|
花上十分钟，了解一个工业原理。 我估计不知道轧钢是怎么回事的人不多，因为它的原理太简单，把钢烧红变软，然后用两根擀面杖夹住那么一转，就把钢坯挤压成想要形状的钢材了，这两根擀面杖叫做轧辊。 轧钢的原理的确就那么简单，所以有炼铁学炼钢学，讲到轧钢教材就叫轧钢设备了，所以我就不多讲原理了，讲一些也许不是人人都知道的事情吧。 首先我想问问，你知不知道轧钢机能够轧制出些什么钢材来？ 钢板是肯定的了，一对光面轧辊，中间留点缝隙，不就是钢板的形状么？最简单了。 第二就是包括圆钢和方钢在内各种形状的型材，如角钢、槽钢、工字钢、铁路钢轨等等，这个要复杂点，是用带环形槽的轧辊轧的。 一对带槽的轧辊并在一起，两者凹下去的槽拼起来，就会形成一个槽孔，在轧辊面上开多个槽，形成的第一个槽孔和钢坯接近，只变形小部分，经过中间一系列槽孔的变形，最后槽孔的形状和成品一样，出来就是成品型材了。
上图是轧辊的示意图，左边是光面轧辊，右边是带槽的，你注意没有，轧辊看上去其实并不像擀面杖，要粗胖很多，真像擀面杖那么细的话，会被钢坯顶弯的，即使烧红了，钢坯也不是面团。 有没有像擀面杖那么细的轧辊？有，在多棍轧钢机里，这个我后面再讲。 轧制所有型材都是一个原理，只不过槽形不一样而已。 在钢筋混凝土里做主钢筋的螺纹钢，也属于型材，只不过轧辊的最后一个槽里，还斜向加工了一连串的凹槽，被轧制成棒状的钢坯最后过这个槽孔时，就会被挤出一些凸起来，不注意的话看上去像螺纹，实际并不是，这些凸起的作用是增加钢筋和混凝土之间的结合力。 这两类钢材的轧制原理，我估计你已经知道，不知道的话想也能够想象出来。 那么想一想，还有什么形状的产品可以用轧钢机轧出来？别总往截面形状上想哟，不管什么形状，只要能够轧出来，都归类为型材。 除非，是空心的，比如钢管和方形钢管。 钢管分焊管和无缝钢管两类，焊管是用带钢螺旋形地卷成圆筒，把接缝处焊接而成的，这不是钢铁企业的活，是专门的焊管厂生产的。 因为有一条螺旋形焊缝，所以焊管是不能承受很大压力的，也不能承受太大的扭力等等，要求比较高的应用，就需要无缝钢管了。 无缝钢管中间的孔，不是钻出来的，是专用轧钢机轧出来的，这种轧钢机叫做穿孔机，它是用两个交叉排列的轧辊把圆形钢坯夹住，用一个装在芯棒上的像子弹头那样的顶头顶住，轧辊旋转时，因为轧辊和钢坯的方向有夹角，一边带动钢坯旋转，一边迫使钢坯往前顶，硬生生被顶出一个孔来，套在芯棒外边延伸，最后得到一个厚壁而无缝的钢管毛坯，称为毛管。 这叫做斜辊穿孔机，下图是轧辊的布局示意，还有一种三辊的穿孔机，原理差不多，只是从三个方向夹住钢坯，让它无处可逃，能够轧制更难变形的一些材料。
芯棒又长又细，需要就近支撑，但随着毛管套上去，支撑机构就需要跟着往后退，前端的芯棒就依靠毛管本身来支撑了，这种可移动的支撑方式，不仅用在钢管加工上，也用在细长的杆状零件的加工上，比如丝杆的加工。 有了管壁很厚的毛管，可以用周期性轧机把壁厚轧薄，可以用热扩轧机扩大直径，也可以用延伸轧机把管径收小，总之就可以有从十多毫米直径到好几百毫米直径的各种无缝钢管，都是从最初的毛管来的，而所有这些钢管轧机，大体都离不开用芯棒在里边撑住内径，用轧辊在外边轧制挤压这个基本思路。 不过注射器的针头那么小的无缝钢管好像不是从大直径的毛管这么一路加工过来的，据说是用一小块厚板，比如硬币大小，用冲压方式压延成一个很深的细桶，把底子切掉，然后一系列拉伸加工来的。 有了圆形的无缝钢管，要用类似轧钢机的辊压机压成方管，就不困难了哈。 板材，型材以及管材，还有没有什么可以轧出来的？ 还有，钢球和糖葫芦串形状的周期性变直径棒材，都可以用轧钢机轧出来，这个我不多说了，发个图片自己揣摩一下吧，因为我也是第一次知道钢球是轧出来的。
