高速线材减定径堆钢原因分析及对策

韩书栋， 胡 楠， 刘 义

（酒泉钢铁集团有限责任公司， 甘肃 嘉峪关 735100）

酒泉钢铁集团有限责任公司（以下简称酒钢）高速线材生产线配置由第五代摩根减定径机组（两个可互换模块）组成，该机组是由4 架45°交替布置的悬臂式轧机组成。该机组由1 台3 200 kW 交流同步电机驱动齿轮箱进行传动1 台减径机组和1 台定径机组，减径机组最大轧制力为330 kN，定径机组最大轧制力为130 kN。减定径机组设计最大轧制线速度为120 m/s,目前实际使用最大线速度为112 m/s[1]。近年来，随着多规格多钢种开发，市场各规格品种钢盘条需求均出现增加，产线换规格、换钢种的频次均出现明显上升，但在轧制Φ6.5 mm 和Φ5.5 mm 小规格钢种时，减定径堆钢故障频发，据统计2019 年—2020年减定径机组平均每月堆钢8 次，每次影响时间约40 min。减定径堆钢故障严重影响生产安全稳定顺行，严重制约成材率、作业率的提高。为解决减定径堆钢瓶颈问题，本文对减定径堆钢故障产生原因进行分析并制定相应措施，措施执行后，减定径机组堆钢故障次数得到了明显减少。

1 减定径堆钢原因分析

针对减定径堆钢故障问题，主要通过统计2020年酒钢高速线材减定径高速区域堆钢原因，主要将减定径堆钢故障分析为以下几个原因：

1）高速区轧制线偏移。

2）轧制过程料型尺寸参数波动。

3）紧固件备件松动。

4）轧件在受阻状态下易拱钢堆钢。

5）岗位人员操作技能水平低。

6）轧制控制程序存在缺陷。

2 减定径堆钢问题解决

2.1 高速区轧制线偏移问题解决

由于精轧机后和减定径后回温段导槽磨损和导槽更换时未能准确安装导槽会造成减定径高速区轧制线中心线会产生偏移，水梁变形和导槽磨损会导致轧件头部异常撞击，轧件头部波动会撞击导槽造成堆钢故障，轧制线偏移对轧件稳定运行的影响程度较大。

通过设计轧制线校中样棒，使用高耐磨不锈钢材质，按照轧制通道尺寸设计，端部采用锥形结构。在换规格或日检期间，通过图中将样棒放置在导槽内，通过使用游标卡尺测量样棒两端锥形中心距离，当锥形中心距离≤0.2 mm 时符合标准要求（见图1）。

图1 导槽轧制线对中样棒示意图

2.2 轧制过程料型尺寸参数波动问题解决

原始Morgan 减定径轧制程序中没有盘螺轧制的设计，但由于目前市场开发，根据圆钢轧制程序进行改造。以Φ8.0 mm 规格盘螺为例，是依据Φ7.5 mm 的轧制程序、料型尺寸和孔型参数优化设计而来。对于充肋盘螺来说，受横肋纵肋影响，Φ7.5 mm 光圆27 架孔型面积偏小，27 架出口料型断面尺寸不足，表现在轧机内部轧件张力不平衡，轧件抖动严重，以及轧后盘螺横肋高度富余量不够，纵肋高度值偏小。

针对此问题通过测算27 架孔型出口轧件断面面积49.28 mm2，宽展系数为0.68，宽展系数位于经验宽展系数0.6～0.9 下限。为提高改善27～28 架轧机之间张力，提高导卫扶钢稳定性，将宽展系数增加至经验宽展系数极限0.9。为提高27 架出口轧件托槽能力和提高8.0 mm 盘螺成品纵肋和横肋高度，将27 架孔型优化为双半径椭圆结构（见下页图2）。由于成品料型需要过充满冲纵肋，采用双半径椭圆结构可以避免椭圆轧件边部未充满，增加椭圆孔型槽口宽度，提升轧件宽展余量，提高了轧件在减定径27～28 架之间稳定性。

图2 Φ8.0 mm 规格盘螺成品前机架改造后孔型示意图

2.3 紧固件备件松动失效问题解决

原精轧机、减定径机组入口滚动导卫、出口滑动导卫均使用8.8 级GB/T 6170—2000 型六角螺母，采用双螺母紧固。紧固螺母经轧机轧制过程中长时间振动会发生松动，导致轧机出入口导卫松动后导致堆钢故障的发生。

