礦用錨桿鋼的生產實踐

龍國榮,高長益,劉立德,李 燚

(首鋼水城鋼鐵(集團)有限責任公司技術中心,貴州六盤水 553028)

礦用錨桿鋼的生產實踐

龍國榮,高長益,劉立德,李 燚

(首鋼水城鋼鐵(集團)有限責任公司技術中心,貴州六盤水 553028)

根據煤礦工業對左旋錨桿鋼和右旋錨桿鋼的使用要求,水鋼以建材螺紋鋼20MnSi為基礎,設計開發了MG335和MG335Y錨桿鋼,制定了化學成分、力學性能以及φ16～20 mm規格的外形尺寸等內控標準。通過合理的冶煉、軋制、冷卻工藝,保證了錨桿鋼的產品質量,成品錨桿鋼的化學成分、力學性能、外形尺寸等技術指標均符合產品設計要求,滿足煤礦工業的使用要求。

錨桿鋼;MG335;MG335Y

1 引言

隨著煤炭工業的發展及安全管理的不斷加強,煤礦迫切需要價格低、質量好、安全性能可靠的井下支護材料,而熱軋礦用錨桿鋼正是適應了這種要求[1]。熱軋礦用錨桿鋼主要應用于煤礦井下巷道支護工程,對保證巷道暢通、井下安全作業及煤礦行業的建設與生產具有重要作用[2]。

錨桿鋼不僅用于煤礦井巷,還用于礦山、橋梁、隧道、建筑物抗震加固及設備基礎的錨固。熱軋錨桿帶肋鋼筋是新型的熱軋周期斷面鋼材,錨固性能好、適應性強、施工方便,與端頭錨固式錨桿相比,其強度更高,加工費用降低,具有良好的經濟效益。

錨桿鋼材質是20MnSi,根據螺紋旋轉方向不同,分為左旋錨桿鋼和右旋錨桿鋼,按照屈服強度不同劃分為335 MPa、400 MPa、500 MPa和600 MPa,規格有φ16 mm、φ18 mm、φ20 mm、φ22 mm和φ25 mm,定尺長度通常有8 m、9 m和10 m。

錨桿鋼是只有橫肋沒有縱肋的熱軋帶肋鋼筋[3],與普通建筑用熱軋帶肋鋼筋具有相似之處,將錨桿鋼與國標GB 1499.2-2007《鋼筋混凝土用鋼第2部分:熱軋帶肋鋼筋》做簡單對比:(1)二者強度級別相同,均有335 MPa、400 MPa、500 MPa級別;(2)相同強度級別的錨桿鋼和普通建筑用鋼筋的主要化學成分基本一致;(3)國標帶肋鋼筋的橫肋是月牙形的,一般有縱肋,錨桿鋼沒有縱肋,錨桿螺紋有左旋、右旋之分,左旋錨桿鋼需經過攻絲加工后使用,右旋錨桿鋼熱軋成品直接與相應規格的螺帽配合使用,因此右旋錨桿鋼的外形尺寸要求十分嚴格,是錨桿鋼生產的難點[4];(4)熱軋帶肋鋼筋的標準是GB 1499.2-2007,錨桿鋼則執行各企業內部標準。

水鋼年產鋼材500萬噸,全部是棒線材,其中絕大部分是強度級別為400 MPa和500 MPa級的帶肋螺紋建筑用鋼筋,所以水鋼有能力研發、生產錨桿鋼。根據用戶要求,水鋼制定了錨桿鋼的企業標準,開發了由35 t頂吹轉爐或100 t頂底復吹轉爐冶煉、軋鋼廠三棒線車間軋制的MG335左旋錨桿和MG335Y右旋錨桿的生產工藝,產品質量滿足用戶使用要求,已實現了批量化生產。

