12號(hào)礦用工字鋼萬(wàn)能軋法孔型設(shè)計(jì)與實(shí)踐

吳湄莊，黃 琦，汪崇青，陳 輝，汪 杰、沈千成

（馬鋼股份公司 技術(shù)中心 安徽省馬鞍山 243100）

12號(hào)礦用工字鋼主要用于礦井、巷道、穿山隧道支護(hù)等，能有效減少礦井事故發(fā)生，提高礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。12號(hào)礦用工字鋼孔型系統(tǒng)一般采用的是閉口式斜軋孔型，國(guó)內(nèi)某鋼廠的新中型型鋼產(chǎn)線，其軋機(jī)設(shè)備及布置形式有很大不同，若采用斜軋孔型生產(chǎn)12號(hào)礦用工字鋼，其生產(chǎn)節(jié)奏慢，成材率低，無(wú)法滿足生產(chǎn)需求。針對(duì)該現(xiàn)狀，本設(shè)計(jì)采用萬(wàn)能軋法孔型設(shè)計(jì)成功開發(fā)出該產(chǎn)品。

1 主要設(shè)備與生產(chǎn)工藝

新中型產(chǎn)線共8架軋機(jī)，采用“1+1+6”的布置形式，分為開坯軋機(jī)組、中精連軋機(jī)組。

主要設(shè)備：

加熱爐：步進(jìn)式加熱爐

開坯軋機(jī)組：2架二輥可逆式軋機(jī)，交流變頻電機(jī)單獨(dú)傳動(dòng)

中精軋機(jī)組：6架高剛度萬(wàn)能/二輥可互換軋機(jī)，交流變頻電機(jī)單獨(dú)傳動(dòng)

精整設(shè)備：1臺(tái)熱鋸、1臺(tái)九輥懸臂式矯直機(jī)、2臺(tái)冷鋸及配套冷床、檢查臺(tái)架

生產(chǎn)工藝流程為：鋼坯加熱高壓水除鱗開坯中精連軋冷卻矯直成排冷鋸成品檢查堆垛、打捆貼標(biāo)、稱重入庫(kù)。

2 孔型及工藝設(shè)計(jì)

2.1 工藝設(shè)計(jì)及坯料選擇

可選用原料規(guī)格有3種：150 mm×150 mm方坯、160 mm×200 mm和200 mm×280 mm矩形坯，其中150 mm×150 mm方坯和160 mm×200 mm矩形坯由2#連鑄機(jī)提供，可直接通過(guò)熱送輥道運(yùn)輸至新中型線加熱爐，200 mm×280 mm矩形坯由4#連鑄機(jī)提供，需采用汽車運(yùn)輸至生產(chǎn)線。為了充分發(fā)揮開坯軋機(jī)的能力以獲得所需要的中間坯料，并綜合成本、成材率及生產(chǎn)組織靈活度考慮［1］，采用160 mm×200 mm矩形坯生產(chǎn)12號(hào)礦用工字鋼。

2.2 開坯孔型系統(tǒng)選擇

為了給萬(wàn)能連軋機(jī)組提供較好的來(lái)料尺寸，開坯機(jī)最后一個(gè)孔型采用的是對(duì)稱的開口孔型，閉口的異型孔提高了軋制穩(wěn)定性及產(chǎn)品的穩(wěn)定性，但是對(duì)輥身的浪費(fèi)較大［2］，切分孔采用的是開口孔型，考慮到閉口異型孔上下腿的延伸寬展，切分孔的設(shè)計(jì)采用槽底深切分的形式進(jìn)行，這樣的設(shè)計(jì)盡可能保證中間坯料的上下腿長(zhǎng)接近［3］。

圖1 開坯機(jī)孔型系統(tǒng)

2.3 萬(wàn)能中精軋輥型設(shè)計(jì)

2.3.1 萬(wàn)能精軋機(jī)輥型

圖2 萬(wàn)能精軋輥型示意圖

精軋機(jī)輥型各參數(shù)設(shè)計(jì)參照成品尺寸值設(shè)計(jì)［4］，各尺寸的計(jì)算方法如下：

Lf、Rf按照成品尺寸值設(shè)計(jì)；

Hf＝（5-15）+Bt·η，η＝（1.010-1.013）

Wf＝Ch·η+（Δt2-+Δt1+）/2

Bt：成品半腿高

Ch：成品內(nèi)寬

η：熱膨脹系數(shù)

