冷定径材车间设计(design of cold calibrate steel bar mill)

以热轧棒材或盘卷为原料，通过冷拔、剥皮、磨削方法生产冷定径材的车间设计。冷定径材的尺寸精度高，表面平滑、光亮和无氧化铁皮，又称银亮钢材。它主要用于军工、机械、汽车、矿山和农机等各工业部门。车间设计原则和方法见轧钢厂设计。

简史20世纪40年代，冷定径材仅在某些特殊钢厂生产，并常与轧钢厂的精整工序结合在一起，主要采用链式冷拔机和无心磨床生产，其热处理设备多用车底式炉、室式炉或普通罩式炉。到50年代，设置了独立的定径材生产线并与热处理材结合形成定径热处理车间。

中国于50年代在齐齐哈尔钢厂建成了第一个定径热处理车间，之后一些钢厂，如首钢、抚顺钢厂等，都相继建成了定径热处理车间。1985年大连钢厂建成中国第一个现代化的冷定径材车间。

设计规模和产品方案主要根据市场需求，产品规格、品种和钢种确定。

设计规模一般为1～2万t／a。主要设备包括冷拔机、剥皮机、无心磨床和热处理炉等，都是单体设备，可以任意选配。产品品种有冷拔定径材、剥皮材和磨光材等。(1)冷拔定径材。规格为巾5～40mm；钢种有碳素结构钢、优质碳素结构钢和合金钢。(2)剥皮定径材。规格为串6～80mm；钢种有高速工具钢、轴承钢、弹簧钢、合金结构钢和碳素钢。(3)磨光定径材。一般为冷拔材或剥皮材的再磨削材。

工艺流程根据定径材的钢种、原料种类、产品规格和用户的要求进行选择。

(1)以热轧棒材为原料生产剥皮材。合格的热轧棒材按钢号、炉罐号和规格存放，需热处理的棒材用喷丸法或酸洗法除去表面的氧化铁皮，再在有保护气体的辊底式炉内进行热处理，然后经多辊矫直机矫直，消除热轧或热处理时产生的弯曲，使钢材的弯曲度不大于1mm／m。为了使钢材顺利地通过后面的机组，须在倒棱机上倒去端头的毛刺，再经联合探伤机组进行无损探伤，一般用漏磁法和超声波法分别检验钢材的表面缺陷和内部缺陷，并自动进行标记和分选，合格的钢材在棒材剥皮机上剥皮，剥皮深度为0．5～2．5mm，剥皮后表面粗糙度R。值为1～2um，表面粗糙度要求更低的钢材可进行辊光或磨光，辊光后的R。值可以达到0．25～0．5um，最后涂以防锈油，包装入库。

(2)以热轧盘卷为原料生产剥皮材或冷拔材。盘卷按钢号、炉罐号和规格存放，需进行热处理的盘卷先用喷丸法或酸洗法除去表面的氧化铁皮，再在强对流冷却罩式炉内进行热处理，然后在盘卷剥皮机上或连续拉拔机上进行剥皮或冷拔，以生产直条定尺材，或卷材。剥皮的直条材可以进一步进行辊光以获得更低的表面粗糙度。冷拔材可在线进行涡流探伤以检验表面缺陷。冷拔直条材可以进一步进行磨光以消除表面缺陷。剥皮材和冷拔材、磨光材均涂以防锈油后包装入库。

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工艺设备选型其主要工艺设备包括热处理炉、矫直机、无损探伤设备、冷拔机、无心磨床和剥皮机等。

热处理炉热处理炉的炉型很多，应根据热处理材的数量、规格、力学性能和表面质量的要求进行选择。现代化的冷定径材车间选用强对流冷却罩式炉和带保护气体的辊底式连续热处理炉。

(1)强对流冷却罩式炉。为了提高冷却速度，缩短冷却时间，采用强制冷却装置进行冷却，内罩里通入经过冷却的氮气作为保护气体。这种炉子的特点是：温度均匀、效率高，保护气体耗量少，炉内气氛纯度高，可保证退火钢材表面无氧化和无脱碳。为适应小批量多品种的需要，一般炉子最大装料量不超过10t，炉台和炉罩的数量根据总处理量确定。

