一种分段式高速钢扁丝热轧生产线及其走丝速度控制方法与流程

一种分段式高速钢扁丝热轧生产线及其走丝速度控制方法
【技术领域】
[0001]
本发明涉及一种高速钢扁丝热轧生产线，具体涉及一种分段式高速钢扁丝 热轧生产线及其走丝速度控制方法。


背景技术：

[0002]
高速钢扁丝(又称高速钢扁丝带、高速钢扁钢带等)的宽度通常在5～25 毫米之间，厚度通常在1～5毫米之间。高速钢扁丝可进一步被切割成长度在 10～50毫米之间的颗粒状，该颗粒可被用作为多个行业多个领域关键零部件的 原材料，例如用作油压泵、液压泵、助力泵等泵体内的转向叶片，用作木工行 业、缝纫行业的刀具与刃具材料，用作集中式空调、新风系统、风机盘管的导 风叶片，等等。
[0003]
高速钢扁丝的传统加工方法为通过纵剪高速钢宽钢带得到，即通过剪切机 施加巨大的冲击力，对高速钢宽钢带进行从上而下的纵切。该方法的优点是加 工难度小，曾是行业内的常用方法，但该方法的缺点是裁切走刀过程中的横向 张力容易造成弯曲和扭折现象，导致材料浪费。
[0004]
针对上述现象，国外逐渐采用直接轧制这种新型高速钢扁丝加工方法，即 通过放卷收卷、热装热送、立棍轧机等多类机器之间的配合轧制，直接将高速 钢圆丝加工成高速钢扁丝，这种方法属于免切削加工方法，具有效率高、节省 材料等优点，在钢铁行业节能减排的大背景下，直接轧制法越来越受到行业的 认可。
[0005]
然而，由于高速钢材料的特殊性，尤其是高速钢材料抗拉性能的欠缺，上 述直接轧制方法只被国外少数几家公司掌握，国内很多公司虽然照搬了国外生 产线的机器设备，但仍无法掌握其生产工艺，尤其是未掌握热轧时走丝速度的 控制方法：走丝速度过慢时，虽可提高扁丝质量，但却使其产品成本远超国外 同类产品；走丝速度过快时往往出现“一拉即断”的现象。综上所述，高速钢 扁丝的轧制，不仅需要成套机器设备，更需要掌握其工艺和控制方法。


