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国产高速线材轧机生产技术攻关
李娜 刘大为 吕普明 裴颐仙
（张家口宣龙高速线材有限责任公司）
摘要：国产高速线材轧机生产技术攻关是宣龙公司综合应用工艺、机械、电气方面的先进技术，最大程度挖掘国产设备潜能的创新项目。该项目实施后效果显著，使线材产量、成材率、作业率、煤气消耗以及产品性能等各项指标在同等设备条件下均居全国领先地位 ，具有先进性、创造性和新颖性。
关键词：高速线材；技术；改进
THE DOMESTICALLY PRODUCED HIGH-SPEED ROD MILL PRODUCTION TECHNOLOGY TACKLE
Lina Liudawei Lupuming Peiyixian
(Zhang Jia Kou Xuan Long High-Speed line limited liability company)
Abstract: The home produced high speed rod mill production technology is the innovation project of XuanLong company ,which integrate advanced technology of the technics, the machinery and the electrical , farthest dig out latent energy of domestic producting equipment .The project have been put in practice with telling effect.As a result each target as the line material output , wire rod metal yield, the work rate, the coal gas consumption as well as the product performance occupies the national leading status under the same equipment condition and has progress,creativity and novelty.
Key Words:high-speed wire production;technology;improvement
1宣龙公司生产状况简介
1.1宣龙公司概况
宣龙公司是一条全部设备国产化的高速线材生产线，年设计能力35万吨,2005年实际产量达到了62万吨。原料为150×150×9000mm定尺连铸坯，生产Φ5.5－Φ16.0㎜的光面及带肋钢筋盘条，轧制Φ5.5－Φ7.0㎜规格线材的保证生产速度为85m/s，设计最高速度为115m/s。设计生产规格为 Φ5.5-Φ16.0mm，钢种主要为普碳钢、优质碳素钢、低合金钢、冷墩钢、焊条钢、中高碳钢、链条钢、合金焊条钢等。
高速线材生产线设备，包括上料台架、加热炉、粗中轧机组、预精轧机组、精轧机组及线上各飞剪、卡断剪、夹送辊、吐丝机到精整跨的风冷辊道、双臂芯棒，卸卷小车、PF线钩式运输机，以及轧线电气控制设备及计算机系统，精轧交流主传动电机等全部实现国产化。
1.2主要设备及工艺特点
1.2.1采用汽化冷却步进梁式加热炉，炉子产量设计能力为100t/h，炉子有效长度为20880mm,炉内宽9744mm，单排装料，侧进侧出，坯料最高加热温度1150℃。燃料为高、焦炉混合煤气，炉子上部采用炉顶平焰烧嘴，下部采用调焰烧嘴，这样布置可使炉膛温度分布合理，钢坯在炉内四面受热，钢坯全长及断面温差小，氧化及脱碳少，加热质量高。
