線棒材多線扭轉(zhuǎn)切分軋制新技術(shù)的研究

1、線棒材多線扭轉(zhuǎn)切分軋制新技術(shù)的研究陶維純（唐山鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司高速線材廠河北唐山063016）摘要: 本文從多線扭轉(zhuǎn)切分軋制孔型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)入手，考慮的主要孔型參數(shù)有兩個：切分孔型傾斜度a和切分孔型雙槽中心距變化量DC。采用正交實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行了以鉛和鋼為坯料的兩線及四線扭轉(zhuǎn)切分軋制研究，以得到孔型參數(shù)配合的最佳范圍。關(guān)鍵詞：線棒材，多線扭轉(zhuǎn)切分軋制，切分軋制，孔型設(shè)計(jì)STUDY OF NEW TECHNOLOGY OF MULTI-ROTATESLIT ROLLING FOR PRODUCING BARSTAO Weichun(High-speed Wire Mill,Tangshan I

2、ron & Steel Co.,Ltd.,Tangshan 063016,China)ABSTRACT: This paper first deals with the roll pass design system of the multi-rotate slit rolling. There are two principal pass parameters : The inclination angle of the slit pass (a) and the difference of the center distance of orals in the slit pass (DC)

3、. The experiments and arranged by orthogonal design. The substrates of lead and steel were rolled in two-line and four-line slit rolling method in order to obtain the optimum values of the parameters.KEY WORDS : bars , multi-rotate slit rolling , multi-slit rolling ,rolling pass design1. 切分軋制及多線切分軋制

4、的概念切分軋制是在熱軋過程中將軋件利用孔型的作用，軋成兩個或兩個以上的并聯(lián)軋件，再利用切分設(shè)備(軋輥、導(dǎo)衛(wèi)、切分輪等)把并聯(lián)的軋件沿縱向切分成兩根或兩根以上的單體軋件，然后再軋成成品鋼材或中間坯料。多線切分軋制技術(shù)是在軋制的最后階段沿縱向把軋件切分成多根棒材的技術(shù)，在此工藝中，一塊鋼坯在大部分道次中都是單根軋制，僅在最后幾道次中進(jìn)行多線軋制，然后切分成多根棒材。2. 切分軋制的發(fā)展概況早在十八世紀(jì)，切分軋制就已用于舊鋼軌的利廢方面，但是連續(xù)生產(chǎn)的切分軋制是本世紀(jì)七十年代加拿大聯(lián)合鋼公司(Co-steel Group)創(chuàng)造的，隨后，英國、美國、德國、日本等國也應(yīng)用了這一技術(shù)。目前，世界上有許多國

5、家正在研究連鑄坯切分的連續(xù)性生產(chǎn)問題，在多線切分軋制的研究、開發(fā)及實(shí)際應(yīng)用方面，日本、美國、加拿大、德國處于當(dāng)今世界領(lǐng)先水平，均掌握了多線切分軋制的新技術(shù)并向世界各國推廣。我國很早就試用過切分軋制。早在1955年鞍鋼就把廢鋼軌切分軋制成功，到八十年代后才得到迅速發(fā)展。昆鋼、首鋼，邢鋼等廠家將切分軋制技術(shù)在連續(xù)式、半連續(xù)式軋機(jī)成功應(yīng)用同時，在橫列式軋機(jī)上，鞍鋼、漣源鋼廠、新滬鋼廠等廠家也取得了成功的經(jīng)驗(yàn)，切分軋制技術(shù)取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。特別是1994年，唐鋼由意大利達(dá)涅利公司引進(jìn)的棒材連軋生產(chǎn)線采用切分輪方法成功切分軋制出螺紋鋼筋，開創(chuàng)我國在新建連續(xù)式棒材軋機(jī)上采用切分軋制新工藝的先例。切分軋

