靳海生 曹喜軍 張覺靈 劉軍川 余光光

1.前言

敬業(yè)集團(tuán)棒材生產(chǎn)線配備了無頭焊接軋制，消除了傳統(tǒng)軋制工藝中坯料在進(jìn)入軋機(jī)時(shí)的等待時(shí)間，以減少軋制過程中粗軋區(qū)的切頭和精軋前的切尾，使產(chǎn)品收得率有所提高。隨著無頭焊接技術(shù)不斷推廣和發(fā)展，敬業(yè)集團(tuán)又引進(jìn)了意大利第三代無頭焊接軋制技術(shù)，于2019年1月5日熱試成功，2019年3月正式投入使用。

敬業(yè)集團(tuán)5號(hào)、6號(hào)、7號(hào)軋鋼線，每條線產(chǎn)能100萬噸。該套無頭軋制焊機(jī)安裝在6號(hào)線，主要生產(chǎn)?8～20mm的盤螺。2000年左右，國(guó)內(nèi)鋼廠曾經(jīng)引進(jìn)過達(dá)涅利無頭焊機(jī)，NKK的無頭焊機(jī)，但是都不太成功。據(jù)報(bào)道，主要原因是鑄坯端面不平整，焊機(jī)存在去毛刺不干凈，絕緣不理想等問題。

目前，無頭軋制焊接機(jī)有NKK公司EBROS和達(dá)涅利公司EWR，設(shè)備焊接方式都是閃光無頭焊機(jī)。達(dá)涅利公司在開發(fā)無頭焊機(jī)起步較早，業(yè)績(jī)相對(duì)較多。無頭焊機(jī)的優(yōu)點(diǎn)有：坯料在軋制過程中，因鑄坯頭尾焊接，沒有坯間間隔等待，無需切除頭部、尾部，消除了短尺，減少了廢品。因?yàn)楹附舆^程中設(shè)備載荷均勻，使用該技術(shù)可以提高軋機(jī)、減速機(jī)等主要設(shè)備和導(dǎo)衛(wèi)的壽命，降低零備件成本。

2.工藝原理

鋼坯在進(jìn)粗軋前，焊機(jī)在焊機(jī)升降輥道上將前后兩根鋼坯焊合在一起，焊接過程開始于小方坯加熱爐出口輥道，在高壓除鱗機(jī)后。出加熱爐的小方坯首先要進(jìn)行高壓水除鱗，通過高壓水將鑄坯表面的氧化鐵皮清理，然后其前端與已經(jīng)在粗軋機(jī)中（首次焊接即將進(jìn)入1號(hào)軋機(jī)）軋制的小方坯尾端實(shí)施閃光對(duì)焊。焊接周期從焊接本體小車靜止位置開始，出、入口夾緊裝置先夾緊小方坯，使將要焊接的2支方坯保持相同的運(yùn)行速度，焊接作業(yè)開始后將出口夾鉗方坯尾部和入口夾鉗方坯頭部焊接在一起。

夾鉗裝置系統(tǒng)通過液壓系統(tǒng)對(duì)正方坯的頭、尾四個(gè)側(cè)面，鉗口和坯料充分接觸，確保機(jī)載變壓器輸出的電流穩(wěn)定。在焊接過程中，首先使用機(jī)載變壓器提供瞬間大電流將兩個(gè)坯料的端部熔化，而后由上下成對(duì)液壓缸驅(qū)動(dòng)壓緊裝置，將兩個(gè)熔化斷面擠壓融合在一起。壓合的過程可以排除焊渣，毛刺機(jī)分別沿上、下2個(gè)水平方向和左右2個(gè)垂直方向，將高于坯料表面的金屬部分切除。焊機(jī)夾鉗裝置打開、減速、返回到焊接初始等待位置，通過紅外線檢測(cè)坯料，將信號(hào)傳遞給焊機(jī)后，再開始下一個(gè)焊接過程，完成焊接的兩根鋼坯，進(jìn)入粗軋機(jī)開始軋制過程。焊接設(shè)備安裝于移動(dòng)小車上，可對(duì)100mm～200mm的方坯或圓坯進(jìn)行焊接，能焊接的鋼種包括中低碳鋼和部分低合金鋼。