再说说线材轧制。 截面是圆形的大直径钢材，俗称圆钢，直径比较小的圆钢，习惯上叫做棒材，都算是型材，再小就叫做线材了，直径在5mm到12.7mm之间，比手指头还要细。 线材供货时不再是长长的一根，而是卷成一大盘，所以俗称也叫盘圆，盘起来的圆钢，常见的用途是钢筋混凝土的副筋，主筋是沿着长度方向布置的，副筋弯成方环，再用铁丝横向捆扎在主筋上。 线材直径小，轧制阻力小，因此可以高速轧制。 我见过的老式线材轧机是横列式的，多个机架横列起来，线材从这个机架轧过去，弯折以后从另一个机架轧回来，就这么走S形，最后一个机架出来就是成材了，算是半连续轧制。 从一个机架到另一个机架，是人工喂料的，两个工人各拿一个近两米的大夹钳，夹住线材一起抬着往轧机里送。 这种轧机速度快不了，成品速度也就每秒10米左右，相当于省市一级选手的短跑速度，也不算慢了。 我所知道的最先进的线材轧机叫做45°轧机，也不知道现在有没有落后，这种轧机是纵列式连轧机组，一个个机架排成一列，线材从前一个机架出来，就近进入下一个机架，不需要人工喂料。 因为轧辊是单方向压下的，不可能一次性把圆钢轧制出小一号的圆形，只能压扁成椭圆，下一个机架交错90°安装，又把椭圆轧圆，就这么圆—扁—圆交替轧，那么机架数就应该是单数，机架彼此交错，都和地面成45°，由此得名。 这种轧机的成品机架速度达到每秒120米，比直升飞机还快。 比线材更细的就是钢丝了，钢丝可以捻绳，制钉，生产钢丝、钢绳和钢钉的厂叫做金属制品厂，和许多最终制品生产在钢铁企业之外不一样，金属制品厂是隶属于钢铁企业的，但数量不多，很多钢铁企业都没有这个部门。 钢丝不是轧的，是拉出来的，但不是像兰州拉面那样拉长拉细，那样做不到粗细均匀，钢丝是用拉模拉的，拉模有个前大后小的圆孔，最小处直径比喂进去的坯料小一点，把线材前面一段弄细，穿过去在拉丝机的滚筒上绕一圈，滚筒转动提供的拉力就把线材强行拉过拉模，属于挤压变形而不是拉伸变形。 拉丝是冷加工，不加热坯料的，烧红以后强度不够，会拉断。 冷挤压变形会造成材料内部晶格错位，需要回火恢复，所以每台拉丝机的拉模数不会很多，连续三五次冷拉之后就要去回火了，我见过的拉丝机都是四滚筒配四拉模的，不知道有没有三个或者五个的。 拉丝机旁边是危险区域，工人都不会长时间呆在旁边的，一旦出现拉断故障，细细的断口就像利剑一样，被超强的弹力一挥，绝对的割喉利器，这样的伤亡事故是发生过的。 从小在钢铁厂长大，又在钢铁设计院工作十多年，一方面对重工业的氛围有一种游子回家的亲切感，另一方面听到甚至见到过太多惨烈的伤亡事故，每次进入重工业环境，一下子就变得眼观八面耳听四方，会随时关注周围的危险源，宁愿显得畏缩一点，也不充英雄。 小时候见过一个叔叔，因为违规穿着塑料凉鞋在车间里走，不注意踩上一块不发红了但仍然有几百度的钢板，塑料鞋底融化秒变滑板，让他一下子坐在了钢板上，结果就是，没屁股了，幸亏脱离及时，治好后还能够一拐一拐地走路。 我的左手食指少了一厘米，被滚齿机的齿轮咬的，就是一瞬间的麻痹大意而已，还有一次麻痹大意差点丢命，一片羽毛飘落在10千伏高压母线上，就在我眼前，下意识想伸手去捡，手还没动就瞬间惊醒，吓出一身冷汗，好一阵回不过神来。 许多第一次进入重工业环境的人都大咧咧气宇轩昂的，我怎么告诫都听不进，也不知道这些人脑子里咋想的，这里算是顺便忠告一下，你就拿重工业厂区当作枪林弹雨的战场好了，小心点没错的。 遇事惊慌失措也很要命，沉着冷静能够救自己一命，一次液压站密封圈破裂，我被封在两股超高压油柱之间，周围没人，叫天天不应，我一动不动贴在墙壁上，几秒以后恢复了思考力，想起自己设计的操作箱就在身后，摸索着找到停止按钮按下，才脱离了险境。 扯远了，拉回来。 除开前面讲的，还有没有特殊的钢材能够通过轧钢机来生产？ 还有，齿轮就可以直接轧出来，不过不常见，常见的齿轮加工是滚齿机，这个机器我很熟悉，但现在不讲了，说轧钢讲滚齿跑题了。 火车的车轮也可以直接轧出来，当然坯料肯定是圆盘形的了，如下图所示。
