Φ16 mm螺紋鋼筋三切分的工藝設(shè)計(jì)與開發(fā)

劉曉歐，胡長(zhǎng)明，喻素容

(川威鋼鐵集團(tuán)有限公司，四川 內(nèi)江 642469)

1 引言

近年來，用切分軋制工藝生產(chǎn) Φ10～Φ22 mm螺紋鋼筋在我國(guó)鋼鐵企業(yè)普遍受到重視，并視為提高小規(guī)格鋼筋產(chǎn)量的最佳手段。2011年上半年前，我廠螺紋鋼切分生產(chǎn)已系列化，Φ12 mm、Φ14 mm螺紋鋼已采用三切分技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，Φ16 mm、Φ18 mm、Φ20 mm、Φ22 mm螺紋鋼已采用二切分技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)。對(duì)較大幅度提升棒材車間產(chǎn)量，使棒材車間具備110萬噸以上生產(chǎn)能力起到了重要作用。但Φ16 mm螺紋鋼采用二切分工藝進(jìn)行生產(chǎn)，2010年Φ16×2切分平均小時(shí)產(chǎn)量?jī)H為150.85 t/h，小時(shí)產(chǎn)量相對(duì)較低，為進(jìn)一步提升棒材車間產(chǎn)量，決定對(duì)Φ16 mm螺紋鋼采用三切分軋制技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)。2011年9月1日，自主設(shè)計(jì)研發(fā)的Φ16 mm螺紋鋼三切分工藝，首次進(jìn)行了小批量試生產(chǎn)，成品中間一線出現(xiàn)折疊質(zhì)量問題。針對(duì)首次試生產(chǎn)過程中存在的成品折疊質(zhì)量問題，通過不斷進(jìn)行工藝改進(jìn)，于2011年11月17日再次進(jìn)行試生產(chǎn)時(shí)獲得開發(fā)成功，成品折疊質(zhì)量問題完全得到解決。當(dāng)即由試生產(chǎn)轉(zhuǎn)入批量生產(chǎn)，目前最高班產(chǎn)達(dá)到了1390.83 t，最高日產(chǎn)達(dá)到了 3885.07 t，平均小時(shí)產(chǎn)量達(dá)到了180.29 t/h，達(dá)到了目標(biāo)要求。

2 主要工藝及設(shè)備概況

川威棒線材廠棒材車間是自行設(shè)計(jì)，于2005年12月投產(chǎn)的全國(guó)產(chǎn)化棒材連軋生產(chǎn)線，設(shè)計(jì)能力為60萬噸 /a，2010年實(shí)際產(chǎn)量達(dá)到112.36萬噸。該生產(chǎn)線共有18架軋機(jī)，軋機(jī)組成為 Ф550×3+Ф450×3+Ф380×6+Ф320 ×6，呈平、立交替布置(K1、K3、K5為平－立可轉(zhuǎn)換軋機(jī))，每個(gè)軋機(jī)均由單個(gè)直流電機(jī)傳動(dòng)。坯料現(xiàn)采用158 mm×158 mm×9 m連鑄坯，加熱爐為端進(jìn)側(cè)出蓄熱式推鋼加熱爐，加熱能力為150 t/h(冷坯)，冷床面積為120 m×9 m，冷剪機(jī)為650 t固定剪。產(chǎn)品初期規(guī)格設(shè)計(jì)為Φ12～Φ4mm螺紋鋼筋，Φ14～Φ40 mm圓鋼，其中 Φ12～Φ16 mm螺紋鋼筋采用二線切分軋制工藝進(jìn)行生產(chǎn)，其余各規(guī)格采用單線生產(chǎn)，精軋機(jī)組最高軋制速度為18m/s。車間工藝平面布置見圖1。

圖1 棒材連軋車間工藝平面布置示意圖

3 三線切分生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)

3.1 總體思路

Φ16 mm螺紋鋼三切分生產(chǎn)能否成功關(guān)鍵在于對(duì)精軋區(qū)孔型系統(tǒng)、導(dǎo)衛(wèi)的選擇及設(shè)計(jì)。在分析總結(jié)Φ12 mm、Φ14 mm螺紋鋼三切分孔型系統(tǒng)、導(dǎo)衛(wèi)設(shè)計(jì)及生產(chǎn)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，本著完全依靠自行設(shè)計(jì)、自行開發(fā)的原則，從利于生產(chǎn)的順行和導(dǎo)衛(wèi)的共用性出發(fā)，孔型系統(tǒng)和導(dǎo)衛(wèi)仍然采用與軋制Φ12 mm、Φ14 mm螺紋鋼三切分相同的孔型系統(tǒng)和導(dǎo)衛(wèi)總成。即孔型系統(tǒng)K7～K3采用圓－平輥－扁箱－預(yù)切－切分孔型，粗中軋孔型不變，即K7以后為無孔軋制，K7為圓孔，成品孔和成品前孔與雙線軋制相同，導(dǎo)衛(wèi)總成不變，只改進(jìn)部分插件。

3.2 孔型設(shè)計(jì)

