线材轧钢车间设计(design of wire mill)

以轧制坯或连续铸钢坯(简称连铸坯)为原料生产直径5～20mm线材的轧钢车间设计。在钢铁厂中有专业化的线材车间，也有与小型棒材结合的棒线材车间。线材俗称“盘条”或“盘圆”，除大量直接作为建筑材料和制作机械零件外，还用作拉丝原料。线材品种繁多，按钢种可分为碳素钢线材和合金钢线材两类。碳素钢线材又有软线和硬线之分。按断面形状分有圆形、方形、螺纹圆形、螺纹扁形等，绝大部分为圆形。在工业发达国家中，线材产量约占热轧钢线材总产量的6％～9％。车间设计的原则和方法见轧钢厂设计。

简史 1838年比利时创建二列横列式活套轧钢机轧制线材。以后相继发展了半连续式、多列式、连续式和适合于生产合金钢线材的小活套无张力多列式等形式的线材轧机。1966年美国摩根公司为加拿大斯太尔柯厂(stelco)设计制造了一套具有终轧速度为50m／s的45^。无扭精轧机组以及对终轧后温度进行控制冷却的斯太尔摩(stelmor)散卷控制冷却设备的第一代高速线材轧机，开辟了线材轧制的新阶段。到80年代中后期，国外线材轧机的轧制速度达120～140m／s，坯料断面达150×150mm～160×160mm，盘重达2500妇，轧机全线实现无扭轧制、低温(约950℃)轧制、温控轧制和多功能控制冷却技术。

中国于1935年在鞍山建设了第一套横列式线材轧机，1959年在湘潭钢铁厂建设了第一套连续式线材轧机，20世纪60年代以后设计建设了一批复二重式线材轧机。1979年在上海第二钢铁厂设计建成了第一套45。无扭转精轧机组。1987年马鞍山钢铁公司建成二线轧制速度达120m／s、盘重2000kg的高速线材轧机。1990年在通化钢铁公司设计建成国产45。高速无扭转线材轧机，轧制速度60m／s，盘重1065kg。

高速线材轧钢车间今后将采用低温轧制、控温轧制、精密轧制和组合式控制冷却等技术，以达到提高效率、节约能源、改善产品质量、扩大品种、节约各种消耗等目的。

坯料选择 坯料有轧制坯和连铸坯两种，优先选用连铸坯。其断面尺寸为80mm×80mm～160mm×160mm，长度小于22m，单重最大为2500kg，主要根据轧机的型式、最高轧制速度、轧机架数和采用的平均延伸系数来确定。

设计规模与产品方案 设计规模根据轧机类型、轧制速度和线数(表1)确定。复二重式线材轧机因劳动条件差，轧件头尾温差大，产品质量差，已趋于淘汰，在现代化线材车间设计中已不采用。

线材的钢种主要有低碳钢、高碳钢、焊条用优质碳钢、铆螺钢、弹簧钢、轴承钢、工具钢、合金结构钢和不锈钢等；其中以碳素钢为主。碳素钢线材又有硬线、软线之分。硬线为高碳钢线材，主要用作高强度钢丝原料；软线为低碳钢线材，主要用作建筑材料。产品尺寸为直径5～20mm，根据市场需要并结合车间设备性能确定。

图1   高速线材轧机生产线材的工艺流程图

工艺流程 根据产品方案、交货技术条件和轧机类型确定。高速线材轧机工艺流程包括钢坯准备和加热、轧制、冶金质量控制、成品检验入库四个步骤。其主要特点是连续无扭轧制和散卷控制冷却。图1为高速线材轧机生产线材的工艺流程图。

工艺设备选型 主要包括加热炉、轧钢机、剪断机、控制冷却设备和盘卷处理系统等的选择。

(1)加热炉。有推钢式和步进式两种。步进式加热炉根据炉底结构不同有步进底式、步进梁式与底梁组合式。根据不同坯料断面尺寸和产量选用。

(2)轧机。线材轧机机架数量较多，通常将其分为粗轧机组、中轧机组、预精轧机组和精轧机组。轧机形式的选择包括轧机布置形式和结构形式，在通常情况下二者是相匹配的，主要是根据生产的品种、质量、轧制速度、生产规模和所确定的工艺流程选择。线材轧机多为二辊、水平辊或立辊轧机，水平辊轧机价格便宜。现代高速线材轧机布置形式多为连续式。