1.2.2全线轧机共28架，最大平均延伸系数1.28，全部轧机分为粗轧6架、中轧8架、预精轧4架、精轧10架四组，前14架为平立交替布置的闭口式二辊轧机，立式轧机均为上传动，15－18架为平立交替布置的悬臂辊环式紧凑型轧机，后10架精轧机组为国产仿摩根五代顶交45°无扭轧机，具备低温轧制能力，整个轧制过程轧件无需扭转。轧线采用椭圆—圆孔型系统,整条轧线实现了多道次小延伸精密轧制。
1.2.3轧件冷却方法为斯太尔摩冷却法，由风冷和水冷两部分组成，作用是在轧制过程中对轧件和成品进行温度控制，从而获得良好的金相组织和所需的机械性能。水冷部分主要由五个水箱组成，其中精轧前1个水箱，精轧后4个水箱，水箱冷却均采用闭环控制，温控范围800-950℃。风冷部分由斯太尔摩运输机完成，辊道共分为五段，并设有11台风机，根据所生产线材钢种，规格及对性能要求的不同，调节辊道速度、冷却风机的开启台数和风量。冷却风机中有8台带有佳灵装置，可调节沿辊道宽度方向上的风量分布。
1.2.4吐丝机、夹送辊及盘卷收集部分
夹送辊为悬臂辊环式，上辊气动压下，速度最高可达115m/s，夹持型式有夹头，夹尾及全夹，轧制小规格时采用尾部降速，大规格时采用尾部升速。我厂使用的吐丝机丝锥固定倾角10°，散卷平均直径为Φ1040mm。
盘卷收集部分由鼻锥、集卷筒、分离指、双芯棒回转装置，布料器、托盘，运卷小车等组成。
2项目提出的背景
宣龙生产线为国产全连续单线无扭轧制、控冷高速线材生产线，此生产线是宣钢集团公司调整产品结构，提高生产水平和设备技术装备水平的标志，高线生产水平、成材率和各项经济技术指标的提高，是调整产品结构的关键，是集团公司经济效益的重要增长点。
3生产技术攻关主要内容及其主要技术特征
3.1粗中轧3、5、7架电机增容改造
3.1.1改造实施前现状
宣龙公司在2002年完成了精轧提速改造工作，使φ6.5规格成品速度达到85米/秒，实现了设计的保证速度。φ8.0规格成品速度为60米/秒，距设计保证速度80米/秒相差很远。φ10.0规格虽经精轧机优化配置成品速度已达到设计保证速度为38.8米/秒，但距理想速度51.7米/秒仍有一定相差。φ8.0规格和φ10.0规格未能继续提速的原因主要受到粗中轧3#、5#、7#轧机主电机容量的限制，尤其精轧提速改造后粗中轧3#、5#、7#轧机主电机基本上满负荷运转，此3台电机额定电流值分别为687A和758A，而实际运转电流值在750 A-800 A之间，有时已超负荷运转。轧制φ8.0和φ10.0达到60米/秒和38.8米/秒，也是这种情况。为此3#、5#、7#架电机成为制约提高产量的主要原因，需要对粗中轧3#、5#、7#轧机主电机进行增容改造。
3.1.2改造内容及方案
将3#轧机主电机容量由原425KW改为527KW，570/1500rpm,与预精轧电机一样，将5#轧机主电机容量由原425KW改为650KW,600/1500rpm ，将7#轧机主电机容量由467KW改为650KW，693/1500rpm。3架电控柜只更换晶闸管，5、7架更换电控柜。将中轧变压器4200KVA调到粗轧区，新定一台5000KVA变压器作为中轧区变压器，高压开关柜不变。主要更换设备包括：
（1）3架电机 Z450-3B 527KW 660V/850A 1台
（2）5架电机 Z500-3B 650KW 660V/1060A 1台
（3）7架电机 Z500-3B 650KW 660V/1060A 1台
（4）传动柜 5#、7#电控柜 2台
