安鋼右旋等強(qiáng)錨桿鋼筋的研制與開發(fā)

趙豫 范銀平 靳熙 王曉燕

(安陽鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司)

安鋼右旋等強(qiáng)錨桿鋼筋的研制與開發(fā)

趙豫 范銀平 靳熙 王曉燕

(安陽鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司)

針對(duì)產(chǎn)品的使用特點(diǎn)，通過合理的化學(xué)成分、孔型設(shè)計(jì)及軋制工藝設(shè)備調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)了右旋等強(qiáng)錨桿鋼筋的批量生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，滿足了用戶需求。

右旋等強(qiáng) 錨桿鋼筋 生產(chǎn)工藝

0 前言

錨桿鋼筋主要應(yīng)用于煤礦井下巷道支護(hù)工程，對(duì)保證巷道暢通、井下安全作業(yè)及煤礦行業(yè)的建設(shè)與生產(chǎn)具有重要作用。而右旋等強(qiáng)錨桿鋼筋則是一種不通過機(jī)械加工，熱軋成品直接與相應(yīng)規(guī)格的螺帽配合使用的高精度、高強(qiáng)度樹脂錨桿鋼筋。它與端頭錨固式錨桿相比，它可使錨桿強(qiáng)度提高，加工費(fèi)用降低，是普通圓鋼及建筑螺紋鋼桿體的換代產(chǎn)品。為滿足煤礦企業(yè)需求，根據(jù)其產(chǎn)品使用特點(diǎn)，通過合理的孔型設(shè)計(jì)及工藝設(shè)備調(diào)整，安鋼于2008年底成功研制開發(fā)生產(chǎn)出右旋等強(qiáng)度錨桿鋼筋，經(jīng)用戶使用反映效果良好，現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。

1 產(chǎn)品特點(diǎn)及技術(shù)指標(biāo)

右旋錨桿鋼筋的最大特點(diǎn)是不通過機(jī)械加工直接與相應(yīng)規(guī)格的螺帽配合使用，這就對(duì)錨桿橫肋間距和相對(duì)橫肋末端連線的旋向提出了嚴(yán)格的要求。同時(shí)，右旋錨桿鋼筋在使用過程中的受力特點(diǎn)，也決定了其強(qiáng)度要高于同規(guī)格的普通錨桿。因此，開發(fā)右旋錨桿鋼筋首先是要在工藝上保證合理的孔型設(shè)計(jì)及軋輥的位向調(diào)整，其次是化學(xué)成分的控制，以此保證錨桿鋼筋的強(qiáng)度。

右旋錨桿鋼筋表面形狀如圖1所示，其尺寸及允許偏差應(yīng)符合表1的規(guī)定。橫肋底寬為4.6 mm～5.4 mm；橫肋頂寬為2.8mm～3.2 mm。右旋錨桿鋼筋的力學(xué)性能要求見表2。

圖1 右旋等強(qiáng)錨桿帶肋鋼筋示意圖

表1 右旋錨桿鋼筋尺寸及允許偏差 mm

表2 MG335右旋錨桿鋼筋力學(xué)性能

3 工藝設(shè)計(jì)

國內(nèi)生產(chǎn)鋼筋類產(chǎn)品通常采用熱軋或軋后控制冷卻兩種工藝。采用軋后控制冷卻工藝生產(chǎn)的鋼筋，由于存在時(shí)效性，會(huì)引起強(qiáng)度的波動(dòng)，從而造成錨桿桿體強(qiáng)度的不穩(wěn)定性，所以生產(chǎn)確定采用熱軋工藝生產(chǎn)。

3.1 生產(chǎn)工藝流程

120mm×120mm連鑄小方坯 -加熱 -Φ450mm ×3粗軋機(jī) -Φ350mm×4一中軋 -1#切頭飛剪 -Φ300mm×4二中軋機(jī) -Φ260mm×4精軋機(jī)組 -步進(jìn)式冷床冷卻 -冷剪 -收集、打捆 -檢驗(yàn)、入庫。

3.2 化學(xué)成分

生產(chǎn)過程根據(jù)用戶對(duì)右旋錨桿鋼筋的力學(xué)性能要求，其化學(xué)成分控制見表3。

表3 MG335右旋錨桿鋼筋化學(xué)成分 w％

3.3 工藝控制

3.3.1 冶煉工藝

出鋼溫度：1650℃～1670℃，終點(diǎn) P≤0.025％；S≤0.025％；采用二次擋渣，出鋼嚴(yán)禁爐口和出鋼口下渣，盡量減少出鋼回磷。使用高碳錳鐵合金和硅鐵合金脫氧合金化；為保證鑄坯質(zhì)量，連鑄拉速不超過3 m/m in。