现代高速连续式线材轧机的粗轧机和中轧机的形式选择主要是根据产品大纲。生产普通钢线材时，当产品表面质量和尺寸精度要求不太高，轧制过程中轧件可以扭转时，可以选用水平辊轧机；当产品质量要求较高时，粗轧机和中轧机的前几架采用水平辊轧机，中轧机的后几架选用水平辊轧机和立辊轧机交替布置；当产品表面质量和尺寸精度要求很高和生产合金钢线材时，要避免轧件在轧制过程中扭转，因此需选用水平辊轧机和立辊轧机交替布置。预精轧机选用水平辊轧机和立辊轧机交替布置。精轧机组采用高速无扭整体式，又称布劳克(block)轧机，有二辊式和三辊式两类，二辊式轧机辊轴中心线与水平线一般成45^。角，也有的成75^。／15^。角布置，而相邻轧辊轴线成90^。角交替配置，一般称为45^。(75^。／15^。)无扭线材精轧机，轧制过程中轧件没有扭转，最高轧制速度为120～140m／s。三辊丫形精轧机是机架内由三个盘式轧辊组成孔型，每个盘辊之间成120^。，各架交替呈丫一人配置。这种轧机适合于生产高精度的高合金钢和有色金属线材，最高轧制速度约60m／s。所有高速无扭精轧机组均由8～10对轧辊组组成，集中传动。

(3)剪机。有轧制过程中的切头飞剪、事故剪、碎断剪和精轧前的切头切尾剪。轧制过程中的切头飞剪多采用回转式飞剪，事故剪多采用双刀刃拉剪或鸭嘴剪，精轧前的切头切尾飞剪多采用高速飞剪。

(4)控制冷却设备。广泛采用的是斯太尔摩控制冷却设备。线材从精轧机轧出后穿过水冷段进行快冷，再进入散卷冷却运输设备，按不同钢种控制冷却速度，以达到所要求的结晶组织和沿线材全长的均匀性能。为适应不同钢种的需要，斯太尔摩控制冷却设备有标准型、缓慢冷却型和延迟冷却型三种。标准型适用于高碳钢线材。缓慢冷却型适用于要求线材具有退火组织，以便于冷变形加工和需要缓慢冷却的合金钢线材。延迟冷却型适用于在继续冷加工时需要延伸性能好的线材。

现代高速线材轧机广泛采用标准型与延迟型相结合的控制冷却设备，其中以摩根大风量多阶落差辊式控制冷却设备最为典型，三种控制冷却设备性能参数(从800℃冷到550℃)如表2。

控制冷却后的高碳钢线材每一卷内的抗拉强度变化为9．8～14．7MPa。高碳钢线材最小抗拉强度为950．6～1156．4MPa，断面收缩率为20％～38％；中低碳钢抗拉强度为411．6～700．2MPa、断面收缩率为49％～74％。

(5)盘卷处理系统。包括运输、取样、压紧打捆、称重和卸卷。在不需要切头和不需要连续检验时采用纵向钩的单线系统，线卷水平地套在钩子上，用积放式盘卷运输机运输。

在检验要求高，以及为提高轧机操作的灵活性而需要缓冲的情况下，采用循环运输系统，这种系统当线卷压紧装置发生故障时还可继续轧制半小时，线卷以循环的形式送至压紧装置和运转站。

积放式盘卷运输机(简称P＆F线，P＆F即Power＆Free Conveyer)有卧式和立式两大类型。卧式的又分为纵钩和横钩两种，卧式横钩应用较广。P＆F正线是一种灵活机动、高效多功能的悬挂式运输设备，它能将运输、取样、压紧、打捆、检查、称重和卸卷多种工序连接起来，形成一个完整的可控的高度自动化系统。

车间组成与平面布置 车间组成通常包括钢坯跨间、轧机跨间、成品跨间及主电室、轧辊机修间等。其平面布置主要是根据拟定的轧制工艺和相应确定的主辅设备作合理的布置。现代化高速线材轧机不安置在地坪标高上，而是把基础抬高，从加热炉区至集卷区为两层，工艺操作设备布置在约+5m平台上，设备基础、铁皮沟、润滑和液压设备、通风设备、导卫间、电缆通道、各种管道和其他辅助间等布置在车间地坪(士0.0)上，这样有利于基础施工和氧化铁皮沟、各种管道和电缆通道的敷设。钢坯跨间和成品跨间可以因地制宜布置，并留有发展余地。图2为高速线材车间平面布置。

消耗指标 高速线材轧机生产1吨线材的主要消耗指标为：钢坯1．043～1．044t；燃料1．3～1．46GJ；电力125～150kW•h。

图2      高速线材车间平面布置图

1-钢坯加热炉；2-粗轧机组；3-飞剪；4-中轧机组；5-预精轧机组；6-飞剪；7-精轧机组；

8-水冷装置；9-散卷冷却运输线；10-线卷收集装置；11-压紧打捆机；12-盘卷秤；13-卸卷站