龙钢公司轧钢厂棒二线Φ16 四切分轧制工艺浅析

张晶华

摘要

四线切分轧制技术是在两线和三线切分轧制技术的基础上开发的,该工艺是把加热后的坯料先轧制成扁坯,然后再利用孔型系统把扁坯加工成四个断面相同的并联轧件,并在精轧道次上沿纵向将并联轧件切分为四个尺寸面积相同的独立轧件的轧制技术。四线切分轧制技术的核心是先完成并联轧件的三切分,再完成并联轧件的两切分,通过这两个步骤实现四切分的目的。四线切分轧制工艺与传统的单线轧制工艺和二、三线切分轧制工艺相比,在坯料控制、导卫调整、速度控制、轧机准备等方面都有更大的难度。龙钢公司轧钢厂棒二线Φ16 四切分轧制工艺于 2019 年 8 月开发和投产，至今相关工艺已经逐步成熟，产量相对稳定，为以后的小规格五线及以上切分轧制工艺的开发奠定了基础。

关键词：四线切分；轧制技术；孔型系统一、 棒线材切分轧制工艺概述

切分轧制原理是在轧制过程中，将轧件用轧辊或者其他设备沿纵向切分成两条或多条轧件的一种轧制方式。

（一）发展过程

70. 年代初期，加拿大钢铁公司国际公司首先应用和发展切分轧制技术，日本钢管公司 ( N K K ) 于 1977 年 3 月由加拿大钢铁公司引进切分轧制新技术生产棒材 , 经过研究改进 , 在东伸钢铁公司姬路厂建立起切分轧制生产线 。

1979 年 N K K 公司向国内大安公司和山口平有限公司等出售切分轧制技术 , 该项技术用于生产棒材。

70 年代初期 , 英国在斯德哥尔摩技术研究所专门的 Triplet 轧机上采用立

轧法把板坯变成方坯。首先是在板坯中间轧一条沟槽 , 然后用火焰将板坯切割

成两条，最后轧成方坯。

我国从 50 年代起开始应用切分轧制技术，目前多数还是坯料切分，然后生

产成型材和线材 , 切分的方式主要是：辊切切分、切分轮切分，现在已着手研

究和应用在连轧机组上，充分发挥切分轧制提高生产率等优势。

（二）工艺特点

1.生产率高

轧制钢坯时的生产率为：

A = 3600 1⁄

(1-2-1)

轧制成品时的生产率为：

A = 3600 1 ⁄

(1-2-2)

式中：

A——轧机生产率，t/h；

——坯料重量，t；

₁——轧机利用系数；

——轧制周期，s；

——成材率，%。

切分轧制工艺与传统轧制工艺相比，同样的坯料切分轧制是多根并列轧制。生产同样的产品，切分轧制轧件长度短，延伸系数也减小，从而减少轧制道次，缩短纯轧时间和间隙时间，因而缩短轧制周期。根据式(1-2-1)、(1-2-2)，其它条件相同则 A 值增大。

2.节省投资

采用切分轧制工艺，由于延伸系数减小，可以减少轧制道次，在连轧时可以减少机架数目。采用传统工艺进行多线轧制时，在各线上必须设有切头尾剪及定尺剪、冷床等辅助设备；而切分轧制因多连体轧制，所以头尾整齐 , 各类剪切机 只设一台即可，应用切分轧制技术可以大大减少建筑面积 , 从而大大降低新建车间的投资。

3.节约能源

（1）传统轧制工艺要进行翻钢，进行宽向压缩，保证产品的断面形状，从而有 10%的变形功消耗在轧制压缩宽度上 , 同时 15%的轧制时间消耗在翻钢操作上；而切分轧制可以在设计孔型时充分利用宽展量，不用翻钢就能达到要求的尺寸，既节能又可提高生产率。

（2）采用切分轧制方法时，用双槽轧制或多槽轧制，最终断面之和是 2F 或 nF ；如果采用传统轧制方法生产，断面达到 2F 或 nF 时，还要继续变形，断面为 F，即 2F→F 或 nF→F。

（3）如果两种轧制方式终轧温度相同，均为 1030 ℃。采用切分轧制的坯料

出炉温度可比传统轧制的低 40 ℃左右；传统轧制方法轧制时间长，因此轧件表面的热辐射、热对流及与轧辊接触被带走的热量等热损失较大；而切分轧制却不然，所以在终轧温度相同的情况下，传统轧制工艺的加热温度要高。

