36U型钢工艺设计优化

张　力

（河钢集团宣钢型棒厂，张家口 075100）

36U型钢工艺设计优化

张力

（河钢集团宣钢型棒厂，张家口 075100）

分析36U型钢产品在连轧生产线上生产的轧制特点，并针对36U连轧生产中存在的料型控制难度大、表面质量不佳，尤其是耳窝尺寸存在不对称、偏小的问题，对个别道次孔型进行优化，并调整压下制度，从而降低工艺调整难度，使产量、成材率、作业率等指标获得显著提高。

36U型钢 连轧生产 工艺优化 改进

1　前言

矿用U型钢属于复杂断面型钢。型材生产线自2010年开发生产36U型钢，主要用于制作各类支护钢结构。前期产品批量性投放市场后，积极回访客户，收集客户意见。因下游客户加工方式不同，有的对成品耳窝尺寸要求严格，有的对成品两腿尺寸偏称要求严格，与国内其他单位同类产品相比，河钢集团宣钢型棒厂成品尺寸波动较大，表面质量不佳，尤其是耳窝尺寸存在偏称、偏小现象，造成部分客户无法加工而提出质量异议。按照客户反映的问题，厂内技术人员对这套孔型的1～13#轧槽进行了详细分析后发现，该套孔型的1～3#孔型为共用孔型，是造成两侧耳窝不对称、偏小的主要原因。该套孔型的1～3#孔型尺寸偏小，即使通过调整放大料型尺寸也不能满足36U后续料型要求，导致36U的5—13架孔型充满度达不到设计要求。由于复杂断面型钢孔型控制关键点多，对轧槽及轧机间堆拉关系要求较高，每一个关键点控制不好都会造成成品尺寸的偏差。所以，需要对原孔型系统及个别架次孔型某些尺寸进行调整。

2　工艺设备简介

2.1型材产品大纲

2006年10月开工建设，2007年6月投产。设计年生产能力为70万吨（具有80万吨年生产能力）。

表1　型材产品明细表

2.2型材工艺设备简介

连铸坯规格：165mm×165mm×10000mm、200mm× 285mm× 10000mm。

连轧型材生产线全线共配置13架轧机，其中粗轧5架，精轧8架，采用立平交替布置。所有轧机均采用高刚度无牌坊短应力线轧机，精轧4架立式轧机可平立转换。这种轧机布置形式可充分满足复杂断面型钢生产要求，并为孔型设计及轧机调整带来方便。各架轧机均由交流变频电机传动，成品最大轧制速度为5m/s。轧机主要参数见表2。

表2　轧机主要参数

轧线其他主要设备情况，如表3所示。

表3　轧线其他主要设备情况一览表

2.3型材生产线主要工艺流程

（1）1#剪切头高压水除鳞（预留）粗轧机组轧制加热炉加热；

（2）水平矫直机长尺矫直冷床冷却2#剪倍尺分段精轧机组轧制；

（3）人工打捆堆垛机堆垛成排台架成排冷锯机切定尺；（4）入库、发货成品台架收集称量、挂牌。

3　36U生产技术难点

目前，国内钢铁企业中生产矿用U型钢产品的生产厂家有唐钢、莱钢、阿钢、武钢、鞍钢、马钢、杭钢等。各矿用U型钢生产厂家的工艺装备为横列式布置或者是半连轧布置，还没有使用全连续生产线生产矿用U型钢产品的先例。宣钢在连轧型材生产线生产矿用U型钢是国内第一家，且全线无活套控制。因此，孔型设计要兼顾各架轧机之间的速度匹配及堆拉关系。对于U型钢这种复杂断面钢种孔型设计难度更大，需考虑因素更多。

复杂断面型钢成品尺寸控制难度大，且影响成品料型因素多，且连轧生产线只能在生产过程中测量中间料型的宽和高，对于U型钢耳窝部位尺寸根本无法测量（如图1所示）。所以，只能根据目前成品料型尺寸反推各架次孔型耳窝部位孔型设计尺寸。

图1　耳窝部位示意图

由于用户对成品负差要求严格，不同用户要求的负差水平也不同。因此，孔型设计还需充分考虑成品尺寸允许偏差和负差收得率两方面。使用同一孔型时，调整工可以很容易生产出用户所需要的不同负差产品，并减少矫直辊的过度磨损。

