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【摘 要】本文对无孔型轧制技术的开发和应用进行了介绍。无孔型轧制具有节能、降耗、提高生产率的显著效果。
【关键词】无孔型轧制；压下规程；工艺设计
0.前言
在没有轧槽的平辊上轧制钢坯的方法，叫平辊轧制，也叫圆边矩形轧制或无槽轧制。
方坯、方钢和圆钢一般都是在排列有各种孔型的轧辊上轧制而成。但这种轧法轧辊消耗和储备量大，换辊频繁，不仅严重地影响轧机生产率的提高，而且使生产成本增加。为此，世界上许多国家研究在钢坯和简单断面型钢生产中，用无轧槽平辊代替粗轧机组和中轧机组中全部有槽轧辊进行无孔型轧制。目前，无孔型轧制正在较为广泛地取代常规的孔型轧制。
1.无孔型轧制法的优点
同传统的孔型轧制法相比，无孔型轧制法有如下的优点：
1.1节约能源
采用无孔型轧制，可使轧机作业率明显提高，因而减少停炉时间，使加热炉的燃料消耗减少6%；无孔型轧制时轧件变形较为均匀，轧件内部产生的附加应力小，没有轧槽侧壁对轧件的作用力和轧槽周边辊径差对轧件引起的摩擦力的作用，因此轧制力比用常规孔型轧制减小5%～10%，可节约电能约7%。
1.2成品质量好
无孔型轧制可避免孔型轧制时轧辊与导卫装置错位、轧偏和过充满所引起的质量缺陷；无孔型轧制可使金属产生横向流动，有利于表面更新，因而可使表面上的发纹、裂纹等缺陷减少和表面层变化均匀，这对要求脱碳层均匀分布的产品非常重要；轧辊工作表面无速度差，金属与轧辊接触表面上的相对滑动较孔型轧制时小得多，因而没有轧辊的磨屑压在轧件表面上，这对生产作为拉丝坯料的盘条特别有利。由于拉丝盘条的质量改善，可使细丝拉伸机的生产能力提高6%，成本降低5.5%。
1.3成材率高，节约金属
无孔型轧制时轧件变形均匀，因而轧件头部和尾部形成缺陷的长度大为减小。由于切头切尾长度显著减小，从而可使成材率提高0.1%～0.4%；由于变形均匀，无内部缺陷的轧件所占百分比也比常规孔型轧制法要高。因此可以获得提高成材率和节约金属的显著效果。
1.4节约轧辊，轧辊复修简化
无孔型轧制时所用轧辊直径比常规孔型轧制所用辊径小，其差值为轧槽深度的2倍，从而使轧辊重量减轻；平辊轧制时因为没有辊环，所以辊身长度的利用率可提高5%～10%；轧件与轧辊接触处的轧辊工作直径相同，没有由于轧槽所形成的辊径差，轧件宽向没有辊面速度差，轧辊磨损大为减少且较均匀，轧辊复修量显著减小，轧辊寿命提高2～4倍；由于无孔型的轧辊可适用于各种规格的产品，相同的轧辊又可适用于不同机架，这又可使轧辊的储备量大为减少（减少约1/3），从而使轧辊的管理大为简化。
1.5提高轧机的生产能力，降低劳动强度、劳动量和生产成本
无孔型轧制时，因为轧辊的共用性大，换轧产品时常常不用换辊，轧机调整也较为简便，从而可使轧机停工时间减少30%左右；换辊时，由于轧辊轴向无辊环阻碍，无须松退导板、卫板，使换辊时间大为缩短。因此轧机的作业率大为提高，从而显著提高轧机的生产能力，这对多品种小批量生产的轧机以及品种规格多的钢厂，效果尤为显著。
但是，无孔型轧制在应用中尚有以下问题有待解决：
（1）因为无孔型轧制没有侧壁夹持轧件，易于造成脱方，严重时则不可能继续轧制。
（2）由于轧件角部重复地进行无槽轧制，故比较尖锐，有可能造成折叠缺陷。
（3）为使无孔型轧制用于实际生产，需要设计防止脱方的轧制程序和导卫装置，这种导卫装置的设计应能防止轧件前后端弯曲、扭转脱方变形和刮伤轧件表面。
