Φ25 mm帶肋鋼筋兩切分工藝的開發(fā)

魏 星,李文鵬

(川威集團(tuán)釩鈦科技軋鋼廠，四川 內(nèi)江 642469)

川威集團(tuán)釩鈦科技軋鋼廠含釩高強(qiáng)度中型棒材生產(chǎn)線，俗稱“中棒”，于2013年11月投產(chǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為110萬噸/年，最高軋制速度為16 m/s。軋件在粗軋、中軋、精軋機(jī)組中進(jìn)行軋制，軋成Φ12～40 mm的建筑用棒材及Φ10～90 mm的優(yōu)質(zhì)鋼棒材。采用160 mm×160 mm×12000 mm、170 mm×170 mm×12000 mm的連鑄坯，采取熱送熱裝(或冷裝)方式。軋線配有粗軋機(jī)組6架，中軋機(jī)組6架，精軋機(jī)組6架，共18架軋機(jī)，粗軋、中軋及精軋機(jī)組均為高剛度短應(yīng)力線軋機(jī)，全線實(shí)現(xiàn)無扭軋制。粗、中軋機(jī)組采用脫開布置。粗軋后的軋件經(jīng)飛剪切頭后，由輥道送往中軋機(jī)組軋制。軋制工藝流程如下：

連鑄坯(驗(yàn)收、編組)→提升上料→入爐→加熱→出爐→粗軋軋制→1#飛剪切頭、切尾(碎斷)→ 中軋軋制→2#飛剪切頭、切尾(碎斷)→精軋軋制→3#飛剪倍尺分段→冷床上料→冷床冷卻→對(duì)齊輥道→冷床下料→冷剪定尺剪切→ 橫移臺(tái)架檢查→ 打捆→稱重→掛牌→入庫。

1 兩切分工藝開發(fā)

1.1 開發(fā)背景

中棒自從投產(chǎn)以來通過近2年的生產(chǎn)，設(shè)備和人員磨合成熟，生產(chǎn)順行，各規(guī)格的機(jī)時(shí)產(chǎn)量均已達(dá)到或超過初期設(shè)計(jì)時(shí)的最高機(jī)時(shí)產(chǎn)量，在現(xiàn)有軋制工藝條件下進(jìn)一步釋放產(chǎn)能的空間較小。同時(shí)，煉鋼通過升級(jí)改造連鑄機(jī)時(shí)產(chǎn)量達(dá)到220 t/h與軋鋼機(jī)時(shí)產(chǎn)量不相匹配，這其中尤以Φ25 mm規(guī)格機(jī)時(shí)產(chǎn)量同連鑄差距最大。而煉鋼連鑄產(chǎn)能大于軋鋼產(chǎn)能造成溫度在800℃左右的連鑄熱坯在熱送過程中軋鋼最多只能消化掉85%左右，其余熱送鋼坯只能冷裝入爐，造成動(dòng)力能源浪費(fèi)嚴(yán)重，也增加了鋼坯管理的難度。另外由于Φ25 mm規(guī)格采用單線軋制，軋制速度過高導(dǎo)致在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)波浪彎質(zhì)量缺陷，為了解決以上這些制約生產(chǎn)的難題，挖掘中棒設(shè)備潛力，進(jìn)一步釋放中棒產(chǎn)能，降低動(dòng)力能源消耗，有必要對(duì)Φ25 mm規(guī)格螺紋鋼生產(chǎn)工藝進(jìn)行改進(jìn)，采用兩切分軋制就成為首選，既可有效解決連鑄同軋鋼工序能力匹配問題，又能取得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。中棒生產(chǎn)線Φ25 mm規(guī)格兩切分軋制于2015年4月一次性過鋼成功，現(xiàn)機(jī)時(shí)產(chǎn)量達(dá)到225 t/h以上，平均日產(chǎn)達(dá)到4800t/天，目前國內(nèi)只有川威一家開發(fā)成功。