4　36U工艺技术改进

4.1总体思路

通过对目前生产工艺的分析，初步制定了工艺优化方案，主要有以下两点。

一是对2～4#孔型进行修改。1～5架轧机按照立平交替的形式布置，在修改孔型的基础上，结合压下规程的调整，增大5#料高度，满足后续各架次料型要求，最终达到成品耳窝高度增大，两侧耳窝尺寸平均的目的。

二是重新设计成品孔型即13架孔型，设计要同时考虑成品尺寸允许偏差及负差收得率，降低调整工的调整难度，解决由于成品开口度小造成的矫直辊矫直压力大的问题，从而降低矫直辊的磨损量。

4.2修改2～4#孔型，增大5#孔型的充满度

按照矿U钢工艺优化方案总体思路，一是调整1架料型，使进入2架的来料宽度缩小10mm，高度增大20mm；二是给2架孔型下槽设计切分楔，从而降低4架的切分压力，增大5架孔型的充满度。修改前后的对比如图2所示。

图2　2架孔型优化前后对比图

3架孔型优化成功与否是粗轧孔型优化的关键。经过详细计算，根据3架轧机的压力能力，将压下量修改为80mm，使料型高度适应优化后的2架孔型。同时，考虑2架孔型修改后对宽展的影响。设计3架宽展系数为0.15，料型高度增加24mm，槽底尺寸减小25mm。修改前后的对比情况如图3所示。

图3　3架孔型优化前后对比图

4架孔型的修改结合5、3架孔型实际尺寸，设计4架料型宽度不变，但总高度（图4中“2”所在尺寸线所示）增加10mm，主要是上槽高度（图4中“1”所在尺寸线所示）增加10mm，下槽不变。该道次的修改主要是按照工艺优化总体思路即整体增大粗轧料型尺寸的要求，兼顾3、5架孔型，同时要为减小6#的切分压力，增加6架腿部尺寸做准备。

图4　4架孔型优化示意图

4.3导卫及其他辅助工艺优化

4架、5架进口导卫形式改成固定形式，并根据实际料型修改导卫开口度尺寸，设计导卫尺寸比料型大4mm左右，保证导卫抱料稳定，避免4架增加切分楔后造成的切分不匀。

4.4成品孔型优化示意图

优化成品孔型个别尺寸。首先将下槽辊缝处倒角优化为过渡圆弧（R），修改后可消除原孔型使用过程中存在的成品起棱子的现象。其次，增大腿部外开口尺寸（D），以降低矫直辊矫直压力，同时满足该部位国标尺寸偏差要求。修改后如图5所示。

图5　36U型钢13#孔型修改图

4.5优化后的使用效果

2013年9月，组织了孔型修改后的第一次试轧，其中测量耳窝深度14组（28个），最小为3.0mm，最大为4.4mm，平均在3.8mm左右，且两侧耳窝高度差只有0.2mm，达到了设计要求。耳窝细节图如图5所示。成品槽下开口宽度增加2.1mm后，使用情况较好，减小了矫直机压力，本次生产操作工反映矫直辊磨损程度大大减轻。成品尺寸方面，从本周期产品中抽测了10个数据，最大开口尺寸和最小开口尺寸分别为171.6mm和170.6mm，平均尺寸为171.01mm，比修改前增加了2mm，较好地满足了国标要求（国标规定为171+2/-3mm）。此次对13#孔型修改达到了预期的要求，效果比较理想。

图6　36U型钢13#孔型耳窝细节图

5　结语

宣钢型材生产线工艺技术与装备先进，在国内处于领先水平，并且是首家采用连轧机组生产矿用U型钢的生产线。连轧矿用U型钢的开发成功实现了技术突破性。连轧矿用U型钢生产技术的掌握为宣钢今后开发生产其他复杂断面型钢奠定了技术基础，为国内其他连轧生产线开发矿用U型钢提供了有力的技术保障，具有较高的推广价值。

36U Steel Process Design Optimization

ZHANG Li
(River Steel Group, Xuanhua Steel type rod plant, Zhangjiakou 075100)

This paper analyz es the 36U profile s teel products in rolling production line of rolling characteristics and for 36U rolling production in the presence of the material type control difficulty, poor surface quality, especially ear nest size asymmetry, smaller, of each do not pass was optimized; and adjust the pressure of the system, so as to reduce the difficulty of adjusting the process, the yield, yield, operating rate and other indicators have improved significantly.

36U steel, continuous rolling production, process optimization, improvement