CN109647879A - 一种对称球扁钢的轧制装置及其对称球扁钢的生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种对称球扁钢的轧制装置及其对称球扁钢的生产工艺，具体涉及球扁钢生产技术领域，对称球扁钢的轧制装置依次包括粗轧机、中轧机组和精轧机，中轧机组由2架轧机组成，粗轧机沿轧制方向依次设有3‑4个箱型孔、预切分孔、切分孔和初次成型孔，中轧机组和精轧机沿轧制方向设有若干闭式孔型，初次成型孔和闭式孔型均为与弯腰式球扁钢的形状相匹配的弯腰式孔型。对应的生产工艺使用该轧制装置进行轧制，共计轧制13个道次，其中粗轧机轧制7道次，中轧机组中的第一架轧机和第二架轧机分别轧制4道次和1道次，精轧机轧制1道次。本发明保证成品材外观填充及物理性能，提高对称球扁钢的合格率。

Description

一种对称球扁钢的轧制装置及其对称球扁钢的生产工艺

技术领域

本发明属于球扁钢生产技术领域，具体涉及一种对称球扁钢的轧制装置及其对称球扁钢的生产工艺。

背景技术

对称球扁钢是大船(航母)造船用辅助型材，近年来随着国防建设的迅猛发展，对称球扁钢需求旺盛，大船设计时主船体大多选用对称用球扁钢，采用与相连板材相同厚度与材质的对称球扁钢作骨材(也称筋骨或龙骨)，但现有的对称球扁钢球头断面大，在轧制过程中断面变形不均匀，生产出来的产品外形尺寸要求高，生产难度较大，导致对称球扁钢的合格率较低。

因此急需一种能够解决现有问题的对称球扁钢的轧制装置及其对称球扁钢的生产工艺。

发明内容

本发明的目的是提供一种对称球扁钢的轧制装置及其对称球扁钢的生产工艺，采用孔型设计工艺的创新，解决了对称球扁钢孔型设计在热轧轧制过程中变形不均匀产生的金属流行不确定性、降温速度快金属流动性差的问题，保证成品材外观填充及物理性能，提高对称球扁钢的合格率。

本发明提供了如下的技术方案：

一种对称球扁钢的轧制装置，依次包括粗轧机、中轧机组和精轧机，所述中轧机组由2架轧机组成，所述粗轧机沿轧制方向依次设有3-4个箱型孔、预切分孔、切分孔和初次成型孔，所述中轧机组和所述精轧机沿轧制方向设有若干闭式孔型，所述初次成型孔为K8孔，所述闭式孔型沿轧制方向依次为K7孔、K6孔、K5孔、K4孔、K3孔、K2孔和K1孔，在所述中轧机组中，按轧制方向，第一架所述轧机上设有所述K6孔-K3孔，第二架所述轧机上设有所述K2孔，所述精轧机上设有所述K1孔；所述K1孔—K8孔均为与弯腰式球扁钢的形状相匹配的弯腰式孔型，所述K1孔-K7孔为弯腰闭式孔型，所述弯腰闭式孔型包括腹板和球头，所述腹板包括腹板水平段与腹板弯折段，所述腹板水平段的长度为L，球扁钢的宽度为B，L＝(0.65-0.80)B，在所述K2孔-K6孔中L保持不变；所述腹板水平段与所述腹板弯折段的水平夹角为θ，在K2孔-K5孔中，θ逐渐均匀变大。

优选的，所述K2孔中的θ为15°，K5孔中的θ为50°。

优选的，K4孔～K1孔的腹宽控制孔为呈上、下交替配置的闭式孔型，K1孔～K6孔的球头控制孔采用上、下球头交替使用闭式孔型。

优选的，球扁钢的展宽系数为0.4-1.0，控制K1孔—K8孔给予0--3毫米的限制宽展，规格越大取值越小；以腹板水平段压下系数为基准，腹板水平段的压下系数比球头部压下系数适当增大，K1孔—K8孔设计延伸系数控制在1.05-1.3范围，以便建立正常的轧制关系。