2.无孔型轧制工艺设计
2009年，轧钢厂将无孔型轧制工艺开发列为当年的技术改造项目，由于无孔型轧制存在的问题，轧钢厂在工艺开发设计过程采取了针对性的解决方法。
（1）优化设计无孔型轧制工艺道次程序表。将入口轧件的高宽比控制在小于1.5范围，最佳压下率控制在0.7RB和1.3RB之间（RB指变形在单鼓和双鼓之间时的临界压下率）。
（2）加长导板，使其尽量伸入轧辊中心， 以防止轧件平行四边形现象。
（3）设计防止轧件产生折叠的孔型。由于无孔型轧制后的矩形断面轧件是尖角的，在进入椭圆孔型中轧制时易形成折叠。为了防止折叠必须在其轧制最初咬入阶段阻止轧件角部的局部宽展， 即孔型必须设计成轧件中心位置变形程度要大。因此孔型设计为过渡孔型，以防止折叠产生。
3.工艺参数的确定
目前根据轧钢厂生产线的实际情况，我们首先在粗轧区进行摸索，所有的参数以粗轧为设计开发依据，具体如下：
3.1工艺和相关参数
全线18架轧机，其中粗、中轧各有6架平立交替布置，立式轧机为上传动。粗轧的平均延伸系数为1.323，1架箱型，2架立箱，其余采用椭圆一圆孔型系统。坯料为150*150*9700mm，开发钢种：HRB335，HRB400，40Cr，45A，45，35，25，20等。
粗轧出口断面：71圆钢，面积3957mm2；6#轧机轧制速度：0.909——1.706m/s。参数制定时，暂时不考虑6#轧机同7#轧机的孔型接口，其计算过程如下：确定6#轧机的轧件断面：F6=4013mm2，断面为：63.35*63.35mm，选用64*64mm，面积调整为4096mm2；总延伸系数为：F坯/F6=5.4932，平均延伸系数为：μ平均=1.3353，根据延伸系数的分配原则，先初步分配如下：
这样2、4、6架的轧件尺寸就设计成：113.21、84.49、63.98的方钢，为了测量和计算，调整为：114、84和64的方钢。
3.2宽展的确定
宽展的确定，选用Z.Wusatowski（Z-乌萨托夫斯基）公式计算确定：
式中：δ=B/H； （B为轧前轧件宽，H为轧前轧件高）
ε=H/D；（H为轧前轧件高，D为轧辊直径）
η=h/H；（h为轧后轧件高，H为轧前轧件高）
β=b/B；（b为轧后轧件宽，B为轧前轧件宽）
当η=0.1～0.5时，用公式（3），η≤0.1时，用公式（2）。
根据Z.Wusatowski（乌萨托夫斯基）宽展公式，计算出各道次料型尺寸如下：
基本条件：b0=150 H0=150 计算得：
经过对各道次轧件咬入条件计算，各道次均可以顺利咬入。实际生产中，各道次压下量按计算设定均较合适；道次轧件断面宽度与计算值偏差在±3mm之内。
4.应用情况
2009年8月14日，在粗轧开发无孔型轧制工艺获得成功，采用该工艺生产过程顺畅，成品钢筋经检验，各项力学性能、外观质量均符合国标要求。
截止2011年1月17日，该生产工艺在高线生产了近一年，总过钢量近100万吨，未出现因采用无孔型轧制工艺而引起的轧制事故和产品质量异议。
5.结论
无孔型轧制工艺在全连续轧制生产线上的使用是成功的，对于轧制普通钢种而言，不会产生质量缺陷，但在使用该工艺时，应考虑飞剪的剪切力是否满足。
实际开发、生产中，需要准确地确定轧件的断面形状、尺寸及变形参数，同时也要确定轧辊入口方向导板间距与入口轧件宽度的差值。在采用无孔型轧制时，入口导板对轧件进入轧辊和在轧辊间轧制的稳定性起决定性的作用，必须合理确定入口导板与入口轧件间的间隙值。
