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协作攻关奏凯歌——具有国际先进水平的高线双机架减定径机组诞生 发布时间:2018-04-24  来源:未知  作者:和记娱乐钢铁企业网   【字号: 】    

夏杰生

  由哈尔滨哈飞工业有限责任公司(以下简称哈飞)牵头,联合江苏永钢集团有限公司、北京科技大学、天津市先导倍尔电气有限公司(以下分别简称永钢、北科大、先导倍尔)自主创新研发设计、协作攻关制造成功并达到国际先进水平的双机架减定径机组,自2015年12月8日在永钢投产以来,其轧制速度一直稳定在100m/s以上。2017年2月18日,该机组在永钢通过专家鉴定。1年多来,这种机组已在国内外高速线材厂迅速推广应用了13套,为国内众多高速线材轧机升级换代、降本增效带来福音。

  高线轧机亟须升级换代 

  据哈飞双机架减定径机组项目第一完成人丁长文总工介绍,我国高速线材轧机的装备技术和生产水平与国外相比,仍有差距。国外先进高线轧机多为第六代水平,而国内目前普遍的是第三代、第五代水平生产线,达500条以上,主要生产Φ5.5mm~Φ16mm光面圆钢盘条和带肋钢筋盘条。其精轧机组由10架组成,其中具有国际第六代水平的高线精轧机(轧制速度100m/s以上)全部依赖进口。

  这些多达500条的第三代、第五代“高线”生产线普遍存在着以下主要问题:一是轧制速度低,其终轧速度一般在85m/s以下,生产小规格产品时,产能受到限制;二是终轧温度高,使线材的组织性能达不到较高要求,生产带肋钢筋螺纹盘条时,需多添加合金元素,增加了生产成本;三是盘条尺寸精度较低,仅为±0.20mm,对于不锈钢和工业用钢等需进一步深加工的盘条而言,就增加了下游工序的成本;四是穿水冷却处理后盘条易生锈。

  如何解决上述问题?让我国当前众多的高速线材厂装备技术跑步奔向第六代且降本增效,迫在眉睫。

  为此,哈飞与其他协作单位经过周密的调研,确定走国际上先进减定径机组的技术路线。

  减定径机组技术是美国摩根公司在1993年研发的,称为RSM,并于1995年成功地安装在俄亥俄州的USS/Kobe线材厂。它由两架减径机组和两架定径机组组成。由一台4500kW电机,通过一套组合齿轮箱传动轧机,齿轮箱中有多个离合器,这些离合器可以在轧制不同规格产品时科学地组合出多种品种、规格产品工艺要求的轧制速比,从而使轧制速度提高,轧制品种多样化。

  截止到2016年,摩根公司在全球已安装了超过55条生产线的RSM机组,其在生产实践中取得的效果如下:提高了轧机利用率和产能;改善了产品机械性能,减少了线材二次处理工作量,可多生产出高附加值产品;提高了产品精度和收得率;可采用单一孔型,自由定径,提高了轧制灵活性。

  我国宝钢于1999年引进了摩根公司的RSM机组,这也是我国引进的第一套该种机组。它使宝钢高线轧机跃升为第六代。

  减定径机组必须国产化

  然而,对于我国众多的高线厂来说,其升级改造全部靠引进减定径机组是很不适宜且难以实现的。理由很简单:一是高昂的价格和垄断的技术,备件长期受制于外商,价格昂贵,供货周期长;二是我国众多的高线厂产品规格基本上在?准5.5mm~?准16mm范围内,有2个变速档足以满足连轧工艺参数变化的需要,RSM机组的多档换挡相对国情来说属技术过剩;三是技术复杂,维护费用高。

