連續軋製

連續軋製屬於金屬塑變成型，分為縱向軋製和橫向軋製，是用軋機把金屬輾軋成各種不同斷面的板材、棒材或異形材的方法。利用閃光焊接在行進中連續地連接多個高温鋼片，並通過對該連續化的鋼片進行軋製，製造棒鋼、線材等的連續軋製技術。

連續軋製工藝於20 世紀90 年代末開始應用,但技術上仍需要進一步完善。EBROS 連續軋製工藝通過對焊將鋼坯連接起來, 連續向軋製線供應原料, 其優點超出任何其他現有的長材軋製技術。

世界上第一套連續軋製生產線於1998 年在東京制鋼公司成功投產, 以127 m / s 的速度軋製線材。之後, 又有5 條生產線相繼在中國和歐洲建成。

連續軋製系統的關鍵優點在於:

①提高生產率;

②提高收得率(無切頭、短尺等);

③減輕機械部件(軋輥、導衞、吐絲機等)損耗;

④增大盤卷質量並可靈活調整。

由此顯著降低了運行成本。連續軋製技術根本改變了原有的處理單塊鋼坯的長材軋製概念。原有的軋製過程包括料頭進入軋機、軋製、料尾離開軋機、等待下塊鋼坯的間隔等步驟, 並且基於這一工藝過程而設計出現有的設備和控制系統。

連續軋製工藝主要受兩個因素的影響:軋輥磨損和温度差。為補償軋輥磨損, 需要對輥縫進行微調, 並且要考慮到材料延展的變化、維持機架間張力的需要、單體機架過載的可能性等。而採用靜態壓力控制的機組預冷卻可以使温度均勻化, 減小温度的循環波動。

連續軋製工藝應儘可能保持穩定, 以使精軋機獲得穩定的工藝條件。為此在實際生產中需要補償一些影響因素, 如:

①入口來料鋼坯頭、尾温度可能不一致;

②焊接工藝造成温差;

③毛刺修磨操作造成橫截面規格的微小偏差。

此外, 成品盤卷質量不再受鋼坯質量的限制,跟蹤功能必須用於質量判定以及準確的盤卷質量控制 ^[1]  。

鍛壓零件與軋製零件同屬塑性成形範疇，但在成形方式上不同。鍛壓零件為整體，斷續成形；軋製局部，連續成形。正是成形方式上的變化，給零件成形帶來創新的進展。

軋製零件與鍛壓零件相比較，其優點為：因軋製是局部成形，工作載荷只有整體模鍛的秘十分之一，因此設備小得多，造價低得多，模具壽命高得多；由於軋製是連續成形的，所以生產效率高而工作噪音小，加上進出料容易實現機械化、自動化操作，與鍛壓比屬無公害生產。其缺點是：模具複雜、尺寸大、設備通用性差、工藝調整難度大等。上述特點，決定零件軋製技術適合批量大的零件生產與專業化工廠的生產。

連續軋製是冶金軋製的創新領域，由於該工藝的效率很高，但通用性不強，所以在中小型特殊鋼廠軋製專業化工廠，實現冶金產品深度加工是發展方向。軋製零件與鍛壓零件比較，其顯著的優越性已大鍛壓方法生產機器零件，是機械加工的創新性發展。由於零件軋製形狀各異也很大，需要投入更在的力量 ^[2]  。

在理想情況下所有材料應有相同的加熱和軋製週期。採用鋼坯對焊工藝的新軋機的工藝佈置可能非常接近這一條件, 但對現有軋機而言, 鋼坯頭、尾離開加熱爐和到達第一機架之間有很大的時間差。

在工藝過程中, 鋼坯焊接時的熱量使較短的鋼坯温度上升, 而鋼坯兩側的表面温度又因焊機水冷夾鉗的接觸而降低。

工藝目標是在精軋入口保證材料温度穩定和實現對温度的控制。

典型的軋機入口温度曲線。當材料到達精軋機組時, 温差因焊接而得到明顯改善,但因工藝佈置而造成的料頭、料尾的温差可能依然存在, 形成實際温度曲線。

控制系統的基礎是根據前面材料的温度曲線而相應採取呈鏡像的冷卻制度。採用一個學習系統來監控冷卻區域的條件, 並優化冷卻水的壓力制度以達到穩態條件。

實際生產中, 由於初始温度相當不穩定, 温度偏差可以控制到±10 ℃。冷卻系統分成沿軋機分佈的3 段, 每段包括配備壓力控制的冷卻水管、隔水板和空氣刮板以及均温段。

假定料頭和料尾的初始温度差為40 ℃(頭1040 ℃, 尾1000 ℃)。第一段補償後温度差減小一半(頭1 000 ℃, 尾980 ℃), 第二段完成最終温差補償(頭尾均為960 ℃), 第三段則達到精軋要求的温度(頭尾均940 ℃)。

