中国轧机制造技术(国内外高速线材轧制技术浅述)

1国内外高速线材轧制技术发展及现状

1.170年代前后高速线材轧机简介

自1966年8月第一套高速无扭轧机在加拿大钢铁公司投产，直至70年代末，精轧机设计速度为50～70m/s，钢坯断面为80～130mm方，盘重800～2000kg。1976年以后，出现了原西得得马克型，意大利大涅利型，得英财团的阿希洛型等高速轧机，单摩根侧交45°轧机占有绝对优势，在1966～1979年世界各国已建成投产的137套机组中占80%。

高速无扭精轧机组是高线生产的关键设备，它集中了当代线材生产工艺和设备的新成就。该阶段的高速无扭轧机实现了高速、单线、连续无扭和微张轧制，采用Φ150～Φ210mm碳化钨辊环，采用了快速换辊和换导卫装置。

高速无扭轧机机架数量的选择和工艺布置特点如下：

(1)本阶段的轧制速度一般为60m/s，最大为75m/s。为提高生产能力，一般采用粗、中轧机组多线轧制，精轧机组分线布置的方式。在1978年前建成或改造的66家高线轧机中，24家为4线轧制，6家为3线轧制，二者约占总量的45%。

(2)机架数随钢坯断面和成品尺寸不同而有所不同，但基本模式是粗轧7架、中轧8架、精轧10架布置方式，全线25架轧机，仅在精轧入口前有一活套，成品尺寸精度受连轧张力影响较大。

1.280年代高速线材轧制技术的发展

80年代后，由于以连铸坯作为坯料的比例增加，连铸坯的断面尺寸趋于增大，及用户对小规格、大盘重线材需求量的日益增加，因而线材尺寸范围已扩大到Φ5～Φ25mm，精度要求也越来越高。为适应这一发展，线材终轧速度已达到100m/s，设计速度达到120m/s，相应的钢坯断面尺寸均在130～160mm。其技术进步表现在以下方面：

(1)为实现无扭精轧机增速，原侧交45°轧机改为顶交45°V型轧机，向下旋转90°，设备重心下降，两根传动轴接近底面基础，机组重量较轻，倾动力矩减小。同时轧线标高下降450mm，使设备重心下降，因而具有刚性增大，振动减小，运行稳定，噪音低，视野开阔，换辊检修方便等优点[1]。

1981～1990年摩根公司提供精轧速度超过100m/s(包括90m/s保证速度)的高速精轧机

28套，其中1986年以后提供的100m/s10套无扭精轧机均为V型结构。其中较为典型的是1990年8

月投产的巴西贝尔戈厂高速线材轧机，该套轧机共28道次，使用150mm×150mm×12800mm坯料、

轧制Φ5.5mm线材时，终轧速度120m/s，单线年设计产量达60万t[2]。与此同时，德马克由原侧交45°

改为75°/15°，向下旋转30°，如酒钢、唐钢高线轧机；克虏伯公司将原侧交45°改为平－立交替，

向下旋转45°，均向原阿希洛、达涅利公司的低重心方向发展。

(2)为实现控温轧制和生产高硬度合金钢产品，轧机承载能力逐步提高，超重型轧机(VHD)被应用。此时的摩根V型轧机除有重心降低的优点外，还将同架次的轧辊中心距增加(200mm机架增14mm，150mm机架增6.4mm)，从而增加了轴颈尺寸，辊轴抗弯强度提高25%，减少了辊跳和断轴次数，轧机向重型化发展，新型超重型轧机的承受能力是普通型的1.8倍。

(3)为提高线材的综合力学性能，除日益完善轧后控冷外，开始采用控温轧制技术，一是降低开轧温度，二是精轧前强迫水冷，降低轧件进入精轧机温度。

对于高、低碳钢，粗轧开轧温度分别为900、850℃，精轧机入口温度分别为925、870℃，出口轧件温度分别为900、850℃。

为降低精轧机开轧温度，国外新建轧机分别在中轧机组前后增设水冷箱，以保证精轧温度为900℃，

在无扭精轧机架之间设水冷导管，以使线材终轧温度为800℃，超重型轧机可以满足700～750℃的轧制要求。国外较为典型的控冷生产线为日本君津厂、巴西贝尔戈厂和韩国浦项线材厂。

为实现无扭机架之间水冷，摩根轧机间距由710/630mm逐步改为800/750mm，V型轧机有的增至1200/820mm，摩根机组总长分别为5895、6850和10100mm，这与超重型精轧机结构的改进是一致的。