3.3.2 軋制工藝

右旋等強(qiáng)錨桿鋼筋與普通熱軋帶肋鋼筋的不同點(diǎn)是：一是不帶縱肋，二是上下橫肋必須以螺旋線方向按規(guī)定的螺距變化，嚴(yán)格呈螺紋狀對(duì)齊。因此，要求工藝設(shè)計(jì)時(shí)孔型設(shè)計(jì)要合理，且生產(chǎn)時(shí)上下軋輥必須設(shè)有位向調(diào)整機(jī)構(gòu)，以保證錨桿鋼筋的外觀尺寸和形狀。

首先，在孔型設(shè)計(jì)方面，由于右旋等強(qiáng)錨桿帶肋鋼筋沒有縱筋，因此成品前孔的設(shè)計(jì)不同于建筑帶肋鋼筋，不僅要控制成品兩側(cè)不能充填過滿，即不出耳子，而且要求橫肋充填良好，故成品前孔孔型將普通熱軋帶肋鋼筋的雙圓弧孔型設(shè)計(jì)改為平橢孔型設(shè)計(jì)，這樣既可以保證橫肋填充良好，又避免了成品兩側(cè)過充滿。

其次，右旋等強(qiáng)錨桿鋼筋橫肋必須以螺旋線方向按規(guī)定的螺距變化，導(dǎo)程角的調(diào)整范圍較小，而且要求由上下軋輥軋出的橫肋形狀嚴(yán)格呈螺紋狀對(duì)齊，否則螺母不能旋入錨桿等。由于軋輥的位向調(diào)整要求較為嚴(yán)格，考慮右旋等強(qiáng)錨桿帶肋鋼筋有上下兩部分螺紋橫筋，二者必須保證在同一條螺旋線上，相當(dāng)于常見的單頭螺栓螺紋。為了保證上下軋輥的準(zhǔn)確定位，使上下輥軋出的橫筋在同一條螺旋線上，需設(shè)置軋輥位向調(diào)整機(jī)構(gòu)。軋輥的位向調(diào)整就要依靠非傳動(dòng)端的齒輪嚙合保證軋輥同步。同時(shí)，為調(diào)整上下橫筋對(duì)正誤差，就需要根據(jù)齒輪齒數(shù)與軋輥橫肋個(gè)數(shù)計(jì)算出上下橫肋錯(cuò)位周期，以便根據(jù)試小樣時(shí)測量的上下橫肋螺旋錯(cuò)位距離，應(yīng)用計(jì)算的錯(cuò)位周期，做到一次性調(diào)整到位，避免不必要的作業(yè)時(shí)間浪費(fèi)。

做到了以上兩個(gè)方面，右旋等強(qiáng)錨桿鋼筋產(chǎn)品的外觀尺寸和形狀就可以得到有效控制。

4 產(chǎn)品實(shí)物水平

4.1 化學(xué)成分控制

冶煉右旋等強(qiáng)錨桿帶肋鋼筋實(shí)際化學(xué)成分控制水平見表4。

表4 MG335右旋錨桿鋼化學(xué)成分 w％

4.2 產(chǎn)品外形尺寸控制

產(chǎn)品外形尺寸控制見表5。

表5 右旋錨桿鋼筋外形尺寸 mm

4.3 錨桿鋼筋力學(xué)性能

錨桿鋼筋力學(xué)性能見表6。

表6 右旋等強(qiáng)錨桿鋼筋力學(xué)性能

4.4 金相組織及晶粒度

對(duì)右旋錨桿鋼筋進(jìn)行組織晶粒度檢驗(yàn)分析，其組織均為 F+P；晶粒度級(jí)別近表層及1/2處分別為9.5級(jí)和9級(jí)。其近表層及1/2處組織照片如圖2所示。

圖2 Φ20mm錨桿鋼筋金相組織照片

4.5 用戶跟蹤

安鋼右旋錨桿鋼筋首批經(jīng)河南省平煤礦業(yè)集團(tuán)使用，其螺母與桿體聯(lián)接牢固，經(jīng)拉力試驗(yàn)，螺母聯(lián)接部位未見破壞。右旋

book=13,ebook=145煤存在一定程度的混煤現(xiàn)象，所以所得到的混合煤反射率分布圖中所含各煤種的比例與實(shí)際配入比例不完全相符。

對(duì)于排水器內(nèi)部的堵塞，可定期通過檢修孔對(duì)排水器內(nèi)部進(jìn)行疏通清理，保證排水器運(yùn)行正常。如圖5所示，在2009年9月對(duì)轉(zhuǎn)爐煤氣排水器進(jìn)行了有針對(duì)性的改進(jìn)。并修改、制訂了《排水器檢查制度》及風(fēng)機(jī)開停機(jī)等相關(guān)制度，保證了排水器的安全運(yùn)行。

