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　　新的棒材盤卷生產(chǎn)線須要提高整個(gè)軋制流程的多功能性和靈活性，既要考慮盤卷的特性(如規(guī)格和尺寸是否實(shí)現(xiàn)便捷存儲和運(yùn)輸)，又要考慮材料的特性(如材料是否匹配下游的設(shè)備、材料的性能是否滿足客戶的個(gè)性化要求、是否可以進(jìn)行預(yù)備熱處理滿足不同的需求等)。

　　國外新開發(fā)的棒材盤卷生產(chǎn)線滿足了上述需求，其主要依靠設(shè)備的設(shè)計(jì)和先進(jìn)的工藝控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對影響盤卷質(zhì)量的基本工藝參數(shù)的控制和操作。

　　由于下游用戶對棒材盤卷質(zhì)量要求的不斷提高，棒材盤卷工藝路線的重要性逐漸凸顯。因此，鋼鐵企業(yè)不斷努力提高棒材盤卷質(zhì)量，并通過工藝改善獲得合適的產(chǎn)品。同時(shí)，市場條件也迫使鋼鐵企業(yè)以不同的鋼種(普碳鋼、特殊鋼和不銹鋼等)、不同的盤卷形狀(圓坯、方坯、角鋼、小扁鋼和鋼筋等)供貨。

　　注重總體布局

　　棒材盤卷設(shè)備主要安裝在最后一道工藝流程后，卷取機(jī)前通常是一個(gè)或者多個(gè)水箱和飛剪。水箱主要用于控制卷取溫度，而卷取溫度是控制盤卷成型和二次減徑的主要參數(shù)。水箱中配有高壓水噴嘴，可以冷卻棒材表面，提高鋼材均勻性并校準(zhǔn)溫度。

　　水箱之間存在著均溫段，以補(bǔ)償鋼材表面的溫度降低，阻止表面溫度超過臨界值，避免表面發(fā)生相變和溫度不均勻。通常來說，水箱是多股的，可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)產(chǎn)品到另一個(gè)產(chǎn)品的快速轉(zhuǎn)換，并保證棒材尺寸和冷卻單元合適的規(guī)格比例。正確的產(chǎn)品通道可以通過主控制臺自動(dòng)選取。

　　合適的溫度控制主要通過溫度循環(huán)控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，利用編輯程序和高溫計(jì)測量，實(shí)現(xiàn)溫度循環(huán)的信號反饋和輸送。溫度的控制主要用于校對卷取溫度，并減小開坯頭部和尾部的溫度差異。飛剪的主要功能在于切去頭部和尾部(包括長度尺寸優(yōu)化)、裝貨剪取，或者根據(jù)需要進(jìn)行取樣剪取。

　　流程自動(dòng)化保證高質(zhì)量

　　自動(dòng)化控制是影響卷取成型的重要因素，沒有合適的自動(dòng)化控制，不可能獲得高質(zhì)量的盤卷(包括規(guī)格、密度和材料的質(zhì)量等)。成型盤卷達(dá)到3.5噸時(shí)，卷取機(jī)要選用足夠大的規(guī)格，能夠纏繞足夠大的盤卷，以保證操作過程的穩(wěn)定性，這個(gè)對于非捆綁式盤卷尤為重要。因此，利用合適的振動(dòng)循環(huán)和可用的物理空間進(jìn)行盤卷卷取非常必要，超速、低速和振動(dòng)周期等卷取參數(shù)至關(guān)重要?；菊駝?dòng)參數(shù)的可調(diào)性可以保證盤卷形狀的規(guī)格不會隨著鋼種的變化而改變。事實(shí)上，用于低碳鋼產(chǎn)品生產(chǎn)的振動(dòng)參數(shù)，當(dāng)用于生產(chǎn)合金鋼時(shí)，必須進(jìn)行參數(shù)的修正。因此，選取合適的設(shè)備尤其重要。

　　軟件模型助力工藝控制

　　長材性能預(yù)測軟件既可以實(shí)現(xiàn)熱軋棒線材離線溫度、微觀組織和最終力學(xué)性能的預(yù)測，又可以實(shí)現(xiàn)軋制和最終冷卻過程中長材溫度的計(jì)算，適用于多種鋼種的生產(chǎn)，包括碳鋼、高合金工具鋼、不銹鋼、鎳合金和鈦合金等。

