帶肋鋼筋四切分軋制工藝的研究

帶肋鋼筋四切分軋制工藝的研究

1試驗(yàn)1:紋鋼筋、770mm圓鋼生產(chǎn)天津鋼鐵集團(tuán)有限公司（以下簡稱天鋼）生產(chǎn)車間采用意大利達(dá)涅利公司的主要設(shè)備和自動(dòng)化設(shè)備。該設(shè)備最大壓力廠為18m，年銷售額為75.2萬噸。產(chǎn)品規(guī)格為12mm50mm螺旋式鋼筋，16mm70mm圓鋼。兩條生產(chǎn)線配置了18架兩輥高剛度摩根沙碼第五代短應(yīng)力線軋機(jī),均采用LTR低溫軋制技術(shù)和QTB穿水冷卻技術(shù)。軋機(jī)工藝布局為6-8-4,中軋機(jī)組與精軋機(jī)組間有56m的導(dǎo)槽(包括控軋控冷水箱的位置),利于單線優(yōu)質(zhì)圓鋼的生產(chǎn),這種工藝布局,實(shí)施四切分軋制工藝,存在本廠特有的生產(chǎn)難度。國內(nèi)應(yīng)用四切分廠家的軋機(jī)工藝布局都是6-6-6,布局非常緊湊,中間沒有大的間隔,利于軋件的快速軋制和切開。因此天鋼要開發(fā)四切分軋制技術(shù),要根據(jù)天鋼自身的工藝和裝備特點(diǎn),在借鑒國內(nèi)四切分先進(jìn)廠家經(jīng)驗(yàn)的同時(shí),更要自主創(chuàng)新,設(shè)計(jì)適合自身特點(diǎn)的四切分軋制工藝,為6-8-4軋機(jī)布局的四切分生產(chǎn)工藝開創(chuàng)先河,積累生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。2意識(shí)不強(qiáng),切分技術(shù)規(guī)范四線切分軋制技術(shù)是在兩線切分和三線切分軋制技術(shù)的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的。棒材切分軋制的工作原理是在棒材軋機(jī)上把坯料先軋制成扁坯,然后利用特殊的軋輥孔型和與之相配套的導(dǎo)衛(wèi)裝置,把扁坯加工成2個(gè)以上斷面面積相同的并聯(lián)軋件,并在精軋道次上沿縱向?qū)⒉⒙?lián)軋件切分為斷面面積相同的獨(dú)立軋件。切分軋制的關(guān)鍵點(diǎn)是把并聯(lián)軋件分開的方法,要得到合格的成品,要求切分過程必須滿足下列要求:切分帶表面質(zhì)量要有保證;切分帶不能造成成品折疊;切分設(shè)備使用方便、工作穩(wěn)定;軋件通長尺寸均勻;切分的速度與軋制速度相同。四切分軋制技術(shù)的基礎(chǔ)源于兩線和三線切分軋制技術(shù),所以三者之間存在非常緊密的聯(lián)系。從軋制工藝過程分析中可以看出,四切分過程可以分解成兩個(gè)步驟:第一次切分可以被看作是三線切分,第二次切分可以看作是兩線切分,也就是說,四線切分軋制是兩線和三線切分技術(shù)的組合。切分軋制技術(shù)一般可分為“一切二”、“一切三”、“一切四”等不同類型。如圖1所示。3四段分工藝設(shè)計(jì)3.1孔系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和改進(jìn)關(guān)鍵架次合理的孔型選擇和設(shè)計(jì)是四線切分軋制技術(shù)是否成功的關(guān)鍵。在四切分軋制孔型系統(tǒng)的選擇和設(shè)計(jì)中,需重點(diǎn)考慮和研究以下幾方面。3.1.1孔型的確定—軋制方案的選擇根據(jù)天鋼二切分、三切分均采用一道預(yù)切,調(diào)整工熟練操作這種調(diào)整方法,并且一道預(yù)切比兩道預(yù)切少加工一個(gè)孔型,減小了機(jī)加工車輥的工作強(qiáng)度,因此,天鋼開發(fā)四切分工藝采用一道預(yù)切一道切分的軋制方案?？紤]天鋼棒材的軋機(jī)設(shè)備布局,切分軋制在10#~18#軋機(jī)進(jìn)行,Ф12mm螺紋各架次所采用的孔型分別如下:圓-平輥-平輥-立箱-預(yù)切-切分-平橢-成品的孔型系統(tǒng),11#軋機(jī)前的來料為圓形,1#~10#孔型保持不變,但7架至10架料型需重新計(jì)算,滿足四切分均分面積的要求。Ф10mm螺紋,采用圓-平輥-立箱-預(yù)切-切分-平橢-成品的孔型系統(tǒng),與Ф12mm螺紋相比,成品尺寸更小,壓下量更大,軋制道次更多,故18架軋機(jī)全用滿?？