φ12mm熱軋帶肋鋼筋四切分軋制開發實踐

蔣子龍，夏洪林，吳 豪

（張店鋼鐵總廠，山東 淄博 255007）

1 前 言

張鋼軋鋼廠100 萬t 棒材生產線產品設計定位是φ12～φ40 mm 的帶肋鋼筋80 萬t，φ16～φ50 mm圓鋼20萬t。隨著煉鋼系統產能的不斷提升，軋鋼系統的產能越來越與煉鋼系統產能不相匹配。φ12 mm熱軋帶肋鋼筋的四切分軋制是軋鋼產量突破的一個瓶頸，突破這一瓶頸，軋鋼產品的種類和產量都會得到很大提升，才能實現軋鋼系統與煉鋼系統生產能力相匹配；應用四線切分技術生產φ12 mm 熱軋帶肋鋼筋，機時產量可達160 t/h，成材率可達101%以上，不僅可提高作業率、成材率，還可降低制造成本，節約能耗，增強產品市場競爭力。為此對現有技術裝備進行分析，確定開發方案，實現了φ12 mm熱軋帶肋鋼筋的四切分軋制。

2 生產工藝基本條件

切分軋制的技術關鍵在于切分設備的可靠性，孔型系統及孔型設計的合理性，切分后軋件形狀的正確性以及產品質量的穩定性。生產線主要由步進梁式加熱爐、軋線、冷床、精整收集等組成。最大軋制線速度18 m/s。車間平面布置如圖1所示。

圖1 生產線平面布置

從穩定軋制及生產效果分析，φ12 mm 熱軋帶肋鋼筋更適合于四切分，但它對設備及工藝技術要求也非常高。φ12 mm 熱軋帶肋鋼筋四切分，國內外精軋機組電機功率均采用1400 kW和1600 kW；步進齒條式冷床齒節距均為100～120 mm。而張鋼軋鋼廠精軋機組電機功率是1000 kW和1200 kW；齒節距為80 mm。

3 技術方案的確定及實施

3.1 產品開發存在的問題

1）步進齒條式冷床齒節距小。軋件切分成4線上冷床，軋件4線在冷床的同一齒條中，冷床的1個動作周期同時移動4條鋼。由于φ12 mm熱軋帶肋鋼筋軋件斷面積小，切分線條多，極易產生較大的4線差，出現疊鋼、彎鋼、拱鋼及掛鋼，在小的齒節距移動中，相互咬合、纏繞，導致無法生產。軋件4 線在對齊輥道上對不齊，如果強行對齊，會造成軋件彎曲，形成亂鋼。為了保證定尺率，軋件頭部必須多切，形成較大的剪切廢品，影響成材率。

2）18H/V 成品主電機功率不足。棒材精軋機18H/V 主電機采用1200 kW 交流變頻調速電機，為了滿足電機要求，可大幅度降低精軋速度，而粗軋區速度會低于允許軋制速度的現象；1200 kW交流變頻調速電機，級數為6 級，基速為750 r/min，基速以下運轉時，是恒扭矩輸出，轉速越低，功率輸出也越小。若大幅度提高成品機線速度，提高電機轉速，受熱剪及冷床等設備的制約，也行不通。

3.2 技術方案確定

在目前軋制設備狀況下，要進行φ12 mm 熱軋帶肋鋼筋四切分軋制，必須對成品軋機和冷床設備進行改造。為確保軋制成功，設定了3套方案：

1）更換18H/V軋機的電機，加大功率，將現有的1200 kW的電機改為1600 kW；主電機由6級改為8級，使主電機基速由1000 r/min 改為750 r/min。如果電機基座號更改，土建也較困難。改造冷床設備，改造冷床步進齒，齒節距改為120 mm。

2）更換18H/V軋機減速機，增加速比，提升電機轉速。改造冷床步進齒，齒節距改為120 mm。

3）調整減速機，增加速比，改變電機轉速；高精度設計孔型系統，保證最小4線差；小幅度改造冷床設備，確保冷床的穩定性。

經過分析論證，由于前2套方案投資大見效慢，生產實際不允許。在目前軋制設備狀況下，從第3套方案入手展開研究工作。結合實際，同時考慮與其他產品規格的匹配，制定出一套適合本廠四切分生產要求的工藝［1-2］。

3.3 方案實施

由于φ12 mm 鋼筋四切分生產工藝的獨特性，技術要求高，調整難度大，對溫度控制、孔型設計、料型尺寸的控制、軋制設備的要求都非常高。

1）根據鋼坯鋼種加熱制度、軋制制度、設備承受能力、產品性能質量要求，確定各階段溫度：開軋溫度1030～1070 ℃；中軋控冷后溫度1020～1050℃；精軋控冷后溫度770～800 ℃。

2）中軋機組由4 架軋機軋制，壓下量分配到6架軋制，加設橢圓孔，優化壓下量分配。為減小K6孔軋制電流，優化了K7孔型，將K7孔由圓孔改變成橢圓孔。圓孔的優點是經該孔軋出的軋件能順利進入精軋機組K6 孔，且K6 孔只需安裝滑動導衛即可；缺點是軋機負荷大，軋制電流過高。為保證K7橢圓孔軋件順利進入精軋機組K6孔，不發生對角咬入，在K6 孔入口安裝了特殊的滾動導衛來扶持，以保證軋件平穩咬入。K7 孔型優化前后結構如圖2所示。

