棒线材生产工艺

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1、一、棒线材生产现状1.2007年全国钢铁总产量达到4.9亿吨，其中棒线材的产量 在总 产量中比例接近40%，生产线近400条，钢铁生产明显过热；2. 支撑棒线材生产的三大需求点：公路建设、住宅建设和城镇 化建设随着今年下半年以来全球金融动荡，国家银根紧缩以上三个的 领域投资速度明显下降，需求减弱，市场疲软；3. 国际上游原料价格不断上涨，成本压力不断加大。在这种情 况下作为棒线材生产厂家，要生存下来必须开发新的产品品种，贴近 市场客户需求，在生产中严格执行工艺要求提高产品质量，努力增加 本厂产品的市场竞争力！棒线材的种类和用途棒材一一一种简单断面型材，一般以条状交货，断面形状有圆形、 方形和六

2、角形，以及建筑用螺纹钢筋（周期断面）等；线材一一是热轧产品中断面面积最小，长度最长而且以盘卷状 态交货的产品，断面形状有圆形、方形、六角形和异型。国外一般将 棒材的直径定义为9300毫米，线材的直径定义为540毫米，呈盘卷 状态交货的产品最大直径规格为40毫米（现在已突破60mm）。国内 一般定义为棒材直径为1050毫米，线材一般为510毫米。棒线材的用途十分广泛，除了建筑用的螺纹钢筋和线材等被直接 用作成品外，一般都要经过深加工才能制成产品。表1.1为棒、线的分 类及其用途。表1.1棒、线材的产品分类和用途钢 种用途钢种用途一般结构用钢材一般机械零件、标准件建筑用螺纹钢钢筋混凝土建筑优质碳素

3、结构钢汽车零件、机械零件、标准件合金结构钢重要得汽车零件、机械零件、标准件弹簧钢汽车、机械用弹簧易切削钢机械零件和标准件工具钢切削刀具、钻头、模具、手工工具轴承钢轴承不锈钢各种不锈钢制品冷拔用软线材冷拔各种丝材、钉子、金属网丝冷拔轮胎用线材汽车轮胎用帘线焊条钢焊条一般机械零件、标准件钢筋混凝土建筑汽车零件、机械零件、标准件重要得汽车零件、机械零件、标准件汽车、机械用弹簧机械零件和标准件 切削刀具、钻头、模具、手工工具轴承 各种不锈钢制 品冷拔各种丝材、钉子、金属网丝汽车轮胎用帘线焊条表1.2市场对部分棒、线材产品的质量要求和生产对策钢种、市场需求发展动向对应生产措施建筑用螺纹钢筋高强度、低温韧

4、性、耐盐蚀严格控制成分机械结构用钢淬火时省去软化退火，调质可以提高强度软化材料（控制成分、控轧控冷）减少偏析弹簧钢高强度、耐疲劳严格控制成分，减少夹杂易切削钢提高车削效率和刀具寿命控制夹杂物冷加工材减少冷锻开裂、减少拉拔道次、省略软化退火消除表面缺陷、高精度轧制、软化材料硬线、轮胎用线材减少断线、提高强度消除表面缺陷和内部偏析、控制冷却、严格控制成分冷加工材:硬线、轮胎用线材本厂产品种类及部分质量要求1. 螺纹钢：（1）端部剪切正直，可以满足客户采用套筒机械联接得要求;（2）钢筋表面不准有裂纹、结疤和折叠;（3）国内要求螺纹钢表面不准存在回火马氏体。2. 碳结钢：（1）表面不得有裂纹、折叠、结

5、疤和夹杂；（2）表面允许有局部发纹、拉裂、凹坑、麻点和刮痕，但不得 超出允许得偏差；（3）表面缺陷允许清除，但是清除处应圆滑无棱角，不允许横 向清除，清除宽度不得小于清除深度得5倍，清除深度不得超过该尺寸 圆钢的允许负偏差；（4）不 得有分层和缩孔残余，不得有高度大于5毫米的毛刺， 用压 力剪切的条钢端部允许有局部变形。（5）条钢上的任何缺陷不得进行焊补和填补。3. 弹簧扁钢：表面不应有裂纹、折叠、结疤、夹杂、分层及压 入得氧化铁皮，钢材得局部缺陷必须清除，清除时不应对钢材的使用造 成有害影响，清除后不应使钢材小于允许得最小尺寸，清除宽度不应 小于清除深度得5倍，允许有从实际尺寸算起不超过公称