(4)随着轧制速度的提高和单线生产能力的增大，不仅新建厂淘汰了多线轧制方案，而且一些多线生产厂家，也改为双线或单线方式，以获取更好的产品质量和效益。例如1991年乌克兰Maeewka冶金公司建成了双线、年产120万t的高线厂；澳大利亚BHP公司，于1988年将1975年建成的4线50m/s轧机，改为双线100m/s轧机，钢坯断面由90mm×90mm方增加到120mm×120mm方，最高机时产量达140t/h；“七五”期间，我国首钢第二线材厂、鞍钢股份有限公司引进的4线轧机，也分别改成双线和3线轧机。

(5)为减小连轧张力对成品尺寸精度的影响，减少精轧工艺故障，出现了单线悬臂式平－立交替的4架活套轧制的预精轧机组，使全线的活套数量由1个增至5个，实现了无扭无张轧制；为减少预精轧占地，90年代摩根公司又将精轧顶交无扭轧制技术用于预精轧机，以取代平－立交替轧机。该技术特别适用于现有高线轧机改造(鞍钢已应用了该技术)。

(6)为使双线轧制的粗中轧机组生产高碳合金钢产品时，也实现无扭轧制，摩根公司为浦项3#机设计了平－立可转换机架，即生产普通产品时，全部水平机架双线轧制；生产合金钢产品时，采用平－立全无扭单线轧制，增加了生产的灵活性。

此外，为提高成品精度，粗中轧机组张力的闭环调节、成品热定径机和测径仪等技术也被应用于线材生产线中。

1.390年代高线轧制新技术

1.3.1双机架台克森高精度轧机

为满足老式摩根轧机现代化改造的要求，近年摩根公司推出双机架台克森(Tekisun)高精度轧机，该轧机安装在无扭精轧机和夹送辊之间，与现有无扭轧机配合使用。可将轧制速度由70m/s增加到100m/s，同时成品尺寸公差可达到±0.1mm。该技术已于1991年在西班牙和日本大同钢厂应用并获成功。我国天津高线厂、首钢三线材厂筹建，鞍钢高线厂改造时，都曾考虑过采用该技术；张家港、湘潭高线厂预留了安装此轧机的位置。

1.3.2双模块高速精轧机组

为进一步提高轧机利用率，降低金属消耗，简化操作，实现以最低成本生产出高质量的产品，达涅利公司最新推出了双模块高速精轧机组，将高速线材生产技术推向新阶段。七主要设计思想为：

(1)工艺布置：160mm×160mm方坯→粗中轧机组12架→预精轧机组5架，其中后3架为大压下定径轧机→8+4双模块精轧机组(T.M.B)→夹送辊吐丝机→控冷线。

(2)架大压下定径轧机的压下量,变化范围大，可以通过调整辊缝(±5mm)和快速换机架(约4min)来实现,以满足“T.M.B”机组前导孔型所需要的变形量，使1#～14#轧机仅用1套孔型。

(3)“T.M.B”机组由2个相同的模块组成，第一模块由8架组成，共有3个孔型系统；第二模块由4架组成，共有5个套孔型，覆盖了Φ5～Φ20mm成品所有规格。

(4)可将双模块分开布置，如将第二模块设在水冷段后，可达到下列效果：

①第一模块轧出的轧件均大于8mm，可实现水冷箱常开操作，消除轧件头部无水冷带来的缺陷。

②在双模块机组之间配备高速切头尾飞剪，可取消盘卷人工切头切尾。

(5)借助大压下定径机组，“T.M.B”机组可采用小压下量(约12%～16%)，成品精度达到

±(0.080.10)mm。

双模块高速精轧机组的出现，给优质特殊钢线材生产带来巨大效益，具体表现在：

(1)产品规格大，尺寸精度高，产品通常范围为Φ5.5～Φ20mm，使Φ4.5～Φ5.0mm和Φ24

～Φ25mm的成品生产成为可能。

(2)精轧速度高达120m/s，可提高小规格机时产量，单线大规格机时产量可达120t。

(3)轧机利用系数≥90%，成材率≥97%，分别比传统轧机提高5%和0.5%。

(4)全部产品可实现低温轧制，产品性能好，并可节能降耗。

2国内高速线材生产技术的发展及现状

2.1国内高速线材轧机的研制及使用情况

自70年代开始，我国即开展了45°无扭精轧机组的研制工作。到目前，我国已有沈阳线材厂、齐齐哈尔特殊钢厂、攀钢、宜昌八一钢厂、苏州钢厂、南宁钢厂、通钢公司、泰州

轧钢厂、三明钢铁厂、太原钢铁公司、无锡玉东钢厂、新余钢厂等12套国产高速线材轧机，除沈线、攀钢为双线外，其余均为单线，轧制速度为36～65m/s，总设计能力为170万t。