圖5 改進(jìn)后排水器示意圖

1)有效隔斷排水器，對(duì)排水器及管道進(jìn)行氣體置換檢測合格后，對(duì)通入排水器一室的蒸汽管道改進(jìn)，將原有的閥門及止回閥拆除并用堵頭封閉，打開排水器二室的放空堵頭，采用膠管軟連接的形式將蒸汽通入排水器二室對(duì)排水器進(jìn)行伴熱，既做到了排水器伴熱又避免了擊穿現(xiàn)象的發(fā)生；同時(shí)要控制蒸汽伴熱溫度，防止水垢的產(chǎn)生；

2)對(duì)位于風(fēng)機(jī)進(jìn)口及出口管道上的排水器，將排水器一室的放空堵頭拆除，更換為閥門，并將出口引向操作者另一側(cè)，人員定期打開此閥門以排水器一室是否有氣體壓出為標(biāo)準(zhǔn)檢測一室運(yùn)行是否正常，若有氣體壓出及時(shí)補(bǔ)水，可有效消除排水器的運(yùn)行假象；

3)對(duì)部分排水器的溢流管道改進(jìn)，將溢流管后埋地管道改為明渠，定期清理結(jié)垢，同時(shí)定期對(duì)排水器進(jìn)行檢查，防止排水器堵塞的發(fā)生。

4 改進(jìn)效果

改進(jìn)后運(yùn)行至今，轉(zhuǎn)爐煤氣排水器運(yùn)行安全穩(wěn)定，操作簡單，效果良好。

1)消除了排水器因蒸汽及N2擊穿現(xiàn)象的發(fā)生；通過定期對(duì)排水器一室進(jìn)行檢查，消除了運(yùn)行假象；

2)通過定期清理排水器溢流管及明渠，消除了堵塞現(xiàn)象發(fā)生，避免了冷凝液外流污染環(huán)境。

[1]王志峰，張志忠，李獻(xiàn)宏，等.高爐、焦?fàn)t混合煤氣逆向引轉(zhuǎn)爐煤氣在安鋼的應(yīng)用.河南冶金，2008，16(5)：28-30.

[2]工業(yè)企業(yè)煤氣安全規(guī)程.北京；國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局. GB6222-2005，7.4.5-7.5.2

[3]向曉東.現(xiàn)代除塵理論與技術(shù).北京；冶金工業(yè)出版社，2004，50-73.

表5 配合煤鏡質(zhì)組反射率各區(qū)間比例

2.3 指導(dǎo)煤場分堆

應(yīng)用煤巖指導(dǎo)煤場分堆可提高單類堆放的煤種質(zhì)量的穩(wěn)定性，使各個(gè)分堆煤種盡可能相近于單一性能、或煤化度接近。由于同一牌號(hào)的來煤、各供戶間的結(jié)焦性質(zhì)差別不一，若將同一牌號(hào)各供戶來煤不加區(qū)別地堆成一堆，就可能造成同一堆煤的結(jié)焦性質(zhì)波動(dòng)較大。因此，在逐步控制來煤混洗后，還需要以“反射率 R值相近、反射率分布圖所占比例的絕大部分重疊”為目標(biāo)，按照這一原則，在現(xiàn)有堆放工藝基礎(chǔ)上增加“煤巖指導(dǎo)堆放”，進(jìn)一步提高了各煤種結(jié)焦性的均一性和穩(wěn)定性。

2.4 煤巖指導(dǎo)配煤

目前安鋼與遼寧科技大學(xué)合作，共同研究安鋼煤巖配煤技術(shù)的生產(chǎn)應(yīng)用，結(jié)合安鋼焦煤資源與質(zhì)量變化，進(jìn)行各單種煤及配合煤的工業(yè)分析、煤巖檢測、焦炭光學(xué)顯微結(jié)構(gòu)檢測、40 kg小焦?fàn)t的試驗(yàn)工作。在現(xiàn)有生產(chǎn)條件下應(yīng)用煤巖指導(dǎo)配煤工作，影響焦炭質(zhì)量的因素在煉焦配煤工藝固定的情況下取決于煉焦煤的鏡質(zhì)組性質(zhì)和惰性組份的數(shù)量，鏡質(zhì)組性質(zhì)對(duì)焦炭光學(xué)組織的影響必需通過鏡質(zhì)組反射率分布狀況來體現(xiàn)。不同煉焦煤具有自己的鏡質(zhì)組反射率分布區(qū)間，不同的反射率分布區(qū)間一般情況下對(duì)應(yīng)不同的焦炭顯微組成，從而對(duì)應(yīng)不同的焦炭性能。用鏡質(zhì)組反射率分布區(qū)間能更直接地反映煤的變質(zhì)程度，混煤狀況和在配煤成焦中起的作用，應(yīng)用煤巖學(xué)指導(dǎo)配煤可以進(jìn)一步改善和穩(wěn)定焦炭質(zhì)量。