优选的，所述腹板弯折段下端部与所述球头底部在同一水平线。

优选的，所述粗轧机为Φ500三辊轧机，所述中轧机组包括Φ450I三辊轧机和Φ450II二辊轧机，所述精轧机为Φ450III精轧机，Φ500三辊轧机电机功率为1000KW，Φ450I三辊轧机和Φ450II二辊轧机共用一台主机电机功率为1250KW，Φ450精轧机电机功率900KW。

优选的，所述Φ450I三辊轧机的轧辊上的K6孔-K3孔均为倾斜布置，且该轧辊的两侧镜像设有斜面辊环，K6孔-K3孔位于两个所述斜面辊环之间。

一种对称球扁钢生产工艺，包括如下步骤：

S1、原料准备：选用110*110/150*150/150*220连铸坯；

S2、加热；

S3、轧制：使用权利1-7所述的对称球扁钢的轧制装置，进行轧制，对称球扁钢的上球头和下球头交替轧制；共计轧制13个道次，其中所述粗轧机轧制7道次，所述中轧机组中的第一架轧机和第二架轧机分别轧制4道次和1道次，所述精轧机轧制1道次；3-4个所述箱形孔对原料进行翻面轧制形成上大、下小的葫芦雏形坯，为所述预切分孔对葫芦雏形坯进行葫芦形状切分得到葫芦形坯做准备，葫芦形坯经所述切分孔切分成型；

S4、热锯锯切；

S5、冷却；

S6、检验矫直；

S7、收集包装。

优选的，步骤S2中使用的加热装置为一座端进端出推钢式加热炉，加热有效面积为120㎡，加热能力50吨/小时，燃料为天然气；步骤S4中的热锯锯切装置为一台Φ1800mm固定式热锯；步骤S5中使用的冷却装置为一座20×60m步进式型钢冷床；步骤S6中的检验矫直装置包括一组检验台架和一台10辊Φ650矫直机；步骤S7中的收集包装装置为两组收集台架。

本发明的有益效果是：

(1)本发明采用孔型设计工艺的创新，解决了对称球扁钢孔型设计在热轧轧制过程中变形不均匀产生的金属流行不确定性、降温速度快金属流动性差的问题，保证成品材外观填充及物理性能；

(2)本发明采用与单球头球扁钢相同的轧制路线和辅助备件，只是在孔型工艺设计上进行创新，提高设备及辅助备件共用性减少了投资，为公司创造更大的经济效益。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1-13是本发明的K1-K13的孔型系统图；

图14是本发明的弯腰闭式孔型系统的孔型设计图；

图15是本发明的K4孔～K1孔的腹宽控制孔为呈上、下交替配置的闭式孔型的示意图；

图16是本发明的配辊设计图；

图17是球扁钢产品示意图。

其中图中标记为：01、腹板；02、上球头；03、下球头；1、腹板水平段；2、腹板弯折段；3、球头；4、水平线；5、轧制中心线；6、斜面辊环。

具体实施方式

1、主要设备

宿迁南钢金鑫轧钢有限公司中型线全线为横列式轧机。主要设备如下：

端进端出推钢式加热炉一座，加热有效面积为120㎡，加热能力50吨/小时，燃料为天然气。

一种对称球扁钢的轧制装置，依次包括粗轧机、中轧机组和精轧机，中轧机组由2架轧机组成，粗轧机沿轧制方向依次设有3-4个箱型孔、预切分孔、切分孔和初次成型孔，中轧机组和精轧机沿轧制方向设有若干闭式孔型，初次成型孔为K8孔，闭式孔型沿轧制方向依次为K7孔、K6孔、K5孔、K4孔、K3孔、K2孔和K1孔，在中轧机组中，按轧制方向，第一架轧机上设有K6孔-K3孔，第二架轧机上设有K2孔，精轧机上设有K1孔，K1孔—K8孔均为与弯腰式球扁钢的形状相匹配的弯腰式孔型，K1孔-K7孔为弯腰闭式孔型，弯腰闭式孔型具体见孔型系统设计部分；其中，粗轧机为Φ500三辊轧机，中轧机组包括Φ450I三辊轧机和Φ450II二辊轧机，精轧机为Φ450III精轧机，Φ500三辊轧机电机功率为1000KW，Φ450I三辊轧机和Φ450II二辊轧机共用一台主机电机功率为1250KW，Φ450精轧机电机功率900KW。