（5）变压器 S9/500KVA 10KV/660V D/D 1台
3.2精轧控冷系统改造
3.2.1 改造前现状
宣龙公司轧制线控制水冷设备设计选型为摩根3代,精轧机后有四个水冷箱和五段恢复段，水冷箱内喷嘴为导管式圆管，恢复段为揭盖式结构。生产Φ5.5-Φ9时采用内径为Φ14导管，生产Φ9.5-Φ16采用内径为Φ22导管，更换轧制规格时需全部更换，需耗时12小时，而且轧制线找正困难，严重影响生产。
高线数次提高轧制速度，但由于水冷段的结构原因，在轧制速度提到83m/s时，轧件抖动幅度太大，吐丝效果不好，产生堆钢事故较多并且处理堆钢事故较为困难，影响轧机的提速潜力发挥，严重制约生产。另外水冷段属于精轧后的高速区,一旦发生堆钢事故，有时会跑钢，造成安全隐患。
水冷喷嘴结构不合理无法对轧件进行全方位冷却；水冷箱结构不合理，当水量较小时，导管受热、烧红、产生变形，影响生产；特别是轧制拉拨材时，工艺要求较严，控制难度更大，且经常出现成品性能控制不合格情况。原控冷系统水冷效果差，不能满足工艺要求。另外高线在开发新品种钢的过程中，出现产品力学性能波动较大的现象，无法满控冷需要。
3.2.2 主要技术要点
3.2.2.1 宣龙公司改造后水冷段采用摩根5代控制冷却设备。摩根5代控冷设备结构为底座固定、轧制线固定、双面导槽、双面扣合式（分裂式）。导槽扣合后为圆孔，可组成Φ14和Φ22两种孔型，现轧制的Φ6.5、Φ8.0、Φ10.0三种规格统一用Φ14孔型，更换轧制规格时不需要翻面，节省停机时间。在更换更大规格品种只需把固定销松开，上下翻面即可完成，耗时仅需30分钟。
3.2.2.2 控冷系统一套4个水冷箱、5个恢复段，用于调整和控制轧件温度，控制晶粒长大，减少氧化铁皮的生成，从而生产出较优机械性能的线材。
3.2.2.3 标准冷却配置：一套分裂式喷嘴装置，用于1#、2#、3#、4#水箱中；水箱间采用一套分裂式导槽装置，用于水箱连接与过渡。
3.2.2.4 每一个水箱两侧设有空气吹扫器装置，减少线材在水箱出口侧的残余水流出，防止水箱入口侧冷却水流出，减少水量消耗，节约能源。
3.2.2.5分裂式喷嘴装置精确布置设计，加上支框式手轮装置将喷嘴和底座固定。
3.2.2.6 这种水箱和导槽还具有对中性能好的特点：整个水箱底座整体加工，导槽底座分段加工。加工时，保证每一段底座用于固定喷嘴和导槽的上平面一刀加工，确保这段对中性能良好。这样，在整体组装时，对中性能非常容易得到保证。
3.3加热炉顶绝热改造及调火技术攻关
3.3.1加热炉顶绝热改造
3.3.1.1改造前现状
2002年7月初，河北省冶金节能监测站对本厂加热炉进行了热平衡测试，其它各项指标均合格，唯有炉顶表面温度一项高出指标值40余度，使本厂加热炉未能达到特等炉水平。为了改善炉顶保温绝热效果差的缺陷，减少热量损失，延长加热炉工作寿命，决定采用陶瓷纤维内贴扎块技术进行炉顶改造。
3.3.1.2 改造内容及方案
宣龙公司应用陶瓷纤维内贴扎块技术对加热炉进行绝热改造，陶瓷纤维内贴扎块采用压缩预处理工艺，可长期持续用于1400℃的工作温度，具有热效率高、炉体散热蓄热损失小、炉壁热容量小、温度易控等优点，粘贴范围为加热炉预热段、加热段及均热段三段的炉顶及上部炉墙，粘贴面积287平方米。
3.3.1.3改造后的效果
维内贴扎块具有良好的抗热冲刷性，燃烧气体气流不再直接冲刷炉墙，从而有效保护炉体，减少炉墙、炉顶损失，降低了加热炉维修费用及相应的停炉时间；热容量小，缩短了升温和降温时间,炉壁热容量减少，缩短提温和降温时间，提高设备运转率，节省能源；加热炉粘贴陶瓷纤维扎块后，外墙温度降低40—50℃，有效降低了炉壁的散热损失，提高了热效率，降低能源消耗。吨材燃料消耗量明显降低，吨材高炉煤气耗量较开产以来最好水平降低了13%，吨材焦炉耗量较开产以来最好水平降低了5.2%，为总公司节约了宝贵的能源资源；炉壁热容量减小，加热温度均匀且容易控制，降低了钢坯的氧化烧损，一般可降低20％左右，有效提高加热质量。