仔拖到y(tǒng)如圖2、圖3所示。3.1.2預(yù)切切分孔型設(shè)計(jì)預(yù)切分和切分孔型是四切分中最為關(guān)鍵的孔型。理論上切分孔型內(nèi)金屬質(zhì)點(diǎn)大致沿中立面向兩邊移動(dòng),形成軋件的強(qiáng)迫寬展,孔型切分帶處不均勻變形劇烈,應(yīng)力較為集中,雖然對(duì)軋件的切分有利,但對(duì)表面質(zhì)量不利。因此,孔型設(shè)計(jì)要均勻分配預(yù)切分和切分孔型中切分楔處的壓下量,切分楔設(shè)計(jì)頂部盡量圓滑,以減緩應(yīng)力。預(yù)切分(K4孔)狗骨孔型的特點(diǎn)是把14#出來的扁鋼加工為狗骨形狀,把來料分為尺寸和截面合適的并聯(lián)軋件,為下道切分架次順利實(shí)現(xiàn)切分做好準(zhǔn)備。當(dāng)中軋機(jī)組的扁鋼來料進(jìn)入預(yù)切分孔型后,根據(jù)最小阻力定律原理,金屬首先充滿中間孔型,然后向孔型兩側(cè)流動(dòng)。切分楔子角度設(shè)計(jì)比較關(guān)鍵,既要耐磨又不能崩塊,切分楔角度理論設(shè)計(jì)為:65°~85°,實(shí)際設(shè)計(jì)選擇為中間77°,兩側(cè)74.5°,兩楔間距5.9mm。為使兩側(cè)軋件形狀更加均勻,側(cè)壁斜角設(shè)計(jì)為35°。切分孔型(K3孔)是并聯(lián)軋件切分的關(guān)鍵所在,切分楔子又高又尖,強(qiáng)度較低,負(fù)荷較重,容易磨損和崩塊,切分孔型設(shè)計(jì)還要考慮與切分輪間隙、切分輪楔形角度相匹配。切分孔型切分楔角度理論為50°~65°。實(shí)際孔型設(shè)計(jì)為:中間切分楔角度為51.5°,兩側(cè)切分楔角度為53.5°。預(yù)切和切分孔型還要注意孔型4部分面積的配比,中間2根軋件與邊部軋件溫度與受力的不同,中間2孔的面積應(yīng)比邊部小約2%~4%。預(yù)切孔應(yīng)保證93%以上的孔型充滿度。切分輪楔形角度為前輪(三切)為90°,切分輪間隙設(shè)計(jì)為1.0mm,后輪(兩切)為86°,切分輪間隙設(shè)計(jì)為1.7mm,如圖4所示。3.1.3u3000創(chuàng)建了一個(gè)道次無孔型的平輥軋制裝置四切分軋制技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中要求中軋料型波動(dòng)不超過0.2mm,形狀規(guī)矩并具有高對(duì)稱性,料不扭不錯(cuò),輥縫一致,前后道次料型匹配,確保K4架料型尺寸表面質(zhì)量的對(duì)稱性。天鋼棒材廠6-8-4的工藝布局,中軋軋出后還要經(jīng)過56m的空過導(dǎo)槽才能進(jìn)入K4孔,軋件在行進(jìn)過程中極易發(fā)生扭轉(zhuǎn),造成堆鋼,因此控制中軋料型要達(dá)到波動(dòng)不超過0.2mm是非常困難的。國內(nèi)四切分廠家的四切分軋制程序,基本上都是經(jīng)過前10道次軋出一定尺寸的圓,圓軋件再經(jīng)過一個(gè)道次的無孔型平輥軋制,軋制出一定厚度的扁鋼。該料型設(shè)計(jì)在天鋼這條生產(chǎn)線中生產(chǎn)存在著壓扁道次軋機(jī)壓下量過大,軋機(jī)負(fù)荷高,電機(jī)報(bào)警頻繁、安全銷容易斷裂等設(shè)備問題;也存在由于軋機(jī)壓下量過大,造成換輥、換槽時(shí)過小樣及軋件咬入都十分困難,給軋鋼調(diào)整帶來很大難度,甚至造成因無法咬入而堆鋼等生產(chǎn)問題。另外,由于從圓一次壓下變形到扁鋼,壓下量較大,造成13架出來的料型嚴(yán)重不均勻,中間凹形,兩邊凸形,料型的不均勻,加劇了14架的扭轉(zhuǎn)和2#剪切頭的下扎,且也對(duì)15、16架切分變形帶來不利的影響。鑒于以上情況,我們根據(jù)自身軋機(jī)布置特點(diǎn),采取從10#出來的圓軋件經(jīng)K7、K6連續(xù)兩道次平輥軋制的新思路。