【关键词】无孔型轧制；压下规程；工艺设计
0.前言
在没有轧槽的平辊上轧制钢坯的方法，叫平辊轧制，也叫圆边矩形轧制或无槽轧制。
方坯、方钢和圆钢一般都是在排列有各种孔型的轧辊上轧制而成。但这种轧法轧辊消耗和储备量大，换辊频繁，不仅严重地影响轧机生产率的提高，而且使生产成本增加。为此，世界上许多国家研究在钢坯和简单断面型钢生产中，用无轧槽平辊代替粗轧机组和中轧机组中全部有槽轧辊进行无孔型轧制。目前，无孔型轧制正在较为广泛地取代常规的孔型轧制。
1.无孔型轧制法的优点
同传统的孔型轧制法相比，无孔型轧制法有如下的优点：
1.1节约能源
采用无孔型轧制，可使轧机作业率明显提高，因而减少停炉时间，使加热炉的燃料消耗减少6%；无孔型轧制时轧件变形较为均匀，轧件内部产生的附加应力小，没有轧槽侧壁对轧件的作用力和轧槽周边辊径差对轧件引起的摩擦力的作用，因此轧制力比用常规孔型轧制减小5%～10%，可节约电能约7%。
1.2成品质量好
无孔型轧制可避免孔型轧制时轧辊与导卫装置错位、轧偏和过充满所引起的质量缺陷；无孔型轧制可使金属产生横向流动，有利于表面更新，因而可使表面上的发纹、裂纹等缺陷减少和表面层变化均匀，这对要求脱碳层均匀分布的产品非常重要；轧辊工作表面无速度差，金属与轧辊接触表面上的相对滑动较孔型轧制时小得多，因而没有轧辊的磨屑压在轧件表面上，这对生产作为拉丝坯料的盘条特别有利。由于拉丝盘条的质量改善，可使细丝拉伸机的生产能力提高6%，成本降低5.5%。
1.3成材率高，节约金属
无孔型轧制时轧件变形均匀，因而轧件头部和尾部形成缺陷的长度大为减小。由于切头切尾长度显著减小，从而可使成材率提高0.1%～0.4%；由于变形均匀，无内部缺陷的轧件所占百分比也比常规孔型轧制法要高。因此可以获得提高成材率和节约金属的显著效果。
1.4节约轧辊，轧辊复修简化
无孔型轧制时所用轧辊直径比常规孔型轧制所用辊径小，其差值为轧槽深度的2倍，从而使轧辊重量减轻；平辊轧制时因为没有辊环，所以辊身长度的利用率可提高5%～10%；轧件与轧辊接触处的轧辊工作直径相同，没有由于轧槽所形成的辊径差，轧件宽向没有辊面速度差，轧辊磨损大为减少且较均匀，轧辊复修量显著减小，轧辊寿命提高2～4倍；由于无孔型的轧辊可适用于各种规格的产品，相同的轧辊又可适用于不同机架，这又可使轧辊的储备量大为减少（减少约1/3），从而使轧辊的管理大为简化。
1.5提高轧机的生产能力，降低劳动强度、劳动量和生产成本
无孔型轧制时，因为轧辊的共用性大，换轧产品时常常不用换辊，轧机调整也较为简便，从而可使轧机停工时间减少30%左右；换辊时，由于轧辊轴向无辊环阻碍，无须松退导板、卫板，使换辊时间大为缩短。因此轧机的作业率大为提高，从而显著提高轧机的生产能力，这对多品种小批量生产的轧机以及品种规格多的钢厂，效果尤为显著。
但是，无孔型轧制在应用中尚有以下问题有待解决：
（1）因为无孔型轧制没有侧壁夹持轧件，易于造成脱方，严重时则不可能继续轧制。
（2）由于轧件角部重复地进行无槽轧制，故比较尖锐，有可能造成折叠缺陷。
（3）为使无孔型轧制用于实际生产，需要设计防止脱方的轧制程序和导卫装置，这种导卫装置的设计应能防止轧件前后端弯曲、扭转脱方变形和刮伤轧件表面。
2.无孔型轧制工艺设计
