Φ14螺纹钢三切分轧制技术的应用.doc

1、14螺纹钢三切分轧制技术的应用【摘 要】本文叙述了棒一车间14螺纹钢三切分的工艺选择、调试时出现的问题、改进方案及效果。【关键词】螺纹钢 三切分 工艺方案1.前言切分轧制是在轧机上利用特殊的轧辊孔型和导卫或者其他切分装置，将原来的一根坯料纵向切成两根以上的轧件，进而轧制多根成品或中间坯的轧制工艺。采用切分轧制技术可缩短轧制节奏，提高机时产量，显著提高生产效率，降低能耗和成本。目前切分轧制技术已发展到五切分轧制，且两线切分轧制技术和三线切分轧制技术作为成熟技术已经普遍应用在小规格螺纹钢的生产中。鄂钢棒材厂从2005年开始逐步应用切分轧制技术，现已在棒一车间成功开发了14、16、18螺纹钢二切分、

2、12螺纹钢三切分轧制技术，在棒二车间成功开发了20、22螺纹钢二切分轧制工艺。2010年，为了实现147万吨的年产量目标，棒材厂决定充分发挥切分技术的产能优势，在12螺纹钢三切分的基础上实施14螺纹钢的三切分轧制。目前棒一车间采用两切分轧制14螺纹钢，平均班产达到了700吨。如在现有设备条件下实施14螺纹钢三切分技术，预计其最高班产可达到800吨以上；若18#、19#电机扩容至1200kW，预计14螺纹钢三切分平均班产可达到900吨以上。这将大幅度提高产能和生产效率，降低生产成本，提高经济效益。2.设备配置情况棒一车间的工艺布置为粗轧7架平轧闭口轧机、中轧为平立交替的6架两辊闭口轧机、精轧为平

3、立交替6架预应力轧机。图1为棒一车间平面布置示意图。图1 棒一车间平面布置示意图3.工艺方案的选择3.1 工艺布局的确定在12螺纹三切工艺和14螺纹两切分工艺的经验基础上，对一道预切与两道预切的方案进行了比较：如采用一道预切，则预切分孔（K4）的压下和延伸比较大，轧制负荷大、轧制不稳定，且其切分楔处的压下系数远大于槽底的压下系数，造成切分楔处磨损严重；来料进预切分孔时的对中性差，进而导致预切料型进切分孔时不均匀，这样3支成品之间的尺寸不均匀，负差也不易控制。采用两道预切，可减小K4孔（第二道预切）的变形量，降低K4孔的轧制负荷，减轻其变形不均匀性，提高轧制稳定性；同时带有凹陷部位的来料进K4孔

4、时，容易对中，对轧辊切分楔的冲击较小，成品尺寸较均匀；由于K4变形系数小，故改变K4的压下量对轧件的断面面积影响较小，降低了成品尺寸随K4料型变化而变化的敏感性，提高了轧制的稳定性及料型调整的方便性和精确性。故决定14螺纹钢三切分采用两道预切轧制，工艺布局与现有的12螺纹三切工艺基本相同，即15#、17#空过，中轧9为圆形孔，10为平辊，11为立箱孔型，12为第一道预切分孔型，13为立箱孔型，精轧14为第二道预切分孔型，16为切分孔型，18为并联椭圆孔型，19为并联的成品孔型。工艺布局示意图如下：图2 14螺纹钢三切工艺布局示意图3.2 孔型设计切分工艺的孔型设计中预切分和切分孔的设计尤为重要

5、，其次是立箱孔型，这几道次的孔型设计，关系到切分轧制是否能成功。预切分孔是保证切分孔能顺利进行切分的过渡孔型，其目的是减小切分孔型的不均匀性，使切分楔完成对方轧件的压下定位，并精确分配轧件的断面面积，尽可能减轻切分孔型的负担，从而提高切分的稳定性和均匀性。其设计应有足够的压下量，延伸系数应在1.31.4，宽展系数在0.6左右，连接带的高度为孔型高度的0.45-0.48倍。切分孔基本上是由双圆孔型和切分楔连接而成，切分孔型的作用是切分楔继续对预切分轧件的中部进行压下，轧出与孔型形状相同的轧件，使连接带的厚度符合将多个并联轧件撕开的需要。在切分轧制过程中，由于有切分楔的作用，切分道次中轧件两侧无孔

