关于大棒材轧制弯头问题的成因分析与综合改善实践

1. 引言

随着我国基础设施建设和高端装备制造业的飞速发展，对优质大规格棒材的需求日益增长，对其尺寸精度、力学性能及表面质量也提出了更高要求。然而，在大棒材的热轧生产过程中，轧件头部在离开轧机后出现非预期的弯曲现象（即轧制弯头），是轧钢厂普遍面临的技术难题。严重的头部弯曲不仅会导致产品弯曲度和椭圆度尺寸超标，被判为不合格品，更会在后续的冷床运行、定尺剪切及收集打包过程中造成堆钢、卡钢等生产故障，严重制约了作业率的提升和成材率的优化，给企业带来直接的经济损失。

尽管现场操作人员长期以来依靠经验进行干预，但该问题往往反复出现，治标不治本。因此，从理论层面系统分析轧制弯头的产生机理，并据此提出一套科学、系统、可复制的综合改善方案，对于提升大棒材产品的核心竞争力具有迫切的现实意义。本文基于某钢厂大棒材生产线的实际案例，对轧制弯头问题的探索与改善过程进行详细论述。

2. 轧制弯头问题的成因分析

导致大棒材头部弯曲的原因是多方面因素耦合作用的结果，其主要成因可归纳为以下几点：

2.1 轧件头部温度不均与温降过快

大棒材轧制属于高温作业，轧件的塑性高度依赖于其温度场分布的均匀性。在轧制过程中，轧件头部是第一个与轧辊、导卫装置接触并暴露在空气中的部分，其温降速度远快于轧件本体。特别是在精轧机组前，若冷却水喷嘴角度或流量控制不当，直接浇洒到轧件头部，会造成头部局部急冷，导致其塑性急剧下降、变形抗力增大。当头部两侧或上下表面存在温差时，会产生不对称的塑性变形，出轧机后即向温度较低、硬度较高的一侧弯曲。

2.2 轧制中心线不对中

理想的轧制状态要求轧机的中心线、导卫的中心线与轧件的运行轨迹三者完全重合。然而，在实际生产中，由于轧机牌坊的磨损、垫板松动或安装精度不足，可能导致各架次轧机之间的中心线存在偏差。这种偏差会使轧件在咬入时受到一个额外的偏心力矩，导致轧件在孔型中发生不对称轧制，头部出辊后因残余应力释放而向一侧弯曲。这种弯曲往往方向固定，是系统性偏差。

2.3 导卫系统调整失准

导卫的作用是正确引导轧件进出轧辊孔型。若入口导卫安装对中不佳、磨损严重或夹持过松，无法有效扶正轧件头部，会导致轧件以错误的角度咬入孔型。出口导卫的偏离则无法对刚刚完成变形的、仍处于高温塑性状态的轧件头部进行有效约束和导向，任其自由甩出，极易形成弯头。导卫的稳定性是保证轧件直线运行的关键。

2.4 轧制速度与咬入冲击

在轧件咬入轧辊的瞬间，会产生巨大的冲击力。若咬钢速度设置过高，冲击力会加剧轧机和导卫的振动，破坏原有的对中状态，使轧件在咬入瞬间发生“弹跳”或偏移，从而引发头部弯曲。特别是在粗轧和预精轧阶段，轧件断面大、咬入冲击力强，速度设定不当的影响更为显著。

2.5 孔型设计与磨损

不合理的孔型设计可能导致金属在槽内流动不均。此外，轧槽磨损不均会使孔型失去原有的对称性，即使对中和导卫调整完美，轧件也会因变形不均而产生弯曲。

3. 综合改善措施的实施与实践

针对上述成因，我厂成立了技术攻关组，采取了以下系统性改善措施：3.1 优化轧机咬钢速度，实现平稳咬入

改变了以往追求极致速度的生产模式，对粗轧机和预精轧机架的咬钢速度进行了精细化设定和优化。适当降低了咬入瞬间的转速，待轧件头部稳定咬入后再平稳加速至设定轧制速度。这一措施显著减小了咬钢冲击对轧机、导卫系统的扰动，为轧件提供了一个稳定的咬入条件，从源头上减少了因冲击振动导致的随机性弯曲。

3.2 精密对中轧制中心线，消除系统偏差

利用激光对中仪等精密工具，对全线轧机进行了重新标定和找正。建立了标准的轧制中心线数据库，定期进行校验。重点保证了：各架次轧机水平度和中心高度一致；轧辊的轴向窜动在允许公差范围内；机架间延伸轨道的过渡平滑，且中心线与轧制中心线重合。

这项基础工作的完成，从根本上消除了因设备精度不足导致的系统性弯曲缺陷。

3.3 加强导卫的对中调整与稳定性管理制定了严格的导卫安装、调整与点检标准：

安装对中，使用对中样板或激光仪确保入口、出口导卫与轧辊孔型严格对中，公差控制在±1mm以内。

在线调整，操作工在换辊换槽后，必须通过低速过钢观察头部走向，微调导卫直至轧件平直出入。维护与更换，建立了导卫总成（特别是导卫板、导轮）的磨损台账，定期检查、修复或更换，杜绝带病作业。采用了耐磨性能更优的导卫材质，延长其稳定周期。

3.4 改进水冷系统，控制头部温降对精轧机前的水冷系统进行了改造：

加装挡水板与导流装置，在冷却喷嘴附近加装物理挡板，防止冷却水直接飞溅到尚未进入轧机的轧件头部。

优化喷嘴角度与时序控制，调整喷嘴的喷射角度，使其主要覆盖轧件中后部。对于具备分段控制的冷却系统，优化了水阀的开启/关闭逻辑，确保在轧件头部和尾部通过时，该区域水冷强度自动减弱或关闭，有效均衡了轧件首尾的温度场。

4. 改善效果与结论

通过上述一系列措施的综合实施，我厂大棒材生产线的头部弯曲问题得到了极大的缓解，取得了显著成效：

1.质量提升，头部弯曲度超标率由改善前的 2.5% 下降至 0.3% 以内，产品椭圆度也得到了显著改善，尺寸精度稳定满足高端客户要求。

2.成材率提高，因弯头造成的切损和废品大幅减少，生产线成材率整体提升了约 0.8% ，带来了可观的经济效益。

3.生产顺行，冷床卡钢、堆钢故障次数大幅度减少，提高了作业效率，减轻了操作人员的劳动强度。

结论：

大棒材轧制弯头问题是一个典型的由设备、工艺、操作等多因素引发的综合性质量问题。实践证明，单纯依赖个别环节的调整难以彻底解决，必须采用系统性的思维和方法。通过以设备精密对中为基础，以优化轧制工艺参数（如咬钢速度）为核心，以强化导卫稳定性为保障，并以控制轧件温度均匀性为辅助，构建一套“四位一体”的综合控制体系，能够有效根治轧制弯头这一顽疾。本次实践不仅提升了我厂的产品质量，也为同类型棒材产线的工艺优化和技术改造提供了行之有效的路径与借鉴。