1.2 設(shè)備能力校核

Φ25 mm規(guī)格采用兩切分軋制，切分機(jī)架會(huì)將前道次來料一分為二，這會(huì)造成道次變形量急劇增大而導(dǎo)致載荷大幅度增加,可能會(huì)超過設(shè)備承受能力，尤其是軋機(jī)負(fù)荷能力和齒箱能力。為避免中棒現(xiàn)有軋線設(shè)備在軋制Φ25 mm規(guī)格兩切分時(shí)造成損壞，在設(shè)計(jì)兩切分工藝前對(duì)中棒現(xiàn)有設(shè)備的電機(jī)負(fù)荷能力和齒箱能力進(jìn)行校核，其中電機(jī)負(fù)荷校核見表1。經(jīng)過理論計(jì)算，中棒現(xiàn)有設(shè)備電機(jī)功率和軋制力矩完全滿足軋制Φ25 mm規(guī)格兩切分的要求。齒箱校核請(qǐng)齒箱專業(yè)廠家進(jìn)行校核，經(jīng)校核，齒箱也完全滿足軋制Φ25 mm規(guī)格兩切分的要求。

表1 電機(jī)負(fù)荷校核

1.3 孔型系統(tǒng)設(shè)計(jì)

孔型系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否恰當(dāng)是孔型設(shè)計(jì)好壞的關(guān)鍵因素。在Φ25 mm規(guī)格兩切分孔型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中, 粗、中軋孔型系統(tǒng)采用與其它產(chǎn)品共用的孔型系統(tǒng), 以減少換輥架次、提高生產(chǎn)作業(yè)率。精軋孔型系統(tǒng)則有兩種方案選擇，其區(qū)別在K6、K5道次設(shè)計(jì)不同，兩種方案都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。方案一：K6、K5道次采用梅花方孔型，優(yōu)點(diǎn)是K5道次軋件進(jìn)入預(yù)切分K4道次時(shí)可以自動(dòng)對(duì)中，料型尺寸精度高；但由于菱形孔極易磨損, 使料型端面會(huì)向橢圓形變化, 造成下道次孔型凸度的快速磨損, 導(dǎo)致來料充滿度不足而影響切分軋制“兩線差”, 因此梅花方孔型系統(tǒng)適用于延伸系數(shù)大的小規(guī)格品種的切分軋制。方案二：K6道次采用平輥無孔型軋制，K5道次采用扁方孔型系統(tǒng)軋制，料型可調(diào)整的余量較大, 具有延伸系數(shù)小、孔型不易磨損、切分軋制穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn), 適用于延伸系數(shù)小的大規(guī)格品種切分軋制。由于中棒生產(chǎn)Φ25 mm大規(guī)格產(chǎn)品，因此最終采用方案二的孔型系統(tǒng)，見圖1。

1.3.1K3切分孔型的設(shè)計(jì)

K3切分孔型由兩個(gè)平行的圓孔組成, 二者通過中間窄而薄的連接帶連接,孔型兩側(cè)邊適當(dāng)外擴(kuò), 以有利于軋件的順利咬入和良好脫槽。切分孔型通過切分楔對(duì)預(yù)切分道次來料的中間連接帶進(jìn)行壓下, 軋出與切分孔型形狀相似的料型, 并使連接帶的厚度變薄以達(dá)到能夠?qū)蓚€(gè)并聯(lián)軋件切開的狀態(tài)。

圖1 孔型系統(tǒng)

軋件在K3切分孔型中軋制時(shí)不均勻變形會(huì)進(jìn)一步加劇，切分楔的磨損也會(huì)加劇，軋件的寬展與壓下呈線性關(guān)系,是一種強(qiáng)迫寬展，因此K3切分道次的延伸系數(shù)不能設(shè)計(jì)過大, 我廠采用μ=1.12，軋件斷面收縮率設(shè)計(jì)為ψ<15%；切分孔型的充滿度在設(shè)計(jì)時(shí)大于預(yù)切分孔, 經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)一般為96%。在切分孔型中側(cè)壁斜度夾角略大于預(yù)切分孔,取35°；為避免磨損過快, 切分楔取圓角過渡R=0.8 mm, 并且低于輥面；切分孔型中切分楔角度的設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵, 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)略大于預(yù)切分孔切分楔角度,通過多次優(yōu)化并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況, 將切分楔角度設(shè)計(jì)為 60°；軋件切分連接帶的厚度設(shè)定為l mm左右。

1.3.2K4預(yù)切分孔型的設(shè)計(jì)

