，采用相同的坯料和轧制速度，可使产品的最小规格范围进一步扩大。
（3）在相同条件下，采用切分轧制可降低钢坯加热温度40℃左右，燃料可降低20%左右，电耗可降低15%左右，轧辊消耗可降低15%，总费用可降低10%～15%左右。
4.3 棒材热芯回火工艺和控制冷却工艺
目前，成本低廉的热芯回火工艺广泛用于钢筋生产中。经余热淬火处理的钢筋其屈服强度可提高150～230MPa。采用这种工艺有很大的灵活性，同一成分的钢通过改变冷却强度，可获得不同级别的钢筋（Ⅲ～Ⅳ级）。余热淬火钢筋由于碳当量较小，因而在具有良好屈服强度的同时还具有良好的焊接性、延展性与弯曲性。与微合金强化相比，余热淬火可降低成本，并可减少不合格产品数量2%～5%。对于合金钢，在精轧前后采用控制冷却技术，可使轴承钢的球化退火时间进一步减少，网状组织进一步减少；奥氏体不锈钢可进行在线固溶处理。唐钢、杭钢、淮阴钢铁厂、大连特钢等小型轧机都配置了在线余热淬火装置等控制冷却技术。
结束语
综上所述，随着科技水平的发展进步，小型棒材的生产工艺也将不断深化，促进了小型棒材生产水平的提升。
参考文献
[1] 马鞍山钢铁设计院编.中小型轧钢机械设计与计算[M].北京：冶金工业出版社，2015.
[2] 彭兆丰，李新林.我国长材轧制技术与装备的发展（三）-小型棒材[J]轧钢，2016（12）：33.endprint