2 錨桿鋼的企業標準

根據用戶使用要求,水鋼制定了牌號為MG335左旋礦用錨桿鋼和MG335Y右旋礦用錨桿鋼的生產、檢驗及交貨標準。

2.1 化學成分

水鋼錨桿鋼內控化學成分見表1。從表1可見,左旋錨桿鋼MG335與右旋錨桿鋼MG335Y相比:兩者的碳含量相同,前者硅的目標值比后者硅的目標值低0.10wt%,前者錳的目標值比后者錳的目標值高0.20wt%。原因是:右旋錨桿鋼不經過攻絲直接套螺帽使用,而左旋錨桿鋼要經過攻絲后使用。這樣,左旋錨桿鋼軋制后就不能通過強穿水冷卻而提高強度,強穿水冷卻會使表面太硬而無法攻絲,所以通過增加錳含量來提高強度,右旋錨桿鋼就可以通過軋制后強穿水冷卻來提高強度。同時,考慮到硅容易使鋼材硬化,為了使攻絲容易,所以左旋錨桿鋼的硅比右旋錨桿鋼的硅低。

2.2 力學性能

MG335左旋錨桿鋼和MG335Y右旋錨桿鋼的力學性能相同,見表2。

2.3 MG335左旋錨桿鋼的外形尺寸

水鋼φ16～20 mm MG335左旋錨桿鋼的外形尺寸見表3。

2.4 MG335Y右旋錨桿鋼的外形尺寸

水鋼φ18～20 mm MG335Y右旋錨桿鋼的外形尺寸見表4。

表1 錨桿鋼的內控化學成分

表2 錨桿鋼的力學性能

表3 左旋錨桿鋼的外形尺寸mm

表4 右旋錨桿鋼的外形尺寸

3 生產工藝

3.1 工藝流程

水鋼生產礦用錨桿鋼的工藝流程:鐵水、廢鋼→35 t轉爐或100 t轉爐冶煉→擋渣出鋼→脫氧合金化→6機6流150 mm×150 mm方坯連鑄→鑄坯精整→鑄坯加熱→棒材軋制→軋后冷卻(左旋錨桿空冷、右旋錨桿水冷)→打捆。

3.2 冶煉工藝

3.2.1 轉爐冶煉工藝

轉爐冶煉終點鋼水成分控制目標:C為0.08 wt%～0.14wt%,P≤0.020wt%,S≤0.040wt%。終點鋼水作C、P、S、Mn分析,必須等化驗結果出鋼。出鋼過程中采用雙擋渣工藝:出鋼后必須用擋渣塞堵好出鋼口,防止出鋼時涌渣;出鋼至4/5時加入擋渣錐擋渣,出鋼過程中專人壓渣,嚴禁出鋼口下渣。脫氧合金化的合金加入順序為:SiMn+增碳劑→SiFe→SiAlCaBa,終脫氧劑Si AlCaBa的加入量是0.8 kg/t。鋼包吹氬時,鋼水面裸露部分直徑100～200 mm,吹氬時間不少于5.3 min。出鋼鋼水溫度和出吹氬站鋼水溫度見表5。

表5 出鋼鋼水溫度和出吹氬站鋼水溫度

3.2.2 連鑄工藝

連鑄時,鋼水采用全保護澆注,大包、中間包采用保溫覆蓋劑,中間包使用Al-C質水口。在澆注過程中,中間包鋼水液面不低于400 mm,鑄坯拉速為2.0～3.0 m/min,鑄坯矯直溫度950～1050℃。錨桿鋼鋼水的液相線溫度為1502℃,中間包鋼水溫度控制:在第一包鋼水開澆5 min時的中間包鋼水溫度不小于1540℃,連澆爐次的中間包鋼水溫度1515～1530℃。

3.3 軋制工藝

3.3.1 加熱爐溫度控制

按爐組批,爐內為微還原性氣氛,加熱爐溫度控制:加熱段1100～1150℃,均熱段1080～1130℃,鋼坯出爐溫度950～1030℃,目標值980℃。鋼坯加熱應均勻,鋼坯頭、中、尾溫差不大于50℃,加熱過程中防止鋼坯出現過熱、過燒等現象。若停軋時間在30 min以上,立即降溫到900℃保溫。