6、尺寸公差一 半的细小划痕、压痕、凹坑存在。4. 易切削钢：钢材表面不得有裂纹、折叠、撕裂和结疤。上述缺 陷必须清除，清理深度不得超过公差之半。不得有超出公差之半的划 痕、黑斑和麻点，发纹深度不得大于公差的四分之一；5. 管坯钢：表面不准出现目视可见的折叠、结疤、夹杂和深度 大于0.2mm的裂纹。二、棒、线材的生产特点和生产工艺1.棒、线材的生产特点棒、线的断面形状简单，用量巨大，适合 于大规模的专业化生产。棒、线材的断面小、长度大，要求尺寸精度 和表面质量高。由于轧件长度大，轧制时间长，轧件终轧温降大，易 造成轧件头、尾尺寸公差不一致，并且性能不均。冷坯加热一 轧一-中孝 -（预精轧） 轧一冷

7、床L|I连铸坯热装加热（线材）1飞剪控制冷却包装一查一定尺切断-2.1坯料：棒、线材的坯料现在各国都以连铸坯为主，对于某些特殊钢种有 使用初轧坯的情况。目前生产棒、线材的坯料断面一般为方形，边长 大多为120150毫米，最长可以达 到22米。连铸可以明显节能、提 高产品质量和收得率，已经在普 通钢种上得到了广泛得应用，但是对 于硬线产品和机械结构用钢，由于中心偏析和压缩比不足连铸质量难 以保证。但是随着电磁搅拌、低温铸造等技术得进步，使这些钢种也 可以采用连铸坯进行生产了。2.2加热现代化的棒、线材轧制生产中，轧制速度很高，轧制过程中温降 较小甚至出现升温，所以棒、线材生产时坯料加热温度较低。

8、加热时 要严防过热过烧，尽量减少氧化铁皮。对于易脱碳得钢种，要严格控 制高温段停留时间，采用低温、快热、快烧等措施。现在棒、线材生产一般是用步进式加热炉加热，由于坯料较长， 炉子较宽，为保证尾部温度，采用侧进侧出的方式。步进式加热炉相 对于推钢式加热炉具有以下优点：（1）劳动强度低，不易发生拱钢、粘联的事故；（2）生产能力大，炉长不受推料比的限制；（3）加热质量好，坯料在炉内得运行速度可以精确控制，可以 避免受热不均和过烧得出现，当轧机发生故障时，可以将坯料退出炉 膛，同时也可以有效得避免坯料表面划 伤；（4）加热的品种多，生产灵活;(5) 自动化程度高，与现代轧机配合好。但步进式加热炉也存

9、在着结构复杂，投资大的缺点。2.3轧制为提高生产效率和经济效益，适合棒、线材的轧制方式是连轧。 连轧时一根坯料同时在多机架中轧制，在孔型设计 和轧制规程设定时 要遵守各机架间金属秒流量相等的原则。在棒、线材轧制过程中，前 后孔型要交替得压下轧件得高向和宽向，所以轧辊轴线全水平布置的 连轧机，在轧制中将会出现前后机架间轧件扭转得问题，这比较容易 导致轧件表面被扭转导卫划伤和轧制不稳定得问题。所以较先进的棒、 线材轧机一般采用平立交替的布置形式。现代化得棒材车间机架数一 般多于18架，线材轧制的机架数为2128架。2.4棒、线材的冷却和精整由于棒材轧制时，轧件得终轧温度较高，为了保证产品质量， 所

10、以要进行控制冷却，冷却得介质有风、水雾等。即使对于一般得建 筑用钢材，冷床也需要较大得冷却能力。线材精轧后得温度很高，为了保证产品质量要进行散卷控制冷 却，根据产品得用途有珠光体型控制冷却和马氏体型控制冷却。三、棒、线材轧机的布置形式1. 棒线材轧机的发展过程棒、线材轧机布置经历了横列式轧机、半连续式轧机、传统连续式轧机、Y型三辊式线材精轧机组、现代棒线材轧机组五个发展阶段。1.1横列式轧机图3.1单列式和多列式棒、线材专成布置图 (a)单列式(b)多列式最早的棒线材轧机都是横列式轧机。横列式轧机有单列式和多列 式之分，见图3.1，单列式轧机是最传统的轧制方法，单列式轧机由 一台电机驱动，轧制

