壹、棒線材的種類和用途

  棒材：一種簡單斷面型材，一般以條狀交貨，斷面形狀有圓 形、方形和六角形，以及建筑用螺紋鋼筋(周期斷面)等;

  線材：熱軋產品中斷面面積小，長度長而且以盤卷狀 態交貨的產品，斷面形狀有圓形、方形、六角形和異型。 國外一般將棒材的直徑定義為9~300毫米，線材的直徑定 義為5~40毫米，呈盤卷狀態交貨的產品大直徑規格為40 毫米(現在已突破60mm)。 國內一般定義為棒材直徑為10~50毫米，線材一般為5~10 毫米。

  棒線材的用途十分，除了建筑用的螺紋鋼筋和線材等 被直接用作成品外，一般都要經過深加工才能制成產品。

  棒、線材的產品分類和用途

鋼 種	用 途
一般結構用鋼材	一般機械零件、標準件
建筑用螺紋鋼	鋼筋混凝土建筑
優質碳素結構鋼	汽車零件、機械零件、標準件
合金結構鋼	重要汽車零件、機械零件、標準件
彈簧鋼	汽車、機械用彈簧
易切削鋼	機械零件和標準件
工具鋼	切削刀具、鉆頭、模具、手工工具
軸承鋼	軸承
不銹鋼	各種不銹鋼制品
冷拔用軟線材	冷拔各種絲材、釘子、金屬網絲
冷拔輪胎用線材	汽車輪胎用簾線
焊條鋼	焊條

  市場對部分棒、線材產品的質量要求和生產對策

鋼 種	市場需求	發展動向 對應生產措施
建筑用螺紋鋼筋	度、低溫韌性、耐鹽蝕	嚴格控制成分
機械結構用鋼	淬火時省去軟化退火，調質可以提度	軟化材料（控制成分、控軋控冷）減少偏析
彈簧鋼	度、耐疲勞	嚴格控制成分，減少夾雜
易切削鋼	提高車削效率和刀具壽命	控制夾雜物
冷加工材	減少冷鍛開裂、減少拉拔道次、省略軟化退火	消除表面缺陷、高精度軋制、軟化材料
硬線、輪胎用線材	減少斷線、提度	消除表面缺陷和內部偏析、控制冷卻、嚴格控制成分

  貳、線、棒材的生產特點和生產工藝

  棒、線材的生產特點：棒、線的斷面形狀簡單，用量巨大，適合于大規模的專業化生產。棒、線材的斷面小、長度大，要求尺寸精度和表面質量高。由于軋件長度大，軋制時間長，軋件終軋溫降大， 易造成軋件頭、尾尺寸公差不一致，并且性能不均。

  2.1

  坯料：

  棒、線材的坯料現在各國都以連鑄坯為主，對于某些特殊鋼種有使用初軋坯的情況。目前生產棒、線材的坯 料斷面一般為方形，邊長大多為120~150毫米，長可以達到22米。 連鑄可以明顯節能、提高產品質量和收得率，已經在普通鋼種上得到了得應用，但是對于硬線產品和機械結構用鋼，由于中心偏析和壓縮比不足連鑄質量難以保證。但是 隨著電磁攪拌、低溫鑄造等技術得進步，使這些鋼種也可以 采用連鑄坯進行生產了。

  2.2

  加熱：

  現代化的棒、線材軋制生產中，軋制速度很高，軋制過 程中溫降較小甚至出現升溫，所以棒、線材生產時坯料加熱 溫度較低。加熱時要嚴防過熱過燒，盡量減少氧化鐵皮。對 于易脫碳得鋼種，要嚴格控制高溫段停留時間，采用低溫、 快熱、快燒等措施。

  現在棒、線材生產一般是用步進式加熱爐加熱，由于坯料較長，爐子較寬，為保證尾部溫度，采用側進側出的方式。 步進式加熱爐相對于推鋼式加熱爐具有以下優點：

  (1)勞動強度低，不易發生拱鋼、粘聯的事故;

  (2)生產能力大，爐長不受推料比的限制;

  (3)加熱質量好，坯料在爐內得運行速度可以精確控 制，可以避免受熱不均和過燒得出現，當軋機發生故障時， 可以將坯料退出爐膛，同時也可以有效得避免坯料表面劃 傷;

  (4)加熱的品種多，生產靈活;