6、型侧壁限制以及轧件具有较复杂的断面形状等原因，轧件的变化变化规律有异于常规轧制。其主要特点如下：(1) 严重的不均匀变形。切分楔处的压下变形往往大于其他部位。(2) 切分变形是无延伸或小延伸变形。在切分孔中切分轧件时，槽底压下量较小，而切分楔处压下量较大，且金属受到切分楔的作用，指向宽展方向的水平分力较大，属强迫宽展变形，故整体延伸较小，宽展较大。(3) 多根切分时中间和边上的轧件断面不同，两边轧件宽展大，延伸小；轧件头部和中部尺寸也不同，头尾宽展大。切分孔的楔角应合理，过大会切不净或切不开，过小会形成对切分轮的夹持力过大，加大切分轮的负荷，一般在60-65；楔子尖部圆角为11.5mm为好，过

7、尖会加快轧辊磨损，甚至掉肉；连接带厚度应与辊缝接近，1-2mm最好；延伸系数在1.081.15，并留有一定量的宽展余地。工艺布局确定后，初步确定了两套孔型系统，具体情况如下：(1) 预切分孔第一道预切分孔（12#）：12#孔是第一道预切，主要作用是可减小14#孔的变形量，降低14#孔的轧制负荷，减轻14#孔的变形不均匀性，提高轧制稳定性；同时经过12#轧制后的料型带有凹槽，在进入14#孔时对中性比较好，成品尺寸较均匀。其延伸系数一般为1.31.4。方案一与方案二的12#孔型主要差异如下：方案1 方案2图3 两方案12#孔型比较图从上图可以看出12#料型主要是料型宽度与高度的差异，这点会造成来料

8、料型差异。两方案9#-11#料型（9#都是由47.8mm的基圆放大辊缝）分别见下表：表1 两方案9#-11#料型表机架料型方案一方案二9#52*5249.2*49.210#27*68.625*6511#62*2953*27仔细分析两方案后，我们发现方案一存在压下分配不合理的现象：11#理论设定的压下量仅为6.6mm。并且由于9#是由47.8mm的基圆放大辊缝而来，其槽口宽度为49.94mm，故将9#料型放大后，其也并不是标准的直径为52mm的圆，其宽度应小于52mm，于是导致 10#料型宽度仅为66mm左右，则11#的压下量仅为5mm左右，在轧制过程中可能会表现为11#无电流，堆拉关系无法调整

9、。方案二设定的料型比较合理，压下分配比较平均，11#的压下量为12mm左右，在轧制过程中11#电流大于20%。第二道预切分孔（14#）：14#孔型的切分楔进一步对初步压出凹陷形状的轧件完成压下定位，并精确分配轧件的断面面积。其变形系数较小，延伸系数一般为1.1-1.2。两方案中14#孔型的主要差异见图4。方案1 方案2图4 两方案14#孔型比较图两种方案中14#孔的延伸系数分别为1.407、1.190，由此可见方案一的轧制负荷较大，冲击力大。方案一中连接带的高度为4.9mm，仅为孔型高度的0.25倍，且其圆角半径为3mm，边孔与中间孔的连接比较陡，易导致16#边孔靠里侧料型扁平即边孔型里侧未充

10、满。(2) 切分孔三线切分轧制时，在预切和切分孔型中，轧件左、中、右三部分变形不对称，两边为自由宽展，轧件中部受切分楔的影响属限制宽展。因此，在轧件三部分压下量相同情况下，轧件中部应有较大延伸，两边由于是自由宽展，自然延伸小于轧件中部。由于轧件为一个整体，中部的较大延伸必然形成两边的附加延伸，因此造成两边面积被拉伸。在预切分孔型中轧件三部分面积相等时，轧件切分后，两边的面积小于中间轧件的面积，因而造成轧制过程不稳定。为了保证轧制过程稳定，切分后3根轧件面积必须相等或相差极小。为此，预切分中的边部轧件面积应大于中部面积。由于三线切分轧制的中部和边部变形性质不同，所以三线切分轧制的难度远大于二线切

11、分。由此在设计14螺纹钢三切分切分孔型时，考虑三线差的调整，边孔的面积比中间孔面积稍大一些，但不宜过大，过大会导致三线活套器中的中间套高，一般两者比例为1.055左右。两方案切分孔型参数均满足以上要求，其主要差异见下图。 方案1 方案2 图5 两方案切分孔型比较图由图可以看出，方案一与方案二的区别主要在于中间孔的宽度及面积，但这种差异与其预切分孔有关。方案一中边孔、中间孔的面积比例为1.056；方案二中边孔、中间孔的面积比例为1.059.单独考虑切分孔型，两种方案均没有问题。但孔型设计时，还需考虑预切分与切分孔型的配合问题，如配合不当，会造成轧制过程中的调整难度及导卫粘铁的现象。方案一中预切进