3 探討與建議

1)在確定煉焦生產(chǎn)的實(shí)際配煤比中，由于進(jìn)廠煤存在混洗現(xiàn)象，可能會(huì)出現(xiàn)混合煤反射率分布圖中所含各煤種的比例與實(shí)際配入比例不完全相符的情況，可根據(jù)煤巖數(shù)據(jù)和反射率分布圖將原料煤分為單一煤種、簡單混煤、復(fù)雜混煤三種，同時(shí)確定出復(fù)雜混煤中各煤種所占百分比。對(duì)煤場配入的各單種煤必須按煤巖特征重新進(jìn)行比例配算，最后確定出有別于理論煤配比的煤廠實(shí)際配煤比，并以此進(jìn)行生產(chǎn)配煤操作，從而煉出與實(shí)際相符的優(yōu)質(zhì)冶金焦炭。

2)在單種煤或配合煤鏡質(zhì)組最大反射率測定過程中，有些單位采用全自動(dòng)測定的方法，由于鏡質(zhì)組與半鏡質(zhì)組形態(tài)與顏色十分接近，特別是測定配合煤時(shí)，由于各單種煤的變質(zhì)程度不同，電腦很難準(zhǔn)確分別，可采用半自動(dòng)測定的方法，但是該方法速度較慢、周期較長，不能完全滿足正常生產(chǎn)檢測需求，所以建議對(duì)重要煤種或供應(yīng)量較大的煤種采用半自動(dòng)測定方法，也可以用于對(duì)來煤進(jìn)行抽查。

3)煉焦煤的顯微組分與焦炭的顯微結(jié)構(gòu)之間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，可通過測定焦炭顯微結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)分析出配合煤中各顯微組分，進(jìn)而來檢驗(yàn)各單種煤配入比例的合理性，從而科學(xué)有效的指導(dǎo)生產(chǎn)配煤，安鋼目前正在進(jìn)行該項(xiàng)內(nèi)容的研究工作。

4 結(jié)論

1)生產(chǎn)實(shí)踐證明，煤巖分析作為一種先進(jìn)的煤質(zhì)分析法，在實(shí)際生產(chǎn)中有著重要的作用。利用煤巖鏡質(zhì)組反射率不僅可以鑒別單種煤的質(zhì)量，優(yōu)化和監(jiān)控煤源，同時(shí)還可用來指導(dǎo)配煤和預(yù)測焦炭指標(biāo)為生產(chǎn)提供決策。

2)通過煤巖技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用，焦炭質(zhì)量得到了穩(wěn)定改善，抗碎強(qiáng)度達(dá)到 81％～83％，熱強(qiáng)度65％～67％，為高爐順行提供了優(yōu)質(zhì)原料，增強(qiáng)了企業(yè)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

5 參考文獻(xiàn)

[1]周師庸.應(yīng)用煤巖學(xué).北京：冶金工業(yè)出版社，1985：45-46.

[2]薛改鳳，許傳智，陳鵬.煤巖配煤技術(shù)在武鋼生產(chǎn)中的應(yīng)用研究.武漢科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2006(6)：29-31.

[3]關(guān)樹艷.淺談煤巖鏡質(zhì)組反射率測定的作用.理化與檢測，2006(2)：37-39.

DEVELO PM ENT O F R IGHT-HAND THREADED FULL STRENGTH ROCKBOLT RE INFORCED BAR

Zhao Yu Fan Yinp ing Jin X i W ang X iaoyan (Anyang Iron＆Steel Group Co.，L td)

Tha paper introduces the development situation of right-hand threaded full strength rockbolt reinforced bar. In accordance w ith p roduct’s app lication characteristics，it carries out rational chem ical composition，pass design and ro lling technology equipment ad justment to realize batch p roduction.Product quality keeps stab le and meets users’requirem ents.

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＊聯(lián)系人：范銀平，高級(jí)工程師，河南.安陽(455004)，安陽鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心；

2010—5—10