  因此,必须走自己的路,研发适合我国众多高线厂实际情况的先进、实用技术,业内称之为双机架减定径机技术,简称MFM。但是,该技术仅仅由哈飞主导,联合其他科研单位联合研发并完成,难度极大。此时,北京科技大学轧钢专家钟廷珍教授发挥了积极作用。30多年前,钟廷珍教授就研发出先进实用、适合国情的短应线轧机。如今,已到耄耋之年的钟教授依然宝刀不老。他不仅是北科大研发高线双机架减定径机组项目首席专家,而且,他的技术底蕴和多年集聚的人脉在上述4家协作单位中发挥了极其重要的穿针引线作用,使得协作攻关团队的研发航船迎难而进,劈浪前行。这4家单位在该领域均有自己的技术优势,雄踞一方:

  ———钟廷珍教授就职的北京科技大学高效轧制国家工程研究中心成立于1996年,其宗旨是将科研成果工业化。20年来,该中心在成套轧制工艺与设备,自动化控制系统、新材料等方面取得了突出成果,仅在棒线材方面就为企业设计了棒线材生产线30余条,其中高线9条,在棒线材生产技术集成方面经验丰富。同时,该中心在棒线材最新发展技术方面也有研究,先后发表论文20余篇、专著2本。

  ———哈飞工业机电设备制造公司是目前国内规模最大、最专业的高速线材轧机及备件的生产制造企业,公司曾荣获原冶金部授予的“高线轧机设备国产化优秀单位”称号,并多次荣获部、省、市级科技进步奖励,生产的18项高线轧机重要部件通过了国家级技术鉴定,有20余项产品荣获国家专利。自1999年以来,该公司成功研制出顶交45°、设计速度115m/s、保证速度90m/s的高线全套设备,该产品至今已累计在国内外销售300余套。

  ———天津市先导倍尔电气有限公司主要从事交、直流电气传动系统和自动化控制系统及其装置的研究、设计、开发与生产,在冶金行业尤其是棒线材生产线控制系统业绩超过300个。

  ———江苏永钢集团是我国知名长材生产大型企业,年产钢800万吨。该公司具有高线分厂5个,积累了丰富的高线生产技术经验。该公司还设有技术研究院,专业从事线材产品、线材生产技术的基础和应用研究,曾获省部级科技进步奖多项。永钢勇做“第一个吃螃蟹者”,首家率先使用国产减定径机组。

  设计思路立足国情勇于创新 

  2013年10月~2014年4月,以哈飞为首的4家协作攻关单位开始了认真仔细的调研,对国产减定径机组项目进行了可行性分析。其内容主要包括对项目的内容和配套条件,如用户需求、市场规模、技术水平、政策环境、盈利能力等,从技术、经济、工程等方面进行了调查和分析比较,并对项目建成以后可能取得的经济效益及社会环境影响进行预测,得出以下结论:

  目前,现代高速线材生产技术正沿着增加轧机小时产量、提高轧机利用系数、无扭/微张力组合以及提高产品尺寸精度、表面质量和组织性能的方向快速发展。其中,国外冶金设备厂商开发出的兼具高速轧制、控制轧制、精密轧制、整机快换等先进技术特点的线材减定径机组,正引领着高速线材生产技术的发展方向,并已成为优质高线生产领域的核心工艺装备。但是,国外装备并非十全十美,其机械结构多数采用集中传动和单独传动,其结构复杂,变速箱故障率高。

  因此,国产机组设计思路必须立足国情,勇于创新。协作攻关项目组确定该机组由两架次?准230mm轧机组成,两个架次采用顶交45°形式布置,采用变档增速箱和一体化传动箱结构。双机架减定径机组布置于精轧机组之后、夹送辊和吐丝机之前。其作用是通过双机架减定径机组连续微张力轧制,将上游轧机输送的轧件,轧制成?准5.5mm~?准16mm的成品线材。其设计速度为140m/s,保证速度为105m/s。

  为了满足高速轧制要求,协作攻关项目组设计了新型增强辊箱,在结构设计上做了重大突破,在轧辊轴、新型偏心套、油膜轴承间隙等方面进行了优化设计,轧制力可达330kN,可实现800℃以下低温轧制,获得超细晶粒钢。

