綠色低耗獨(dú)立傳動式高速線棒材模塊軋機(jī)的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用

一、研究的背景與問題隨著國內(nèi)鋼鐵工業(yè)供給側(cè)改革、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、國標(biāo)升級等政策的實(shí)施，線材行業(yè)向高品質(zhì)、低能耗、綠色化發(fā)展的步伐不斷加快。但長期以來受工藝技術(shù)及裝備水平等影響，國內(nèi)線材高速軋機(jī)裝備技術(shù)在提高產(chǎn)品品質(zhì)、降低軋制能耗及降低生產(chǎn)成本等方面進(jìn)步緩慢。主要體現(xiàn)在：1）軋制能力小，不能適應(yīng)低溫軋制。2）軋機(jī)剛性差，產(chǎn)品尺寸波動大。3）受制于傳統(tǒng)集中傳動型式，工藝孔型設(shè)計(jì)及變形制度不靈活，軋機(jī)高速運(yùn)行穩(wěn)定性差，設(shè)備空載消耗及輥環(huán)消耗高。4）高速線材終軋機(jī)組速度高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對設(shè)計(jì)、制造和裝配要求極高，創(chuàng)新開發(fā)難度極大，而進(jìn)口裝備費(fèi)用高、供貨周期長、備件及維護(hù)費(fèi)用高，嚴(yán)重制約國內(nèi)高速線材生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展。針對高速線材行業(yè)轉(zhuǎn)型升級存在的核心問題，本項(xiàng)目以高品質(zhì)、低能耗及綠色化線材高速軋機(jī)裝備技術(shù)為目標(biāo)，創(chuàng)新性的提出了獨(dú)立傳動的模塊化高速軋機(jī)裝備技術(shù)理念，開發(fā)了全新的線材綠色、低耗獨(dú)立傳動式模塊化高速軋機(jī)工藝、裝備及控制技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，提高了線材生產(chǎn)的靈活性，提升了產(chǎn)品品質(zhì)，降低了能耗及生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)了線材的綠色低耗生產(chǎn)。二、解決問題的思路與技術(shù)方案圖1

綠色低耗獨(dú)立傳動式高速線棒材模塊軋機(jī)的研發(fā)技術(shù)路線為解決高速線材行業(yè)所存在的痛點(diǎn)問題，中冶賽迪高速線材技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)顛覆傳統(tǒng)的集中傳動技術(shù)思維，以獨(dú)立傳動的模塊化高速線材生產(chǎn)技術(shù)為關(guān)鍵，通過對高速獨(dú)立傳動軋制過程金屬變形、控軋控冷離線仿真、組織性能調(diào)控、模塊化高速軋制裝備及吐絲裝備、自動化控制等關(guān)鍵技術(shù)的研究，創(chuàng)新開發(fā)出了全新的線材綠色、低耗獨(dú)立傳動式模塊化高速軋機(jī)工藝、裝備及控制技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。三、主要創(chuàng)新性成果1、基于獨(dú)立傳動模塊軋機(jī)，開發(fā)了高靈活性、高適應(yīng)性的孔型系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對線棒高速軋制過程金屬變形的精確控制；探明了高速線材軋制工序軋件傳熱特點(diǎn)，建立了軋制工序軋件換熱模型，開發(fā)了控軋控冷離線仿真模型，實(shí)現(xiàn)了高速線材軋制工序溫度仿真；開發(fā)了高速線材及高速棒材柔性化組織性能調(diào)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了綠色低耗生產(chǎn)。圖2

不同道次軋制有限元分析圖3

典型規(guī)格高速線材控溫曲線圖4

軟件計(jì)算與實(shí)際測量對比曲線2、創(chuàng)新性提出了高速精軋機(jī)雙模塊化理念，開發(fā)出基于獨(dú)立傳動的模塊化高速軋機(jī)，形成了具有高互換性及高適應(yīng)性的超重載型250、230及高精度型150標(biāo)準(zhǔn)化軋機(jī)，實(shí)現(xiàn)了低溫軋制及高精度軋制。開發(fā)了單一速比及多速比齒輪箱，與標(biāo)準(zhǔn)化模塊軋機(jī)組合使用，實(shí)現(xiàn)了1拖1或1拖2的機(jī)組型式，縮短了傳動鏈，簡化了設(shè)備結(jié)構(gòu)，提高了機(jī)組高速運(yùn)行穩(wěn)定性，消除了空載電耗，降低了輥環(huán)消耗。圖5

輥箱耦合分析及剛度曲線圖6

模塊軋機(jī)振動模態(tài)分析3、建立了吐絲管曲線力能模型，開發(fā)了曲率光滑的吐絲管曲線，降低了線材運(yùn)行阻力；開發(fā)出吐絲頭非對稱轉(zhuǎn)子動力學(xué)分析軟件，實(shí)現(xiàn)了吐絲頭輕量化設(shè)計(jì)，解決了吐絲頭動平衡問題；采用阻尼減振裝置降低了吐絲機(jī)的振動幅值。開發(fā)了120m/s的20度傾角吐絲機(jī)，可實(shí)現(xiàn)更大規(guī)格范圍線材的低溫高速吐絲成圈。圖7

吐絲管曲線力能分析圖8

吐絲機(jī)轉(zhuǎn)子動力學(xué)分析4、開發(fā)了自適應(yīng)的動態(tài)速降補(bǔ)償技術(shù)，消除了高速軋制過程中咬鋼速降對軋制穩(wěn)定性的影響；開發(fā)了多機(jī)架速度同步控制技術(shù)，替代了傳統(tǒng)集中傳動精軋機(jī)的機(jī)械同步，保證了高速穩(wěn)定生產(chǎn)。圖9

基于獨(dú)立傳動的全模塊化軋機(jī)高線主控畫面四、應(yīng)用情況與效果本項(xiàng)目創(chuàng)新技術(shù)已成功應(yīng)用于江蘇亞盛、福建三山、新疆天山及寧夏建龍等國內(nèi)外30余家高速線材及高速棒材企業(yè)，產(chǎn)品累計(jì)銷售近170臺套。采用該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高速線棒材的低溫軋制，HRB400E盤螺的錳合金含量降低20%，平均電耗較集中傳動降低約5%，平均輥耗較集中傳動精軋機(jī)降低約15%。圖10

HRB400E顯微組織圖11

高速線材超重載及高精度模塊化軋機(jī)機(jī)組圖12

120m/s高速大傾角吐絲機(jī)組圖13

國內(nèi)首條全模塊化軋機(jī)高速線材生產(chǎn)線本項(xiàng)目成果已獲授權(quán)專利28項(xiàng)，其中發(fā)明專利9項(xiàng)，申請專利