3.3.2 加强调火操作节能降耗
3.3.2.1 改造前现状
宣龙公司2002年底实现钢坯热送，2003年以来，随着轧机的提速，产量的大幅度提高，轧制钢种的频繁变化，对加热钢坯的温度控制要求越来越严格。新形势下的煤气配比要求既能满足轧钢的温度要求，又能达到节能降耗目的，因而加强操作手段，相应控制燃烧，是节约煤气消耗，降低轧钢成本的有效手段。
3.2.2.2 主要技术要点
(1)根据钢坯热送情况及不同的轧制速度、不同的轧制规格，使用不同的高炉煤气与焦炉煤气配比。
高炉煤气与焦炉煤气配比
装钢条件 | ||
空燃比
高、焦比 | 空燃比 |
6：4 | 1.8 |
5：5 | 2.0 |
4：6 | 2.3 |
（2）根据煤气用量合理控制空气用量，使用合理的空燃比（如上表），在保证加热钢坯质量的前提下，根据加热钢坯实际出炉温度情况及轧制要求,控制各供热点煤气用量，节约用气。
（3）根据燃料热值变化及煤气压力波动、待轧保温等情况，及时准确调整各供热点煤气供应量。根据时间的长短，调整各供热点煤气用量及高、焦炉煤气配比。日常换辊检修时间为1小时10分钟，控制煤气配比为8：2—7：3，同时减少加热段煤气供应量，对均热段各供热点做流量调整，在保证炉温的情况下，最大限度节约煤气消耗。周、旬检时间一般为3—4小时，控制高、焦炉煤气配比为9：1—8：2，甚至用纯高炉煤气保温，同时控制煤气总流量，采用关闭加热段烧嘴的办法，有效的节约了煤气用量。
通过加热炉顶绝热改造和调火方面不断的实践、摸索、改进，经过几年来的运行，现在高、焦炉煤气消耗有了大幅降低，同时根据公司总体节能降耗目标，不断调整、完善燃耗考核制度，更全面、更具体、更实际的适应轧钢要求，使燃耗消耗有了可控性。2002—2005年对比指标如下表所示：
煤气消耗情况对比表
时间 | 2002 | 2003 | 2004 | 2005 | 指标降低 |
高炉煤气（m3/t） | 144.68 | 95.71 | 74.02 | 73.70 | 70.98 |
焦炉煤气（m3/t） | 51.65 | 50.32 | 47.83 | 46.10 | 5.55 |
3.4随着生产节奏的加快和轧制速度的不断提高以及工艺的不断改进，原设计的轧制程序表已无法满足正常生产的需要,时常由于轧制速度的变化和轧制规格的不同以及轧辊工作辊径的不同，按照原轧制程序表进行速度调节，经常由于速度不合适造成堆钢事故。针对此问题安排技术人员根据各品种规格轧制速度的不同及各架次料型的变化，制定合理的轧制程序表，保证各架次轧制速度匹配，大大减少了生产中的堆钢事故，提高轧制时间，提高轧机作业率。
轧机作业率对照表
时间 | 2002 | 2003 | 2004 | 2005 | 作业率提高 |
作业率（%） | 83.51 | 85.20 | 86.27 | 89.35 | 5.84 |
3.5对吐丝机的吐丝效果攻关，对相关导卫件进行改进，解决了吐丝乱的问题，减少了风冷辊道的挂卷事故。吐丝机吐丝效果是高线生产中的难点，吐丝效果的好坏将直接影响全线的生产，吐丝乱将使线材在风冷辊道产生挂卷事故。宣龙公司组织技术人员和现场工人对此问题多次召开会议进行讨论分析，制定和采取多种方案最终得以解决。首先对各种规格线材的夹送辊的辊缝值进行严格规定，其次对加送辊的进出口导卫进行改造，再次对吐丝机的风量进行调节。