4.降低成本

采用切分轧制新工艺，可以简化设备，减少建筑面积，降低投资费用和轧辊的消耗。其主要原因是：

（1）同样坯料切分轧制的轧件长度比传统轧制工艺轧件长度短，因此轧辊上的热负荷小；

（2）在轧制道次上切分轧制工艺比传统轧制工艺少。因此，采用切分轧制方法每吨产品的轧辊耗量减少。

二、棒二线Φ16 四切分轧制工艺现状

棒二线Φ16 四切分轧制共 16 道次，其中粗轧机组轧制 6 道次，出口轧件断面尺寸控制在 ø80 圆；中、精轧机组各轧制 5 道次，其中 12、13 架轧机空过。这样能更好控制出口轧件扭转，规范 2#飞剪头尾剪切形状，减少精轧机组故障。中轧机组孔型设置为：平辊—立箱—圆—立箱—预切。精轧孔型为：立箱—预切—切分—椭圆—成品槽系统。

三、棒二线Φ16 四切分轧制工艺制度

（一）切分原理

在切分方法的实践中，人们先后尝试过圆盘剪切分法、火焰切分法、辊切法和切分轮切分法等多种切分方法。目前，无论是双线切分还是多线切分，广泛采用的都是带切分轮的专用导卫切分法，即利用带有切分孔型系统的轧槽，首先将轧件加工成由薄而窄的连接带相连的几个并联轧件，然后再利用安装在该架次轧机出口的带切分轮的专用切分导卫将切分带撕开，从而获得几个面积相同的相互独立的轧件，最后经后续道次轧制成成品。

目前棒二线Φ16 四切分轧制采用的是切分孔型和轮式切分导卫的组合方式，这种方式即可在切分轧制产生薄且窄的连接带的同时，还得到足够大的横向张力撕开轧件，即：

Σ 0 ≥ ∙

(3-1-1)

式中：

Σ ₀——各横向拉力之和；

——连接带的微小面积；

——金属强度极限。

（二）温度制度

1.轧制温度

目前棒二线Φ16 四切分轧制温度如表 3-2-1 所示。

• 3-2-1 轧制温度

均热段温度/℃ 精轧温度/℃ 上冷床温度/℃

1110-1150 1000-1030 870-900

2.控制轧制控制冷却

控制轧制控制冷却包括控制轧制和冷却，是将含一定化学成分的钢材(一般

指低碳微合金钢)轧制生产过程中，通过对轧制温度、压下量和轧后冷却过程参

数的控制，细化晶粒，改善和提高钢材性能，获得具有良好综合性能的钢铁材料。

热轧过程中变形奥氏体相变主要分为再结晶奥氏体区域轧制、未再结晶奥氏

体区域轧制、( α + γ) 两相区轧制、轧后冷却 4 个阶段，前三个阶段为控制

轧制，第四阶段为控制冷却，如图 3-2-2 所示。

图 3-2-2 热轧过程中变形奥氏体相 4 个阶段

(1).再结晶奥氏体区轧制(约 950℃以上)

通过再结晶进行奥氏体晶粒细化，是控制轧制的准备阶段，奥氏体进一步细

化较为困难。

(2).未再结晶奥氏体区轧制(约 Ar3～950℃之间)

由于轧制温度较低，奥氏体再结晶被抑制，但随着压下量增加，奥氏体晶粒伸长，未再结晶奥氏体内的大量形变带和位错为奥氏体的形核创造条件。

(3).(α+γ) 两相区轧制( Ar1 ～ Ar3)

在此温度轧制时，未相变的奥氏体晶粒更加伸长，晶粒内高密度的形变带及位错，易形成大量新的等轴铁素体晶粒，先析出的铁素体晶粒，通过塑性变形，为奥氏体的进一步形核创造条件。同时产生了位错强化及亚晶强化，进一步提高强度和韧性。