　　利用長材性能預(yù)測軟件，各種碳鋼在軋制過程中的微觀組織演變和最終的力學(xué)性能都可以計(jì)算。該軟件的使用，對于現(xiàn)存流程的研究(如設(shè)備維修、鋼種更新等)和全新流程的設(shè)計(jì)來說，都是合適的開發(fā)工具。通過特定布局、主要流程和軋制參數(shù)的描述(如化學(xué)成分、初始板坯性能、每臺設(shè)備的軋制參數(shù)、壓下量、軋制速度和傳熱條件等)可以實(shí)現(xiàn)主要冶金參數(shù)和熱參數(shù)的控制，通過軟件的模擬可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中再結(jié)晶行為、變形奧氏體晶粒尺寸和析出硬化條件的分析。

　　該軟件主要輸出奧氏體分解圖、隨后冷卻的混合分解圖和非等溫冷卻曲線，其輸出結(jié)果可以用于計(jì)算特定軋制規(guī)格、化學(xué)成分的材料的典型特性，包括顯微組織成分、硬度、抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度等。

　　盤卷形狀精確控制

　　盤卷的形狀與用戶的需求密切相關(guān)，而影響質(zhì)量的兩個(gè)方面至關(guān)重要：一是盤卷本身的形狀(高度和相對密度)，二是盤卷內(nèi)環(huán)的構(gòu)成和位置。

　　盤卷的規(guī)格主要靠機(jī)械和自動(dòng)化協(xié)同控制。此外，生產(chǎn)線采用兩個(gè)螺旋輸送管道，一個(gè)用于小規(guī)格產(chǎn)品，一個(gè)用于大規(guī)格產(chǎn)品，從而可以獲得更加緊湊的盤卷。另外，生產(chǎn)線還可以通過對卷取參數(shù)進(jìn)行合適的修改獲得不同密度的盤卷。應(yīng)當(dāng)注意的是，當(dāng)卷取棒材的直徑達(dá)到20mm時(shí)，還可以獲得超過 3500kg/m3的盤卷密度，從而獲得較高的盤卷密實(shí)度。因此，棒材盤卷生產(chǎn)商可以提供達(dá)到3.5噸的超重盤卷，且結(jié)構(gòu)緊湊，易于下游加工流程的運(yùn)輸和處理。

　　在一些設(shè)備中，生產(chǎn)線還設(shè)置了激光自動(dòng)化控制，可以調(diào)整輸送的速度和螺旋管的上升，從而保證理想的填充特點(diǎn)。對于特定形狀的棒材，例如角鋼、方鋼和扁鋼，考慮到下游設(shè)備，成型過程必須精確控制。但是，對于側(cè)邊或者側(cè)面角鋼的成型，主要取決于可用的拉絲工藝。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，在螺旋管的進(jìn)口邊會安裝一個(gè)特殊的設(shè)備，通過與輸送夾送輥的自動(dòng)同步保證棒材傾角和輸送位置的精確控制，

　　該生產(chǎn)線主要的角鋼的規(guī)格為13.0mm~52.5mm，扁鋼和矩形鋼軋制的尺寸從(51.5~61.5)mm×(8、9、11)mm到72mm×16mm。

　　減少缺陷提質(zhì)量

　　在軋制過程中，熱軋棒材的表面缺陷是影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵問題之一。如果在軋材中出現(xiàn)表面缺陷，很容易在后續(xù)的二次成型過程中，尤其是拉絲過程中，形成嚴(yán)重的生產(chǎn)缺陷。這種缺陷的早期發(fā)現(xiàn)十分必要，但并不容易，其可能在原始坯料中就已經(jīng)存在，例如角部裂紋、截面上冶金過程或者化學(xué)成分的不均勻等。這種現(xiàn)象在棒材盤卷生產(chǎn)過程中是不可避免的，但可以大幅度減少。歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 10221-1995對熱軋圓棒材的表面質(zhì)量有明確的要求，該標(biāo)準(zhǔn)也可以應(yīng)用于方鋼、六角鋼和八角鋼產(chǎn)品。盡管該標(biāo)準(zhǔn)主要應(yīng)用于工程用鋼，但也可以用于普通結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼等產(chǎn)品。