Φ1800mm固定式热锯一台。

20×60m步进式型钢冷床一座。

检验台架一组，10辊Φ650矫直机一台。收集台架两组。

2、轧制工艺流程及轧制方案

2.1轧制工艺流程

对称球扁钢轧制流程为：原料准备→加热→轧制→热锯锯切→冷却→检测矫直→收集包装，最后根据需要锯切并入库。

工艺中使用的装置均为第一部分的主要设备中的，具体是使用的加热装置为一座端进端出推钢式加热炉；轧制装置为一种对称球扁钢的轧制装置；热锯锯切装置为一台Φ1800mm固定式热锯；使用的冷却装置为一座20×60m步进式型钢冷床；检验矫直装置包括一组检验台架和一台10辊Φ650矫直机；收集包装装置为两组收集台架。

2.2轧制方案：

采用110*110/150*150/150*220连铸坯，共计轧制13个道次，对称球扁钢的上球头和下球头交替轧制，其中Φ500三辊轧机轧制7道次、Φ450I三辊轧机轧制4道次、450II二辊轧机轧制1道次、450III精轧机轧制1道次。

3、孔型系统设计

根据有关资料，目前生产球扁钢有3种轧制方式：平轧、角轧、槽式轧法。根据公司现有装备，对称球扁钢采用借鉴槽式轧法孔型系统最为合适。这一套孔型系统能使孔型相对比较对称，轧件变形均匀，轧制的稳定性较强。方便操作。又由于轧件比较对称，轧制轴向力较小，轧件不易窜动，产品质量稳定。

对称球扁钢中重要的就是孔型工艺的设计，在此处重点设计弯腰闭式孔型系统如图1-13，通过对其系统稳定性分析，在公司中型线成功开发出10～22#对称球扁钢，弯腰闭式孔型系统的孔型主要参数确定如图14。

对称球扁钢孔主要有两个部分组成；腹板和球头3(球头3为上球头或下球头，上球头和下球头是相对应对称的，与球扁钢产品相对应)，腹板包括腹板水平段1和腹板弯折段2，在孔的设计时也主要是从这两个方面作为重点：

2.1、腹板水平段1(腰部)长度：腹板水平长度L按(0.65-0.80)B(B球扁钢宽度)，尽可能腹板弯折段2下端部与球头3底部在同一水平线，保证轧件进、出孔型与导卫、辊道两边同时接触，提高轧件运行中的稳定性。K2-K6孔中L保持持不变，孔型棱廓最小变化，各孔之间变形均匀，便于更好的建立轧制关系。

2.2、腹板水平段1(腰部)与腹板弯折段2的水平夹角“θ”：在孔型K2-K5腹板弯折段2角度“θ”设计中，将“θ”由成前孔(K2)15°左右逐渐过渡至K5孔的50°左右，使轧件进入相邻各孔时给予较小的“θ”变化，腹板弯折段2扳直过程的变形抗力减小，避免轧件在各连轧机中腹板弯折段2激烈弯折，产生横向倾翻力矩，从而提高轧件稳定性及各孔之间变形均匀性，更好的建立连轧关系。将腹板弯折段2角度“θ”变量积聚分布在K9孔～K8预切分和切分孔上。

2.3、展宽系数：对称球扁钢轧制过程中不均匀变形引起断面各部分金属的相互转移，使轧件的宽度难以精确计算，展宽系数目前有很多计算方法复杂且不适用，按生产经验取值，一般按0.4-1.0取，控制孔给予0--3毫米的限制宽展，规格越大取值越小。