  (5)自動化程度高，與現代軋機配合好。 但步進式加熱爐也存在著結構復雜，投資大的缺點。

  2.3

  軋制：

  為提高生產效率和經濟效益，適合棒、線材的軋制方式是連軋。連軋時一根坯料同時在多機架中軋制，在孔型設計和軋制規程設定時要遵守各機架間金屬秒流量相等的原則。在棒、線材軋制過程中，前后孔型要交替壓下軋件的高向和寬向，所以軋輥軸線全水平布置的連軋機，在軋制中將會出現前后機架間軋件扭轉的問題，這比較容易導致軋件表面被扭轉導位劃傷和軋制不穩定的問題。所以較先進的棒、 線材軋機一般采用平立交替的布置形式?，F代化的棒材車間 機架數一般多于18架，線材軋制的機架數為21~28架。

  2.4

  棒、線材的冷卻和精整：

  由于棒材軋制時，軋件的終軋溫度較高，為了保證產品質量，所以要進行控制冷卻，冷卻的介質有風、水霧等。即使對于一般的建筑用鋼材，冷床也需要較大得冷卻能力。

  線材精軋后的溫度很高，為了保證產品質量要進行散卷控制冷卻，根據產品的用途有珠光體型控制冷卻和馬氏體型控制冷卻。

  叁、棒、線材軋機的布置形式

  棒、線材軋機布置經歷了橫列式軋機、半連續式軋機、 傳統連續式軋機、Y型三輥式線材精軋機組、現代棒線材 軋機組五個發展階段。

  3.1

  橫列式軋機

  早的棒線材軋機都是橫列式軋機。橫列式軋機有單列 式和多列式之分，如圖3.1，單列式軋機是傳統的軋制方法， 單列式軋機由一臺電機驅動，軋制速度不能隨軋件直徑的減小而增加，這種軋機軋制速度低，線材盤重小，尺寸精度差，產量低。為了克服單列式軋機速度不能調整的缺點，出現了多列式軋機，各列的若干架軋機分別由一臺電機驅動，使精軋機列的軋制速度有所提高，盤重和產量相應增大，列數越多，情況越好。

  3.2

  半連續式軋機

  半連續軋機是由橫列式機組和連續式機組組成的。早期的形式見圖3.2，其初軋機組為連續式軋機，中、精軋機組 為橫列式軋機。粗軋機組是集體傳動，指導思想是：粗軋對 成品的尺寸精度影響很小，可以采用較大的張力進行拉鋼軋 制，以維持各機架間的秒流量，這種方式軋出的中間坯的頭 尾尺寸有明顯差異。

  3.3

  傳統連續式軋機

  傳統的連續式軋機主要是集體傳動的水平輥底座，對線材進行多線軋制，其基本形式見圖3.3。由于這類軋機在軋制過程中存在著扭轉翻鋼，所以軋制速度一般不高在20~30米/秒。

  現在棒材生產中還常見這種軋機，但線材生產中已被淘汰。

  3.4

  現代化棒材軋機

  近年來國內外新建棒材生產線大都采用平、立交替布置的 全線無扭軋機。粗軋機組采用易于操作和換輥得機架，中精軋機采用短應力線高剛度軋機，電氣采用直流的單獨傳動或者交流變頻傳動。采用微張力和無張力控制，配合合理的孔型設計，使軋制速度提高，產品精度提高，表面質量改善。

  圖3.4 型、棒材一體化節能型軋機車間布置圖：

  0-鋼包爐，1-鋼包回轉臺，2-連鑄機，3-鋼坯冷床，4-熱儲存裝置，5-冷上 料臺駕，6-步進式加熱爐，7-粗軋機組，8-中軋機組，9-精軋機，10水冷 裝置，11-分段剪，12-冷床，13-多條矯直機和連續定尺冷飛剪，14-非 磁性全自動堆垛機，15-打捆機和稱重裝置。它采用了直接熱裝的短流程節能軋機設備布置。

  圖中所示中廠房設備的主要參數為：

  ⊙原料規格：120*120*12000毫米和150*150*12000毫米;

  ⊙產品規格：圓鋼12~60毫米，螺紋鋼10~50毫米;

  ⊙扁鋼(25*5)毫米~(120*12)毫米;

  ⊙角鋼(45*28*4)毫米~(100*80*10)毫米;

  ⊙槽鋼(50*37)毫米~(126*74)毫米;