K4道次為預(yù)切分孔型,該孔型設(shè)計(jì)為啞鈴形狀，主要起保證軋件良好均勻性的作用以滿足K3切分道次對(duì)來料的工藝要求，使切分楔能夠?qū)ι系来蝸砹系膲合戮珳?zhǔn)定位,并精確分配對(duì)稱來料的斷面面積,從而確保軋件在切分道次運(yùn)行的均勻性和穩(wěn)定性。軋件在預(yù)切分孔型運(yùn)行中,軋件的壓下變形量很大，受力嚴(yán)重不均勻，因此切分楔磨損較快，切分帶處的內(nèi)應(yīng)力大,切分帶處壓下系數(shù)遠(yuǎn)高于槽底；軋件在K4道次中為強(qiáng)迫寬展,因此軋件先變寬然后再略微收窄,最后再通過強(qiáng)行寬展直至充滿孔型[1]。

設(shè)計(jì)預(yù)切分孔型時(shí), 延伸系數(shù)合理分配很重要, 一般控制在1.1～1.3左右；為了避免切分楔磨損過快,軋件充滿度不應(yīng)過大，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)一般為90%左右；為了減小側(cè)壁軋件寬展, 側(cè)壁斜度夾角小于等于30°；為保證切分楔形狀和尺寸滿足工藝要求, 同時(shí)還要兼顧切分楔磨損不能過快,頂部設(shè)計(jì)R≥3 mm的圓角進(jìn)行過渡；為滿足切分楔壓下精準(zhǔn)定位,保證一定的壓下量和水平方向分力, 切分楔角度一般控制在55°～60°。

1.3.3K5扁方孔型設(shè)計(jì)

K5道次為扁方孔型設(shè)計(jì)，主要作用是規(guī)整K6道次來料尺寸，滿足K4預(yù)切分道次對(duì)來料斷面面積和尺寸的均勻性要求。該孔型設(shè)計(jì)要求是：(1)K5孔型面積的大小應(yīng)滿足K4道次延伸系數(shù)在1.1～1.3之間的要求。(2)扁方孔型由于延伸系數(shù)較小，對(duì)軋件主要起細(xì)微規(guī)整的作用，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)測(cè)算，其側(cè)壁斜度一般設(shè)計(jì)在6°～8°之間，以達(dá)到限制K5道次軋件寬展的目的；K5道次槽底一般比來料高度小0.5～1 mm；根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，孔高設(shè)計(jì)為61.5 mm，槽口寬設(shè)計(jì)為38 mm，圓角設(shè)計(jì)為R=5 mm，輥縫設(shè)計(jì)為S=4.5 mm。

1.3.4K6平輥無孔型設(shè)計(jì)

K6道次為平輥無孔型軋制設(shè)計(jì)，來料進(jìn)入該道次主要以寬展為主，延伸和斷面收縮都較小，對(duì)K6軋件的尺寸要求主要通過K7道次的壓下來實(shí)現(xiàn)。K6道次的輥縫設(shè)計(jì)以軋件進(jìn)入K5扁方孔型后的壓下量和寬展量為參考，通常K6道次輥縫的設(shè)計(jì)值比K5道次槽底寬約0.5～1 mm，輥縫值按照S=31.5 mm設(shè)計(jì)。

1.4 導(dǎo)衛(wèi)裝置設(shè)計(jì)

在實(shí)際生產(chǎn)中, 導(dǎo)衛(wèi)裝置是保證軋制過程中軋件順利進(jìn)出前后道次孔型的關(guān)鍵設(shè)備，中棒Φ25 mm規(guī)格兩切分生產(chǎn)的導(dǎo)衛(wèi)裝置設(shè)計(jì)見表2。

表2 導(dǎo)衛(wèi)系統(tǒng)

1.4.1扭轉(zhuǎn)導(dǎo)衛(wèi)

扭轉(zhuǎn)導(dǎo)衛(wèi)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是扭轉(zhuǎn)角度的設(shè)計(jì)，當(dāng)扭轉(zhuǎn)角確定后，主要通過調(diào)整導(dǎo)輪間隙和來料尺寸來保證正常扭轉(zhuǎn)。扭轉(zhuǎn)角度的計(jì)算方法如下[2]：

β≈La×α/(Lb一Lc)

(1)