K3～K7道次孔型見圖2。

(1)K7選擇圓孔型，根據(jù)面積推算，孔高設(shè)計(jì)尺寸H=52 mm。

(2)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，K6設(shè)計(jì)為平孔，K6的輥縫設(shè)計(jì)值取S=23.5 mm。

(3)K5為扁方孔型，根據(jù)Φ12 mm、Φ14 mm螺紋鋼三切分生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)及有利于料型控制的原則，孔高設(shè)計(jì)為55 mm，槽底寬設(shè)計(jì)為25 mm，側(cè)壁斜度設(shè)計(jì)為0.122，圓角設(shè)計(jì)為R=4.5 mm。

(4)K4為預(yù)切分孔型，其目的是減小切分孔型的不均勻性，使切分楔完成對(duì)扁方軋件的壓下定位，并精確分配軋件的斷面積，盡可能減輕切分孔型的負(fù)擔(dān)，從而提高切分的穩(wěn)定性和均勻性。根據(jù)Φ12 mm、Φ14 mm螺紋鋼三切分生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，此道次延伸系數(shù)最佳范圍在1.25～1.32之間，在設(shè)計(jì)時(shí)，考慮穩(wěn)定性等原因，中間一線面積比兩側(cè)略大，一般在2%～3%之間。設(shè)計(jì)要滿足切分楔完成壓下定位，必須壓下一定的深度，切分楔處的壓下系數(shù)1/η切 ＞2，槽底的壓下系數(shù)1/η底＞1。切分楔的形狀和尺寸要合理，且耐磨損，頂部有R＞2 mm的圓角過渡。預(yù)切分楔角度一般設(shè)計(jì)為75°～85°，設(shè)計(jì)取預(yù)切分楔角度為84°。

圖2 Φ16 mm×3切分K3～K7孔型示意圖

(5)K3為切分孔型，其作用是切分楔繼續(xù)對(duì)預(yù)切分軋件的中部進(jìn)行壓下，軋出與孔型形狀相同的軋件，使連接帶的厚度符合將3個(gè)并聯(lián)軋件撕開的需要。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，此道次延伸系數(shù)最佳范圍在1.10～1.25之間。其設(shè)計(jì)要點(diǎn)是切分楔角度、孔型中間連接帶的寬帶和厚度應(yīng)設(shè)計(jì)合理。切分楔角度過大會(huì)撕不凈或撕不開，過小會(huì)形成對(duì)切分輪的夾持力過大，加大切分輪的負(fù)擔(dān)，一般在50°～60°左右，切分楔角度設(shè)計(jì)為 58°。孔型中間連接帶的寬帶過寬，軋件撕開后毛刺長(zhǎng)，易產(chǎn)生成品折疊，過窄，切分楔磨損快，換槽頻繁?？仔椭虚g連接帶的寬帶過厚，切分輪負(fù)荷大，消耗量大，過薄，換槽頻繁。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，切分帶的厚度一般控制在0.8～1.0 mm左右，為保證尖部不被碰壞，切分楔子尖部應(yīng)適當(dāng)?shù)陀谳伱?。切分楔尖的設(shè)計(jì)要滿足楔子頭部耐磨損、沖擊，防止破損，尖部圓角要有R＞0.7 mm的圓滑過渡，取R=1.1 mm。

3.3 關(guān)鍵道次導(dǎo)衛(wèi)設(shè)計(jì)

三切分導(dǎo)衛(wèi)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于很好地設(shè)計(jì)切分輪，尤其應(yīng)注意切分輪的楔尖角度和楔尖間距:首先，因?yàn)樾饨嵌忍髸?huì)增加兩側(cè)兩根料切分時(shí)的外分力，從而加劇它們走曲線的程度，增加堆鋼的機(jī)率;楔尖的角度太小的話，則會(huì)導(dǎo)致軋件撕不開或出現(xiàn)出口衛(wèi)板嚴(yán)重“粘鋼”的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致堆鋼的產(chǎn)生，因而合適的切分輪角度異常重要;其次，在生產(chǎn)實(shí)踐中我們還發(fā)現(xiàn)，切分輪兩楔尖間距應(yīng)與切分孔型匹配合理，否則定會(huì)導(dǎo)致成品折疊，從而影響到成品的質(zhì)量。

切分導(dǎo)衛(wèi)的后半部分通常稱為分料盒，設(shè)計(jì)是否合理是關(guān)系到生產(chǎn)能否正常進(jìn)行的重要因素之一。因此在設(shè)計(jì)分料盒時(shí)，應(yīng)注意盡可能使切分后的三根紅鋼在其中運(yùn)行流暢，減少紅鋼走曲線的程度和運(yùn)行中的各種阻力，以避免頻繁堆鋼。

三切分的切分輪工作原理是采用圖3中切分輪構(gòu)成角度(外角)A的兩斜面對(duì)K3孔兩側(cè)軋件產(chǎn)生水平分力，撕開三支并聯(lián)軋件，實(shí)現(xiàn)三切分。切分出口導(dǎo)衛(wèi)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵尺寸如圖3所示，現(xiàn)分述如下:

