德国乔治玛琳不锈钢管厂特钢棒材轧机改造

乔治玛琳不锈钢管厂对2001年投入使用的3辊减定径机组进行了改造和优化，包括安装尺寸控制系统，增加带载调节功能。优化后的机组在轧制尺寸精度和可重复性方面得到进一步改善。此外，原减定径机组的机架由5架扩展为6架。乔冶玛琳是世界上第一家使用此项先进技术的轧钢厂。

乔治玛琳不锈钢管厂（GMH）是欧洲具有领导地位的棒材、方坯、粗钢和光亮钢供应商，同时也是汽车工业及其零部件供应商。GMH生产的钢材用于制造链条、机械零件和液压部件，以及模锻造铸锭。GMH拥有电炉、二次冶炼设备、6流连铸机和棒材轧机、产品检查和矫直处理线，热处理线和光亮棒材生产线。

目前，GMH不得不面对炼钢和轧钢之间生产不匹配的问题。从棒材生产线工艺布置角度看，采用新一代3辊减定径机组，几乎完全可以解决这一问题。这样，GMH即可以将轧钢生产线与整座不锈钢管厂的生产计划同步考虑，从而极大缩短生产成本和工艺生产时间，而缩短的生产时间又使在制材料量减少，进而使零库存生产成为可能。

因此，企业的生产愿景可以描绘为：早炼钢-午铸钢-晚轧钢，第二天将成品棒材交给用户。这样的生产组织模式对于用户来说具有诸多优势。首先，用户购买到的产品具有最优的成本结构，可极大提高他们的市场竞争力；其次，拥有短时间内灵活组织任何规格和任何数量的棒材生产能力，使GMH可以轻松应对不同用户提出的各种订单需求。

1棒材生产线工艺布置

轧钢生产线于1956年投产，在长期投资战略框架下，不断优化改造，特别是自2000年以来，升级改造的目的主要是增加生产能力和提高产品质量，充分改善生产成本结构。该棒材生产线（图1）生产特钢棒材，目前年产75万t，产品主要用于模锻和汽车工业。圆钢规格为20-126mm，方钢规格为60-150mm。

240mm连铸方坯（最大2.9t）作为轧线来料。坯料在4m长步进式加热炉中加热，加热炉由ltalimpianti于2006年供货，加热能力为160th。

加热炉下游为25MPa高压水除鳞设备。

粗轧机组包括2架2辊可逆轧机：

·第1架，传动功率2400kW，辊径700mm，辊身长1900mm；

·第2架，传动功率1800kW，辊径600mm，辊身长1600mm。

粗轧机组下游分成并行的两条工艺路线，称为“粗线”和“细线”。“粗线”通过滑轨运送机与粗轧机连接，由2架相同的2辊可逆轧机和1架2辊精轧机（11号机架）组成，最后通过Kocks3机架精密定径机组（PSB）轧出大规格圆棒。

“细线”主要用来生产直径小于81mm的圆钢和60-70mm的方钢。“细线”由V-H布置的中轧机组（3和4号机架）和V-H-V-H布置的4辊精轧机组（5号至8号机架）组成。“细线”上的所有传动功率均为1000kW（辊径500mm）。8号精轧机架用于生产方钢。在5号机架上游布置1台200t切头剪。在下游布置1套Kocks双机架3辊减径机组，该机组于1991年安装，用来生产圆钢产品。减径机组采用2套独立的传动系统，每套系统传动功率为600kW。辊径为535mm。该机组可实现延伸率达1.26的轧制生产，且可调。

2001年，在轧线下游进行扩建，增加1套3辊减径机组，主要包括：水冷线，带传动系统的剪切和切头剪设备，除鳞设备，以及5机架减定径机组（RSB）。在该机组上游，布置1台20MPa除鳞设备和1套立式活套，可以实现无张力轧制。另外，此次扩建还配置了：

·2套激光直径测量仪；

·1套带传动系统的剪机；

·1套新的倾斜式冷床；

·在倾斜式冷床后的1套热锯；

·2套定尺切割砂轮；

·1套圆钢和方钢打捆设备和堆垛设备。

2减定径机组工艺技术

由弗瑞德瑞希考科斯公司（Friedrich Kocks GmbH＆Co KG）于2001年提供并安装的减定径机组（RSB）为5机架可调式轧机，辊径370 mm。该机组采用C模块化设计。与GMH原Kocks 3辊机组相比，该机组具有以下设计特点：