还有吗？应该还有，但我不知道了。 讲过了轧机都能够轧出什么样的钢材，再来讲讲一个机架上会布置多少个轧辊。 除开一些穿孔机等轧机是三个轧辊同时工作之外，一般情况下同时都只有一对轧辊参与轧制，所以我猜你会觉得，应该是一对轧辊的轧机居多，三个轧辊偶然也有，对吗？ 但实际上，一个轧钢机架上的轧辊，从两个三个，一直到二三十个都有，轧钢机也许是品种门类最多的机械设备之一。 我这里只讲三种情况，不一一罗列了。 除开一些特殊轧机，比如轧钢球和车轮的，一般轧钢都需要多次轧制，一次成形变形量太大，别的不说，咬都咬不进去，比如轧钢板，把轧辊间隙调成两三毫米的成品尺寸，怎么可能把二三十厘米厚的板坯咬进去？那不成了咬紧牙关吃苹果嘛，下图是能够正常咬进去的情况。
为了完成多次轧制，最低效的方法，是往复式轧机，轧过去再轧回来，一直到成品，最高效的方法，是连续式轧机，需要轧几次，就排列几个机架，一次轧过去就是成品。 连续轧机各机架上的轧辊，都是一对，而往复式轧机，最合理的就是三个辊，如下图所示，上辊中辊之间的间隙向前轧，中辊下辊之间的间隙向后轧，这样轧辊的旋转方向不用改变，免去反复制动和启动，更节省能耗。
连续式轧机是很合算的，比如一个十五个机架的板材机组，造价可能不到往复式的十五倍，顶多也就差不多。 但连续式轧机的生产效率却不止往复式的十五倍，因为省去了往复轧制的时间耽搁，而且轧到后面的机架，轧制速度非常快，但往复式轧机的速度却做不到，一个机架上的轧辊，轧制速度不可能前后相差几十上百倍。 一台连续式轧机，相当于几十台往复式轧机的生产能力，但投资没有这么大的比例，人力成本更是和往复式相仿。 但往复式轧机并不会被淘汰，是因为连续式轧机产能太大，除开板材线材以及钢轨这样的大批量产品，多品种小批量的产品，并不适合连续轧制，总不能生产一两天就停下来更换轧辊吧，一换就是几十根轧辊呢，品种多了需要备多少轧辊？不合算，但生产时间长了市场就容纳不下了，同样不合算。 连续轧机的生产效率高得惊人，但能耗也吓人，就算单位产品的能耗会降低，但总能耗也是往复式轧机的许多倍。 我参观过武钢的热连轧生产线，真是壮观得很，十几个机架排列了上百米长，板坯从第一个机架咬进去，慢得要死，胜似闲庭信步，到中间我就得快跑才能跟上了，到后段简直就像在飞了。 那是四十多年前了，当时不论发电量还是耗电量都不大，这个连轧机组一开，能用掉湖北省全省三分之一的电，所以在电网增容改造完成之前，这个连轧机组只能在用电低谷时开机轧那么一小会儿。 下图是一个二十辊轧机的轧辊布局示意图，它是用来冷轧薄型带钢的，冷轧的目的主要不是把钢板轧薄，而是借助常温轧制改善性能，这其中的道理，有点类似于揉面时少加水使劲揉，擀出的面皮吃起来会更筋道一样。
不会从钢坯开始就冷轧，冷轧钢板的原料，是热轧钢板，变形量很小的，而且中途还需要回火，所以冷轧钢板比热轧钢板贵很多。 冷轧时需要更高的压力，而且要求轧辊表面特别硬，所以是用硬质合金钢做的，制造不易，不适合直径太大，真就像擀面杖一样了，为了避免轧辊变形，导致轧出来的钢带中间厚两边薄，就用了一系列的支撑轧辊帮忙顶住，所以就变成多辊轧机了，至于为什么需要二十辊之多，别问我，我也不知道。 好了，关于轧钢工艺，我肚子里的存货基本掏完了，打住吧。 |
|
|