3.3.2 軋制冷卻控制

所有規格MG335左旋錨桿鋼軋制時不穿水,是為了降低表面硬度、方便攻絲。所有規格MG335Y右旋錨桿鋼上冷床溫度(700±15)℃,目標值700℃,冷床上錨桿鋼的最高溫度720～760℃。

4 產品質量

水鋼生產的MG335左旋錨桿鋼和MG335Y右旋錨桿鋼的化學成分、力學性能和外形尺寸均符合企業內控標準的規定。屈服強度ReL=345～390 MPa,平均368 MPa;抗拉強度Rm=510～555 MPa,平均530 MPa;延伸率A=26%～30%,平均28%。水鋼生產的335 MPa級左旋和右旋錨桿鋼銷售到六盤水地區的水城礦務局、盤江礦務局等單位,質量滿足用戶使用要求。

5 結論

水鋼根據煤礦用戶使用要求,制定了MG335左旋錨桿鋼和MG335Y右旋錨桿鋼的化學成分、力學性能、外形尺寸的企業內控標準,采用“鐵水、廢鋼→35 t轉爐或100 t轉爐冶煉→擋渣出鋼→脫氧合金化→6機6流150 mm×150 mm方坯連鑄→鑄坯精整→鑄坯加熱→棒材軋制→軋后冷卻(左旋錨桿空冷、右旋錨桿水冷)→打捆”的工藝流程生產了水鋼φ16～20 mm MG335左旋錨桿鋼和φ18～20 mm MG335Y右旋錨桿鋼。產品的成分、性能和外形尺寸都在水鋼規定的企業內控標準內,屈服強度ReL=345～390 MPa,平均368 MPa;抗拉強度Rm= 510～555 MPa,平均530 MPa;延伸率A=26%～30%,平均28%,質量滿足用戶使用要求。

[1] 張忠峰,王長生,尚振軍,等.熱軋礦用錨桿鋼的研制開發[J].山東冶金,2003(5):13-14.

[2] 何云雪.礦用螺旋肋錨桿鋼筋的研制開發[J].天津冶金,2014(3):15-17.

[3] 陳立勇,柴建銘,袁永文,等.BHRB600熱軋高強韌樹脂錨桿鋼筋的開發[J].軋鋼,2007,24(4):66-69.

[4] 姚建偉.右旋熱軋礦用樹脂錨桿鋼筋開發[J].山東冶金,2009(3):15-16.

[5] 肖立軍,王長生,徐玉強,等.高強度高精度錨桿鋼筋生產工藝優化[J].山東冶金,2012(2):26-27.

[6] 范銀平,杜亞偉,杜海明.高強度高韌性礦用熱軋錨桿鋼筋研發[J].金屬制品,2015,41(1):50-52.

Production Practice of Mining Anchor Rod Steel

LONG Guorong,GAO Changyi,LIU Lide,LI Yi
(Technology Center,Shougang Shuicheng Iron&Steel(Group)Co.,Ltd., Liupanshui 553028,Guizhou,China)

According to using requirements of MG335 left-screw anchor rod steel and MG335Y right-screw anchor rod steel demanded by coal mining industry,on the basis of 20MnSi building rebar,MG335 and MG335Y anchor rod steels are designed and developed,the internal controlled standards of chemical compositions and mechanical properties and outline dimensions ofφ16～20 mm anchor rod steel are established.By appropriate technology of steelmaking and rolling and cooling,the quality of anchor rod steels is assured,the technical indexes such as chemical compositions and mechanical properties and outline dimensions and so on meet the designed requirements of anchor rod steels and the using requirements of coal mining industry.

anchor rod steel,MG335,MG335Y

TG335.6

A

1001-5108(2017)01-0025-03

龍國榮,化工高級工程師,主要從事化工及鋼鐵冶金技術工作。