我国高速线材轧机的国产化

我国高速线材轧机的国产化

王玉文

On Domestic Localization of High Speed Rod & Wire Mill

Wang Yuwen

(Chongqing Iron & Steel Designing Institute, Chongqing 400013)

1978年以前，我国高速线材轧机在轧钢生产中还处于空白。从1987年起，马钢、首钢、酒钢等企业先后引进了各种类型高速线材轧机。从那时起，冶金部和机械部联合组织力量对高速线材设备进行了攻关。通过广大科技人员的努力，目前已达到了全线整体设计、整机制造的目标，并批量出口菲律宾、尼日利亚、马来西亚等国家。10多年间，高速线材轧机设备制造在我国不仅实现了“零”的突破，而且出现了从整套设备引进到整套设备出口的转机。

1 国内高速线材轧机现状

我国共有各种线材轧机800多套，其中高速线材轧机只有25套，约占线材轧机总数18.5%，但高速线材产品产量达870万t，占全国线材总产量1 650万t的52.7%。其他线材轧机多为复二重和横列式轧机，设备陈旧，工艺落后，盘重小，规格单一，尺寸精度差，表面质量和冶金性能差，技术装备水平低，能耗和各种单耗指标高，已无法满足市场对线材产品质量日益严格的要求和深加工的需要，经济效益较差。因此，无论从产品的质量、品种上要求，还是为节能降耗提高经济效益，横列式和复二重式线材轧机必将被高速线材轧机和半连续轧机取代。

2 高速线材轧机设备国产化的可能性和必要性

1985年以后，我国先后从国外引进高速线材轧机二手和成套设备16套，其中成品线材Φ5.5 mm～8.0 mm规格轧制速度达105 m/s以上的高水平轧机6套。在引进的成套高速线材轧机设备中，绝大部分采取了国外技术总负责、联合设计、合作制造方式。有的设备制造分交率达87%，一般都在80%左右。太原矿山机器厂(太矿)、陕西压延机器厂、西安航空发动机公司、大连重型机器厂、洛阳矿山机器厂等都较好承担过国内制造高线设备任务。这些厂家通过与国外合作制造高线设备，不仅学习、消化、掌握了国外设备制造工艺、制造标准和对材料性能的要求，而且积累了许多宝贵经验和教训，为国内制造高线设备打下了坚实基础。

太原矿山机器厂博采众家之长，开发国内新产品，在与德马克、西马克、摩根、达涅利等国外高线设备制造有声望的厂家合作中，参与对设计资料的转化和制造过程的实践以及实际产品的检验，感到国外四家公司设备设计各有所长，也各有不足。以粗中轧为例，摩根和德马克型采用焊接闭口式机架，刚性、稳定性好，组焊后加工窗口精度容易保证；西马克型采用组装式结构，组装工艺复杂，窗口精度不易保证；摩根型轧机的结构较为简单，但重量大；德马克、西马克轧机的结构较为复杂，但重量较轻。

主传动齿轮箱，几家均采用硬齿面齿轮和焊接式箱体，但相同输入输出扭矩的齿轮箱，摩根机型比德国西马克和德马克要重30%～50%，而且轴承选用不合理；德马克和西马克机型的齿轮箱结构十分紧凑，西马克的设计还采用了双列锥轴承和定位偏心套调整结构，用以调整齿轮的接触面积和接触区域，使其工作更加可靠。虽然摩根型轧机设计粗糙，但他的Stelmor线、水冷线、吐丝机(包括吐丝机前的夹送辊)的设计非常具有特色，确有其独到之处。

太矿在总结几家技术特长之后，采众家之长，并结合中国实际，开发了我国自行设计的机型。这种机型以西马克机型为基本机型，但不采用西马克组合式机架，而采用德马克型焊接式机架，轧辊轴承采用国内成熟的四列短圆柱轴承，轧辊平衡采用国产弹性胶体，底座及换辊小车采用结构较为简单的摩根型结构。该机型经已投产的生产实践证明，这种机型结构紧凑，稳定性好，经济实用，很适合我国新建高线厂和小型厂的改造。摩根型Stelmor线虽有特色，但结构过于复杂。德马克Stelmor线结构较为简单，但功能不全，因此，太矿结合两家技术特长，进行了合理的技术处理，使Stelmor线在确保功能前提下结构更加合理。同时风冷系统采用了小风机多段冷却，每个风室设有风量控制分配挡板(下佳灵)

和气流分布调节机构(上佳灵)，辊道采用耐热球铁连铸棒材加工，既经济又耐用。

综上所述，高速线材轧机设备的制造积累了较为丰富的经验，我国已完全具备从设计到设备制造的能力。

3 几个高速线材关键设备国产化问题

高速线材轧机中的预精轧机、精轧机、夹送辊和吐丝机是重要的关键设备，目前国内在高速线材设备中引进国外的主要就是这几种设备。经过多年与外商的技术合作和合作制造，以上几种设备的设计资料基本掌握。无论从设计上或从制造上来看，经过多次生产制造实践，我们也掌握了制造工艺、制造标准和制造诀窍；从制造装备上来讲，我们已经拥有了先进的数控机床、加工中心、热处理设备、预处理线和检测设备等，除了一些关键部件(如油膜轴承、高速滚动轴承、高速轴密封件等)的国内供货质量尚不能满足要求外，其它零件和配套件均可采用国产化产品。