普通軋鋼線需要對(duì)一根鋼坯進(jìn)行切頭、切尾和切短尺的操作，焊機(jī)將鋼坯焊接后，成為一根鋼坯，避免了切頭、切尾、減少短尺，提高軋鋼的金屬收得率，成材率。運(yùn)輸輥道、焊機(jī)本體非夾鉗接觸位和鋼坯絕緣后，焊接在作業(yè)時(shí)，直流電流只能通過鑄坯端部對(duì)鋼坯實(shí)行熔化焊接。無頭軋制和普通常規(guī)軋制工藝相比，生產(chǎn)效率可提高10%～12%，生產(chǎn)成本降低2.5%～3.0%，棒材定尺率接近100%，金屬收得率提高約1%，能明顯減少軋制縱向尺寸和性能不均現(xiàn)象。

3.效益核算和質(zhì)量情況

按年產(chǎn)100萬噸棒材計(jì)算，無頭焊機(jī)可減少切頭、切尾、短尺和堆鋼損耗，創(chuàng)造1300萬元效益，加上提高軋機(jī)作業(yè)率和減少軋機(jī)、備件、維護(hù)創(chuàng)造的間接效益900萬元。見表1。

噸鋼效益計(jì)算，按成品價(jià)格和廢鋼價(jià)格的差值推算，焊機(jī)的運(yùn)行成本在426萬元，焊機(jī)一年綜合效益為1818萬元左右。見表2。

敬業(yè)集團(tuán)對(duì)生產(chǎn)軋制后的產(chǎn)品取樣測(cè)試，焊接部位抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，分別比母材低10MPa～12MPa和低13MPa～15MPa。閃光焊接是用大電流將金屬熔化并擠壓重新融合在一起，因此熔化的金屬再凝固后的組織性能比母體組織晶粒稍大、性能略低。研究表明，延伸率在100以上，由焊縫脫碳引起的斷面強(qiáng)度下降，則可以忽略不計(jì)。

4.項(xiàng)目施工情況

4.1敬業(yè)集團(tuán)棒材事業(yè)部無頭焊接軋制設(shè)備布置

由于該工藝為舊線升級(jí)改造，焊機(jī)設(shè)備布置在加熱爐和1號(hào)軋機(jī)之間，按工藝要求修改了出爐絕緣輥道；配置了除鱗裝置；焊機(jī)、升降輥道和毛刺機(jī)由達(dá)涅利原廠供貨；液壓系統(tǒng)由焊機(jī)和毛刺機(jī)共用1個(gè)液壓站。軋機(jī)區(qū)之后的設(shè)備使用情況：除調(diào)整活套的高度外，其余未做改變。

表1 無頭焊接軋制效益計(jì)算 元

表2 無頭焊接軋制焊機(jī)生產(chǎn)成本 元

4.2敬業(yè)集團(tuán)完成無頭焊接軋制設(shè)備安裝工作

土建詳細(xì)設(shè)計(jì)和施工、高壓水除鱗系統(tǒng)安裝調(diào)試、出爐絕緣 輥道、緊急收集臺(tái)架裝置設(shè)備的制作安裝、液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和設(shè)備安裝、水冷配管、焊機(jī)本體的安裝調(diào)試等，都由敬業(yè)集團(tuán)完成。為不影響產(chǎn)線的產(chǎn)量，整個(gè)項(xiàng)目在安裝焊機(jī)本體時(shí)停產(chǎn)13.5天完成安裝和冷調(diào)試。

5.無頭焊接系統(tǒng)主要設(shè)備

坯料焊接操作方案根據(jù)高、低碳等鋼種特點(diǎn)、軋機(jī)速度及產(chǎn)品的規(guī)格尺寸，分為3個(gè)（高、中、低速）速度區(qū)間。主要技術(shù)參數(shù)：工作溫度950oC～1150oC；焊機(jī)行程：8.0米～9.5米；最大焊接速度0.24m/s；焊機(jī)返回速度：0.3m/s；額定功率2000kVA。