具體做法為:在10~13架軋機(jī)間加裝一架平式軋機(jī)即11架軋機(jī),圓軋件變一次壓扁為兩次,合理分配壓下量,對(duì)所加11架軋機(jī)的進(jìn)口導(dǎo)衛(wèi)、出口導(dǎo)衛(wèi)以及13架的進(jìn)口導(dǎo)衛(wèi)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。從10#軋機(jī)出來的圓軋件經(jīng)過11#、13#兩道次平輥軋制,大大提高了軋制系統(tǒng)的穩(wěn)定性,中軋料型易于調(diào)整,尺寸可做到精確可靠,也根本解決了13#軋機(jī)扭矩大和難咬入的生產(chǎn)難題。經(jīng)過嚴(yán)密計(jì)算和實(shí)際經(jīng)驗(yàn),10、11、13、14架軋機(jī)紅坯尺寸設(shè)計(jì)料型設(shè)計(jì)為:46.5×41.2、60.1×23、62.2×17、56.5×17.5,完全滿足四切分對(duì)中軋料型要求波動(dòng)不超過0.5mm(實(shí)際控制中基本不超過0.2mm)的要求,形狀規(guī)矩并具有高對(duì)稱性,料不扭不錯(cuò),輥縫一致,生產(chǎn)過程中易于調(diào)整,確保了進(jìn)15架預(yù)切分孔型的對(duì)稱性。3.2確定導(dǎo)槽和進(jìn)線,保證料型控制四切分軋制技術(shù)對(duì)料型的變化非常敏感,各機(jī)架料型的變化都會(huì)反映到成品尺寸上,料型控制不好,一則成品質(zhì)量不好,二則會(huì)造成堆鋼事故,因此控制好各架次軋件尺寸是保證生產(chǎn)順行的關(guān)鍵。天鋼棒材廠的軋機(jī)工藝布局為6-8-4,中軋機(jī)與精軋機(jī)組間有56m距離的導(dǎo)槽,從中軋機(jī)組出來的扁鋼軋件在56m導(dǎo)槽的行進(jìn)過程中極易發(fā)生扭轉(zhuǎn),加上頭部溫降很快,進(jìn)入精軋機(jī)組的過程中非常容易堆鋼,料型控制起來難度大大增加。為此,我們降低軋件重心,盡量做到料型規(guī)矩的前提下又增加了第二道保險(xiǎn),專門設(shè)計(jì)了防扭轉(zhuǎn)導(dǎo)衛(wèi)用于14#出口。該導(dǎo)衛(wèi)箱體的前端有入料導(dǎo)板,導(dǎo)衛(wèi)箱體的中部和后部設(shè)置前后兩組導(dǎo)輥,前后彼此相鄰的兩導(dǎo)輥的回轉(zhuǎn)中心位于鉛垂方向和水平方向,俗稱水平輥和立輥。前、后兩組導(dǎo)輥的輪緣形狀與軋件截面形狀吻合,入料導(dǎo)板和前、后兩組導(dǎo)輥形成自前向后的通道。該導(dǎo)衛(wèi)在使用時(shí),前端的入料導(dǎo)板接近軋輥,軋件在導(dǎo)衛(wèi)中行進(jìn)時(shí),首先受到導(dǎo)衛(wèi)箱體中設(shè)置的前組導(dǎo)輥的約束和引導(dǎo),然后繼續(xù)受到后組導(dǎo)輥的約束和引導(dǎo),因此軋件的行進(jìn)過程中沒有發(fā)生扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象,從而有效解決了軋鋼過程中由于軋件扭轉(zhuǎn)導(dǎo)致的事故,提高了軋制的可靠性和軋件質(zhì)量。3.3關(guān)鍵零部件參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)四線切分導(dǎo)衛(wèi)是完成軋件切分的最關(guān)鍵部件,切分導(dǎo)衛(wèi)分為切分輪系統(tǒng)和切分盒裝置。本生產(chǎn)線采用的四線切分軋制工藝是利用切分導(dǎo)衛(wèi)上的兩對(duì)切分輪將并聯(lián)軋件直接切分為四個(gè)獨(dú)立的軋件。通過對(duì)軋件走向的電腦模擬和反復(fù)實(shí)踐,對(duì)切分導(dǎo)板、切分輪的角度和間隙、分料盒內(nèi)切分刀片等關(guān)鍵零部件的參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化和設(shè)計(jì)。切分輪前輪間隙設(shè)計(jì)為1.0mm,有利于兩側(cè)的軋件切分后盡量向外張開,避免碰撞切分刀,且不易粘鋼;后輪間隙設(shè)計(jì)為1.7mm,經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐檢驗(yàn),此間隙過大,兩切后的軋件分開間距小,使切分盒中間的切分刀易粘鋼,由此造成堆鋼(如圖5所示)。