自己开发的无槽轧制工艺，希望拍砖（原创）

重庆铁匠 · 发表于 2008-7-29 23:02:40

同时本文中引用国内专家的文献资料，本人没有给出署名请谅解，对引用老外的资料也没有写明出处，也请见谅

无槽轧制的历史

传统的孔型轧制，是在排有各种轧槽的轧辊上轧制，无槽轧制是轧件在上、下两个平辊辊缝间轧制，该工艺(也称平辊轧制工艺或RER轧制工艺)是一种棒材、线材轧制的新工艺，可以作为简单断面型钢生产的主要延伸道次。他的基本原理、工艺流程及轧后断面变形情况主要有下图2种情况。

方式一：典型“方——矩形——方”轧制方式

方式二：典型“矩形——立矩形——矩形”（RER）轧制方式

一国内外研究开发动态

世界上最早的无孔型轧制试验是1967年瑞典斯特勒斯AB冶金加工公司从轧制铜线开始，其用125kg铜棒轧制 6.35mm线材,Weber教授在解决热轧细铜线在拉拔时发生严重断裂问题时，提出无槽轧制概念的，但当时仅是“方一矩一系统。

重庆铁匠 · 发表于 2008-7-29 23:03:21

70年代澳大利亚BHP所属Broken HillPty有限公司在其小型型钢机组上，进行了各种无槽轧制生产性试验生产圆钢和螺纹钢筋，在粗轧、中轧机组上均采用无槽轧制工艺，在精轧工序采用孔型轧制工艺。为了解决断面的平行四边形现象，试验了压下量与导卫间隙的调整，并设计了新的导卫，在此基础上成功试轧了螺纹钢筋和圆钢，并在粗轧机组与中轧机组上建立了压下率极限。
美国Laclede钢公司最初在无扭精轧机上试验无槽轧制线材，在十道次中，前九道次用平棍，最后一道次用圆孔型生产5.72mm线材。结果表明当张力较小时可以达到民用精度，头尾误差最好时达到0．1mm，但精轧机组负荷增加10～15% 。在1978年和19 79年初，该公司将无槽轧制引入粗、中轧机组，材料从低碳到高碳都有，轧制质量较好。
英国GKN(South Wales)有限公司的McBroom和Mac Quarrie两人也进行了无槽轧制研究。在450mm两辊轧机上采用57mm方坯开展无槽轧制试验。试验表明，用修正的Wusatowski（乌萨托夫斯基宽展）公式计算宽展，与实际值比较，误差小于11%。
澳大利亚的MIM Holding有限公司帮助Copper Refineriss Pry有限公司于1977年12月在世界上首次于整个11台轧机中的8台采用无槽轧制工艺，投入生产铜材。
至1977年7月，无槽轧制的技术专利已有20条之多。
1981年3月在日本川崎钢铁公司水岛厂的钢坯轧机上无槽轧制工艺投产成功，随后水岛厂Yanazawa发表了“开发无槽轧制的技术报告。主要讨论了道次优化设计、设计专用导卫和防止轧件边角折迭等问题：
