熱軋帶肋鋼筋五切分技術(shù)工藝開發(fā)與應(yīng)用

龐海輪，鄭萬任，馮振亮，臧海峰，宋銀年

（日照鋼鐵控股集團(tuán)有限公司，山東 日照276806）

1 前 言

目前，熱軋帶肋鋼筋生產(chǎn)企業(yè)廣泛采用多切分技術(shù)用以提升產(chǎn)量和降低成本。同一規(guī)格下，切分?jǐn)?shù)量越多，越有利于其經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)提升。隨著切分?jǐn)?shù)量不斷增加，五切分成為小規(guī)格熱軋帶肋鋼筋軋制的前沿技術(shù)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，五切分機(jī)時(shí)產(chǎn)量比四切分平均提升10%～20%，單位成本也隨之大幅改善。但該技術(shù)對(duì)孔型設(shè)計(jì)、軋機(jī)能力、冷床收集等方面的更高要求制約著其廣泛應(yīng)用。日照鋼鐵對(duì)比五切分技術(shù)在其他企業(yè)應(yīng)用的難點(diǎn)［1-4］，通過采用新型孔型以及導(dǎo)衛(wèi)設(shè)計(jì)、冷床收集等方面的改進(jìn)，五切分軋制Φ12 mm帶肋鋼筋實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。

2 五切分技術(shù)的難點(diǎn)

日照鋼鐵棒材生產(chǎn)線采用全連續(xù)軋制工藝生產(chǎn)熱軋帶肋鋼筋。其中Φ12～14 mm為四切分軋制，Φ16～18 mm為三切分軋制，Φ25～32 mm為單線軋制［5］。全線采用尺寸斷面165 mm×165 mm的連鑄方坯為原料，其主要工藝流程:

上料→步進(jìn)爐加熱→粗軋軋制（6架）→飛剪切頭→中軋軋制（6架）→飛剪切頭尾→精軋軋制（6架）→穿水冷卻→倍尺剪→冷床冷卻→定尺剪→收集稱重。

經(jīng)過對(duì)比與實(shí)踐，五切分技術(shù)難點(diǎn)主要表現(xiàn)為生產(chǎn)穩(wěn)定性差和成品質(zhì)量缺陷。生產(chǎn)穩(wěn)定性差主要表現(xiàn)為由孔型和導(dǎo)衛(wèi)設(shè)計(jì)不當(dāng)引起的生產(chǎn)異常以及多切分常見問題如彎頭、粘鐵、尺寸線差、對(duì)齊收集困難等；成品質(zhì)量主要為幾何尺寸超標(biāo)、折疊、成品頭尾耳子等缺陷。

3 孔型系統(tǒng)及導(dǎo)衛(wèi)設(shè)計(jì)

3.1 孔型總體設(shè)計(jì)

為減少調(diào)整難度和料型波動(dòng)，同時(shí)防止頭部尺寸不規(guī)則而造成生產(chǎn)事故，五切分孔型設(shè)計(jì)摒棄了粗軋出圓鋼、中軋雙平輥及精軋雙預(yù)切的孔型設(shè)計(jì)方案。經(jīng)過論證，最終采用粗軋五架平輥+一架圓孔，中軋三架橢圓-圓平立交替孔型+一架平輥；精軋采用常規(guī)設(shè)置即11#軋機(jī)空過，精軋后六架軋機(jī)的軋制順序?yàn)镵6→K5→K4→K3→K2→K1，其中K5為立軋，其他道次為平軋。為保證軋制穩(wěn)定，K5到K1軋件的延伸系數(shù)盡量保證在1.0～1.3。除成品孔型與四切分保持一致外，其他精軋孔型均重新設(shè)計(jì)，具體如圖1所示。

3.2 孔型設(shè)計(jì)原則

3.2.1 13#機(jī)架（K5）

K5是保障平穩(wěn)切分的關(guān)鍵架次，其充滿度不僅影響來料尺寸，同時(shí)也保障后續(xù)切分均勻性。其孔型設(shè)置不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致彎頭，甚至影響料型頭部形貌。為避免頭部撞擊軋輥孔型側(cè)壁產(chǎn)生側(cè)彎，在維持圖1中標(biāo)準(zhǔn)料型寬度A值不變的情況下，增加槽深，降低輥縫B值，即采用小輥縫輥型。