  ⊙六角鋼13 ~53毫米; 方鋼12 ~50毫米;

  ⊙工字鋼100 ~126毫米。

  ⊙鋼種：低碳鋼、中碳鋼、低合金鋼、齒輪鋼和彈簧鋼;

  ⊙年產量：40萬噸。

  圖3.5 高速圓鋼螺紋鋼小型軋機布置圖：

  (1)步進梁式加熱爐;

  (2)粗軋機組”水 平/垂直”布置的懸臂式軋機;

  (3)中軋機組，預應力高剛度 卡套式軋機;

  (4)無扭棒材精軋機組;

  (5)冷床高速上料 系統;

  (6)高速下料的齒條式冷床;

  (7)棒材剪切和 短尺收集系統;

  (8)冷剪設備;

  (9)棒材計數裝置;

  (10) 棒材自動打捆機。

  年產60萬噸，使用165*165*12000毫米坯料，產品6~40mm。

  圖3.6 多品種軋機設備布置圖：

  1-進梁式加熱爐;2-粗軋機組;6架懸臂式軋機;3-中軋機組，6架短應 力線式軋機;4-精軋機組，6架短應力線式軋機;5-水冷裝置;6120*14.7米 步進式冷床;7-精整系統：多條連續矯直、連續冷剪切、自 動堆垛、打捆和收集;8-短尺收集裝置

  該機組用于生產小型或者中型斷面型鋼(等邊、不等邊角鋼，槽鋼，扁鋼，工字鋼)，年產量約60萬噸。這種高度靈活的軋機可以有不同的組合方式(水平/垂直交替，， 可傾翻機架)，的利用18個道次的不同組合生產不同的產品。

  ⊙坯料規格：150*150*10000mm連鑄坯;

  ⊙產品規格：圓鋼18~80mm，螺紋16(2切分) ~59mm;

  ⊙等邊角鋼36*36mm ~100*100mm;

  ⊙槽鋼 50 ~100mm;

  ⊙扁鋼 50*6 ~150*10mm;

  ⊙鋼種：低碳、中碳、高碳、低合金和彈簧鋼;

  ⊙ 年產量：60萬噸;

  ⊙ 軋速：15m/s。

  步進梁式加熱爐

  以上機組都采用了上下對稱加熱的步進梁 式加熱爐，這種形式的加熱爐，鋼坯在整個加熱過程中基本 處于對稱加熱狀態。鋼坯加熱溫度均勻、質量好、無陰陽面、 加熱速度快、爐底強度高。

  與步進底式或梁底組合式加熱爐相比步進梁式加熱爐具有以下特點：

  ⊙ 適合于加熱各種鋼種和斷面的鋼坯;

  ⊙ 鋼坯在爐內的加熱時間短、脫碳少、氧化少、易于 爐底積渣。

  ⊙ 爐底強度高，在產量相同的條件下，爐子的長度短。

  在爐子的設計中采用以下幾項措施：

  ⊙ 采用數量的溫度控制段及合理的燒嘴選型和配置， 使坯料加熱溫度均勻;

  ⊙ 步進梁采用分段結構，前后步進梁通過不同步距的調 整，能滿足熱裝、冷裝和軸承鋼減少脫碳得要求;

  ⊙ 采用雙輪斜軌式步進機構，帶有良好的升降框架和平移的 定心裝置，易于調整。維修量少，運行可靠;

  ⊙ 采用懸臂輥出料，操作方便可靠，減少出鋼爐門開啟時 間，降低熱損失;

  ⊙ 采用金屬管狀空氣加熱器和金屬管狀煤氣預熱器$將空氣 預熱到約450度，煤氣預熱到約250度，有效地節約燃料消耗。

  懸臂式軋機

  懸臂式軋機是一種應用于小型材生產中的軋機，結 構如圖3.7所示，這種軋機有其特有的優越性，尤其是在空 間和初期投資都受限制的情況下更顯優勢。

  懸臂式軋機的輥環裝在一個直徑特別大、由合金鋼經熱 處理和磨床加工而成的懸臂輥軸上，這種設計能使輥軸承受大的軋制力而撓度很小。輥軸軸承由低壓油膜軸承支撐，由于這種軸承的厚度很小，因此能使輥軸的直徑增加，進而使懸臂式軋機特別堅固。雖為懸臂但其剛度卻能與雙支點相比 美，而不需要增加輥環的直徑。輥環借助一個在輥環套上的 一個螺絲機械定位，輥環和軸的對中是由一個液壓泵操作的錐形套來完成的，這樣的設計能消除傳動軸軸套與輥環之間的任何間隙!在整個軋制過程中保持軋機很好的剛性。