採用2根冷卻水管的設計, 第一根為紊流型,能夠使降温幅度達到50 ℃範圍;第二根為壓力型,控制更為敏感, 但冷卻能力僅為一半左右。

規格控制經常被認為只是調整輥縫和主要用於補償軋輥磨損, 但還有其他因素也會影響到規格和形狀的變化。另外, 傳統軋機的輥縫調節是在鋼坯間隔時進行的, 而連續軋製工藝需要為精軋機組配備在線調節系統。

在線輥縫調節設備安裝在精軋機組或定徑機組的所有機架上, 但只有在最後2個機架上才激活規格控制和輥縫自動調節。輥縫自動調節不僅對連續軋製有好處, 對傳統軋製也能帶來以下優點:

①縮短軋機設定時間;

②縮短軋機啓動時間;

③補償軋輥磨損。

精軋機架的設計採用液壓預張緊繫統, 以克服軋輥分離力並保持軋輥機構與調節楔形相接觸,通過液壓馬達驅動楔形機構而調節軋輥軸線。

這樣可以進行非常精細的調節, 從而實現微米級輥縫控制。特殊材質的使用加上活動部件的表面處理, 使系統的機械效率得到提高。系統的控制基於同冷卻系統相同的學習理念而不是基於簡單的直接反饋控制。

線材的最大、最小直徑和截面積被精軋機組後面的測量儀連續記錄下來, 首先檢查指標是否處於可接受的範圍內, 如果不是, 則進行初步調整;然後, 監控一定時間段內形狀和規格的變化趨勢。這樣, 根據直徑與截面積的關係, 即可判定是否有必要對圓形或橢圓形孔型進行調整。

還檢查調節的限度, 以確保單個機架不發生過載, 且機架間保持張力。調節後再檢查新的規格參數, 以保證得到了正確結果。如果結果不正確, 則根據已採取的調節措施和效果而進行進一步補償。

最終結果同樣儲存在系統中, 建立由措施和結果組成的學習數據庫。考慮到各個機架彼此有差異, 對每個機架建立單獨的針對性的學習系統, 而不是對整個機組建立一個普遍性的系統。

機架間的差異由以下原因造成:

①機架形狀的差異;

②機械間隙的差異;

③摩擦性能的差異;

④軋輥直徑的差異;

⑤孔型尺寸的差異。

採用連續軋製工藝生產盤卷的主要考慮, 首先是跟蹤盤卷的成分以獲得準確的質量數據(1 個盤卷可能由不止1塊鋼坯產出), 其次是生產質量符合用户要求的盤卷。盤卷分段是在集卷箱中進行的, 根據給出的信號啓動隔板機構, 將連續的線材分隔為不同的盤卷, 其下方的盤卷託板連同選擇的盤卷隨後下降, 在分段剪區域被切割成單卷。

分段剪包括3套活動剪刃, 其中一套將單股線材拉到3個固定的剪刃位置之一進行切割。這一設計可以確保線材可能落入的任何區域都被覆蓋。完成切割後盤卷被移走, 分段剪縮回, 以便隔板機構打開使下一個盤卷落到下方的盤卷託板上。

由於隨着材料的積蓄, 質量不斷增加, 在盤卷託板的液壓回路上佈置了一個專門的減震系統, 以保證材料下落造成的壓力處於可接受的程度。

採用的標準設備設計能夠適應直徑達25 mm的合金鋼材料, 且操作週期時間僅為40 s 。質量優化是基於軋機物流和時間進行的。在許多軋機上,由於機組張力有變化和軋輥有效直徑有偏差, 造成材料的實際精軋速度存在偏差。這些偏差可通過以下任一種方法而補償:

①使用給定的精軋速度, 但根據實際盤卷質量和預計盤卷質量的歷史數據比較而引入一個補償因數;

②使用鋼坯質量, 並測量軋製鋼坯所耗時間。

首選第二種辦法, 因為它只需要對氧化鐵皮損失進行很少量的補償(鋼坯對焊時只有很少量材料損失)。這時, 根據鋼坯的質量和焊機記錄的週期時間, 很容易計算出材料的物流量。

對第一個盤卷, 利用緊靠集卷箱入口處的一個線卷檢測器來觸發時間計量的起點。引入一個修正係數來補償其與隔板機構間的距離。隨後的盤卷按照時間和物流計算而切割, 精度達到25 kg 以內。

連續軋製系統與傳統工藝相比有眾多優點, 特別是線材軋機, 温度控制、規格控制和卷重優化等技術更加提高了連續軋製技術的性能。

該技術方案已在中國邢台、芬蘭福迪亞等樣板廠得到成功應用, 並取得了降低生產成本、提高生產率、提高收得率、靈活調整盤卷質量等出色結果 ^[3]  。