3.2.2 14#、15#機(jī)架（K4、K3）

切分孔型設(shè)計(jì)是切分軋制基礎(chǔ)，生產(chǎn)調(diào)試過程中不宜頻繁修改孔型。現(xiàn)有國內(nèi)切分技術(shù)較成熟，K3、K4孔型設(shè)計(jì)時(shí)，兩者要嚴(yán)格對(duì)應(yīng)，同時(shí)與切分導(dǎo)衛(wèi)配合。以往是將邊槽孔型高度設(shè)計(jì)成小于中間孔型，寬度＞邊槽。實(shí)際中發(fā)現(xiàn)，其料型達(dá)不到理論充滿度，導(dǎo)致邊線分鋼效果不佳。因此先將五線孔型高度設(shè)為一致，通過調(diào)整K1、K2料型保證充滿度，最終根據(jù)實(shí)際線差和料型尺寸調(diào)整孔型參數(shù)。

3.2.3 16#、17#機(jī)架（K2、K1）

圖1 Φ12 mm帶肋鋼筋五線切分K1～K6孔型

設(shè)計(jì)需考慮:1）孔型需有較大橢圓度，圖1中K2所示的A值盡量增大，以保證K1橫肋充滿度；相反，孔型不宜太扁，防止造成扭轉(zhuǎn)過程中頭部彎曲，即圖1中A應(yīng)減小，從而避免K1出口彎頭堆鋼，經(jīng)驗(yàn)證，最終選取25.5 mm為孔型A值。2）充分考慮軋機(jī)間距和扭轉(zhuǎn)角度的影響。K1沿用了Φ12 mm帶肋鋼筋四切分成品孔型。

3.2.4 軋制程序表設(shè)計(jì)

Φ12 m熱軋帶肋鋼筋五切分軋制工藝參數(shù)如表1所示。

表1 精軋軋制程序參數(shù)

3.2.5導(dǎo)衛(wèi)設(shè)計(jì)

要求各切分軋件的面積應(yīng)相等或近似相等。為此，要求導(dǎo)衛(wèi)裝置設(shè)計(jì)合理，便于調(diào)整，利于正確導(dǎo)入和切分［6］?？紤]料型差異和導(dǎo)衛(wèi)設(shè)備的穩(wěn)定性，精軋導(dǎo)衛(wèi)均采用五切分專用導(dǎo)衛(wèi)，K3出入口均采用滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)，其他精軋機(jī)出入口采用滾動(dòng)滑動(dòng)交替方式，同時(shí)對(duì)K2和K6導(dǎo)衛(wèi)重新設(shè)計(jì)。具體如下:1）K6入口及出口采用專用設(shè)計(jì)導(dǎo)衛(wèi)。K6導(dǎo)衛(wèi)進(jìn)口寬度85 mm，出口寬95 mm，匹配中軋來料，保持料型端正。2）K2出口扭轉(zhuǎn)導(dǎo)衛(wèi)。根據(jù)扭轉(zhuǎn)角度精確繪制扭轉(zhuǎn)間隙，利用機(jī)加工磨制扭轉(zhuǎn)樣棒調(diào)整扭轉(zhuǎn)間隙。

4 常見技術(shù)難點(diǎn)及改進(jìn)措施

4.1 彎頭現(xiàn)象

彎頭主要表現(xiàn)為切分架出口頭部側(cè)彎和軋件出K2后彎頭。其原因?yàn)?1）精軋機(jī)軋機(jī)間距小，軋件機(jī)架間拉鋼較大、頭部尺寸過大且無緩沖，造成切分前頭部側(cè)彎。2）K1-K2間距小，造成扭轉(zhuǎn)導(dǎo)衛(wèi)間隙小，軋件出K2與扭轉(zhuǎn)輪強(qiáng)烈接觸造成彎頭。尤其在軋制初期，K2出口彎頭更為明顯。

解決措施:1）保證精軋各機(jī)架孔型充滿度。2）適當(dāng)減小K2橢圓度。3）合理調(diào)整切分輥縫和導(dǎo)衛(wèi)導(dǎo)輥的間隙。4）開軋初期出現(xiàn)K2出口彎頭，實(shí)時(shí)調(diào)整扭轉(zhuǎn)導(dǎo)衛(wèi)間隙和17#進(jìn)口導(dǎo)輪間隙，能緩解彎頭，該措施在試軋過程中得到驗(yàn)證。

4.2 切分刀粘鐵

切分刀粘鐵表現(xiàn)在邊線切分刀外側(cè)粘鐵，鐵皮堆積過多易造成K3孔頂出口或帶入下一道次造成K2孔不進(jìn)等故障［1］。為解決切分刀粘鋼問題，5#活套器技改為跑槽，加大入口導(dǎo)槽寬度；調(diào)整進(jìn)口中線導(dǎo)板角度，使之與分線輪對(duì)齊，無明顯撞點(diǎn)。

