半连轧线轧机的孔型及导卫优化

满春红 贾 勇 陈金富

(北满特钢有限责任公司，黑龙江161042)

北满特钢轧钢厂生产流程采用的是825 mm初轧机开坯，经缓冷或退火后进行清理，清理后的坯料经二次加热，由横列式轧机生产出钢材。北满特钢轧钢厂现有的两火成材工艺消耗大、成本高、效率低，难以适应市场需求，因此公司在2011年对轧钢厂进行了技术改造。改造后的工艺装备，由4架650 mm轧机和6架400 mm轧机形成轧制∅42 mm～∅200 mm优质圆钢及部分规格方钢的半连轧生产线；由两架850 mm轧机形成轧制∅210 mm～∅330 mm大棒材半连轧生产线，工艺布局形成了由825 mm初轧机与650 mm/400 mm连轧机和825 mm初轧机与850 mm连轧机组成的两条半连轧生产线。其优点是可以在一条生产线生产的同时，另一条生产线进行更换轧辊，这样可以节省换辊时间，提高生产效率。

1 存在的问题

由于此次技改属于搬迁改造项目，因此在调试生产过程中，逐渐暴露出来一些问题。

1.1 650 mm连轧机的组距

由于轧钢厂在设计时的定位属于小批量、多品种生产线，因此更换组距及规格的频繁程度直接影响劳动强度、生产组织和生产效率。而搬迁的四架650 mm轧机类型是牌坊式轧机，轧辊更换需在现场进行，生产的规格范围为∅90 mm～∅200 mm，配备的大换辊(四架轧机的轧辊全部更换)组距为四套，存在的换辊组距多，劳动强度大，影响了生产组织和生产效率。

1.2 轧件在孔型中的稳定性

搬迁过来的650 mm连轧机仍采用原来的孔型系统，成品前孔型结构采用单曲线椭圆形状。在调试和生产过程中经常出现如下现象：

(1)在成品机架轧制过程中，轧件稳定性差，在成品轧出时，有时会出现扭转。

(2)由于出现扭转现象，导致成品尺寸不易控制，断面尺寸精度不高。

1.3 轧机导卫

轧机导卫适应规格范围窄，对轧件扶持力弱。搬迁过来的650 mm连轧机入口导卫在生产过程中，经常出现弹簧板断裂现象，造成轧件倒钢，使钢材报废。这种现象的产生不仅难于保证产品尺寸的精度，严重时还会出现轧机堆钢，造成生产故障，影响轧机生产效率。

2 存在问题的原因分析

2.1 轧机组距过多原因

(1)由于搬迁过来的650 mm连轧机生产规格为∅90 mm～∅200 mm，覆盖范围广，孔型数量多，占用轧辊辊身尺寸大，因此，轧辊的使用数量增加，组距随之增加。

(2)由于650 mm连轧机成品前采用单曲线椭圆孔型，孔型结构尺寸在轧辊上占用面积大，如图1所示。从图1可以看出，单曲线椭圆孔型宽度比双曲线椭圆孔型宽度大，影响了孔型排布数量，导致轧辊组距多，换辊次数频繁。

图1 椭圆孔开口与双椭圆孔开口差距Figure 1 The opening of elliptical hole is different from that of double elliptical hole

2.2 轧件在孔型中的稳定性差原因

由于搬迁过来的650 mm连轧机成品前采用单曲线椭圆孔型，因此在轧制过程中，与孔型接触的轧件断面的两侧形成四个尖角，如图2所示，进入成品的圆形孔型时，接触面积小，变形不均匀，轧件在孔型中稳定性差。

2.3 轧机导卫适应规格范围窄

轧机导卫适应规格范围窄，因此对轧件扶持力弱。

(1)搬迁过来的650 mm连轧机入口导卫采用的是弹簧板支撑的杠杆式三点受力方式，如图3所示。其受力原理决定了弹簧板是受力的主体。由于弹簧板的质量参差不齐，导致个别导卫对轧件的承受力差，当轧件温度较低或轧制不锈钢等高合金钢时，经常出现弹簧板断裂现象，使弹簧板损失严重，使用成本偏高。

(2)650 mm连轧机入口导卫适用的规格范围窄，增加了导卫更换频次，影响轧机生产效率。由于入口导卫的夹板不能进行调整，因此每个入口导卫只能适用两个规格。

图2 单曲线孔型所出料型进圆孔时状态Figure 2 The state of piece shape discharged from single curve pass when it enters into a round hole