11、速度不能随轧件直径的减小而增加，这种轧机轧 制速度低，线材盘重小，尺寸精度差，产量低。为了克服单列式轧机 速度不能调整的缺点，出现了多列式轧机，各列的若干架轧机分别由 一台电机驱动，使精轧机列的轧制速度有所提高，盘重和产量相应增 大，列数越多，情况越好。1.2半连续式轧半连续轧机是由横列式机组和连续式机组组成的。早期 的形式见 图3.2，其初轧机组为连续式轧机，中、精轧机组为横列式轧机。粗轧 机组是集体传动，指导思想是：粗轧对成品的尺寸精度影响很小，可 以采用较大的张力进行拉钢轧制，以维持各机架间的秒流量，这种方 式轧出的中间坯的头尾尺寸有明显差异。图3.2半连续式轧机1 粗轧机组，2中轧机组

12、，3描轧机组，4-卷线机1.3传统连续式轧机传统的连续式轧机主要是集体传动的水平辊底座，对线材进行 多线轧制，其基本形式见图3.3。由于这类轧机在轧制过程中存在着扭转翻钢，所以轧制速度一般不高在2030米/秒。图3.3连续式线材轧机布置示意图1-加热炉，2-粗轧机组，3-中轧机组，4-预精轧机组，5-精轧机组，6-卷线机现在棒材生产中还常见这种轧机，但线材生产中已被淘汰。2. 现代化棒材轧机近年来国内外新建棒材生产线大都采用平、立交替布置的全线无 扭轧机。粗轧机组采用易于操作和换辊得机架，中精 轧机采用短应力 线高刚度轧机，电气采用直流的单独传动或者交流变频传动。采用微 张力和无张力控制，配合

13、合理的孔型设计，使轧制速度提高，产品精 度提高，表面质量改善。图3.4型、棒材一体化节能型轧机车间布置图0-钢包炉，1-钢包回 转台，2-连铸机，3-钢坯冷床，4-热储存装置，5-冷上 料台驾，6-步进 式加热炉，7-粗轧机组，8-中轧机组，9-精轧机，10水冷 装置，11-分 段剪，12-冷床，13-多条矫直机和连续定尺冷飞剪，14-非磁性全自动堆垛机，15-打捆机和称重装置图3.4示出了我国某钢厂所建得型、棒材一体化轧机，它采用了 直接热装的短流程节能轧机设备布置。图中所示中厂房设备的主要参数为：原料规格：120*120*12000 毫米和150*150*12000毫米；产品规格：圆钢12

14、60毫米，螺纹钢1050 毫米； 扁钢（25*5）毫米（120*12）毫米；角钢（45*28*4）毫米 （100*80*10）毫米；槽钢（50*37）毫米（126*74）毫米；六角钢 13 53毫米； 方钢12 50毫米；工字钢100 126毫米。钢 种：低 碳钢、中碳钢、低合金钢、齿轮钢和弹簧钢；年产量：40万吨。图3.5高速圆钢螺纹钢小型轧机布置图1-加热炉，2-粗轧机，3- 中轧机，4-棒材无扭精轧机组，5-高速冷床上料系统，6-短尺收集，7- 齿条式冷床，8-冷剪，9-移钢台架和计数装置，10-打捆 机，11-卸料台 架主要设备：（1）步进梁式加热炉；（2）粗轧机组”水 平/垂直”布置

15、的悬臂式轧机；（3）中轧机组，预应力高刚度卡套式轧机；（4）无扭棒材精轧机组；（5）冷床高速上料系统；（6）高速下料的齿条式冷床；（7）棒材最佳剪切和短尺收集系统；（8）冷剪设备；（9）棒材计数装置；（10）棒材自动打捆机。年产60万吨，使用165*165*12000毫米坯料，产品640mm图3.6多品种轧机设备布置图1-进梁式加热炉；2-粗轧机组；6架悬臂式轧机；3-中轧机组，6 架短应力线式轧机；4-精轧机组，6架短应力线式轧机；5-水冷装置； 6120*14.7米 步进式冷床；7-精整系统：多条连续矫直、连续冷剪切、 自动堆垛、打捆和收集；8-短尺收集装置该机组用于生产小型或者中型断面型