6、制的分類方法很多，如按切分工具劃分有火焰切割、圓盤剪切分、切分輪切分、軋輥切分；在軋輥切分中又有不同的方法。本文采用的切分軋制分類方法是按切分的實(shí)質(zhì)劃分的，可分為張力切分、剪力切分、軋制扭轉(zhuǎn)切分三種，本文的多線切分軋制為軋制扭轉(zhuǎn)切分的范疇。3. 多線扭轉(zhuǎn)切分軋制原理多線扭轉(zhuǎn)切分軋制新技術(shù)是將一根小方坯軋成扁材后,在9號孔型內(nèi)軋出幾個頸部。頸部在10號孔型內(nèi)被進(jìn)一步軋細(xì),然后在11號孔型內(nèi)被縱向切分輥切開,如圖3-1所示。多線扭轉(zhuǎn)切分軋制原理如圖3-2所示。圖3-2所示切分孔型內(nèi)的軋件，由于切分孔型傾斜度a的作用，使切分孔型內(nèi)軋件所受軋制力的合力P偏離軋件的重心O而產(chǎn)生一個以O(shè)為中心的逆時針方向

7、旋轉(zhuǎn)的力矩，在這個力矩的作用下使軋件的連接帶剪切開。在離開切分孔型時，棒材必須使其橢圓形斷面的主軸線，都呈垂直狀態(tài)進(jìn)入下一個孔型。但是這并不需要施加任何扭轉(zhuǎn)力，因?yàn)樵谇蟹挚仔偷呐まD(zhuǎn)力的作用下，棒材會自動旋轉(zhuǎn)。所以，只要在切分孔型的出口處裝一個特定的出口導(dǎo)板，就能保證棒材按要求的方式進(jìn)入下一個孔型。切分輥和前面的預(yù)切分輥的孔型，都設(shè)計(jì)成帶楔形邊緣，但其角度均為90左右的鈍角。方坯9110211切分孔型312465137148圖3-1 多線扭轉(zhuǎn)切分軋制的孔型系統(tǒng)圖PbcaOdaP圖3-2 多線扭轉(zhuǎn)切分軋制原理4實(shí)驗(yàn)設(shè)備：二輥180軋機(jī)：電機(jī)功率55KW；加熱爐: 最高溫度可達(dá)1350；軋輥：3對；

8、尺寸分別為：F187mm2;F176mm2;F195mm2；材質(zhì)45#鋼。動態(tài)電阻應(yīng)變儀；3086型A4X-Y記錄儀; 壓力傳感器:5 實(shí)驗(yàn)方案的選定多線扭轉(zhuǎn)切分軋制要考慮的主要因素有三個：即切分前軋件連接帶厚度S、切分孔型傾斜度a和切分孔型雙槽中心距變化量DC。本實(shí)驗(yàn)共分三個階段進(jìn)行。(1) 以鉛材為坯料的兩線扭轉(zhuǎn)切分軋制實(shí)驗(yàn)(常溫軋制)實(shí)驗(yàn)方案如表5-1所示。由于本實(shí)驗(yàn)使用的軋輥輥面長度限制，在不影響實(shí)驗(yàn)本身整體效果的情況下，省略第一組方案，因此，本實(shí)驗(yàn)采用的切分孔型共有5組，即實(shí)驗(yàn)號為26的切分孔型。以鉛材為原料，將鉛鑄成斷面為3030mm2的方斷面鑄坯，長度為300mm，共30根。根據(jù)

9、實(shí)驗(yàn)方案表設(shè)計(jì)一套工藝孔型，共4道，前2道為預(yù)切分孔型，第3道為扭轉(zhuǎn)切分軋制孔型，第4道為成品圓孔型，可軋出成品圓棒材。其軋制工藝流程圖如圖5-1所示。K3K4坯料成品K1K2圖5-1 鉛材兩線切分軋制工藝流程圖 因素 水平 實(shí)驗(yàn)號a（）DC（mm）1*11021123142414051826180表5-1實(shí)驗(yàn)方案(2) 以鋼材為原料的兩線切分軋制實(shí)驗(yàn)(熱狀態(tài)切分軋制)在以鉛為原料的兩線切分軋制的基礎(chǔ)上進(jìn)行,對切分效果好，切分后斷口質(zhì)量好的實(shí)驗(yàn)孔型進(jìn)行鋼材的熱狀態(tài)切分軋制。當(dāng)加熱爐爐溫升至1150時將鋼坯裝爐，加熱至1150保溫30分鐘出爐軋制，每軋制一道再加熱一次，直到k2孔型切分軋制完畢。