图3 弹簧板受力图Figure 3 Force diagram of spring plate

(3)650 mm连轧机入口导卫使用的滚筒轴直径偏小，导致承受轧件的强度弱，易出现轴承损坏现象，导致使用成本偏高。

(4)导卫总成结构复杂，制作难度大，如图4所示。

3 优化改进措施

3.1 减少轧辊组距数量

3.1.1 减少轧辊辊身孔型排布数量

由于轧钢厂技改项目的工艺布局形成了由825初轧机与650 mm/400 mm连轧机和825 mm初轧机与850 mm连轧机组成的两条半连轧生产线，因此综合考虑，在不增加850 mm轧机组距的前提下，向850轧机转移∅190 mm、∅195 mm、∅200 mm三个产品规格，使650 mm连轧机生产规格由原来的∅90 mm～∅200 mm，缩减为∅90 mm～∅185 mm，以减少650 mm连轧机轧辊辊身孔型排布数量。通过三个规格的转移和孔型的合理排布，使大换辊组距数量由原来的四套减少到两套，轧辊数量由原来的38套减少到28套。

3.1.2 节省孔型宽度尺寸

充分运用双曲线椭圆孔型比单曲线椭圆孔型宽度小，占用轧辊辊身尺寸少的优势，通过孔型宽度尺寸的节省，使∅90 mm～∅145 mm成品前椭圆孔型排布在一套轧辊上成为可能，为压缩组距数量提供了条件。

3.2 成品前单曲线椭圆孔型的优化

图4 导卫总成图Figure 4 Guide guard assembly diagram

图5 双曲线孔型所出料型进圆孔时状态Figure 5 The state of piece shape discharged from hyperbolic pass when it enters into a round hole

生产过程中，通过轧件在成品前孔型中稳定性差问题的分析，我们对单曲线椭圆孔型与双曲线椭圆孔型进行了比较。单曲线椭圆孔型在轧制过程中形成的是四个尖角，在进入成品的圆形孔型时，接触面积小，影响轧件在孔型中的稳定性，如图5所示。双曲线椭圆孔型在轧制过程中形成的是四个圆角，在进入成品的圆形孔型时，接触面积大，曲线吻合好，轧件在孔型中的稳定性明显提高，同时，由于其变形均匀，减轻了对成品孔型的局部磨损，使孔型过钢量得到了提高。

3.3 导卫系统的优化

针对生产过程中暴露出来的轧机导卫适应规格范围窄，承受轧件扶持力差，通过实践，我们提出了改变原导卫受力方式，提高导卫受力强度的设计方案。新设计导卫组装图如图6所示。其优势具备以下几点：

(1)新设计的导卫受力方式，由原来杠杆式三点受力变成由螺丝杆直接受力，增加了导卫承受强度，当轧件温度较低或轧制不锈钢等高合金钢时，能够保证轧制过程中轧件的稳定性。

(2)由弹簧支撑的上下导卫体，通过螺栓上螺帽的调整，操作非常方便。贴服在上下导卫体的夹板上，可以任意调整大小，拓宽了导卫的规格使用范围，二架入口导卫由原来6套的变成了4套，四架入口导卫由原来的9套变成了5套，大大减少了导卫的成本投入。同时，由于导卫适应规格的增加，减少了导卫更换次数，节省了导卫更换时间。

(3)通过加大导卫滚筒轴直径和更改滚筒轴承型号，增加了易损件的使用寿命，使导卫使用成本明显降低。

(4)导卫总成设计简单、实用、制作容易。

图6 新设计导卫组装图Figure 6 Assembly diagram of newly designed guide guard

4 结语

轧钢厂技改项目在调试和生产过程中暴露出来一些问题，通过分析和措施制定，最终得到了圆满解决。实践证明，制定的解决措施方向正确，效果明显。

(1)通过提高轧辊辊身利用率，合理配置轧辊孔型，使650 mm连轧机大换辊组距数量由原来的四套减少到两套，轧辊总数由原来的38套减少到28套，节省了换辊时间达到40%。不仅减少了员工的劳动强度，还方便了生产组织，提高了生产效率。

(2)通过改单曲线椭圆孔型为双曲线椭圆孔型，不仅使轧件在孔型中的稳定性得到明显提高，而且还减轻了对成品孔型的局部磨损，使孔型过钢量得到提高。

(3)新设计应用的导卫，不仅强度高，对轧件扶持力强，而且还设计简单、实用、易制作、使用成本低。