16、钢（等边、不等边 角钢，槽 钢，扁钢，工字钢），年产量约60万吨。这种高度 灵活的轧机可以有 不同的组合方式（水平/垂直交替，万能，可倾翻机架），最佳的利用 18个道次的不同组合生产不同的产品。坯料规格：150*150*10000mm连铸坯；产品规格：圆钢1880mm, 螺纹16（2切分）59mm；等边角钢36*36mm100*100mm；槽钢50 100mm；扁钢50*6150*10mm；钢 种：低碳、中碳、高碳、低合 金和弹簧钢；年产量：60万吨；最高轧速：15m/s。步进梁式加热炉：以上机组都采用了上下对称加热的步进梁式加热炉，这种形式的 加热炉，钢坯在整个加热过程中基本处于对称加热状态

17、。钢坯加热温 度均匀、质量好、无阴阳面、加热速度快、炉底强度高。与步进底式或梁底组合式加热炉 相比步进梁式加热炉具有以下 特点：1. 适合于加热各种钢种和断面的钢坯；2. 钢坯在炉内的加热时间短、脱碳少、氧化少、易于清除炉底积 渣。3. 炉底强度高，在产量相同的条件下，炉子的长度短。在炉子的设计中采用以下几项措施：1. 采用最佳数量的温度控制段及合理的烧嘴选型和配置，使坯料 加热温度均匀；2. 步进梁采用分段结构，前后步进梁通过不同步距的调整，能满 足热装、冷装和轴承钢减少脱碳得要求；3. 采用双轮斜轨式步进机构，带有良好的升降框架和平移的定心装 置，易于调整。维修量少，运行可靠；4. 采用悬

18、臂辊出料，操作方便可靠，减少出钢炉门开启时间，降 低热损失；5. 采用金属管状空气加热器和金属管状煤气预热器$将空气预热 到约450度，煤气预热到约250度，有效地节约燃料消耗。悬臂式轧机悬臂式轧机是一种广泛应用于小型材生产中的轧机，结 构如图 3.7所示，这种轧机有其特有的优越性，尤其是在空间和初期投资都受 限制的情况下更显优势。图3.7悬臂式轧机图3.7悬臂式轧机悬臂式轧机的辊环装在一个直径特别大、由合金钢经热处理和磨 床加工而成的悬臂辊轴上，这种设计能使辊轴承受 大的轧制力而挠度 很小。辊轴轴承由低压油膜轴承支撑，由 于这种轴承的厚度很小，因 此能使辊轴的直径增加，进而使 悬臂式轧机特别

19、坚固。虽为悬臂但其 刚度却能与双支点相比 美，而不需要增加辊环的直径。辊环借助一个 在辊环套上的一个螺丝机械定位，辊环和轴的对中是由一个液压泵操 作的锥形套来完成的，这样的设计能消除传动轴轴套与辊环之间的任 何间隙!在整个轧制过程中保持轧机很好的刚性。这种轧机的优点是：（1）设备质量轻、投资少，运行所需的备件费用大大低于 常规 的双支轧机。除去导卫外其与常规轧机备件费用比值达1： 5；（2）设备布置紧凑，厂房长度减小。（3）设备维修少，在轧机的出口断面为恒定时，是一种很 好的 生产办法。但是在轧制硬钢和要求在粗轧机出不同形状 的断面时，悬 臂式轧机的使用受到限制。在轧制特殊钢时用得比较少。预应