10、鋼材在熱狀態(tài)下的切分軋制工藝流程圖如圖5-2所示，本實(shí)驗(yàn)采用鋼坯尺寸為3030250mm，共計(jì)8根。鋼的主要化學(xué)成份（）C：0.10;Mn:0.55;Si:0.20.半成品加熱加熱加熱加熱坯料K2K3K4圖5-2 鋼材熱狀態(tài)下兩線切分軋制工藝流程圖(3) 以鋼材為坯料的四線切分軋制實(shí)驗(yàn)(熱切分軋制)表5-2 鋼材的四線切分軋制正交實(shí)驗(yàn)方案表因素實(shí)驗(yàn)號DC（mm）a（）10152215在二線切分的基礎(chǔ)上進(jìn)行，考慮的變化因素有兩個，即切分孔型傾斜度a和切分孔型雙槽中心距變化量DC，切分孔型傾斜度a有一個水平，切分孔型雙槽中心距變化量DC有兩個水平，正交實(shí)驗(yàn)方案表見表5-2所示。圖5-3四線切分軋制

11、鋼坯的斷面形狀及尺寸鋼材的四線切分軋制實(shí)驗(yàn)鋼坯的斷面形狀及尺寸如圖5-3所示，坯料的長度為300mm，采用機(jī)加工成形，鋼的主要化學(xué)成份（）C：0.20;Mn:0.46;Si:0.04。根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案表設(shè)計(jì)孔型，采用一道次實(shí)現(xiàn)鋼材的四線扭轉(zhuǎn)切分軋制，其軋制工藝流程圖如圖5-4所示。在該實(shí)驗(yàn)中，鋼坯在加熱爐中加熱，當(dāng)爐溫升至1150時將鋼坯裝爐，爐溫回升至1150時保溫30分鐘后出爐軋制，軋制溫度約為1120。加熱1150圖5-4 鋼坯四線切分軋制工藝流程圖6鉛、鋼材兩線扭轉(zhuǎn)切分軋制切分效果分析61在切分孔型傾斜度a=1118范圍內(nèi)，切分孔型雙槽中心距變化量DC=02mm范圍內(nèi)的正交實(shí)驗(yàn)中，其任意組

12、合的切分孔型系統(tǒng)均可實(shí)現(xiàn)鉛材的兩線扭轉(zhuǎn)切分軋制，切分效果滿意。隨著切分孔型傾斜度a的增大，扭轉(zhuǎn)明顯增大，說明隨著切分孔型傾斜度a的增大，扭轉(zhuǎn)切分力增大，因此切分孔型傾斜度a是影響切分力、切分效果的主要因素。62在所有的切分孔型中切分后的兩根軋件均向兩側(cè)彎曲，產(chǎn)生鐮刀彎現(xiàn)象，切分孔型雙槽中心距變化量DC=2mm時切分后軋件側(cè)向彎曲曲率半徑小于切分孔型雙槽中心距變化量DC=0時切分后軋件側(cè)向彎曲曲率半徑。63切分軋制軋出軋件斷口有明顯的扭切跡象，切分后斷口表面呈圓過渡狀。當(dāng)切分孔型傾斜度a=11、14、18時，通過對比可以看出，當(dāng)切分孔型傾斜度a不變時，切分孔型雙槽中心距變化量DC對切分?jǐn)嗫谫|(zhì)量有

13、影響，隨著切分孔型雙槽中心距變化量DC的增大，切分后軋件斷口毛刺變長，切分質(zhì)量下降。64 當(dāng)切分孔型雙槽中心距變化量DC值不變時，分析切分孔型傾斜度a對切分質(zhì)量的影響可以看出：隨著切分孔型傾斜度a的增大，切分后切口質(zhì)量由無毛刺略有毛刺毛刺較長，說明切分質(zhì)量下降，這與切分孔型切分帶寬度的增大有關(guān)。65 鉛、鋼材在實(shí)驗(yàn)條件下切分效果相近。7鋼材四線扭轉(zhuǎn)切分軋制切分效果分析K2-7孔型切分效果最好，實(shí)驗(yàn)所用的四根坯料全部切開，該孔型工藝參數(shù)為：切分孔型傾斜度a=15，切分孔型雙槽中心距變化量DC=2mm；而K2-6孔型切分效果不佳，實(shí)驗(yàn)所用的四根坯料均沒有被切開，其工藝參數(shù)為：切分孔型傾斜度a=15