4.3 線差

線差產(chǎn)生的原因在于五線切分截面積不等，預(yù)切分、切分孔型設(shè)計(jì)不合理，各線面積配比不合適，從而造成上冷床后尾部長短不一。五線切分軋制工藝受孔型系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軋槽加工精度、軋槽磨損、導(dǎo)衛(wèi)安裝、軋制線對(duì)中、張力調(diào)整等因素的影響［7］，易造成軋件尺寸差，其中孔型設(shè)計(jì)是解決線差的關(guān)鍵［8］。

解決措施:1）調(diào)整扭轉(zhuǎn)導(dǎo)衛(wèi)間隙及K1進(jìn)口導(dǎo)輪間隙，要確保導(dǎo)衛(wèi)對(duì)中和安裝正確。2）保證軋槽加工精度和軋輥冷卻效果。3）精細(xì)調(diào)整各架軋機(jī)速度，保證機(jī)列間張力在合理范圍，減少料型頭尾尺寸差異。4）優(yōu)化K4、K3孔型。表2為兩次生產(chǎn)Φ12 mm規(guī)格時(shí)五線負(fù)差平均值。試驗(yàn)Ⅰ為原孔型設(shè)計(jì)條件下五線負(fù)差平均值。在試驗(yàn)Ⅱ中，中軋來料尺寸寬度控制放大2 mm，K4、K3東西兩線槽底深度各增加0.2 mm，從而確保精軋K4、K3架次孔型充滿度。通過孔型優(yōu)化，成品在冷床對(duì)齊后尾部五線線差＜150 mm，軋制狀態(tài)更加穩(wěn)定。

表2 五線負(fù)差平均值%

4.4 冷床對(duì)齊、收集困難

1）冷床對(duì)齊、收集困難表現(xiàn)為下裙板滑動(dòng)過程中多線纏繞，滑出矯直板以及易堆床等情況。同時(shí)，鋼在受冷床齒條冷卻時(shí)彎曲造成對(duì)齊時(shí)5根鋼相互纏繞。

解決措施:①及時(shí)更換或修磨冷床輸入輥道、制動(dòng)擋板、輥道架耐磨板、裙板、對(duì)齊輥道受損嚴(yán)重的部分，保證齒條方向在同一條直線上［9］。②速度補(bǔ)償及時(shí)，防止料型頭尾大、中間料型充滿度不足、尾部起套等現(xiàn)象。③嚴(yán)格控制精軋來料符合標(biāo)準(zhǔn)，防止出現(xiàn)負(fù)差和切分線差等不穩(wěn)定現(xiàn)象、倍尺上冷床忽遠(yuǎn)忽近等現(xiàn)象影響收集。

2）冷床收集困難表現(xiàn)為精整收集區(qū)振動(dòng)平托處易發(fā)生卡鋼、別鋼等狀況，收集效率緩慢。

解決措施:取消事故多、使用效果不明顯的振動(dòng)平托裝置，改用雙鉤收集，并對(duì)臺(tái)架設(shè)備進(jìn)行強(qiáng)度升級(jí)。

4.5 成品尺寸控制

精確的成品尺寸必然要求較高的工藝件裝配精度及合理分配的精軋料型。

4.5.1 軋機(jī)裝配和導(dǎo)衛(wèi)調(diào)整

軋機(jī)裝配質(zhì)量和軋機(jī)備件精度的提高有利于避免軋制后期精軋機(jī)輥縫變大和軸向輥錯(cuò)等狀況，因此，精軋機(jī)成品架彈跳值需要保證＜0.4 mm。滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)盡量做到零間隙，實(shí)現(xiàn)中精軋料型與導(dǎo)衛(wèi)間隙的最佳配合。

4.5.2 料型控制

精軋各孔型有較高的充滿度，但又不能過充滿。過充滿影響下一道次咬入，導(dǎo)致下游軋件產(chǎn)生折疊缺陷，成品頭尾產(chǎn)生耳子，甚至發(fā)生堆鋼故障［10］。

解決措施:1）軋制五切分中軋來料不宜過小。2）K3切分架次孔型充滿度＞95%，保證切分時(shí)分鋼充分、分鋼角度平穩(wěn)。3）K2進(jìn)出口導(dǎo)衛(wèi)對(duì)中，以保證料型端正。

5 結(jié) 語

通過多次工藝優(yōu)化和設(shè)備改進(jìn)，日鋼棒材產(chǎn)線避免了五切分應(yīng)用中常見問題，解決了多項(xiàng)生產(chǎn)難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定生產(chǎn)。五切分軋制工藝開發(fā)滿足了批量軋制的要求，為日后的提速增產(chǎn)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。隨著五切分技術(shù)的研發(fā)成功，機(jī)時(shí)產(chǎn)量比四切分提升15%，有效節(jié)約了成本。熱軋帶肋鋼筋五切分軋制工藝的改進(jìn)為棒材其它規(guī)格多切分軋制工藝的開發(fā)積累了經(jīng)驗(yàn)。