2.4、压下、延伸系数：以球扁钢腰部压下系数为基准，腰部的压下系数比球头3部压下系数适当增大，孔设计延伸系数控制在1.05-1.3范围，以便建立正常的轧制关系。

2.5、球扁钢的腹板01宽度设计控制

考虑到腹板弯折段2逐渐扳直过程中(球扁钢产品在轧制过程中，其形状与各孔型保持一致，故其也对应有腹板弯折段)，腿端外沿受到两向拉应力，易将腿端外沿金属拉裂或不平滑，于是采用K4孔～K1孔的腹宽控制孔，呈上、下交替配置的闭式孔型，也就是说在腹板控制中，K4孔～K1孔型腹板是闭式孔型，如图15所示，腿端受轧辊的辗轧承受双向压应力，以确保腿端充填饱满和加工良好。

2.6、球扁钢的上球头02、下球头03、表面质量设计控制

由于球头和腹板01是重要工作面，承受着极大的应力，其过大的不均匀变形，将会造成应力集中影晌球扁钢性能，孔型磨损严重不均，同时难以得到精准的形状对后续轧制表面造成影响。为了改善性能及提高表面质量，设计中考虑：

2.6.1、在500粗轧开坯机上配置3～4个箱形孔进行翻面轧制如图10-13(K13-K10)，形成(图10中K10)上大、下小的葫芦雏形，为预切分孔(如图9中K9)进行葫芦形状切分做准备，K9葫芦形坯经切分孔(如图8中K8)成型，保证球头3大料型的同时以减小由于过大的不均匀变形导致内部金属应力集中，同时获得精准的“弯腰式球扁钢”形状进行轧制。

2.6.2、在孔型设计中K7为闭式孔型(如图7中K7)设计，孔型内部只是对腹板中间段给予较大的压下量，强迫其金属流向球头3端保证球头3的填充饱满；

2.6.3、K1～K6孔型球头3控制采用上、下球头交替(上下交替，就是由于球扁钢在轧制过程中，上球头02和下球头03交替轧制)使用闭式孔型(和2.5腹板宽度设计控制可知，K5腹板控制中K5孔型腹板是开口的)，作为球头控制孔，以利于对球头3充填质量的调试、控制；由于对称球扁钢球头3占腹板面积的较大，为了减少腹板延伸对球头3的拉缩，从切深孔至成品前孔(K2)给予了逐渐收敛的球头3，同时角度“θ”逐渐较小给予球头3较大的侧压下量，进行补偿。保证球头3顶部充满良好。

2.7、配辊设计如图16：一是为了避免轧制时因温度及变形不均匀等引起轧件上翘及緾辊现象，在孔型压力配置上给予一定的上压力2-6毫米；二是尽管在孔型设计时经最大限度的减小了轴向力，但为提高轧辊重车率，孔型做了一定斜配，轧制过程中仍会产生一定的轴向力，在配辊时增加一个两侧斜面辊环6来防止因轴向而打坏孔型腹板边缘。

综上所述，对称球扁钢生产工艺的设计开发，包括配辊和孔型系统。对称球扁钢生产工艺的设计开发主要孔型系统的开发，通过适当的配辊解决配辊设计，有效的解决了现有工艺装备不适合轧制对称球扁钢的技术难题，一是我公司中型线轧机工艺布置线长，对于轧制时温降快(开轧温度控制在1060±20℃，终轧温度控制在880±20℃)，温度变化展宽的控制；二是轧制过程中不均匀变形钢的扭转，导致生产不顺，工人劳动强度大；三是通过合理的孔型设计保证轧件在轧制时，轧件的充满程度，保证成品材的外观尺寸及性能。

最终轧制的产品对称球扁钢如图17所示，包括腹板01和两个球头，也就是上下对称设置的上球头02和下球头03。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种对称球扁钢的轧制装置，其特征在于，依次包括粗轧机、中轧机组和精轧机，所述中轧机组由2架轧机组成，所述粗轧机沿轧制方向依次设有3-4个箱型孔、预切分孔、切分孔和初次成型孔，所述中轧机组和所述精轧机沿轧制方向设有若干闭式孔型，所述初次成型孔为K8孔，所述闭式孔型沿轧制方向依次为K7孔、K6孔、K5孔、K4孔、K3孔、K2孔和K1孔，在所述中轧机组中，按轧制方向，第一架所述轧机上设有所述K6孔-K3孔，第二架所述轧机上设有所述K2孔，所述精轧机上设有所述K1孔；