·RSB采用模块化结构；

·每个独立的C模块都具有相同设计，因此，备件数量少；

·每个C模块都由单独的电机和减速箱驱动；

·所有机架都可以进行辊缝调整，每个轧辊采用单独驱动，取消机架内锥齿轮啮合传动设计；

·机架采用油脂润滑取代油润滑；

·所有机架设计完全相同，可放置在机组内的任意机架位置；

·采用液压执行单元和机架更换小车进行快速更换机架；

·机组可以实现减径和定径功能。

该机组最大的优点在于可以在23-81 mm成品规格范围内实现“自由尺寸轧制”功能。可在最短时间内完成轧制规格的改变。小批量订单可以在最短时间内以最经济的方式组织生产。每一个成品规格的订单都可以在短时间内下单，并组织生产，同时，来料料型数量由12个减少到7个。

2.1升级改造

在2010／2011年度检测中，由于Kocks 3辊机架样机带载调节系统（AUL）的良好表现，GMH决定对原RSB进行升级改造。面向未来的现代化改造工作于2012年夏季停产期间进行

1）原5机架改造为6机架

·进入RSB的来料料型数量从7种减至5种；

·减少对粗中轧机相应参数的设定，实现车间高效生产；

·提高车间生产的灵活性。

2）尺寸控制系统（SCS）与3辊机架带载调节系统（AUL）共同执行生产质量控制任务

·轧制尺寸公差及其可重复性明显改善；

·在轧制过程中，实时闭环控制系统自动优化工艺参数；

·生产线产量、可靠性和稳定性均有所提高；

·自动控制简化了操作人员的工作流程；

·在轧制过程中，带载及时修正操作参数，最大程度实现快速优化棒材尺寸精度控制；

·采用精密定径轧制（PSR）孔型设计实现精确的尺寸控制。

3）通过RFID技术识别机架和导卫

机械供货范围包括：

·带载调节机架配备可调导卫；

·适合重载机型的轧辊间；

·6机架位置的机座和框架；

·6机架位置的机座（液压缸经改造）；

·可移动防护装置，带有高速远程控制功能；

·法兰平衡调节工具；

·安装新的油冷却器，扩大油循环系统；

·小压下量机架；

·安全连轴器，包括连轴器保护罩；

·刚性机架连轴器和窜动机架连轴器；

·扩建液压阀台；

·RSB机组内电气元件（引发器、流量控制器、压力控制器等）

另外，此次机组改造采用当今最先进技术，棒材轧机程序配置最优的孔型设计（自由尺寸轧制和精密定径）。升级改进了计算机对机架和导卫的辅助孔型调节系统，包括带有2个测量工位的调节轨道和CCD测量系统。

由于改造项目只能在夏季停产的3周内进行，工期非常有限，因而部分基础施工，如轧辊间和液压站的扩建，需要提前完成。全线一开始停产，即将原机组完全拆卸，全面安装新设备。实际上，原机组的绝大部分部件都会再次使用，从而将改造投资成本控制在合理水平。

2.2带载调节系统

在RSB机组的最后两座机架位置配置机架带载调节系统（AUL，图3）。在这两座机架处，辊缝可以在轧件轧制过程中线上动态调节，由低摩擦调节机构与高速液压执行机构联合完成对辊缝的带载调节。液压调节驱动使机架在轧制过程中保持原位，并在几毫秒内针对轧制力带载调节辊缝。

值得注意的是，液压调节驱动装置在不太可能的情况下发生故障时，机架自动锁紧机构可以防止辊缝打开，因此生产依然可以继续进行，且不影响成品质量。有载调节机架是在重型3辊机架良好验证的基础上设计的。外形尺寸和普通机架相同，可以采用与传统机架相同的机架支撑和机座进行安装。