　　國外已經(jīng)開發(fā)出一項(xiàng)特殊的技術(shù)，在軋機(jī)或者卷取機(jī)的一些關(guān)鍵點(diǎn)上安裝特殊的設(shè)備，用于控制、限制甚至有時(shí)可以避免表面缺陷的產(chǎn)生。此外，在傳輸槽和水箱里，軋輥可以對棒材起支撐作用，從而防止棒材的滑落和劃傷，還可以防止冷卻水嘴的磨損而影響冷卻效率。水箱里的支撐輥可以保證棒材處于冷卻設(shè)備的中間，從而保證棒材截面冷卻的均勻性。同時(shí)，輸送管的設(shè)計(jì)也可以避免盤卷材料與機(jī)器零件之間的摩擦。

　　技術(shù)人員還開發(fā)了可以分析熱軋過程中小截面和圓面坯料表面是否有不均勻現(xiàn)象的檢測裝置，應(yīng)用該裝置的高功率固態(tài)燈光和高分辨接收系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對整個(gè)表面的檢查。同時(shí)，專有的圖像識別算法可以找出任何表面缺陷。

　　不管是針對局部的，還是散布的缺陷，例如接縫處、折疊、裂片、結(jié)疤、裂紋和周期出現(xiàn)的缺陷標(biāo)記，該項(xiàng)技術(shù)均可以提高表面缺陷的識別率。該裝置的主要特點(diǎn)是可以在線工作，可以實(shí)現(xiàn)材料表面的100%檢查。光學(xué)檢測系統(tǒng)安裝在保護(hù)環(huán)境內(nèi)，并通入強(qiáng)氣流以除塵和除去氧化鐵皮，保證了清潔的檢測過程。

　　該裝置的安裝使產(chǎn)品的質(zhì)量和整個(gè)流程的生產(chǎn)率都得到提高。此外，由于不再需要離線檢測，還節(jié)省了人力。該項(xiàng)技術(shù)適用于快速移動(dòng)目標(biāo)的檢測，同時(shí)還提供傳統(tǒng)的2D圖像，以便于即時(shí)檢查。此外，還有可能獲得3D圖像信息，可以存儲整個(gè)棒材生產(chǎn)的數(shù)據(jù)以便離線分析。

　　該裝置可以檢測到的橫向最小缺陷尺寸為0.2mm，縱向最小為0.2mm~0.7mm。

　　加熱爐保證理想微觀組織

　　環(huán)形加熱爐主要用于軟化退火(使材料軟化以利于機(jī)加工)或者固溶退火，很多鋼種可以在爐子里進(jìn)行熱處理，主要處理不銹鋼，還包括普鋼和特殊鋼等。

　　在環(huán)形加熱爐的出口處，有一個(gè)多步的水槽，可以實(shí)現(xiàn)奧氏體不銹鋼的快速淬火。由于奧氏體不銹鋼的碳含量較低，合金不需要固溶退火，但通過熱處理可以獲得最大的耐腐蝕性能?？紤]到環(huán)形加熱爐的尺寸，生產(chǎn)批數(shù)小于名義批數(shù)時(shí)，會明顯影響整個(gè)生產(chǎn)率。另外，熱處理的差異可以很容易通過單一部分的合適控制進(jìn)行處理。

　　使用環(huán)形加熱爐主要的工藝目的是獲得均勻的微觀組織和適宜的晶粒尺寸(一般接近于ASTM 5)，為后續(xù)的拉絲和冷鐓過程做準(zhǔn)備。加熱溫度在 700℃~1180℃時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)鐵素體鋼和馬氏體鋼的加熱。這樣一來，就可以在線實(shí)現(xiàn)再結(jié)晶退火和等溫退火，而不需要進(jìn)行中間存儲。這樣可以獲得與離線熱處理同樣好的性能，還節(jié)約了熱軋卷加熱的能源。

　　盤卷的另一種熱處理是在線隧道爐加熱。在這種情況下，盤卷直接輸送到煤氣加熱爐中。根據(jù)鋼種的要求，為了保證最終理想的顯微組織，盤卷的加熱條件和保溫時(shí)間是規(guī)定的。隧道爐加熱后，快速水冷系統(tǒng)對盤卷進(jìn)行冷卻。