所述K1孔—K8孔均为与弯腰式球扁钢的形状相匹配的弯腰式孔型，所述K1孔-K7孔为弯腰闭式孔型，所述弯腰闭式孔型包括腹板和球头，所述腹板包括腹板水平段与腹板弯折段，所述腹板水平段的长度为L，球扁钢的宽度为B，L＝(0.65-0.80)B，在所述K2孔-K6孔中L保持不变；所述腹板水平段与所述腹板弯折段的水平夹角为θ，在所述K2孔-K5孔中，θ逐渐均匀变大。

2.根据权利要求1所述的对称球扁钢的轧制装置，其特征在于，所述K2孔中的θ为15°，K5孔中的θ为50°。

3.根据权利要求2所述的对称球扁钢的轧制装置，其特征在于，K4孔～K1孔的腹宽控制孔为呈上、下交替配置的闭式孔型，K1孔～K6孔的球头控制孔采用上、下球头交替使用闭式孔型。

4.根据权利要求2所述的对称球扁钢的轧制装置，其特征在于，球扁钢的展宽系数为0.4-1.0，控制K1孔—K8孔给予0--3毫米的限制宽展，规格越大取值越小；以腹板水平段压下系数为基准，腹板水平段的压下系数比球头部压下系数适当增大，K1孔—K8孔设计延伸系数控制在1.05-1.3范围，以便建立正常的轧制关系。

5.根据权利要求1所述的对称球扁钢的轧制装置，其特征在于，所述腹板弯折段下端部与所述球头底部在同一水平线。

6.根据权利要求1所述的对称球扁钢的轧制装置，其特征在于，所述粗轧机为Φ500三辊轧机，所述中轧机组包括Φ450I三辊轧机和Φ450II二辊轧机，所述精轧机为Φ450III精轧机，Φ500三辊轧机电机功率为1000KW，Φ450I三辊轧机和Φ450II二辊轧机共用一台主机电机功率为1250KW，Φ450精轧机电机功率900KW。

7.根据权利要求6所述的对称球扁钢的轧制装置，其特征在于，所述Φ450I三辊轧机的轧辊上的K6孔-K3孔均为倾斜布置，且该轧辊的两侧镜像设有斜面辊环，K6孔-K3孔位于两个所述斜面辊环之间。

8.一种对称球扁钢生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：

S1、原料准备：选用110*110/150*150/150*220连铸坯；

S2、加热；

S3、轧制：使用权利1-7所述的对称球扁钢的轧制装置，进行轧制，对称球扁钢的上球头和下球头交替轧制；共计轧制13个道次，其中所述粗轧机轧制7道次，所述中轧机组中的第一架轧机和第二架轧机分别轧制4道次和1道次，所述精轧机轧制1道次；3-4个所述箱形孔对原料进行翻面轧制形成上大、下小的葫芦雏形坯，为所述预切分孔对葫芦雏形坯进行葫芦形状切分得到葫芦形坯做准备，葫芦形坯经所述切分孔切分成型；

S4、热锯锯切；

S5、冷却；

S6、检验矫直；

S7、收集包装。

9.根据权利要求8所述的对称球扁钢生产工艺，其特征在于，步骤S2中使用的加热装置为一座端进端出推钢式加热炉，加热有效面积为120㎡，加热能力50吨/小时，燃料为天然气；步骤S4中的热锯锯切装置为一台Φ1800mm固定式热锯；步骤S5中使用的冷却装置为一座20×60m步进式型钢冷床；步骤S6中的检验矫直装置包括一组检验台架和一台10辊Φ650矫直机；步骤S7中的收集包装装置为两组收集台架。