式中：β—扭轉(zhuǎn)導(dǎo)衛(wèi)相同軋件之間的扭轉(zhuǎn)角度；

La—扭轉(zhuǎn)輥到軋機(jī)中心線的距離；

Lb—相鄰兩機(jī)架間間距；

Lc—下道次機(jī)架入口導(dǎo)衛(wèi)與下道次機(jī)架軋輥中心線的間距；

α—軋件進(jìn)入下道次機(jī)架的扭轉(zhuǎn)角度。

1.4.2切分導(dǎo)衛(wèi)

切分導(dǎo)衛(wèi)的主要作用是將從預(yù)切分道次的來料切開，讓其順利進(jìn)入下一道次的導(dǎo)衛(wèi)中。切分輪楔形角度對(duì)切分輪和切分輪軸承的使用壽命起著重要作用。切分輪楔形角度與切分輪的受力分析見圖2[2]。

圖2 切分輪受力分析

F1=F×cos(β/2)

(2)

F2=F×sin(β/2)

(3)

式中：β是切分輪楔形角度；F是軋件在切分輪處所受作用力；F1是軋件在軸承處所受載荷力；F2是軋件在切分輪處所受摩擦阻力。

當(dāng)F受力不變時(shí)，楔形角β的大小對(duì)F1和 F2的影響不盡相同：β角度大于90°時(shí)，楔形角越大，F(xiàn)2越大，F(xiàn)1則越??；β角度小于90°時(shí)，楔形角越小，F(xiàn)2越小，F(xiàn)1則越大；β角度呈90°垂直時(shí)，則F1同F(xiàn)2大小相同。因此β角度越小，軸承受力越大則越易損壞；β角度越大，切分輪摩擦阻力越大則磨損越快，會(huì)造成切分刀片粘鋼而發(fā)生堆鋼工藝事故。

2 開發(fā)應(yīng)用效果

我廠通過近幾年時(shí)間對(duì)Φ25 mm規(guī)格兩切分工藝的不斷摸索和優(yōu)化，較好地掌握了Φ25 mm規(guī)格帶肋鋼筋兩切分軋制技術(shù)的調(diào)整和操作要點(diǎn)，日產(chǎn)量不斷提高，目前，Φ25 mm規(guī)格帶肋鋼筋主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)改進(jìn)前后對(duì)比情況如表3所示。

表3 改進(jìn)前后經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

從表3可以看出，Φ25 mm規(guī)格兩切分軋制技術(shù)的開發(fā)使得Φ25 mm規(guī)格帶肋鋼筋不但平均日產(chǎn)得到大幅度提高，噸鋼能耗也得到顯著降低，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)語

(1) 現(xiàn)階段，Φ25 mm規(guī)格帶肋鋼筋兩切分軋制技術(shù)為國內(nèi)最大切分規(guī)格，采用此項(xiàng)軋制技術(shù)首先軋線設(shè)備的主機(jī)列電機(jī)、減速機(jī)能力和齒箱能力必須進(jìn)行校核以滿足工藝要求；

(2 )Φ25 mm規(guī)格帶肋鋼筋兩切分軋制技術(shù)開發(fā)成功，孔型系統(tǒng)設(shè)計(jì)和導(dǎo)衛(wèi)裝置設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，尤其是切分孔型設(shè)計(jì)、扭轉(zhuǎn)導(dǎo)衛(wèi)和切分導(dǎo)衛(wèi)的設(shè)計(jì)更是核心；

(3)Φ25 mm規(guī)格帶肋鋼筋兩切分軋制技術(shù)的成功開發(fā)，大幅度提升了該規(guī)格的產(chǎn)能，與單線軋制相比，日產(chǎn)提高了600 t左右，有效解決了連鑄同軋鋼工序能力匹配問題，提高了鋼坯熱送率，取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益；

(4)Φ25 mm規(guī)格帶肋鋼筋兩切分軋制技術(shù)的成功開發(fā)，使得噸鋼能耗得到顯著降低，相比單線降低了12.91元/噸，同時(shí)還解決了Φ25 mm規(guī)格單線軋制易產(chǎn)生波浪彎的問題，提高了該規(guī)格的產(chǎn)品質(zhì)量，為增強(qiáng)企業(yè)的市場競爭力做出了較大貢獻(xiàn)。