第一，必須合理設(shè)計(jì)切分輪構(gòu)成角度(外角)A，寬度(B3+2B4)，保證三支并聯(lián)軋件在足夠的水平分力下實(shí)現(xiàn)“切分”。其中A一般在90°～100°范圍內(nèi)。其中B4的作用是調(diào)整切分后兩側(cè)軋件“張角”。

第二，合理設(shè)計(jì)寬度B3，B3的設(shè)計(jì)參照K3中間孔寬B2，B3過小會(huì)導(dǎo)致在切分過程中切分楔壓連接帶、冒“鐵絲”或成品上表現(xiàn)為壓痕。

第三，根據(jù)角度 A、B2、B3、B4的尺寸確定切分刀的間距B1，必須保證正常切分過程中任何一支軋件不與切分刀接觸，以免劃傷切分刀，造成切分刀粘鋼引起堆鋼故障。

圖3 切分出口導(dǎo)衛(wèi)切分輪、切分孔型、切分刀位置尺寸關(guān)系示意圖

4 試生產(chǎn)出現(xiàn)的問題及解決辦法

4.1 試生產(chǎn)出現(xiàn)的問題

2011年9月1日，自主設(shè)計(jì)研發(fā)的Φ16 mm螺紋鋼三切分工藝，首次進(jìn)行了小批量試生產(chǎn)。在試生產(chǎn)過程中，中間一線出現(xiàn)成品折疊，有時(shí)是單邊折疊，有時(shí)是雙邊折疊，調(diào)整工經(jīng)過多次調(diào)整料型尺寸，中間一線成品折疊質(zhì)量問題仍然無法得到解決。

4.2 成品折疊質(zhì)量問題產(chǎn)生原因分析

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)料型尺寸檢測(cè)分析，成品折疊質(zhì)量問題產(chǎn)生的原因是因?yàn)榍蟹周堉坪笾虚g線軋件切分帶過寬，在經(jīng)過K2軋機(jī)軋制過程中無法將切分帶有效消除，在鋼筋橫肋上出現(xiàn)折疊表面缺陷。造成現(xiàn)象的本質(zhì)原因有:

(1)切分孔的切分角過大，作用在連接帶上的撕力較小，此時(shí)軋件主要靠軋輥壓下切分，因而切口不凈或切不開，鋼筋橫肋上出現(xiàn)貌似折疊的表面缺陷;

(2)切分角度過小，除軋輥壓下切分軋件外，壓下水平分力還對(duì)軋件產(chǎn)生撕開作用;

(3)切分輪楔尖角度過小，軋件受切分輪的張力作用小，撕開的速度慢，而此時(shí)軋件溫度很高，會(huì)出現(xiàn)切分輪拉軋件，造成金屬流向切分輪一側(cè)，形成較大而長(zhǎng)的切分帶和嚴(yán)重毛刺。

4.3 解決辦法

(1)對(duì)預(yù)切分、切分孔型進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)

主要將預(yù)切分、切分孔連接帶的寬度適當(dāng)改窄，切分孔型楔尖角度適當(dāng)改小，優(yōu)化后的預(yù)切分、切分孔型見圖4。

圖4 改進(jìn)后的K3、K4孔型示意圖

(2)對(duì)切分輪進(jìn)行改進(jìn)

主要將切分輪外角由91°改為98°。

5 開發(fā)效果

2011年11月17日，再次進(jìn)行了Φ16×3切分的試生，成品折疊質(zhì)量問題完全得到解決，當(dāng)即由試生產(chǎn)轉(zhuǎn)入批量生產(chǎn)。目前最高班產(chǎn)達(dá)到了1390.83t，最高日產(chǎn)達(dá)到了3885.07t，平均小時(shí)產(chǎn)量最高達(dá)到了183.19 t/h，達(dá)到了目標(biāo)要求。以下是2011年11月～2012年3月φ16mm螺紋鋼筋二切分軋制與三切分軋制生產(chǎn)情況比較，見表1所示。

表1 2011年11月～2012年3月φ16mm螺紋鋼筋生產(chǎn)情況

6 結(jié)束語(yǔ)

Φ16mm×3切分是繼Φ22mm×2切分自主設(shè)計(jì)開發(fā)過后的又一完全具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的切分開發(fā)。φ16mm螺紋鋼筋三切分的自主開發(fā)成功，較大幅度地提高了該規(guī)格的產(chǎn)能，與二切分軋制相比，平均小時(shí)產(chǎn)量提高了約27t左右，平均日產(chǎn)提高了600t左右，進(jìn)一步降低了生產(chǎn)成本，這對(duì)棒線材廠均衡各規(guī)格生產(chǎn)、提高產(chǎn)量、降低成本起到了重要的作用。

［1］小型型鋼連軋生產(chǎn)工藝設(shè)備編寫組.小型型鋼連軋生產(chǎn)工藝與設(shè)備［M］.北京:冶金工藝出版社，2003.

［2］趙松筠，唐文林.型鋼孔型設(shè)計(jì)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2000.