(1)提出无槽轧制工艺道次程序表的设计方法。认为入口轧件的高宽比宣小于1．5，最佳压下率在0．7RB和1．3RB之间(RB指变形在单鼓和双鼓之间时的临界压下率)。
(2)导板要伸入轧辊中心，这对防止轧件平行四边形现象是非常有效的。
(3)介绍防止成品孔产生折迭的技术。无槽轧制后的矩形断面轧件是尖角的，在进入椭圆孔型中轧制时易形成折迭。为了防止折迭必须在其轧制最初咬入阶段阻止轧件角部的局部宽展，即孔型必须设计成轧件中心位置变形程度要大。因此最后几个道次往往用三个孔型来完成，防止折迭孔型、成品前孔型、成品孔型。
1982年后澳大利亚和美国在摩根高速线材轧机的粗、中轧机组上应用无槽轧制工艺，并采用短应力线轧机(摩根紧凑式轧机)，效果很好。
1986年美Battelle Columbus实验中心AltaN教授应用上限法原理进一步深入研究了无槽轧制时的轧件鼓形和宽展，分别假设鼓形为抛物线和椭圆曲线，运用修正的Wusatowski公式求得平均宽展，结果求得的最大、最小宽展与实测值对照基本相符。
1990年原苏联的马格尼托哥尔斯克钢铁公司和矿冶学院在~Φ300mm棋盘式小型轧机粗轧机组上进行了工业性无孔型轧制试验。
1983年，首钢小型钢厂为扩大钢坯断面在线材轧机上曾进行过无槽轧制试验，没有成功。其原因是轧件脱方和导卫装置不佳。
20世纪90年代后期，东北大学在实验室用Φ300mm二辊不可逆轧机进行了无孔型轧制试验
此后鞍钢设计研究院、鞍山钢铁学院、鞍钢钢研所等单位相继开展了无槽轧俐的基础工作。鞍钢钢研所在300mm辊轧机上研究的主要结论是：(1)修改了Yanazawa发表的道次设计程序，(2) “矩一矩”系统比“矩一方” 系统优越，
(3)只要导卫设计合理，H／B值可大于1.5；(4)从“矩一矩” 系统可见，延伸大而均匀，各道次延伸系数在1． 4～1．42之间。
鞍钢设计研究院、冶金部、鞍山钢铁学院在180mm二辊可逆轧机上进行了无槽轧制的单因素试验和多因素的正交试验，以及多道次压下规程试验等工作。试验得出以下主要结果：
(1) 在无槽轧封条件下，压下率对轧件脱方基本无影响，
(2) 得出计算宽展半经验公式Δb=(B/H)[1.07+2.05(B/H)]*(RΔh)0.5*(Δh/H)，与实际值比较相对误差小于10%，平均误差小于4%；
(3) 高宽比对无槽轧制稳定性影响很大’
(4) 得出临界压下率经验公式εb=1.45/[2.80+(B/H)*(D/H)]
(5) 影响无槽轧制的主要因素其顺序是轧件H/B，压下率和高宽比的相互作用，导板间隙系数η=Δ*B/H，控制上述三个因素，就可以基本进行无槽轧制；
(6)无槽轧制力比孔型轧制力降低14％。
1999年4月，新疆八一钢铁集团公司为降低工序消耗，优化工艺，提高棒材