  国产机组的传动箱采用的是整体结构的紧凑式一体化设计形式,传动结构上采用了一对锥交角为45°的螺旋伞齿轮结构。在小批量试生产过程中,协作攻关项目组对高速齿轮多采用格里森齿制的传统设计进行了突破,采用了一种新的高承载能力的齿制形式,保证了传动结构的承载能力、运转稳定性和整机设备的可靠性。

  电控设备独辟蹊径获奇效

  在国产减定径机组的电控设备的设计中,类似设备电控系统主要由国外知名电气供货商成套供货及调试,控制系统皆采用中压(3300V)变频方案,电气设备的投资费用很高。为降低投资,天津先导倍尔协作攻关项目组率先提出采用低压(690V)变频控制方案替代进口设备的中压变频方案。根据国内在轧钢电气传动系统使用低压690V变频系统的经验,经反复研究论证,协作攻关项目组认为,采用低压690V变频控制方案是完全可行的,可以满足减定径机要求的各项性能指标,并且可以大大降低电气设备投资费用。

  生产实践证明,该电控系统具有系统过压、欠压保护、过流保护、编码器失速保护、超速保护等功能,可以满足使用要求。

  国产双机架减定径机主电机传动自动化控制系统由西门子—交直交变频装置、轧线PLC系统和主轧机操作台组成,通过自动化系统和变频传动系统的软硬件协调配置,完成轧机的轧制程序给定和轧制速度控制。

  稳定运行经济效益突出

  国产双机架减定径机组(MFM)在多家钢厂高线轧机上线使用后,经过不断的工艺改进和优化,运行日趋稳定,在降低生产成本、改善产品质量等方面收到了不错的效果,其轧制速度稳定在100m/s以上,小规格产品的小时产量提高了15%以上,生产成本有了明显下降;对产品质量也有一定的改善作用,盘条组织、氧化铁皮、表面红绣、冷镦钢的硬度等问题有较为明显的改善。仅2016年,该轧机就为永钢增加效益2888万元,创汇1.3亿元。

  可以说,国产首创MFM成套技术在多家钢厂的稳定运行,为国产高速线材生产线产品升级换代、降本增效提供了很好的解决方案,为我国国产线材设备跃居第六代、进入国际先进行列提供了良好示范。

  目前,国产减定径机组属于国际先进、国内领先水平,并已获得6项专利、1项冶金科学技术二等奖,拥有自主知识产权。

  2017年2月18日,国内首套双机架减定径机组技术评价会在江苏永钢集团举行。与会专家经过实地考察,审阅了技术资料,听取了汇报并质询,经认真讨论后认定:双机架减定径机组填补了国内同类型机组技术的空白,达到国际先进水平,具有很高的性价比,为我国众多高线厂升级换代提供了有效途径和示范,建议进一步推广使用。

  助力钢铁提质增效前景广

  我国钢铁企业的产品将由数量增长转变为高质量的发展,双机架减定径机组优越的性能、高强度和刚度、稳定的可靠性,以及哈飞丰富的工艺、设备实践经验,为今后众多钢厂提高产品质量、进行技术改造和装备提升提供了有力保障。

  随着永钢、辛集澳森钢铁、江苏龙腾特钢、山西立恒钢铁、连云港亚新钢铁、皋兰兰鑫钢铁、云南曲靖呈钢、云南曲靖鑫创、云南仙福钢铁等10余家钢厂国产双机架减定径机组相继投产,该机组研制者在轧制工业用材、建筑钢材、特钢等不同钢种方面也逐步积累了宝贵的经验,并为钢厂提升了产品质量和经济效益。

  该机组的研制成功,不仅标志哈飞线材轧机研发制造跨入国际先进行列,而且代表和记娱乐制造的世界水平,也为国产高速线材生产线产品升级换代、降本增效提供了很好的解决方案。



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