20、力高刚度轧机最新一代的预应力高刚度轧机还有如下的优点：（1）拉杆承受预载荷预应力，在轧制载荷下不产生任何进一步 的应变；（2）轴承座间的中心线固定，不随轧辊的操作调速而动，实际 上它是偏心套传动而获得的。换句话说立拉杆/轴承座系统像是一个整 体的刚性系统，当然在受轧制载荷时轴承座仍可摆动以减少轴承磨损;（3）轧制载荷沿轴承宽度上均匀分布，对于给定直径的辊颈可以承受更大的轧制力；（4）这种机架结构简单，要求的维护较少。作 为一种机架形式可以用于各种形式的组合布置（水平、垂直、万能、 可倾翻）。图3.8可倾翻式轧机高速上冷床系统对于要求质量的产品，同时也要求高的生产率和高的收 得率， 这意味着要提

21、高精轧速度或加大坯料质量。在制动式的冷床中，由于 空间所限在制动的距离内要将从轧机中高速 轧出的轧件停下来，这样 轧制速度只能限制在1518m/s。高速上冷床系统克服了这个问题，在 有限的空间内精轧速度 高达40m/s。每一线的设备组成是：一个双转鼓装置，两个转鼓交替 与夹送辊配合使用，这种高速上料系统可以用 于单线、双线轧制或多线切分轧制的上冷床。棒材计数装置在打捆之前，链式运输机将每一层的轧件横移。棒材对 齐并且 达到所要求的数量时，特殊设计的传感器检测到每一批棒材的数量， 并传送到显示装置的加法器。不重叠不重读。在这一层操作的时候被 下面的电磁铁牢牢地吸住。当达到每一捆所要求的数量后，一

22、个升降 的隔离板将棒材层分开。在切成定尺后计数，并成排地将棒材运送到 打捆站，打捆、称重、贴标牌、入库存贮等。工作全部是自动化操作。四、棒、线材轧制发展方向1. 连铸坯热装、热送或连铸直接轧制；2. 柔性轧制技术；3. 高精度轧制；4. 继续提高轧制速度；5. 低温轧制；6. 无头轧制；7.切分轧制。虽然对于高档钢材也可以使用连铸坯生产，但是 连铸坯还无法保 证稳定得提供无缺陷坯料，需要在 冷状态下对坯料进行表面和内部质 量检查。随着精炼技术、连铸无缺陷坯技术、坯料热状态表面缺陷和17 内部质量检查技术的进步，连铸坯热装热送将很快得用于实践并普及。 对于一般材质以及高档钢材的棒线材连铸坯直接轧

23、制技术仍在研究之 中。连铸坯热装热送可以节约大量的人力、物力，以连铸坯650800 度热装热送为例，可以提高加热炉能力20%30%，减少坯料氧化损失 0.2%0.3%，节约热能耗30%45%,有巨大得经济 效益。常见办法目前有采用真圆孔型和三辊孔型严格控制轧件的高向和宽向尺寸，或者在成品孔型后设置专门得 定径机组以及采用尺寸自动控制AGC系统等。棒线材产品的尺寸精 度目前可以达到0.1mm，发展得目标是使棒线材得尺寸精度 达到 0.05mm。棒、线材得低温轧制规程一般有两种，一种是利用连轧机轧件温降小或者升温的特点，降低开轧温度， 从10501100度降至850950度，终轧温度与开轧温度相差

24、不 大，主 要目的是为了节能，在排除了增加的电能消耗后，可以节能约20%。第 二种是不仅降低开轧温度，还降低终轧温度，将终轧温度降低到再结 晶温度（700800度）以下，除节能外，还可以提高产品得机械性能， 效果优于任何传统的热处理方法。轧钢知识讲座采用快速焊接技术实现无头轧制，无头轧制的优点有（1）减少切损，可提高成材率1%2%；（2）100%定尺；（3）生产效率提高;（4）对导卫和孔型无冲击，不缠辊；（5）尺寸精度高。目前切分轧制得主要方法是轮切法和辊切法，轮切法是用特殊孔 型将轧件轧成预备切分的形状，在轧机出口安装不传动得切分轮，利 用侧向力将轧件切开。辊切法是利用特殊得孔型在变形得同时将轧件 切开。切分轧制得优点有：（1）大副提高产量；（2）扩大产品规格范围，最小规格为14mm时，采用切分轧制 可以生产10mm规格的。（3）在相同条件下，切分轧制可以将钢坯加热温度降低40度左 右，燃料消耗可以降低15%左右，轧辊消耗可以降低15%左右。