3.7根据生产的品种制定合理的控冷工艺参数，保证了产品性能，减少不合格品的产生。高线生产中控冷工艺对产品性能是至关重要的。为保证产品性能高线根据各种规格产品的性能要求，对加热炉的加热温度、终轧温度、吐丝温度、控冷水箱水阀的开启个数、风冷辊道保温罩开启个数全部进行规定，有利的保证了产品性能，减少不合格品的产生。
轧制控冷工艺参数表
3.8根据生产规格的不同，制定不同的集卷方式和打包压力，保证集卷质量，满足打包质量的需求。为保证产品外发质量，根据生产规格的不同，制定不同的集卷方式。其中Ф6.5规格集卷时托盘高度应在最上面，随着集卷重量的增加集卷高度逐渐降低，全部集完后，集卷下落到底。Ф8.0和Ф10.0规格集卷时托盘高度应距最高点500毫米左右，随着集卷重量的增加集卷高度逐渐降低，全部集完后，集卷下落到底，使集卷外型统一，不会出现线卷堆积现象，保证集卷质量，满足打包质量的需求。根据生产规格的不同打包压力分别为Ф6.5压力为15-20吨，Ф8.0和Ф10.0压力为25-30吨，保证线卷在装运过程中不会出现散捆现象。
4技术成熟程度及同类技术比较
宣龙公司通过高线生产技术攻关，有力地推动了线材生产水平的提高和各项经济技术指标的进步。由于对技改方案和措施进行了充分的可行性论证，解决了生产中的关键问题，使得各项攻关指标按时完成。2003—2005年指标完成情况与2002年全年指标完成情况对比如下：
时间 | |||||
74.02 | 73.70 | 70.98 | |||
47.83 | 46.10 | 5.55 |
此次生产技术攻关进行了粗中轧3、5、7电机增容改造，改变了设备设计的传统模式，大幅度提高了大规格产品的轧制速度，具有创新性；新的控制水冷设备控冷工艺水平高，生产出产品的力学性能优，表面质量好，为开发新钢种提供了有效的保证；加热炉炉顶绝热改造项目的投入，不仅有效地降低了能源消耗，同时，炉顶表面粘贴的陶瓷纤维扎块可保护炉墙不再被气流直接冲刷，为延长加热炉使用寿命、节省维修费用提供了有力的保证。
攻关成功后宣龙公司产量水平及各项经济技术指标大幅度提高，取得了良好的经济效益，在国产高速线材生产线中达到领先水平。
结束语
此次攻关综合采用国内工艺、机械、电气等方面的先进技术，使高线产量、作业率、成材率等各项技术经济指标均居国内领先，具有良好的推广前景。通过加热炉顶绝热改造和调火方面不断的摸索研究，经过几年来的运行，大幅度提高煤气利用率，降低了燃气消耗，使加热炉燃烧充分，减少了空气污染，同时根据公司总体节能降耗目标，不断调整、完善燃耗考核制度，更全面、更具体、更实际的适应轧钢要求，实为节能、环保的一项有力举措。控冷设备改造、轧线导卫优化在减少堆钢的同时，消除了轧制过程中的安全隐患，并将工人从繁重的堆钢处理中解脱出来，降低工人劳动强度，保证工人人身安全。线材表面质量和打包质量的提高进一步提高了产品的市场竞争力。
作者：李娜 1978出生，2001年毕业于北京科技大学金属压力加工专业，主要从事工艺及质量、安全、环保贯标工作。技术职称：助理工程师
刘大为 1978出生，2000年毕业于鞍山钢铁学院金属压力加工专业，现任宣龙高速线材有限责任公司生产部工艺技术员。技术职称：工程师
吕普明 1974出生，1997年毕业于河北理工学院热能工程专业，现任宣龙高速线材有限责任公司综合部技术员。技术职称：工程师
裴颐仙 1973出生，2000年毕业于北京理工大学机械专业，现任宣龙高速线材有限责任公司生产部技术员。技术职称：工程师
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