重庆铁匠 · 发表于 2008-7-29 23:03:59

产品的市场竞争力，开发了棒材的全连续无孔型轧制技术。并在2条全连续式短应力线轧机进行了开发和广泛的应用，取得了显著的效果，但未有具体的理论进展；
2004年宝钢轧钢研究所，准备在1150初轧机上进行开发大压下的工艺开发，实验初期为了数据设计的合理性，该所用同等比例的钢坯在300mm实验轧机上进行了实验，并且用ANSYS模拟，应用940*1250*2600mm的钢锭生产450*450mm特大方钢，顺利解决了倒钢，脱方和折叠的问题，为市场提供了大量合格特大方钢，据资料所查，该厂属于国内首次利用有限元模拟并投入生产分析，同时也为无槽轧制所用的轧机和产品规格、钢锭大小向上限开拓；
2005年柳州钢铁公司棒材厂在粗轧1——4架采用无槽轧制的基础上，在所有规格的成品前孔进行了无槽轧制实验，并用小仓宽展公式进行验证，同时根据实验数据进行了经验修整，同时对该技术进行了推广，并获得成功。

无槽轧制的优缺点：
与常规轧制方法相比，无孔型轧制有以下特点：
- 轧机作业率高
(1)采用无孔型轧制，除了成品孔孔型外，不同规格产品的轧制采用完全相同的轧辊．换产品不用换孔型和轧辊．整个换辊与换孔时间比有孔型轧制减少了50％ 6o％。
(2)无孔型轧制系平辊轧制，平辊轧机的轧辊调整仅有高向垂直压下，立辊轧机的轧辊调整仅有侧向水平压下，均无需轴向调整轧辊，轧机的调整大大简化。
(3)平辊无孔型轧制的导卫装置简单，加工方便，且易于安装，可减少导卫的调整时间约20％ 30％：
因此轧机的停工时间可大量减少，提高了轧机作业率。
• 生产时轧制事故减少
采用无孔型平辊轧制减少了轧件的不均匀变形，使轧制压力比孔型轧制时减少了5％一10％，从而降低了电机的负荷：采用了平辊轧制增大了轧辊的工作直径，改善了孔型的过充满、出耳子、错槽轧偏等轧制缺陷和质量故障，从而提高了轧机的生产率。
• 减少轧辊消耗与轧辊储备(¨平辊轧制由于没有轧槽，辊身长度可以充分利用，辊面利用率可提高20％一30％。
(2)由于没有轧槽形成的辊径差，因而轧件删面也没有辊面速度差，从而轧辊磨损均匀，磨损量相应减少．轧辊车削量从孔型轧制的1O 20ml／i降低到4 5mm。
(3)平辊轧制可用于多品种、多规格、多机架的产品轧制，可使轧辊的储备量减少约1／3，从而碱少了轧辊的储备资金。
由于这些原因可使轧辊的总体寿命提高2—3倍，并降低了生产费用。
• 可实现大压下量
在连轧机上采用无孔型平辊轧制，利用前架轧机对大断面坯料的推力，实现下一机架轧机的强迫咬人，可冲破最大咬人角的限制，实现大压下轧制。

无槽轧制开发的工艺选型
无槽轧制从1967年出现到目前为止，目前发表的论文来看在工艺选型上没有形成一个共识，在多家杂志记载的论文上，对无槽轧制的工艺选型也基本上处于实验室研究和对某种轧机的开发和使用介绍，对轧机规格，坯料大小、压下规程的研究也处在综合因素的某种特例说明，对轧机规格、坯料大小、压下规程等单因素研究和正交实验没有记载，目前对型钢厂棒材轧机的工艺开发没有很好的参考样板，故在开发之初期，我们认为依据目前的实验室开发经验，对于棒材轧机做多因素实验的可能性不大，所以开发可能要从保守的角度出发，根据自己的实际情况在不能影响正常生产秩序情况下开发，同时各论文论述该工艺的效益时没有过多的数据，所以开发的成本只能在正常生产的情况下消化：。
根据1967年WEBER先生开发瑞典铜材的经验，以及国内新疆八一钢铁公司的应用情况，同时考虑到同传统孔型的接口，目前认为选用保守的方——矩系统，主要原因如下：
1、方——矩系统同矩——矩系统比较，在延伸率方面看，矩——矩系统有明显的优势，平均延伸系数可以达到1.4——1.5，方——矩系统的延伸系数一般在1.35---1.4左右，而目前我们的传统孔型系统的延伸率也在1.35左右，方——矩系统在延伸率上比较适合我们目前的工艺接口；
2、开发初期认为大的延伸率会给轧机的主传动电机带来负荷的大量增加，目前

重庆铁匠 · 发表于 2008-7-29 23:04:36

我们的电机功率选型偏小。
3、参考文献来看，大的延伸带来大的压下，压下量的增加会带来轧件宽展的剧烈增加，而从文献来看，宽展系数的计算同实际的误差有11%左右，这种误差会带来导卫装置的参数设定的误导向，不当会产生工艺失败的结论；
4、矩矩系统的大压下会在轧件的宽展面上产生严重的双鼓型，双鼓型固然可以利用但是，严重的双鼓型可能会带来宽展面上隐性折叠，直接影响产品的质量；
5、矩矩系统的轧件因宽高比较大，对导卫系统的依赖性比较大，可能会造成工艺不顺而导致开发失败；
6、在传统延伸孔型系统中，一般要间隔出现一个中心对称的孔型，以便于计算延伸和宽展，更好的使不均匀变形在轧制过程形成规范化；
矩矩系统和方矩系统的比较见下表
内容方矩系统矩矩系统
延伸率 1.35----1.4 1.4-----1.5
压下率 30——50% 50%以上
宽展计算误差5%左右误差11%
宽展现象单鼓和双鼓交替全部双鼓
轧件脱方现象稍微严重较轻
导卫要求不高很高
轧件质量不容易产生折叠和裂纹风险高
主电机负荷一般大
应用情况较多少