14、，切分孔型雙槽中心距變化量DC=0。因此，在切分孔型傾斜度a=15時，增大切分孔型雙槽中心距變化量DC有利于多線扭轉(zhuǎn)切分軋制的順利實(shí)現(xiàn)，切分孔型雙槽中心距變化量DC是影響切分效果的重要因素之一。同兩線鋼的熱切分軋制實(shí)驗(yàn)對比可以看出，在四線扭轉(zhuǎn)切分軋制過程中，軋件的受力情況比兩線扭轉(zhuǎn)切分軋制要復(fù)雜，四線扭轉(zhuǎn)切分軋制過程中軋件各部分之間的相互牽制作用增大而增大了切分的難度。8實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算對比分析(1) 多線扭轉(zhuǎn)切分孔型中軋件所受的剪切應(yīng)力t隨著切分孔型傾斜度a的增大而增大，減小而減小。因此從理論上看，切分孔型傾斜度a小時，不易于切分，切分孔型傾斜度a大時有利于切分。切分孔型傾斜度a是影響多線

15、扭轉(zhuǎn)切分效果的主要因素。(2) 從兩線切分軋制和四線切分軋制的對比可以看出，從整體上講，兩線切分軋制是在兩個扭轉(zhuǎn)力矩的作用下，實(shí)現(xiàn)一個連接帶的剪斷，四線切分軋制是在四個扭轉(zhuǎn)力矩的作用下，實(shí)現(xiàn)三個連接帶的剪斷。因此，四線切分時連接帶處所受的剪切應(yīng)力小于兩線切分時連接帶處所受的剪切應(yīng)力，說明當(dāng)切分孔型傾斜度a一定時，隨著切分線數(shù)的增加，切分應(yīng)力減小，順利實(shí)現(xiàn)切分軋制的難度加大。(3) 從實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算的結(jié)果對比可以看出，當(dāng)切分孔型傾斜度a相同時，切分孔型雙槽中心距變化量DC=2mm時，切分孔型所受的平均單位壓力大于切分孔型雙槽中心距變化量DC=0時切分孔型所受的平均單位壓力，這樣就使軋制時產(chǎn)生

16、的逆時針扭轉(zhuǎn)力矩不同，即：MDC2MDC0，從而使扭剪力P1DC2P1DC0，其最終結(jié)果是切分孔型雙槽中心距變化量DC=2mm時切分孔型中軋件連接帶所受的剪切應(yīng)力大于切分孔型雙槽中心距變化量DC=0mm時切分孔型中軋件連接帶所受的剪切應(yīng)力，即tDC2tDC0，軋件連接帶所受的剪切應(yīng)力大有利于實(shí)現(xiàn)切分。因此，切分孔型雙槽中心距變化量是影響多線扭轉(zhuǎn)切分軋制切分效果的又一因素。(4) 從以上分析可以看出，切分孔型傾斜度a，切分線數(shù)和切分孔型雙槽中心距變化量DC均為影響多線扭轉(zhuǎn)切分效果的因素，切分孔型傾斜度a是主要因素，理論分析的結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果是一致的。9 結(jié)論(1) 影響多線扭轉(zhuǎn)切分軋制切分效果的主

17、要因素是切分孔型傾斜度a，以鋼材為坯料時，切分孔型傾斜度a取1418能實(shí)現(xiàn)鋼材兩線切分軋制。(2) 切分孔型雙槽中心距變化量DC是影響扭剪力及切分效果的又一因素。在切分孔型傾斜度a不變的條件下，雙槽中心距變化量DC0的切分孔型順利實(shí)現(xiàn)切分軋制。(3) 切分孔型雙槽中心距變化量DC對鋼熱切分軋制切分后軋件連接帶斷口質(zhì)量沒有明顯影響。(4) 在實(shí)驗(yàn)條件下，多線切分軋制孔型參數(shù)的最佳配合為切分孔型傾斜度a=1415，切分孔型雙槽中心距變化量DC=2mm。(5) 采用多線扭轉(zhuǎn)切分軋制新技術(shù)可生產(chǎn)高質(zhì)量的光面鋼筋。參考文獻(xiàn)1 陳瑛，切分軋制，軋鋼，1984,(1),442 符積源，切分軋制技術(shù)值得發(fā)展，南方鋼鐵，1993,(5),113 李芳春，徐林平，切分軋制，冶金工業(yè)出版社，1995.124 呂進(jìn)，北京