Hf：精軋輥高

Wf：精軋輥底寬

2.3.2 軋邊機(jī)輥型

圖3 軋邊機(jī)輥型示意圖

軋邊機(jī)輥型參數(shù)設(shè)計(jì)參照最后一道次萬(wàn)能精軋尺寸值設(shè)計(jì)，各尺寸的計(jì)算方法如下：

H e＝Hf-（3-5）；

R e＝Rf+（1-3），

L e＝Lf+（0.5°-1.5°）

W e＝Wf-（1-3）

H e：軋邊輥高

R e：軋邊輥內(nèi)圓角

L e：輥邊輥斜度

W e：軋邊輥底寬

2.3.3 萬(wàn)能中軋

圖4 萬(wàn)能中軋機(jī)輥型示意圖

萬(wàn)能中軋機(jī)輥型主要尺寸與萬(wàn)能精軋相同，各個(gè)尺寸的計(jì)算方法一致。

H u＝Hf+（5-10），

W u＝Wf-（1-3）

Hf：中軋輥高

Wf：中軋輥底寬

3 生產(chǎn)實(shí)踐

第一次試軋共6支鋼，其中4支軋廢。試軋第1支時(shí)，由于軋件在BD1開坯軋機(jī)過(guò)切分孔時(shí)撞擊入口導(dǎo)衛(wèi)，使導(dǎo)衛(wèi)脫落并隨軋件通過(guò)軋機(jī)，造成軋廢。主要因?yàn)閬?lái)料過(guò)寬，經(jīng)對(duì)第1道次收10 mm，第2道次收8 mm，重新安裝導(dǎo)衛(wèi)并做加固處理。第2支鋼順利通過(guò)開坯軋機(jī)，但軋件翼緣外側(cè)出現(xiàn)較大耳子，如圖5所示，這給后續(xù)連軋帶來(lái)很大麻煩，如果繼續(xù)進(jìn)行連軋的話，會(huì)造成折疊等缺陷。為此對(duì)BD2開坯軋機(jī)第1道次收19 mm，對(duì)第2道次收5 mm，第3道次不變。經(jīng)過(guò)第3支試驗(yàn)坯軋制時(shí)，如圖6所示，軋件翼緣外側(cè)的耳子基本消除。

圖5 第2支試驗(yàn)鋼

圖6 第3支試驗(yàn)鋼

試軋第4支時(shí)順利通過(guò)進(jìn)入連軋機(jī)組，咬入順利，但是在軋制過(guò)程中，當(dāng)?shù)诙芩ξ驳臅r(shí)候，第四架軋機(jī)與第五架軋機(jī)之間出現(xiàn)了堆鋼現(xiàn)象嚴(yán)重。根據(jù)電機(jī)電流曲線，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)第五架軋機(jī)對(duì)第四件軋機(jī)的拉鋼現(xiàn)象嚴(yán)重，當(dāng)?shù)诙芩ξ矔r(shí)，已進(jìn)第五架的軋件往前猛沖，使得四、五架之間起拱，出現(xiàn)拉斷堆鋼現(xiàn)象。

圖7 堆鋼

為消除這種現(xiàn)象，后經(jīng)降低第五架軋制速度，提高第四架軋機(jī)的轉(zhuǎn)速，同時(shí)控制各機(jī)架間的張力分配。第5、6支順利上冷床，經(jīng)取樣測(cè)量，外形尺寸合格，調(diào)試成功。冷卻后進(jìn)行矯直試驗(yàn)，矯直平直度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

經(jīng)過(guò)工藝優(yōu)化改進(jìn)后，隨即進(jìn)行批量生產(chǎn)，2019年累計(jì)生產(chǎn)12號(hào)礦工鋼6650.2 t，成材率為98.6%。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)新中型產(chǎn)線布置特點(diǎn)，通過(guò)設(shè)計(jì)萬(wàn)能軋法孔型設(shè)計(jì)，成功實(shí)現(xiàn)了12號(hào)礦用工字鋼的熱軋生產(chǎn)，生產(chǎn)實(shí)踐證明，萬(wàn)能軋法孔型系統(tǒng)適合該產(chǎn)線，產(chǎn)品的外形尺寸合格，產(chǎn)品表面光潔、質(zhì)量穩(wěn)定。