技术实现要素：

[0006]
为了解决背景技术中的问题，本发明提出了一种分段式高速钢扁丝热轧生 产线及其走丝速度控制方法，实现高速钢扁丝连续、稳定、经济的热轧。
[0007]
本发明采用的技术方案如下：
[0008]
一种分段式高速钢扁丝热轧生产线，包括放卷用的放卷装置、预校直用的 预校直装置，高速钢经预校直后分别经过粗轧装置、精轧装置、细轧装置，所 述热轧生产线还包括检测系统，所述检测系统用于检测所述粗轧装置、精轧装 置、细轧装置三个轧制装置，各自在入口处和出口处设有用于检测高速钢扁丝 温度值的温度传感器，以及用于检测高速钢扁丝宽度值和厚度的激光传感器。
[0009]
采用本发明的有益效果：
[0010]
本发明中，对高速钢扁丝进行分段式轧制，具体分为粗轧装置、精轧装置、 细轧装
置，这样可以实现逐步阶段轧制，逐步渐进地完成高速钢圆料向高速钢 扁丝的轧制，所生产的高速钢扁丝具有抗拉强度高、截面尺寸一致、尺寸公差 范围小等优点。
[0011]
同时较为关键的是，本发明中还设置一个检测系统，该检测系统主要针对 于检测粗轧装置、精轧装置、细轧装置三个轧制装置，各自在入口处和出口处 的温度值，同时还要检测在入口处和出口处的高速钢扁丝宽度值和厚度，利用 这些检测到的数值，可以用来合理调整整个生产线的走丝速度，有了合理的走 丝速度，可以避免走丝速度过慢提升成本，又避免速度过快影响质量甚至拉断 扁丝，减少高速钢扁丝在轧制过程中被拉断的几率。
[0012]
作为优选，所述的粗轧装置、精轧装置、细轧装置，每个装置均包括感应 加热炉和多辊轧机机组。
[0013]
作为优选，所述检测系统包括九个温度传感器，其中第一与第二红外温度 传感器分别布置在粗轧装置的感应加热炉入口处与出口处，第四与第五红外温 度传感器分别布置在精轧装置的感应加热炉入口处与出口处，第七与第八红外 温度传感器分别布置在细轧装置的感应加热炉入口处与出口处，第三、第六、 第九红外温度传感器分别布置在粗轧、精轧、细轧装置多辊轧机机组出口处。
[0014]
作为优选，所述检测系统包括六个激光传感器，其中第一与第二激光传感 器组分别布置在粗轧装置的多辊轧机机组入口处与出口处，第三与第四激光传 感器组分别布置在精轧装置的多辊轧机机组入口处与出口处，第五与第六激光 传感器组分别布置在细轧装置的多辊轧机机组入口处与出口处。
[0015]
作为优选，所述粗轧装置、精轧装置、细轧装置中的多辊轧机机组为四辊 轧机机组；和/或，所述的预校直装置为多辊轧机，且辊轴数量为6到9个。
[0016]
另外，本发明还公开了一种分段式高速钢扁丝热轧生产线的走丝速度控制 方法，采用了上述任意一种方案中的分段式高速钢扁丝热轧生产线，走丝速度 控制方法包括：初始参数设定、热轧状态监控、走丝速度计算三个步骤。
[0017]
作为优选，所述的初始参数设定，根据高速钢牌号，通过查表确定整条流 水线的初始走丝速度，并分配粗轧装置、精轧装置、细轧装置的初始延展率设 定值。
[0018]
作为优选，所述的热轧状态监控，通过检测粗轧装置、精轧装置、细轧装 置的感应加热炉入口处和出口处的六个温度值，粗轧装置、精轧装置、细轧装 置多辊轧机机组出口处的三个温度值，粗轧装置、精轧装置、细轧装置多辊轧 机机组入口处和出口处的六个宽度值与厚度值。
[0019]
作为优选，所述的走丝速度计算，首先分别计算粗轧装置最高允许走丝速 度、精轧装置最高允许走丝速度、细轧装置最高允许走丝速度，选取上述三个 最高允许走丝速度中的最小值，作为初步计算的走丝速度，
[0020]
粗轧装置最高允许速度的计算：
[0021][0022]
上式中，v1表示粗轧装置最高允许走丝速度，minf(x)表示满足h(x)、 t(x)条件的
x的最小值，x
d
表示理论上最大允许的走丝速度，
[0023]
h(x)表示走丝速度、加热功率、加热总量之间的关系，计算公式如下：
[0024][0025]
上式中，a表示加热系数，d表示高速钢扁丝的厚度，b为感应加热炉的厚 度，h表示感应加热炉的最大加热功率；
[0026]
t(x)表示走丝速度与高速钢扁丝温升之间的关系，计算公式如下；
[0027][0028]
上式中，c为比热容，t0为加热前温度，l，d分别为高速钢扁丝横截面宽 度、横截面厚度，p表示高速钢扁丝的密度，t为可热轧的最低温度值；
[0029]
精轧装置最高允许速度的计算：
[0030][0031]
上式中，v2表示精轧装置最高允许走丝速度；δh1表示粗轧阶段的热耗 散量；t1和t2表示热轧性能最好的温度下限和上限；
[0032]
细轧装置最高允许速度的计算：
[0033][0034]
上式中，v3表示细轧装置最高允许走丝速度；δh2表示精轧阶段的热耗 散量；t1和t2表示热轧性能最好的温度下限和上限；
[0035]
流水线走丝速度的计算：v＝min(v1，v2，v3)；上式中，v表示整条流水 线的走丝速度。
[0036]