2009年，轧钢厂将无孔型轧制工艺开发列为当年的技术改造项目，由于无孔型轧制存在的问题，轧钢厂在工艺开发设计过程采取了针对性的解决方法。
（1）优化设计无孔型轧制工艺道次程序表。将入口轧件的高宽比控制在小于1.5范围，最佳压下率控制在0.7RB和1.3RB之间（RB指变形在单鼓和双鼓之间时的临界压下率）。
（2）加长导板，使其尽量伸入轧辊中心， 以防止轧件平行四边形现象。
（3）设计防止轧件产生折叠的孔型。由于无孔型轧制后的矩形断面轧件是尖角的，在进入椭圆孔型中轧制时易形成折叠。为了防止折叠必须在其轧制最初咬入阶段阻止轧件角部的局部宽展， 即孔型必须设计成轧件中心位置变形程度要大。因此孔型设计为过渡孔型，以防止折叠产生。
3.工艺参数的确定
目前根据轧钢厂生产线的实际情况，我们首先在粗轧区进行摸索，所有的参数以粗轧为设计开发依据，具体如下：
3.1工艺和相关参数
全线18架轧机，其中粗、中轧各有6架平立交替布置，立式轧机为上传动。粗轧的平均延伸系数为1.323，1架箱型，2架立箱，其余采用椭圆一圆孔型系统。坯料为150*150*9700mm，开发钢种：HRB335，HRB400，40Cr，45A，45，35，25，20等。
粗轧出口断面：71圆钢，面积3957mm2；6#轧机轧制速度：0.909——1.706m/s。参数制定时，暂时不考虑6#轧机同7#轧机的孔型接口，其计算过程如下：确定6#轧机的轧件断面：F6=4013mm2，断面为：63.35*63.35mm，选用64*64mm，面积调整为4096mm2；总延伸系数为：F坯/F6=5.4932，平均延伸系数为：μ平均=1.3353，根据延伸系数的分配原则，先初步分配如下：
这样2、4、6架的轧件尺寸就设计成：113.21、84.49、63.98的方钢，为了测量和计算，调整为：114、84和64的方钢。
3.2宽展的确定
宽展的确定，选用Z.Wusatowski（Z-乌萨托夫斯基）公式计算确定：
式中：δ=B/H； （B为轧前轧件宽，H为轧前轧件高）
ε=H/D；（H为轧前轧件高，D为轧辊直径）
η=h/H；（h为轧后轧件高，H为轧前轧件高）
β=b/B；（b为轧后轧件宽，B为轧前轧件宽）
当η=0.1～0.5时，用公式（3），η≤0.1时，用公式（2）。
根据Z.Wusatowski（乌萨托夫斯基）宽展公式，计算出各道次料型尺寸如下：
基本条件：b0=150 H0=150 计算得：
经过对各道次轧件咬入条件计算，各道次均可以顺利咬入。实际生产中，各道次压下量按计算设定均较合适；道次轧件断面宽度与计算值偏差在±3mm之内。
4.应用情况
2009年8月14日，在粗轧开发无孔型轧制工艺获得成功，采用该工艺生产过程顺畅，成品钢筋经检验，各项力学性能、外观质量均符合国标要求。
截止2011年1月17日，该生产工艺在高线生产了近一年，总过钢量近100万吨，未出现因采用无孔型轧制工艺而引起的轧制事故和产品质量异议。
5.结论
无孔型轧制工艺在全连续轧制生产线上的使用是成功的，对于轧制普通钢种而言，不会产生质量缺陷，但在使用该工艺时，应考虑飞剪的剪切力是否满足。
实际开发、生产中，需要准确地确定轧件的断面形状、尺寸及变形参数，同时也要确定轧辊入口方向导板间距与入口轧件宽度的差值。在采用无孔型轧制时，入口导板对轧件进入轧辊和在轧辊间轧制的稳定性起决定性的作用，必须合理确定入口导板与入口轧件间的间隙值。