目前，上述设备已在国内投入使用。例如太原钢铁公司高速线材厂、福建三明钢厂线材厂等均为全套国产化设备，设备质量和性能通过生产实践考验，均能满足设计要求，并开始向国外成套出口。

4 关键制造技术的攻关

高速线材设备由于是高速、连续生产，产品品种和规格种类繁多，成品尺寸精度要求高，所以对设备性能和加工精度要求也非常严格，特别是对零部件材料的选择、尺寸加工精度、几何形状、热处理状态、装配精度等都有很高要求，这些要求在国外引进的图纸上大部分并未注明，仅反应在制造工艺资料和检验资料上，通过攻关，成功制造了关键设备。如西安航空发动机公司制造的福建三明钢厂高速线材精轧机组、出口菲律宾的高速线材设备、太钢117 m/s精轧机、通化钢厂高线精轧机、海南洋浦高线精轧机等。

(1) 预精轧、精轧和飞剪箱体攻关

这些箱体尺寸和形位公差要求很严，焊接箱体用药性焊丝进行焊接，用染色渗透法对全部焊缝进行检验，铸造箱体用煤油进行渗漏试验。在粗加工、半精加

工和精加工之间增加了两道自然时效工序，防止了箱体加工后的变形，收到了很好的效果。

(2) 齿轮材料的选择、热处理及机加工攻关

原设计的硬齿面齿轮材料多为15CrNi6，因国内此种材料缺乏，选择了性能高于15CrNi6的20Cr2Ni4材料，这种材料经渗碳淬火，基本硬度很高，机加工很困难，但经过热处理、冷热加工衔接和加工性方面攻关，取得了成功成果和经验，齿轮经精密磨齿和修缘修形，精度可达DIN5级，用户反映很好。在生产摩根型齿轮箱中，还对应原设计牌号选用了S17CrNiMo6或4320，该材料成本较低，加工性较好，并取得了成功的加工经验。

(3) 预精轧、精轧的偏心套和锥形套攻关

偏心套是零件加工的一个技术难关，用一般的加工方法其表面质量和偏心量很难保证，在攻关摸索中，制造厂采用了两种加工方法，较大的偏心套，在立式车床上设计了专用的磨头和滚压头，车削后精磨内外圆或精车削后滚压加工。较小的偏心套采用上偏心芯轴的方法进行加工，用类似的方法也解决了锥形套的加工关键。

(4) 吐丝机的制造攻关

① 吐丝管的材料选择，MDS和SMS采用12CrMo910或10CrMo910,对应我国材料相当于Cr5Mo，由于该规格的管材国内市场上稀缺，选用了1Cr18Ni9Ti无缝管为首选代用材料，还可以用P20、P18、35CrMo热轧无缝管，虽然使用寿命较原设计短些，但解决了国产化问题。

② 平衡问题。由于吐丝机回转直径大，回转件上的对称零件多，在动平衡机上设计工装作主体动平衡，然后用便携式动平衡仪进行精密平衡。目前国内可以对3 m长、直径1 m的工件和装配件进行动平衡，解决了吐丝机高速旋转动平衡问题。

③ 吐丝机的弯管机，是吐丝机的成型设备，按国外要求，胎具的空间曲线需要在大型五坐标或七坐标加工中心进行加工，我国目前这样的高精尖设备很少。为了解决这些问题，采用首段曲线胎具整体铸造成型，人工按样板打磨，末段曲线胎具按样板划线点焊，弯出第1根管，在吐丝机上安装定型(火煨)后，再在弯管上调整胎具，最终定位焊接，取得了很好效果。

(5) 各种油容器的铸造箱体制造攻关

各种油容器铸造箱体内部表面质量直接影响到油的清洁度和后部处理及涂漆，为了解决该项难题，对铸造内芯使用表面树脂砂造型及热化学清理，可以得到较好的内腔铸造表面，而成本提高不大。

(6) Stelmor线运输辊材质问题

Stelmor线分为普通型和延迟型，其运输辊既要耐高温又要耐磨。目前使用3种材料，即15CrMo热轧管焊接空心辊、3Cr24Ni7SiRe离心铸管焊接空心辊和中硅耐热铸铁实心辊。空心辊的加工难度很大，加工废品较多，耐热铸铁实心辊经生产实践检验是个实用经济材料。

其它如活套辊、导卫辊的高耐磨耐温材料的堆焊工艺和加工工艺国内也有成熟的经验。

(7) 装配是确保产品质量的重要一环

零件加工好后，只有经过精心装配，才能达到优良的性能。国外高线设备设计中，大量采用了无键联接方式，给装配带来较大工作强度和风险。创造了过盈量配合件采用冷装和热装相结合的方法：对剪机的齿轮轮齿和孔键槽的对中问