工艺参数的确定
目前根据我单位的实际情况，我们设计了从粗轧、中轧、和精轧三个阶段，摸索阶段定在粗轧区，所以所有的参数以粗轧为设计开发依据，具体如下：
现阶段工艺和相关参数：
全线18架短应力线轧机，粗、中、精轧各有6架平立交替布置，立式轧机为上传动。粗轧机架间距为2m，中轧机架间距为2.5m，为了在中轧机架出较大规格的产品，在11～12架之间设立活套器一个，间距4.5m，粗轧的平均延伸系数为1.336，中轧的平均延伸系数1.278——1.304，精轧平均延伸系数为1.26。全线采用椭圆一圆孔型系统（1架箱型，2架立箱），主要参数见表1
表1 主轧机参数表
机架号孔型轧辊尺寸(mm) 电机功率（KW）电机转速（RPM）
粗轧 1H 箱 φ610/φ520×760 400 600/1300
2V 立箱 φ610/φ520×760 400 600/1300
3H 椭圆 φ610/φ520×760 400 600/1300
4V 圆 φ610/φ520×760 400 600/1300
5H 椭圆 φ610/φ520×760 500 600/1300
6V 圆 φ610/φ520×760 500 600/1300
中轧 7H 椭圆 φ430/φ370×650 500 600/1300
8V 圆 φ430/φ370×650 500 600/1300
9H 椭圆 φ430/φ370×650 600 600/1300
10V 圆 φ430/φ370×650 600 600/1300
11H 椭圆 φ430/φ370×650 600 600/1300
12V 圆 φ430/φ370×650 600 600/1300

坯料150*150*8000，
开发钢种：HRB335，HRB400，40Cr，45A，45，35，25，20等，
粗轧出口断面：71圆钢，面积3957mm
6#轧机轧制速度：0.909——1.706
参数制定：
目前暂时不考虑6#轧机同7#轧机的孔型接口计算过程如下：
确定6#轧机的轧件断面：F6=4013mm，断面为：63。35，
选用64*64mm，面积调整为4096；
总延伸系数为：F坯/F6=5。4932
平均延伸系数为：μ平均=1。3283
根据延伸系数的分配原则，先初步分配如下：

重庆铁匠 · 发表于 2008-7-29 23:05:48

机架号 1 2 3 4 5 6
μ 　1.7556 　　　　　　1.7952 　　　　　　　1.7430
μ 1.32 1.33 1.32 1.36 1.31 1.331
面积 17045 12816 9709 7139 5450 4094
这样2、4、6架的轧件尺寸就设计成：113.21、84.49、63.98的方钢，为了测量和计算，调整为：114、85和64的方钢，所以延伸系数相应调整为：
μ1~2=1.7313, μ3~4=1.7988, μ5~6=1.7639
调整后的延伸设定为：
机架号 1 2 3 4 5 6
μ 　　1.7313 　　　　　　　1.7988 　　　　　　1.7639
μ 1.3017 1.33 1.3627 1.36 1.3252 1.331
面积 17285 12996 9537 7225 5452 4096

宽展
宽展的确定：
宽展的意义，在轧钢时非常关键，如果宽展计算的误差太大那么对轧件在各个机架的延伸是不准确的，最终获得不了预期的轧件断面，导致连轧常数失效，最终导致轧制时可能出现堆拉关系失调，出现轧钢事故，导致开发失败，根据各家单位选用宽展计算公式来看，对Z。Wusatowski公式选用较多，同时开发者认为，S。Ekelund公式也可以作为选用公式的备用公式，以便检验和备份，下面对这两个宽展公式进行罗列和比较：
一、S.Ekelund（爱克伦达）宽展公式
该公式的表达式是：
Bh2＝8m(RΔh)1／2＋BH2－2×2m(H＋h)(RΔh)1／2ln(Bh／BH)
其中：m＝[1.6f(RΔh)1／2－1.2Δh]／(H＋h)
其中：铸铁轧辊的摩擦系数f＝0.8(1.05－0.0005×t℃)
铸钢轧辊的摩擦系数f＝1(1.05－0.0005×t℃)
二、Z.Wusatowski（乌萨托夫斯基）宽展公式
该公式的数学表达式是：
β=λ－ω
ω=exp(-1.269×εd 0.556×δ)
δ=b0/h0; εd=h0/D; λ=h1/h0; β=b1/b0