(2)辊底式连续热处理炉。按钢种和处理工艺的要求，沿炉长方向分成不同的段或室，以适应不同热处理制度的要求。必要时还设喷水、喷水雾或吹风的冷却室，以解决一些钢种淬火的要求。为了保证热处理材表面无氧化和无脱碳，还可以通入氮气或氢气作为保护气体。热处理时被处理的钢材摊开成排或小捆成排连续通过同样的温度区域，从而可以保证钢材各部位的温度均匀，达到同样的处理效果。一般辊底式连续热处理炉的小时产量为2～10t。

矫直机一般多选用多辊斜辊矫直机和二辊双曲冷leng线斜辊矫直机；多辊斜辊矫直机主要用于热处理和热轧棒材的矫直，矫直钢材规格一般为串12～80mm，矫直辊的倾角、辊距和矫直速度可以根据需要进行调整，矫直后钢材的平直度可以达到0．5～1．0mm／m。矫直机可以单独设置，也可以与探伤线或剥皮线组成联合机组，在联合机组中矫直机可以单独作业，也可联合作业。二辊双曲线斜辊矫直机一般用于冷拔后需要磨光棒材的矫直，棒材通过矫直辊时既旋转又前进，上下矫直辊面均与棒材接触，负荷均匀分布，因而矫直精度高、平直度可达1／5000(0．2mm／m)。

无损探伤设备一般选用漏磁一超声波联合探伤机组和涡流探伤装置。漏磁一超声波联合探伤机组用于棒材表面和内部缺陷的无损检验，可由矫直机、倒棱机、漏磁检验装置、超声波检验装置和上下料台架组成。根据检验钢材的规格不同，通过机组的速度为0．3～1．0m／s。涡流探伤装置一般设在连续冷拔机作业线上，用于检验冷拔材的表面缺陷，钢材通过速度为0．1～1．0m／s。

冷拔机有周期作业式冷拔机和连续式冷拔机。现代冷定径材车间大多选用连续式冷拔机，并在作业线上配备自动化的辅助设备，包括：给料、压尖、矫直、喷丸、冷拔、切断、收集或卷取等装备，组成一条自动控制的连续冷拔作业线。

无心磨床一般与冷拔机配套选用，主要用于冷拔棒材表面的无缺陷磨削，一般由上料、磨削和收集装置组成。磨削系统由前输送盘、磨头和后抛光盘组成，棒材通过磨头的砂轮时磨去表面的缺陷，再通过抛光盘进行辊压抛光。

剥皮机通常选用棒材无心剥皮机和盘卷无心剥皮机。前者用于热轧棒材的剥皮，以生产较大规格的表面无缺陷的冷定径材；后者用于热轧盘卷的剥皮，以生产较小规格的表面无缺陷的冷定径材。棒材无心剥皮机由上料、剥皮、二辊辊光和下料收集装置组成。所用坯料为矫直、探伤后的棒材，弯曲度不大于1．0mm／m。剥皮后棒材表面粗糙度R。值为1～2／zm，再经二辊辊光后R。值可以达到0．25～．5mm。盘卷无心剥皮机由开卷、矫直、定径、剥皮、剪切、二辊辊光和下料收集装置组成。当生产成卷剥皮材时，可以在机组后直接由卷取机卷取。当生产直条剥皮材时，剥皮后由定尺飞剪切成定尺。对于表面粗糙度值要求更低的剥皮材，可以进一步进行辊光或磨光，现在多采用前者。

车间组成和平面布置车间组成依规模和设备种类而异，一般由原料跨间，热处理跨间、冷加工跨间和成品库跨间组成。进行平面布置时，必须注意各类产品生产工艺流程的通畅，尽量避免流程路线的交叉和往返，合理利用车间面积。在布置方式上可以采用平行跨间的横向布置，也可以采用纵向布置或纵横混合布置。一般多采用平行跨间的横向布置。图2为冷定径材车间平面布置。

消耗指标每吨冷定径材的主要消耗指标为：金属(热轧材)1．08～1．11t，电力100～150kW•h，燃料0．34。

发展趋势(1)对冷定径材的尺寸精度和表面质量的要求愈来愈高，传统的冷拔材，特别是较大规格的冷拔材，逐渐被剥皮材所代替。(2)现代轧机生产的钢材精度高和用户的要求愈来愈严格，要求钢材进行无氧化和无脱碳热处理，因此冷定径材车间大多选用带保护气氛的热处理炉，如带保护气体的强对流冷却罩式炉和设有前后真空锁气室的保护气体辊底式连续热处理炉。