　　對于環(huán)形加熱爐和在線隧道爐來說，其基本理論和設(shè)備都是一樣的，只是被加熱鋼材的流動(dòng)方式變了，其中一個(gè)是循環(huán)流動(dòng)，另外一個(gè)是直線流動(dòng)。爐子的選擇通常取決于設(shè)備安裝的空間和生產(chǎn)率的要求。

　　熱處理設(shè)備避免離線處理

　　出于經(jīng)濟(jì)和環(huán)?？紤]，能源節(jié)約是當(dāng)代制造業(yè)主要考慮的因素，而軋后材料的熱處理是需要考慮的能源節(jié)約工序。

　　卷取機(jī)下游的主要設(shè)備是風(fēng)扇、保護(hù)罩、水槽和環(huán)形加熱爐。這些設(shè)備的主要優(yōu)點(diǎn)是可以減少或者避免離線處理，減少了成品盤卷的處理，保證高的成品質(zhì)量。同時(shí)，由于產(chǎn)品不需要轉(zhuǎn)移而節(jié)約了時(shí)間和能源，還降低了成本。

　　盤卷利用風(fēng)冷并不是直接改變熱軋材的物理和力學(xué)性能，而是控制冷卻過程中表面氧化鐵皮的形成、減少或者避免粗大微觀組織的形成。采用盤卷風(fēng)冷最大的好處是可以將盤卷溫度快速降到一個(gè)合適的溫度，以便于捆結(jié)和壓實(shí)機(jī)的操作。

　　可拆卸保溫罩可以實(shí)現(xiàn)離線退火處理，甚至為矯直過程準(zhǔn)備材料。然而，保溫罩下緩冷處理很難獲得像離線加熱爐退火處理后獲得的力學(xué)性能。在離線加熱爐里，盤卷的溫度可以通過燒嘴嚴(yán)格控制。緩冷技術(shù)的主要作用是保證盤卷所有部分的表面硬度均勻。沒有這項(xiàng)技術(shù)，盤卷的外層可能由于高的冷卻速度而獲得較高的硬度。通過緩冷處理，盤卷可以獲得較好的成型性能(硬度較低)，而與傳統(tǒng)空冷相比，其內(nèi)部殘余應(yīng)力較低。

　　水槽進(jìn)行固溶處理

　　緊接著卷取機(jī)安裝的水槽可以實(shí)現(xiàn)盤卷成型后的快速水冷。該流程使奧氏體不銹鋼的處理成為可能。奧氏體不銹鋼的敏化作用主要與Cr元素向晶界的擴(kuò)散有關(guān)，擴(kuò)散容易形成Cr的碳化物，從而使晶界周圍存在貧Cr的區(qū)域。在這些區(qū)域，Cr的含量不到12%，這意味著鋼的耐腐蝕性能很難保證。最終得到的組織是奧氏體中伴隨著晶界處分布的大量的Cr的碳化物，當(dāng)材料與腐蝕性介質(zhì)接觸時(shí)，就會在晶界周圍形成選擇性腐蝕。

　　為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，通常采用固溶退火熱處理。這種熱處理方式主要通過將材料加熱到1050℃以上，保溫足夠長的時(shí)間，以保證從晶界析出的碳化物能夠溶于周圍的基體中。熱處理后，鋼材快速冷卻，通常直接浸入水中冷卻。

　　另一種熱處理方式是在1000℃~1100℃卷取后，直接將材料放入水中。由于取消了離線固溶處理，產(chǎn)品的成本將大大降低。需要注意的是，對于一些要求嚴(yán)格的鋼種，這種處理方式不能保證可以獲得與離線工藝相同的耐腐蝕性能。這種處理方式對于質(zhì)量要求不是很嚴(yán)格的材料十分有用。這種處理方式獲得的鋼的屈服點(diǎn)比退火爐方式略高，而延展性和耐腐蝕性略有降低。

　　固溶退火也可以用于雙相不銹鋼，尤其對于螺紋鋼。該生產(chǎn)線生產(chǎn)的螺紋鋼盤卷規(guī)格為14mm~40mm，可以充分滿足市場需求。