后輪間隙修改為1.4mm,兩切軋件分開間距適中,解決了切分刀粘鋼現(xiàn)象。為保證切分精度及切分輪的重復(fù)使用,兩組切分輪的開口度均設(shè)置了偏心調(diào)整機(jī)構(gòu)。與其他類似產(chǎn)品相比,該四切分導(dǎo)衛(wèi)調(diào)整方便、簡單實(shí)用,分開后的紅鋼在導(dǎo)衛(wèi)里面有更加充裕的空間,防止紅鋼摩擦到分鋼刀和分料盒。四支并聯(lián)的軋件在切分導(dǎo)衛(wèi)中的切分過程及走向示意圖如圖6所示。3.41滾動(dòng)式變槳導(dǎo)衛(wèi)系統(tǒng)本生產(chǎn)線15#、16#進(jìn)口導(dǎo)衛(wèi)采用BS-DR4BP-00四輥滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)裝置,以保證紅鋼能準(zhǔn)確進(jìn)入15#、16#軋機(jī)軋槽,確保軋件運(yùn)行中的穩(wěn)定性和對(duì)中性。3.5無張力軋軋本生產(chǎn)線采用活套自動(dòng)調(diào)節(jié)各道次的速度,從而消除了人工干預(yù)的缺點(diǎn),保證各道次之間的無張力軋制。由于經(jīng)切分軋制出來的四支紅鋼之間不可避免地存在差異,使得活套控制過程中各支紅鋼的活套高度高低不一,此時(shí)活套控制遵循就高不就低的原則,即以活套高度最高的紅鋼為控制對(duì)象。3.6預(yù)切分孔型分配天鋼棒材四切分經(jīng)過多次優(yōu)化,形成如下配輥系統(tǒng):K6(13#)為平輥,該架軋機(jī)壓下量較大,延伸系數(shù)范圍1.25~1.35,獲得扁寬的料型,滿足后道工序的需要。使用高速鋼軋輥,提高其耐磨性,穩(wěn)定料型。K5(14#)為立箱孔型,主要起規(guī)整13#料型的作用,為預(yù)切變形做準(zhǔn)備,壓下量較小,延伸系數(shù)一般在1.0~1.1。使用貝氏體球墨鑄鐵軋輥,與13#高速鋼軋輥單槽過鋼量相當(dāng),同時(shí)更換軋槽,減少因單獨(dú)更換單架軋機(jī)而造成14#入口堆鋼或14#出口軋件扭轉(zhuǎn)堆鋼的幾率。K4(15#)為預(yù)切分孔型,此道次最佳延伸系數(shù)控制在1.25~1.35。此架次是分配切分料型的關(guān)鍵,四線線差取決于預(yù)切分架次,因此要求軋輥耐磨且切分楔磨損均勻,不易崩落。使用高速鋼軋輥,單槽過鋼量1500左右,保證料型均衡與穩(wěn)定。K3(16#)為切分孔型,作為切分的最終成型孔,主要目的是為最終成品提供合適、大小一樣的來料。其延伸系數(shù)最佳范圍控制在1.10~1.20。經(jīng)過多次試驗(yàn),使用高硼復(fù)合軋輥,單槽過鋼量達(dá)到2000t左右。K2(17#)采用平橢孔型,作為成品前孔型,主要目的是為最終成品提供合適、大小一樣的來料。該架次使用貝氏體球磨鑄鐵軋輥或高硼復(fù)合軋輥。K1(18#)刻有橫肋與標(biāo)志的成品孔型。該架次使用高速鋼軋輥或高硼復(fù)合軋輥。通過合理配輥,并提高軋輥加工精度,確保軋槽精度與軋槽中心線精度小于0.1mm,不但提高了軋第槽使用壽命,而且避免了四線線差過大的問題。3.7冷床連接問題4切分軋軋工藝提高產(chǎn)量技術(shù)天鋼自2010年5月開始試軋至2011年9月,棒材應(yīng)用四切分軋制工藝共生產(chǎn)Ф12mm螺紋鋼351043.56t,成材率97.25%以上,合格率99.94%;其中穿水英標(biāo)460級(jí)螺紋13226.558t。軋制速度降低20%左右,大大降低設(shè)備振動(dòng),日產(chǎn)水平可達(dá)2000t以上,比三切分軋制工藝提高產(chǎn)量15%,隨著工藝的完善和職工操作技能的不斷提高,產(chǎn)量提高的空間還很大。實(shí)現(xiàn)了小規(guī)格Ф10mm螺紋鋼四切分軋制,軋制Ф10mm螺紋鋼460t,擴(kuò)大了天鋼雙棒材的品種規(guī)格。5天鋼制技術(shù)天鋼經(jīng)過反復(fù)實(shí)踐,合理完善孔型系統(tǒng),配輥系統(tǒng),開發(fā)防扭轉(zhuǎn)導(dǎo)衛(wèi),采