当进行大压下时，式中的1.269变为0.3457，0.556变为0.968。

各大文献的介绍可以得知，在选用宽展公式时，首次选用均是Z.Wusatowski（乌萨托夫斯基）宽展公式，所以我们选用Z.Wusatowski（乌萨托夫斯基）宽展公式：
基本条件：b0=150
H0=150
D=500
计算得：

机架面积宽展压下宽展系数
22500 150 150
1 17285 161．86 106．79 0.2745
2 12996 112.07 115.96 0.1580
3 9537 131.62 72.46 0.3543
4 7225 75.9 95.18 0.1266
5 5452 120.45 45.24 0.6328
6 4096 46.93 87.27 0.1201

经过计算使用宽展公式计算出来的参数，参考相关文献，最后决定由1#轧机开始入手，对个别参数考虑现场的实际参数进行适当调整，从4月份开始，对1#轧机的投入使用进行了大量的参数跟踪，目前认为，在方轧件向矩形轧件轧制的时候宽展系数和压下量的控制范围应当如下：当压下率大约在30%左右时，他的宽展系数在0.30----0.33左右波动，此时利用Z.Wusatowski（乌萨托夫斯基）宽展公式的常规公式基本准确，所以根据此规律，在1#轧机的压下规程上认为只要可以顺利咬入，压下量设定在45——50比较合适；经过大量的实践发现，1#轧机的轧件断面基本在102——105*166——170左右波动；

重庆铁匠 · 发表于 2008-7-29 23:06:24

同时由于1#轧机的投入使用，对2#轧机的箱型孔的孔型宽展进行了大量的观察实验，发现在116*116的近似方箱型孔的使用当中，孔型侧壁斜度上大约有50%的侧壁没有过钢现象，认为在2#轧机的方箱形孔的侧壁斜度作用没有强调的重要，所以根据方箱形孔的观察认为，在2#轧机将轧件轧制成方形轧件的宽展，在同等压下率的条件下应当稍微大于箱型孔，所以根据生产经验，将2#轧机的宽展系数设置为0.26比较合适，在压下率变化不大的情况下，这个参数具有推广的价值。
根据1#、2#轧机工艺参数的调整，并在过钢量4万吨的基础上，同时也观察新轧槽和老轧槽的变化同时，参考经验参数和数据文献的数据（见下表），
韦东滨,程鼎,吴迪,白光润, 在《无孔型轧制压下规程制定方法的实验研究》一文中的实验参数
道轧件轧件轧前压下率鼓形率鼓型高
次高度宽度高宽比 /% ×0.01 　
0 47.61 63.82 　　　　
1 44.27 54.09 1.336 30.63 7.014 3.105098
2 37.27 50.24 1.222 31.1 6.896 2.570139
3 32.34 43.56 1.348 35.63 9.631 3.114665
4 27.38 38.36 1.347 37.14 12.17 3.332146
5 23.55 32.98 1.401 38.61 12.68 2.98614
6 20.4 28.57 1.401 38.14 　　
7 17.81 24.95 1.4 37.65 　　
8 20 20.1 1.401 19.83 　　
注：该实验是在300实验轧机上的轧制铅棒的参数，没有考虑连轧和小张力
根据以上情况，我们设计了并调整了相关参数，相关经验如下：
在无孔型轧制当中，没有轧槽的限制宽展，所有宽展类型均属于自由宽展，因此选用宽展孔型的宽展经验参数必须慎重，另外如果选用大压下的弧边轧制法的宽展在本工艺里不具备参考性：
选用过程：
1）4月，对1号轧机的投入使用前，参考了平箱孔的宽展系数，并做适当的放大处理，经过实践认为，在压缩比30%左右，获得宽高比小于1。5料型时可以考虑宽展系数在0。25——0。4左右波动；
2）5月，当2号轧机投入使用时，参考立箱孔的宽展系数，并做适当的处理，实践认为在当压缩比小于30%，获得料型宽高比小于1。2时，可以考虑宽展系数在0。2——0。35左右波动；
3）对于其他号轧机的宽展系数可以参考1）和2）中的经验数据做适当的调整（考虑温度，钢种，轧制速度，和轧辊直径的影响）
4）立矩形料进入立箱型孔时，可以不调整任何参数；
5）方型料进入平椭圆孔时要充分考虑椭圆孔的宽展系数，比元孔进入椭圆孔时要小，要突破经验数0。6——0。9的下限；
6）立矩形料型进入圆孔时的孔型的宽展系数要比椭圆——圆孔系统圆孔中的宽展系数大，较圆孔宽展经验数据0。3——0。6的中间范围；
经过设计和合理的调整，目前我门开发的适合我们自己连轧的压下规程和相关参数，见下表：