  這種軋機的優點是：

  ⊙設備質量輕、投資少，運行所需的備件費用低于 常規的雙支軋機。除去導位外其與常規軋機備件費用比值達 1：5;

  ⊙設備布置緊湊，廠房長度減小;

  ⊙設備維修少，在軋機的出口斷面為恒定時，是一種很好的生產辦法。但是在軋制硬鋼和要求在粗軋機出不同形狀的斷面時，懸臂式軋機的使用受到限制。在軋制特殊鋼時用的比較少。

  棒材計數裝置

  在打捆之前，鏈式運輸機將每一層的軋件橫移。棒材對 齊并且達到所要求的數量時，特殊設計的傳感器檢測到每一 批棒材的數量，并傳送到顯示裝置的加法器。不重疊不重讀。 在這一層操作的時候被下面的電磁鐵牢牢地吸住。當達到每 一捆所要求的數量后，一個升降的隔離板將棒材層分開。 在切成定尺后計數，并成排地將棒材運送到打捆站，打 捆、稱重、貼標牌、入庫存貯等。工作全部是自動化操作。

  肆

  棒、線材軋制發展方向

  ⊙連鑄坯熱裝、熱送或連鑄直接軋制;

  ⊙柔性軋制技術;

  ⊙高精度軋制;

  ⊙繼續提高軋制速度;

  ⊙低溫軋制;

  ⊙無頭軋制;

  ⊙切分軋制。

  雖然對于鋼材也可以使用連鑄坯生產，但是連鑄坯還無法保證穩定得提供無缺陷坯料，需要在冷狀態下對坯料進行表面和內部質量檢查。隨著精煉技術、連鑄無缺陷坯技術、坯料熱狀態表面缺陷 和內部質量檢查技術的進步，連鑄坯熱裝熱送將很 快得用于實踐并普及。 對于一般材質以及鋼材的棒線材連鑄坯直接軋制技術仍在研究之中。 連鑄坯熱裝熱送可以節約大量的人力、物力， 以連鑄坯650~800度熱裝熱送為例，可以提高加熱爐能力20%~30%，減少坯料氧化損失 0.2%~0.3%，節約熱能耗30%~45%,有巨大得經濟效益。

  4.1

  常見辦法目前有采用真圓孔型和三輥孔型

  嚴格控制軋件的高向和寬向尺寸，或者在成品孔型后設置專門得定徑機組以及采用尺寸 自動控制AGC系統等。 棒線材產品的尺寸精度目前可以達到 0.1mm，發展得目標是使棒線材得尺寸精度 達到0.05mm。

  4.2

  線、棒材的低溫軋制規程一般有兩種

  第一種是利用連軋機軋件溫降小或者升溫的特點，降低開軋溫度，從1050~1100度降至 850~950度，終軋溫度與開軋溫度相差不大，主要目的是為了節能，在排除了增加的電能消耗后，可以節能約20%。

  第二種是不僅降低開軋溫度，還降低終軋 溫度，將終軋溫度降低到再結晶溫度(700 ~800度)以下，除節能外，還可以提高產品 得機械性能，效果優于任何傳統的熱處理方法。

  采用快速焊接技術實現無頭軋制，無頭軋制的優點有：

  ⊙減少切損，可提高成材率1%~2%;

  ⊙100%定尺;

  ⊙生產效率提高;

  ⊙ 對導衛和孔型無沖擊，不纏輥;

  ⊙尺寸精度高。

  目前切分軋制的主要方法是輪切法和輥切切法是用特殊孔型將軋件軋成預備切分的形狀， 在軋機出口安裝不傳動得切分輪，利用側向力將軋件切開。輥切法是利用特殊得孔型在變形得同時將軋件切開。

  切分軋制得優點有：

  ⊙ 大副提高產量;

  ⊙ 擴大產品規格范圍，小規格為14mm 時，采用切分軋制可以生產10mm規格的。

  ⊙ 在相同條件下，切分軋制可以將鋼坯加熱 溫度降低40度左右，燃料消耗可以降低15%左右， 軋輥消耗可以降低15%左右。