(4).轧后冷却阶段

通过控制轧后冷却速度，抑制轧制过程形成的奥氏体晶粒进一步长大，减小晶粒尺寸。

基于此温度和相变关系，棒二线Φ16 四切分轧制工艺布置为：在中轧机组后配置 1 段冷却水管，确保轧件精轧温度达到相应相变温度要求；在精轧机组后配置 1 段冷却水管，以确保轧后冷却速度，防止回温过程晶粒长大和产品表面氧化铁皮产生气泡，保证成品质量。

四、Φ16 四切分轧制工艺现存问题及解决措施

棒二线Φ16 四切分轧制工艺虽然逐渐成熟，但由于四线切分中需要考虑的因素比较多，诸如轧制温度、速度，轧件应力状态、轧机设备状态、孔型系统等等，在实际的生产当中其实比较复杂，生产中也会出现一些问题。经技术人员分析、研究，最终明确了Φ16 四切分轧制工艺中现存问题，并通过多次升级改造，已经找到了相应的解决措施。

（一）精轧机组进口导板粘钢

1.原因

造成精轧机组进口导板粘钢的原因主要有:

1. 由于压辊与起套辊之间的距离及压辊的高度是固定的，而起套辊起套后轧件高度是变化的，导致活套起套后轧件经压辊导向与下一架次进口导板发生摩擦。

2. 导板无冷却水，轧件与导板摩擦后导板温度过高。

2.解决措施

1. 考虑压辊的导向作用，将压辊的支撑装置设计成一个正八面体，通过旋

转八面体压辊支撑装置来调整压辊的高度及压辊与起套辊之间的距离，以避免轧件经压辊导向后与导板产生摩擦，使轧件平滑咬入下一架次。

2. 考虑到轧件与导板内侧有时会发生轻微摩擦，为避免由于轻微摩擦造成导板粘钢，在导板进口处增加冷却水防止导板温度过高。

（二）切分架次出口堆钢

造成切分架次出口堆钢的主要原因有切偏头、 切分刀粘钢等。

1.切偏头

切偏头是指轧件切分道次的切分带与第一、二 道预切的切分带不重合，造成小块偏头留在轧件头部或遗留在导槽的现象。主要原因如下：

（1）轧辊轴窜过大会造成轧件轧制过程中，在垂直于轧制线方向上左右串动造成切偏。

（2）因轧辊两侧弹跳不一致，造成两侧辊缝不一致，易形成头部出弯头。生产前先测量轧辊两侧辊缝，保证两侧辊缝宽度一致。

（3）精轧机组轧辊轴头套筒间 隙过大时，在轧制过程中易出现丢转现象，造成轧件头部出现弯头。

（4）导卫维修标准不高，存在叶片活、滑块磨损严重、叶片斜等问题，使导卫不能发挥作用。

解决措施如下：

（1）造成轧辊轴窜的原因有: 操作侧轴承座与机架之间的固定滑块磨损、止推轴承游隙大、止推轴承间距尺寸小、中心螺栓松动、内外螺纹套间隙大、轧辊颈套连接紧固螺栓切断或松动。当轧辊轴窜超过 0.3 mm 时，将对轧辊进行上述检查并处理，以减小轴窜。

（2）为防止生产中轧辊两侧辊缝不一致，生产前先点动轧机，用 Φ6.5mm 盘条测量轧辊两侧辊缝，保证两侧辊缝宽度一致。

（3）换品种钢前要求点检员对套筒内衬板间隙进行测量，当间隙过大时及时更换衬板。

（4）导卫的偏心套、偏心轴与衬套为过度配合，在轧制过程中衬套不断磨损，造成导卫叶片晃动，应及时更换衬套。导卫前端两滑块与轧件之间的距离控 制在 1～2 mm，滑块在轧制过程中不断磨损应及时更换。针对导卫在组装、维修后

可能出现叶片不与轧制线平行的问题，应利用导卫校正设备，在导卫维修后对其进行检测，保证叶片与轧制线平行。

2.切分刀粘钢

切分刀粘钢是指在轧制过程中切分刀一侧或两 侧粘铁皮，当铁皮堆积到一定程度后造成堆钢事故。主要原因如下：

（1）由于切分轮老化、角度变小，出切分轮后分成的 4 个尺寸面积相同的独立轧件之间的角度也变小，造成切分盒子粘钢。

（2）当两道预切及切分架次轧槽磨损严重及轧辊掉块时，就会造成切分带不规矩，导致切分刀粘钢。

（3）当开轧温度过高、切分架次压下量较大时，轧件就会因为急剧变形产生大量热量，使轧件切分带处温度急速升高，切分带形状不规则，造成粘钢。

以下为解决措施：

（1）将切分导卫的冷却水由浊环水改为自来水， 防止因导卫体内水路的堵塞，影响切分轮的冷却。

（2）针对预切及切分架次轧槽磨损严重及轧辊掉块问题，可在 K4、 K5 道次采用高速钢轧辊，提高 K4、K5 道次的高耐磨性， K3 道次切分楔寿命也因此大大提高。