与传统设计相比，重型机架的突出特点和主要能力概括如下：轧制力提高45％，轧制扭矩提高54％，最终成品规格范围扩大。这些改进减少了来自粗中轧机的来料料型数量，实现了单一孔型系列，可有效采用低温轧制工艺进行生产，最大成品规格达到100 mm。

为提高允许轧制力和轧制扭矩，以及轧制更大规格的成品，有必要对轧辊在传动轴上的固定形式进行改进，即将轴向法兰夹紧型改造为油压冷缩配合型（图4）。这一改进为机架内带来充足空间，可以安装更强大的径向轴承（可承受更大的轧制力和轧制扭矩），也可以安装更宽的轧辊（可轧制更大规格的成品棒材）。

2.3尺寸精度控制系统

尺寸精度控制系统（SCS）是实时闭环控制系统，用于优化减定径机组操作参数。其任务是尽快优化轧制过程，使轧制过程保持最佳操作状态。

SCS利用机组出口侧的孔型测量系统信号，生成修正量，直接对每座机架或导卫的孔型尺寸进行修正。SCS的第二个模块是调节电机速度，对每根在轧棒材的轧制参数进行优化。

SCS的另一项任务是对轧制过程中所选工艺参数进行注册、可视化、收集和存储（图5）。

除所需软硬件外，该SCS系统还需要2套测速装置和1套孔型测量装置来实现SCS功能。

2.4RSB工艺技术

RSB工艺技术使全部产品规格范围的生产得以实现，目前的产品范围是19.5-81mm，只需要5种来料料型，具有快速机架更换功能和远程控制调节孔型功能。此外，还能够实现采用3到6机架即可完成成品规格的轧制。空过位置由小压下量机架来补充。例如，使用60mm来料，可轧制生产44.5-56.4mm成品。

整个轧制过程在SCS的监视和控制下，所生产的成品棒材在长度上的尺寸公差严格，表面质量优；断面偏差在孔型控制下降至最低，沿长度方向的变形完美，横向宽展低。

采用3辊系统后，不同材料的各种宽展变形行为几乎完全被消除，这样，订单的绝大多数材料均可用相同孔型轧制，而不用考虑断面偏差。另一个优点是良好的变形条件可降低孔型摩擦，进而减少轧辊磨损。这样的孔型设计可以用于正火处理和热机械处理。

3使用效果

操作结果表明，不论是轧机的生产工艺，还是全规格范围内的产品尺寸精度均得到全面提升。此次轧线升级改造对不锈钢管质量的改善，进一步提高了GMH产品的市场竞争力，并巩固了其在市场的主导地位。2012年夏季，按计划对轧线进行试车调试后，很快达到以前的公差和性能，随后，通过进一步优化，使整个规格范围的公差得到极大改善。

采用自由尺寸轧制的孔型设计，棒材通长方向上的椭圆度可重复的稳定控制在0.1mm以下（图6）。这一控制结果使产品极具竞争力。对于后续处理的工作量、光亮棒材的加工量，以及根据重量等级进行锻造加工分类的时间消耗都可以大大减少，这使制造商和最终用户都受益匪浅。

减定径机组刚一调试完成，来料料型数量少的优点就立即显现出来；轧制机架为下一规格做准备的工作量降低；轧辊利用率提高，操作成本降低。

尺寸精度控制系统和带载调节系统的使用缩短了非生产时间。从第一根棒材轧制开始，SCS就对其尺寸精度进行优化控制，因而轧机作业率从2012年的71%提高到2013年一季度的73%左右；与RSB机组相关的改善提高3%以上。

通过减定径机组机架调节和快速更换，即可实现20-81mm范围任意规格成品生产。对轧件规格的改变在毫秒级时间内即可完成，而不用更换RSB机架，这也进一步提高了生产操作的灵活性。

不锈钢管厂采用RSB可实现特殊钢生产轧制，而没有任何时间损失，提高了竞争力，降低了半成品数量。此外，采用RFID法进行机架识别功能可以轻松实现对在用机架的跟踪，也可以对机架操作时间和取得结果作出相应评估。进一步保证正确调节机架，避免机架在错误的机架位置工作。总之，此次升级改造投资的绝大部分目的在调试完成后的半年内均可实现，进一步的优化工作仍在进行。