6.無頭焊機(jī)生產(chǎn)存在的問題和解決方案

6.1絕緣問題

升降和出加熱爐的輥道因坯料在運(yùn)行中撞擊、摩擦導(dǎo)向裝置，造成連接、固定位絕緣出現(xiàn)漏電。坯料運(yùn)輸輥道系統(tǒng)要做好絕緣，否則影響連續(xù)焊接。

棒線廠生產(chǎn)節(jié)奏快，生產(chǎn)線連續(xù)性強(qiáng)，無論哪部分設(shè)備或操作不正常，都會(huì)影響連續(xù)焊接作業(yè)。由于軋輥壽命有限，需定期停機(jī)更換軋輥。正在焊接時(shí)，如果出現(xiàn)毛刺機(jī)卡坯、軋機(jī)堆鋼、冷床亂鋼等情況，需要終止焊接。

無頭軋制穩(wěn)定運(yùn)行的前提條件要求軋線設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定、前后工序協(xié)調(diào)性好，加熱爐步進(jìn)周期要穩(wěn)定、軋機(jī)調(diào)速均勻、精整區(qū)單、雙收集鏈床設(shè)備保持運(yùn)行穩(wěn)定。因此設(shè)備維護(hù)人員需做好備件管理。

6.2系統(tǒng)漏水問題

機(jī)載變壓器、固定夾鉗水冷系統(tǒng)因漏水，造成焊接系統(tǒng)報(bào)警，進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，使焊接失敗。解決辦法是在開始焊接前，確認(rèn)該水系統(tǒng)液位在正常范圍。由于機(jī)載變壓器和夾鉗漏水點(diǎn)主要在機(jī)體內(nèi)不容易發(fā)現(xiàn)。另外夾鉗常因坯料頭部頂、撞、摩擦鉗口，也會(huì)引起漏水?？稍诤笝C(jī)入口前輥道設(shè)置導(dǎo)向裝置來解決這個(gè)問題。機(jī)載變壓器需要補(bǔ)水用來排除冷卻系統(tǒng)內(nèi)的空氣，避免冷卻系統(tǒng)因內(nèi)部的氣體而降低冷卻效果，造成設(shè)備局部過熱。操作人員要經(jīng)常檢查焊機(jī)本體入口水分流器接口連接位。

7.總結(jié)

（1）無頭軋制技術(shù)消除了傳統(tǒng)軋制工藝中的坯料間隔，減少了軋制品頭、尾剪切的材料浪費(fèi)、消除了軋機(jī)間的沖擊載荷，提高了設(shè)備使用壽命，減少了設(shè)備維護(hù)費(fèi)用，提高了軋制節(jié)奏和成材率，是目前長(zhǎng)材軋鋼技術(shù)中的熱點(diǎn)。

(2)無頭焊接軋制技術(shù)設(shè)備精巧，如果運(yùn)行順利，投資1年左右就可以收回成本。

(3)無頭焊接軋制技術(shù)適合傳統(tǒng)軋線的改造，但是在設(shè)備管理、維護(hù)、備件管理上的要求很高，軋鋼廠要高度重視。

（4）國(guó)內(nèi)軋鋼廠要求生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定、產(chǎn)量高、停機(jī)時(shí)間少，這就要合理對(duì)焊機(jī)進(jìn)行保養(yǎng)。

（5）焊接過程中要保證絕緣部位的狀態(tài)良好，避免局部漏電影響焊接質(zhì)量和焊機(jī)正常作業(yè)。

（6）今后考慮該技術(shù)能適用更多的鋼種研發(fā)。

通過消化引進(jìn)技術(shù)，追求更低成本、更低消耗，生產(chǎn)性能綠色的、優(yōu)良的、可循環(huán)的鋼鐵產(chǎn)品，敬業(yè)集團(tuán)實(shí)施項(xiàng)目的過程中，提高生產(chǎn)和設(shè)備管理水平。

參考文獻(xiàn)略