12、切分孔的模拟情况见下图：图6 方案一中预切进切分孔的模拟情况图7 方案二中预切进切分孔的模拟情况由图6及图7可见方案一中14#孔型连接带处比较陡，容易导致16#边孔里侧未充满，结合上图分析可知，这会造成切分孔料型相同位置处扁平，即 16#孔型没充满而过钢不稳定，导致16#出口切分导卫的切分刀片因负荷过大而粘铁，严重时会出现刀片破裂，如果轧制过程中孔型充满度比较好的话，过钢稳定，孔型将轧件轧成连接带很薄的并联轧件，然后借助切分导卫的切分轮沿连接带很薄处将并联轧件分开，最后刀片只是起辅助分料的作用使料向两边撕开。(3) 立箱孔立箱孔型延伸系数很小，基本无宽展，起到轧件微调平整的作用，其与前后孔的配

13、合很重要。根据经验，其侧壁斜度为7左右，以达到限制宽展的目的，立箱孔型的槽底宽应比来料高小1-2mm，如果过大，边孔会出现过大的强制性压下，导致出现中间料型比两边料型突出的现象即中间料型的面积比两边料型大，进而导致后续道次料型不好调整。方案1 方案2图8 12#料型进入13#轧制情况的模拟图方案一中12#料型设计高度为24.6mm，而13#孔型槽底宽为20mm，与料型相比槽底过窄，咬入困难，且13#孔型限制了边孔的宽展，由图8可以看出，边孔最宽处为22.25mm，而中间孔不考虑宽展已达到了22.6mm，毫无疑问会造成13#料型中间突出的现象，而两边的料型明显比中间的料型偏大。方案二中12#边孔

14、比13#孔对应位置稍低，这样13#孔不会过多限制12#边孔的宽展，从而避免造成轧件向中间孔的流动过多。综合以上分析，最终选择了方案二：1#-8#料型与16两切分基本相同，可减少换孔量，18#、19#沿用14两切分孔型，8#-19#料型及延伸系数见下表。表2 方案二中8#-19#料型及延伸系数机架孔型形状轧件尺寸（高）延伸系数8 椭401.378 9 圆49.21.393 10 平辊251.163 11 立箱531.173 12 预切221.314 13 立箱511.054 14 预切18.671.190 16 切分171.196 18 椭9.51.191 19 螺141.278 3.3 导卫设

15、计我厂采用的切分轧制类型是切分导卫轧制法，即在轧制过程中利用孔型将轧件轧成连接带很薄的并联轧件，然后借助切分导卫使并联轧件分开。三线切分轧制与二线切分轧制最大的区别在于：二线切分导卫是用一对切分楔对二线并联轧件施加压力，使二线轧件分别横向运动完成切分过程；而三线切分轮上有两对切分楔，其对并联轧件施加压力，使三线并联轧件两侧的部分分别横向运动，而中间一线不受压力，沿直线运动，从而完成三线切分的过程。在切分导卫轧制法中切分导卫是切分是否能顺利进行非常重要的一环，尤其是切分孔的出口导卫（包括切分轮）的设计是否与孔型匹配、楔尖角度是否设计合理等，都会对切分轧制造成影响。下面分析一种导卫设计不合理的情况

16、，如下图所示：图9 导卫设计不合理情况的示意图由图可以看出，该导卫设计时切分轮楔尖角过小，且两对切分楔的距离比切分料型的中间孔窄。楔尖过小，两对切分楔的距离不合理，导致切分轮与中间轧件有接触，并对其施加了作用力，同时也会增加切分刃的负荷，大大加速切分刃的磨损，同时粘铁严重，最终导致堆钢。切分轮与料型的正常配合应如下图所示：图10 切分轮与料型的正常配合示意图4.调试情况2010年5月25日，棒一车间在现有设备情况下，按上述试轧方案调试。本次生产非常顺利，第一条试料顺利上冷床，并尺寸合格，后连续过钢。本次共轧制2551.142吨，最高小时产量为110吨/小时，产品都满足用户的要求。5.取得的效果及改进措施通过调试，说明工艺方案的选择符合棒一车间工艺布置的实际情况，料型设计合理，轧制过程中料型与设定料型基本相同，只是14#、18#料型有微小调整：14#辊缝设定值为4mm，实际为3.2mm；18#设定料型高度为9.5mm，实际为10mm。进出口导卫设计总体满足工艺要求，整个过程中除了由于k1进口导卫卫板直线段过长及k3出口导卫分线盒的中心距过大等原因导致粘铁而跑钢三支外，其余都比较合理。下一步完善的具体措施如下：(1) 减短k1进口导卫卫板直线段至20m