最近，北京钢铁设计研究总院研制出顶交45°新型精轧机。其基本性能：轧速90m/s(设计为108.5m/s)，产品规格Φ5.5～Φ20mm，精轧机架规格200×5+165×5，机组总延伸系数9.5，年生产能力30万t。

2.2引进国外高线轧机概况

(1)“七五”期间我国先后有11个厂家，从国外10家引进16条高速线材生产线，年生产能力达340万t。

引进的轧机种类繁多，性能各异，综合评价具有下列特点：

①在装备上，有马钢、酒钢、唐钢的新设备，也有以首钢为代表的半新半旧设备和马尾中钢、青岛钢厂的旧设备。

②从制造厂家和轧机类型上，有摩根公司的45°侧交，德马克公司的75°/15°侧交，

阿希洛公司45°顶交和达涅利公司的平－立交替式，兼容了世界各主要厂商制造的典型设备。

③轧制线数以单线、双线为主，也有3线、4线轧制，成品保证速度为50～90m/s。在引进设备

中，综合技术水平较高的有马钢、唐钢、酒钢，其后为首钢。在达产速度上，首钢居于榜首，1995年首钢两厂实际年产175万t，是全国引进高线轧机设计总量的27%。

(2)为配合实施“八五”期间硬线达到120万t的发展规划，昆明、湘潭、天津高速线材厂又相继建

成投产。1996年又有张家港、包头和武港高线厂投产。新投产的6家生产线(除武港双线外)均为单线。为满足硬线生产要求，全线无扭轧制，精轧机选用先进的超重型“V”型轧机，设计速度在120m/s以上，保证速度超过100m/s，具有国外90年代技术水平。见表1。

1昆钢1105351501502.06+661995.1

2湘钢1105381501502.06+841995.12

3天钢1105351351352.06+641995.5

4包钢1105351501502.06+1841995.12

5张钢1105631301302.06+641996

6武钢2105702002001.86+1041996.10

到1996年末，全国引进高线轧机的厂家约为18家，设计能力为720万t。

2.3引进高线轧机的改造情况

为适应国内外高线轧制技术的不断发展，提高企业的市场竞争能力，引进高线轧机的厂家，

纷纷投资进行二次改造。

2.3.1鞍钢线材股份有限公司

鞍钢的高线轧机是1985年由美钢联菲尔利斯厂引进的。1995年投资3.5亿元进行第二次改造。

(1)强化精轧机组，提高设备强度及轧制速度，210mm轧机由2架改为3架，并相应加大辊轴直径，轧机速度由60m/s提高到75m/s。

(2)减少多线轧制的中轧架次，由8架改为6架。增加预精轧机组，采用摩根90年代最新技术，每线增设2架“V”型预精轧机，提高了供精轧机组轧件的尺寸精度。

(3)将链式控冷设备改为辊式，加大风机供风能力，同时预留了改造成延迟型冷却的可能。

(4)在原有3台钢带式包装机基础上，增加2台瑞典SUND打捆机，实现了打捆包装设备的更新

换代。

2.3.2南京高线厂

该厂1992年11月投产，单线轧制。精轧机、控冷等主题设备引进达涅利公司全新设备。精轧机保证速度75m/s，设计速度85m/s。1996年元月停产1个月，投资2700万元，进行强化改造。

(1)精轧机、夹送辊、吐丝机强化增速，精轧电机由2台1800kW改为3台，轧速由85m/s

提高到100m/s。

(2)由西门子、达涅利公司共同完成对主轧线计算机控制系统的改造，实现了速调与操作(含穿水冷却)单独控制，提高了自动化水平。

(3)对斯太尔摩水冷线实现水量、水压与轧件温度的自动闭环控制，风冷辊道由7段传动改为13段，进一步完善了控冷工艺，提高了产品性能。

2.3.3上钢二厂有限公司

1998年6月投产，引进美国第一代双线摩根轧机，经建厂改造，保证速度提高到76m/s，设计速度84m/s。1996年4月为解决100mm×100mm钢坯仅宝钢独家供应问题，又与美国GE公司合作，增加2架粗轧机，使钢坯断面提高到120mm×120mm，并具有生产140mm×140mm坯能力。

2.4宝钢股份公司和马钢股份公司

宝钢股份公司在1999投产的高速线材车间和马钢股份公司正在改造的高速线材车间代表国内高速线材生产最先进技术。具体如下：

1四机架台克森高精度轧机

2顶交45或75/15度低重心重型精轧机组

3加长的延迟型斯太尔摩线

4高度的自动化控制系统。