（3）严格按照工艺要求控制钢坯开轧温度、安装测温仪表，将钢坯开轧温度控制在 1 000～1 100 ℃范围内。

(三) 成品道次顶出口

1.原因

（1）料型控制不当。K4、K5 道次轧件不规矩或 K3 道次轧件尺寸过小，切分后南北两线前端严重不对称，在 K2 孔型中变形不均匀，进入成品道次产生顶出口现象。

（2）K3、K4、K5 道次进口导卫导位量控制不当 或导位对中性不好，轧件前端弯曲或在切分时切偏，造成轧件出切分道次后四线头部尺寸不一，导致成品道次顶出口。

（3）成品道次出口导管舌头尺寸过大不能插入轧槽，不能有效阻止成品道次轧件头部形状的变化。

（4) 出口导卫安装不正，轧件偏离轧制中心线。

2.解决措施

（1) 严格控制各道次料型尺寸，粗轧末架、中轧末架、精轧各道次料型尺寸精度分别控制在± 1 mm、± 0.5 mm、±0.1 mm 以内。

（2) 严格控制 K3、K4、K5 道次导卫的导位量， 要求比正常生产时小 0～ 0.5 mm，并确保安装对中。

（3) 将成品道次出口导管舌头尺寸设计与轧槽相吻合，使舌头尽量贴近变形区，提高导向性。

（4) 出口导卫安装时保证导管与上下轧槽间距一致，同时保证水平度。（四）线差

切分轧制生产中，因受钢温波动、轧槽磨损、孔型系统设计、导卫安装、轧槽加工精度等因素影响，各线轧件尺寸都不可能完全一致，即存在线差。线差大时很容易影响产品质量，造成波浪弯、冷床乱钢、3#飞剪堆钢等事故。

1. 原因

1. 1. 轧槽加工精度不高。对四线轧件尺寸差影响最大的是 K1、K3、K4 道次，其中 K4，负责分配轧件各线尺寸，K3 切分道次对 K4 道次料型进行修正，K1 直接出成品，要达到较小的四线差，必须提高 K1、K3、K4 道次轧槽的加工精度。

1. 2. 孔型磨损不一致。前道次料型不规矩或孔型系统设计造成的各线轧槽磨损不一致，都会引起轧件尺寸线差。

1. 3. 轧机两侧辊缝不一致。在换辊调试时，轧机两侧辊缝控制不一致，辊缝大的一侧孔型面积大，导致成品存在尺寸差异。

1. 4. 预切分轧机或切分轧机进口未对正轧制线。导卫中心线虽与轧制线平行，但不重合，偏一侧。此时轧件被切分后，其中一侧面积比正常大，而另一 侧则比正常小，从而导致两线成品尺寸相差较大。

2. 解决措施

1. 1. 提高轧辊加工技术要求，改进加工方法。K4 采用数控车床进行加工，孔型加工精度保证在 0.04 mm 以内，同轴度在 0.05 mm 以内。

1. 2. 改进轧辊材质，调整轧辊加工工艺，提高轧槽寿命。K1、K4 改为高速钢

轧辊。

3. 换辊时点动轧机，用同规格的焊条或 Φ6.5mm 盘条测两侧辊缝，将辊缝偏差控制在 0.1 mm 以内。

3. 保证 K3、K4 道次导卫对正轧制中心线。

五、结语

龙钢公司轧钢厂棒二线 Φ16 四线切分轧制自 2019 年 8 月份至今已实现稳定生产，期间通过技术人员的相关设备的改造和孔型系统的升级，小规格四切分轧制的相关工艺也逐渐成熟起来，为以后的五线及以上切分的开发打下了坚实的基础。

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