作为优选，还包括走丝速度优化步骤，所述的走丝速度优化步骤为，分别 计算粗轧工序、精轧工序、细轧工序的实际延展率与设定延展率之间的差值， 对延展率差值最小的工序，按照预先设定的值，步进式降低其设定延展率，以 提高其实际延展率和设定延展率之间的差，对延展率差值最大的工序，按照预 先设定的值，步进式提高其设定延展率，以降低其实际延展率和设定延展率之 间的差值，重复该步骤，以使粗轧工序、精轧工序、细轧工序的实际延展率与 设定延展率之间的差值趋于一致，实际延展率的计算公式如下：
[0037][0038]
上式中，l1，d1分别表示轧制后的高速钢扁丝横截面宽度、横截面厚度，l2， d2分别表示轧制前的高速钢扁丝横截面宽度、横截面厚度、高速钢扁丝长度。
[0039]
本发明的其他技术效果，在下文的具体实施方式进行具体展开说明。
【附图说明】
[0040]
图1是本发明流水线内各传感器的布置位置示意图。
[0041]
图2是本发明流水线的走丝速度控制方法流程图。
[0042]
图中：1、放卷装置，2、预校直装置，3、粗轧装置，3a、粗轧装置的感 应加热炉，3b、粗轧装置的四辊轧机组，4、精轧装置，4a、精轧装置的感应 加热炉，4b、精轧装置的四辊轧机组，5、细轧装置，5a、细轧装置的感应加 热炉，5b、细轧装置的四辊轧机组，6、收卷装置。
【具体实施方式】
[0043]
以下结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
[0044]
如图1所示，本发明提出的分段式高速钢扁丝连轧生产线，依次包括放卷 装置1、预校直装置2、粗轧装置3、精轧装置4、细轧装置5、收卷装置6， 另外再辅以检测系统和主控系统。本发明将高速钢扁丝的热轧过程分为粗轧、 精轧、细轧三段。其中粗轧在其功率范围内尽可能加热高速钢扁丝，进而在高 速钢扁丝可承受的抗拉范围内尽可能提高其延展率；精轧通过精确控温，对高 速钢扁丝实现深度加热，使其内部温度与表面温度一致，进而使高速钢扁丝的 延展率趋于目标值；最后的细轧则通过精确控温，实现高速钢扁丝的宽度、厚 度等尺寸完全达到精度要求。
[0045]
在图1中，放卷装置1和收卷装置6可采用立式或卧式放卷机/收卷机；预 校直装置2可采用市面上常见的多辊轧机(如九辊轧机)，预校直过程属于未 经加热的冷轧，主要目的为将卷状的高速钢圆丝拉直并初步轧制为扁状。粗轧 装置3、精轧装置4、细轧装置5分别有感应加热机和多辊轧机机组成，其中 感应加热机为非接触式感应加热，而多辊轧机机组优选是四辊轧机，数量可在 1到3台之间，可根据高速钢材料的抗拉性能和延展性能灵活决定。
[0046]
检测系统包括九个红外温度传感器和六个激光传感器，其中红外温度传感 器可在非接触的情况下实现高速钢扁丝的温度测量，激光传感器组包括激光式 宽度传感器与激光式厚度传感器两类，以实现对高速钢扁丝的宽度、厚度参数 的非接触测量。
[0047]
需要说明的是，高速钢圆料在上本系统之前，优选要做好剥皮、抛光、烘 干等准备工作，当然实现上述工艺的机器也可以与本发明组成成套设备使用。 另外，本发明也可以与高频退火装置、自然冷却装置等联合使用，以实现高速 钢扁丝的热轧、冷轧等多种工艺。
[0048]
图1中也展示了九个红外温度传感器、六个激光传感器在本发明流水线的 布置位置示意图。如图1所示，第一与第二红外温度传感器分别布置在粗轧装 置3的感应加热炉3a入口处与出口处，第四与第五红外温度传感器分别布置 在精轧装置4的感应加热炉4a入口处与出口处，第七与第八红外温度传感器 分别布置在细轧装置5感应加热炉5a入口处与出口处。上述传感器的布置方 法，可使本系统计算得到不同牌号不同材料的高速钢扁丝走丝
速度、感应加热 炉加热功率、环境温度、加热前后温升这四类参数之间的函数关系，即得到函 数h(x)的关系表达式。同时，粗轧工序h(x)的计算，也可以为精轧工序和细轧 工序的精确加热控温t(x)的计算提供数学基础。
[0049]
如图1所示，第一与第二激光传感器分别布置在粗轧装置3的四辊轧机机 组3b入口处与出口处，第三与第四激光传感器组分别布置在精轧装置4的四 辊轧机机组4b入口处与出口处，第五与第六激光传感器组分别布置在细轧装 置5的四辊轧机机组5b入口处与出口处。上述传感器布置方法，可计算得到 各段轧制前后的高速钢扁丝延展率(延展率指轧制后扁丝截面矩形参数除以轧 制前扁丝截面矩形参数)。
[0050]
如图1所示，第三、第六、第九红外温度传感器分别布置在粗轧装置3、 精轧装置4、细轧装置5的四辊轧机机组出口处，结合各感应加热炉出口处的 第二、第五、第八红外温度传感器，同时结合上述各激光传感器组的检测参数， 可计算得到高速钢扁丝走丝速度、轧制前后延展率、环境温度、轧制过程热耗 散量之间的关系，为下一段感应加热炉的精确控温量δh提供数学基础。
[0051]
图2是本发明对轧制过程中走丝速度的控制方法流程图。本发明重点解决 走丝速度的计算和优化选择，因为不同牌号高速钢(其材料参数差异性巨大)、 不同预处理工艺(其轧制性能差异较大)、不同轧制环境(对温控要求不同) 等，都将影响高速钢扁丝的最优走丝速度。本发明通过自适应自动化的走丝速 度调整方法，既避免走丝速度过慢导致的成本过高，又避免走丝速度过快引起 的质量下降甚至拉断现象。