圖2 K7孔型優化前后結構

3）預切分孔型和切分孔型采用不同等效圓設計，控制4線差。實現穩定的四切分軋制，對孔型設計的要求很高，必須保證各切分軋件的面積相等，否則難于實現穩定軋制。而實際生產中，實現中間圓與邊圓軋件面積相等是很困難的。四切分軋制時，在預切分和切分孔型中，整個軋制部分變形不均勻，兩邊是自由寬展，軋件中部是強迫寬展和限制寬展的綜合。因此，在軋件4 個部分壓下量相同的情況下，軋件中部應有較大的延伸，軋件兩邊由于是自由寬展，自然延伸應小于軋件中部。由于軋件是一個整體，中部的較大延伸形成軋件兩邊的附加延伸，造成兩邊面積被拉縮，軋件切分后，兩邊的面積小于中間軋件的面積。軋件成品4線內徑尺寸雖然相同，但縱筋尺寸有差別，線差越大，生產軋制越不穩定。為了保證軋制過程穩定，預切分孔型和切分孔型采用不同等效圓設計，結構如圖3所示。

圖3 不同等效圓切分孔型結構

根據成品孔K1的名義直徑，用經驗系數法確定切分孔K3的不同等效圓直徑，再設定壁角、楔角、楔尖距、楔尖寬、輥縫等值。

在上述設計參數已定的條件下，在一定的變形區間內和約束條件下，計算出預切分K4孔所有的軋件尺寸。中間圓由于受到附加拉伸作用面積變小，使以后的軋制不穩定。為解決此問題，確定預切分K4孔的不同等效圓直徑，調整預切分孔邊部橢圓高度的界面，在（1.03～1.13）倍中間高度的范圍內調高邊部橢圓高度，再按調整后的高度構成新的預切孔不同等效圓。

4）改變精軋區精軋機組13#～18#軋機減速機的速比，提高電機轉速。把18H/V 減速機與16H/V 減速機互換，提高成品機架電機轉速。根據模擬計算，設定合理的終軋速度（14 m/s）。

5）定性扭轉導衛改為定量扭轉導衛，統一4 線扭轉角度，增加導衛的穩定效果。4 線切分軋件是否運行暢通，扭轉角度的設計較為關鍵。二切分和三切分都是平面扭轉輪，扭轉角度是計算出來的，每次調整，需要長時間進行校正，對生產組織非常不利。因沒有固定的參照物，每個扭轉角度不盡相同，對軋件運行不利，一線或二線扭轉不好，后道次軋制經常出故障。

為避免φ12 mm四切分時出現由于扭力過大或過小形成的不均勻，造成堆鋼現象，設計了梯形扭轉輪。梯形扭轉輪由兩個梯形導輪組成，扭轉角度設計加工好，只調整兩輪間隙。定性扭轉導衛改為定量扭轉導衛，簡化了調整，統一了4 線扭轉角度，改變了扭轉狀況。

6）采用連體4 通道喇叭口設計替換4 通道活套，保證軋件的穩定運行。由于軋件切分后4 通道活套通道空間狹窄，碰撞點多，高速行進的4線軋件易失控，機架間堆鋼比例較高。因此，甩掉了6#、7#活套，使用連體4通道喇叭口導槽。

7）精軋區應用沖擊動態速降補償補償軋制咬入瞬間形成的速度降。當軋件頭部進入軋機時，調速系統會形成瞬間的速度降。為在咬鋼瞬間維持各機架間金屬秒流量相等，以及在有活套的機架間順利形成套量，采用沖擊速降補償控制。沖擊速降補償值在咬鋼前疊加在機架速度給定值，作為咬鋼時的速度值，速降補償值為本機架速度的1%～2.5%。咬鋼動態速度結束后，從給定值中撤除該補償值。

8）對齊輥道主動輥電機應用變頻調速，解決軋件的冷床對齊問題。對齊輥道電機變頻改造，對齊輥道主動輥電機應用變頻調速，控制軋件對齊過程中的撞擊力和輸送力；對齊輥道的U 型槽由80 mm加寬到90 mm，放松軋件在輸送過程中的約束力。解決了對齊過程中的拱鋼、亂鋼和對不齊的問題。

4 實踐效果

經過周密組織，2012年2月7日，試軋HRB400、φ12 mm熱軋帶肋鋼筋1382 t。根據試驗跟蹤及取樣測量結果，產品全部合格下線，設備數據一切正常，各孔咬入順利。成品幾何尺寸波動在標準（GB 1499.2—2007）范圍內（見表1）；力學性能各項檢測項目也在標準范圍內（見表2）。

表1 φ12 mm熱軋帶肋鋼筋外形尺寸及重量偏差

表2 φ12 mm熱軋帶肋鋼筋力學性能

2012年2—8 月累計生產φ12 mm 熱軋帶肋鋼筋6.9653 萬t，合格率達到99.86%，成材率達到101.4%，噸鋼電耗58 kW·h，噸鋼煤氣消耗362 m3。

5 結束語

此次四切分軋制的成功，既均衡了不同規格產品的生產能力，又大幅度提高了軋制小規格產品的機時產量，匹配了軋鋼與煉鋼的產能。采用切分軋制，縮短了軋件長度，從而縮短了軋制周期，提高了軋機生產率，使鋼筋產能大幅度提高。φ12 mm 熱軋帶肋鋼筋四切分軋制的開發實踐，方案選擇合理，投資少，見效快，適應目前的實際情況，具有顯著的經濟效益和一定的社會效益。

四切分軋制工藝技術是目前提高小規格產品產量的一種有效途徑。但由于四切分軋制對生產工藝、軋制設備、各點控制的精細化要求高等，在生產過程中應充分考慮每一個細節，才能達到理想的軋制效果。

［1］趙松筠.型鋼孔型設計［M］.北京：冶金工業出版社，2005.

［2］小型型鋼連軋生產工藝與設備編寫組.小型型鋼連軋生產工藝與設備［M］.北京：冶金工業出版社，2006.