粗中轧机的压下规程表
机架面积延伸率轧制速度轧辊转速宽展压下轧辊直径咬入角
0 22500 　　　 150 150 　
1 16495 1.364 0.16 6.1152 165 100 500 25.85504
2 12544 1.315 0.2104 8.041488 112 112 500 26.63323
3 9176 1.367 0.287617 10.9927141 124 74 500 22.49336
4 7058 1.3 0.373902 14.29052832 84 84 500 23.08562
5 4795 1.472 0.550384 21.03565769 94 51 500 20.94343
6 4096 1.291 0.710545 27.15703408 58 64 500 19.95856
7 3011 1.36 0.966341 46.16695794 70 39 400 17.7394
8 2452 1.228 1.186667 58.74924803 50.1 49 386 16.56288
注：1、目前因为考虑40——45的圆钢将从10道次出成品所以中轧后几个机架目前没有开发，
2、螺纹钢的成品前孔目前正在开发当中，已经有个别的规格已经投入使用，正在推广当中。
经过半年的开发和推广，该工艺已经逐步成熟，取得的效果是非常显著的主要参数见下表：
推广经验：
1、认为在棒材连轧机上全过程推广无槽轧制是可行的；
2、宽展系数的确定不要完全依靠理论计算，要结合现场情况；
3、中间轧件的脱方对最终产品没有任何影响；
4、上道次的轧件脱方不会累积到下道次当中；
5、方轧件的脱方比矩形轧件的脱方严重
6、连轧机开发无槽轧制轧件对导卫的依赖性不大
7、无槽轧制对主电机的负荷减少幅度较大
8、无槽轧制对轧件的除鳞效果比较明显
9、无槽轧制可以消除孔型轧制带来的微小裂纹和二次氧化对轧件的污染（微小裂纹夹杂二次氧化层）
10、矩形轧件轧制成方形轧件的延伸率比较理想，并且可以获得在临界状态的比较理想的双鼓型断面；
11、轧辊等工模具可以大幅度提高共用性，同时耐用性大幅度提高
12、轧机间距对无槽轧制的开发中轧件产生脱方没有必然联系；

重庆铁匠 · 发表于 2008-7-29 23:12:06

文中版式错行，我没有编辑，大家将就看，如果有什么疑问，请留言，我会同大家一起探讨

过街蛤蟆 · 发表于 2008-7-30 09:11:56

国内有一些厂家采用，轧普碳的棒材和线材前10几架都行，但有些问题，所以，完全取代‘箱’孔型还不太可能，好像八钢用过，还有几个钢厂都用过，配辊少了，成本降低，是发展方向，

老鹰 · 发表于 2008-7-30 09:22:49

请上传插图，否则难以交流。插图上传很简单的，请看http://bbs.cmiw.cn/faq.php

一两酒 · 发表于 2008-8-2 21:45:57

应该适用于简单断面的轧件吧？
其导卫系统设计和传统设计是否有特殊之处？

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