[0052]
如图2所示，本发明提出的走丝速度控制方法包括步骤如下：初始参数设 定、热轧状态监控、走丝速度计算。
[0053]
所述的初始参数设定，根据高速钢牌号，通过查表格确定整条流水线的初 始走丝速度，并分配粗轧、精轧、细轧的初始最低延展率设定值。该表格为历 史经验数据，由以往人工调控过程中数据积累而成。需要说明的是，即使相同 的高速钢牌号，所设定的初始走丝速度，往往会比历史经验走丝速度低，例如 取值为历史经验走丝速度的80％，以此避免不同预处理工艺、不同环境参数等 带来的影响，防止一开机即拉断高速钢扁丝。后续通过走丝速度自适应调整方 法，逐步将走丝速度提升至正常水平。
[0054]
所述的热轧状态监控，通过检测粗轧、精轧、细轧感应加热前后的六个温 度参数，粗轧、精轧、细轧四辊轧机前后的六个宽度与厚度参数，粗轧、精轧、 细轧四辊轧机之后的三个温度参数，用于后续计算使用。
[0055]
所述的走丝速度计算，首先分别计算粗轧装置3最高允许走丝速度、精轧 装置4最高允许走丝速度、细轧装置5最高允许走丝速度，然后计算流水线走 丝速度，即在上述三个速度中取其最小值。
[0056]
粗轧装置3最高允许速度的计算：
[0057][0058]
上式中，v1表示粗轧装置3最高允许走丝速度，minf(x)表示满足h (x)、t(x)条件
的x的最小值，x
d
表示理论上最大允许的走丝速度，
[0059]
h(x)表示走丝速度、加热功率、加热总量之间的关系，计算公式如下：
[0060][0061]
上式中，a表示加热系数，d表示高速钢扁丝的厚度，b为感应加热炉的厚 度，h表示感应加热炉的最大加热功率；
[0062]
t(x)表示走丝速度与高速钢扁丝温升之间的关系，计算公式如下；
[0063][0064]
上式中，c为比热容，t0为加热前温度，l，d分别为高速钢扁丝横截面宽 度、横截面厚度，p表示高速钢扁丝的密度，t为可热轧的最低温度值；
[0065]
另外，需要说明的是，在粗轧装置3的走丝速度计算时，优选也要考虑高 速钢扁丝的实际延展率，优选是实际延展率要大于粗轧工序所需要完成的最低 延展率c1，实际的延展率计算为：
[0066][0067]
上式中，l1，d1分别表示轧制后的高速钢扁丝横截面宽度、横截面厚度，l2， d2分别表示轧制前的高速钢扁丝横截面宽度、横截面厚度、高速钢扁丝长度。 由于不同的走丝速度会影响到l1，d1，l2，d2的数值变化，所以在最终计算出走 丝速度时，也需要考虑是否满足c(x)≥c1,如不满足，则适当调整走丝速度 的最终值，这一步为辅助选择。
[0068]
精轧装置4最高允许速度的计算：
[0069][0070]
上式中，v2表示精轧装置4最高允许走丝速度；δh1表示粗轧阶段的热 耗散量；t1和t2表示热轧性能最好的温度下限和上限；同理，在精轧工序中， v2的选择也优选要满足c(x)≥c2，其中c2是精轧工序中所需要完成的最 低延展率。
[0071]
细轧装置5最高允许速度的计算：
[0072][0073]
上式中，v3表示细轧装置5最高允许走丝速度；δh2表示精轧阶段的热 耗散量；t1
和t2表示热轧性能最好的温度下限和上限；同理，在细轧工序中， v3的选择也优选要满足c(x)≥c3，其中c3是精轧工序中所需要完成的最 低延展率。
[0074]
依据上面计算和辅助选择后，得出粗轧、精轧、细轧中的走丝速度v1、 v2、v3，而最终的整个生产线的流水线走丝速度的计算为v＝ min(v1，v2，v3)。
[0075]
为了进一步优化走丝速度，本方法中还加入了走丝速度优化步骤为，具体 为：首先根据上文c(x)的函数，分别计算粗轧、精轧、细轧的当前实际延展 率与设定最低延展率之间的差值δc，即δc1、δc2、δc3。对延展率差值最 小的工序，按照预先设定的值，步进式降低其设定延展率，以提高其实际延展 率和设定延展率之间的差，对延展率差值最大的工序，按照预先设定的值，步 进式提高其设定延展率，以降低其实际延展率和设定延展率之间的差值，重复 该步骤，以使粗轧工序、精轧工序、细轧工序的实际延展率与设定延展率之间 的差值，即δc1、δc2、δc3趋于一致。
[0076]
综上所述，本发明适用于高速钢扁丝的生产厂家，其生产的m2、m3、m4、 m42等高速钢扁丝，可用以替代目前被国外产品垄断的、售价高昂的高速钢扁 丝产品。本发明硬件简单，均为可直接采购的现成机器设备，因此具有较好的 推广性。上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制， 在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变， 都落入本发明的保护范围。

起点商标作为专业知识产权交易平台，可以帮助大家解决很多问题，如果大家想要了解更多知产交易信息请点击 【在线咨询】或添加微信 【19522093243】与客服一对一沟通，为大家解决相关问题。

此文章来源于网络,如有侵权,请联系删除