通过使用8.8 级DIN6334 型六角长螺母，增加螺母长度可以有效增加螺母载荷量和减少螺母滑扣或整体失效（见图3）。

图3 8.8 级DIN6334 型六角长螺母示意图

2.4 轧件在受阻状态下易拱钢堆钢问题解决

Morgan 减定径废品箱是设置在减定径机组后方的一个堆钢事故废钢容钢装置，其原理是，当轧件头部出减定后在减定径与吐丝机之间出现运行受阻问题时，为避免轧件在减定径轧机内堆钢造成辊环或轧机受损，需要将减定径至吐丝机轧制通道内无法容纳的多余的废钢收集至废品箱内。高速线材在精轧至吐丝机之间的堆钢绝大部分都是在减定径废品箱内。通过跟踪观察发现，在轧制通道无明显受阻问题或轧件轻微受阻时废品箱极易堆钢，且从堆钢过程分析是废品箱内第二段剖分板与废品箱出口第一个干导槽之间间距过大导致轧件尤其是Φ6.5 mm 及以下小规格轧件头部在导槽内运行过程中出现轻微受阻时，按照最小阻力定律，轧件极易在剖分板与后方干导槽之间拱起后在轧件头部高速惯性作用下拉断堆钢。

技术人员讨论认为，轧件头部在导槽内高速运行过程中存在抖动问题，轧件头部与导槽内壁存在频繁撞击摩擦受阻现象，即每支轧件头部运行过程中或多或少均存在受阻问题。对此，可以对废品箱剖分板与后方干导槽之间的间隙进行优化，降低轧件在废品箱剖分板与干导槽之间拱钢打结的概率，同时进一步强化减定径成品机架出口导卫上下块配合紧固性。即双双强化但依然保证轧件优先在废品箱剖分板内拱起，经如此改造后，轧件头部在减定径与吐丝机之间轻微受阻状态下依然能够顺利进入吐丝机，避免了绝大部分无法判断出准确原因的堆钢问题。

2.5 岗位操作人员操作技能水平低问题解决

针对岗位人员操作技能水平不足的问题，通过制定《堆钢故障防范措施》、《各规格钢种轧制参数》、《减定径防堆钢故障管控措施》、《导卫管理实施细则》作业指导书，针对故障原因进行现场培训和理论教育，强化岗位人员细节管控，规范岗位人员操作步骤，有效提升了岗位人员操作技能水平和减少了堆钢故障的发生。

2.6 轧制控制程序存在缺陷问题解决

在轧制大规格产品时，出钢节奏较快，主控室操作人员手动干预步进梁动作后，轧制节奏会变快，主控室岗位人员无法判断轧件间间隙时间，间隙时间若小于水阀站3WB 延时关断时间，3WB 冷却水阀不关断，会导致吐丝机弯管处堆钢故障。

通过在控制程序中编辑4 号热检钢尾/钢头计时器（见图4），将轧件间隙时间计时并显示在WinCC画面上，当轧件间隙时间小于要求值时，WinCC 画面有报警弹窗出现，主控室主控室操作人员及时启动1号剪、2 号剪切头，将轧件间隙拉开，避免节奏过快轧件窜水堆钢。当粗轧1 号架和6 号架轧机都运行，粗轧处于远程模式，主控室操作人员选择连续要钢时，当轧件尾部脱离4 号热检时置位计时器，下一根轧件头部来时复位计时器，并将计时时间传送至数据块DB1843 内，WinCC 画面编辑I/O 域，链接数据块DB1843 的4 号热检钢尾/钢头计时器时间值；当计时时间小于预设值时，触发WinCC 主画面上隐藏的报警弹窗，及时提醒主控室主控室操作人员启动1 号剪、2 号剪切头，将轧件间隙拉开，避免节奏过快轧件窜水堆钢。

图4 热检钢尾/钢头计时器效果画面

3 结语

采取上述措施后，减定径区域堆钢故障明显减少，减定径机组运行平稳。2021 年减定径区域累计堆钢14 次，同比2020 年减少减少73 次，堆钢故障率同比降低76.04%。2021 年减定径区域累计堆钢造成误轧时间12.63 h，较2020 年的65 h 降低52.77 h。减定径堆钢故障得到了有效控制和解决，为酒钢高速线材产量提升创造了有利条件。