高延伸率冷軋帶肋鋼筋生產工藝及技術

張彬 黃強 王進 李儒

（青島雷霆重工股份有限公司 山東青島266000）

1 前言

隨著我國城鎮化的大力普及、工業化建設的高速發展，建筑用鋼的需求在急劇增加，傳統的建筑用鋼成本較高、消耗大、能耗高，因此對建筑用鋼的優質化、輕量化的更新換代已迫在眉睫［1-2］。在70年代初期，國外就發展了冷軋帶肋鋼筋作為一種新型建筑材料，其為以熱軋光面盤條為原料，經過多道次冷軋減徑和壓肋而形成的一種具有二面或三面橫肋的螺紋鋼筋［3-6］。與熱軋帶肋鋼筋相比，冷軋帶肋鋼筋強度高，延性適中，與混凝土間的粘結錨固性好，可節約材料，因此逐漸被廣泛使用［7］。我國在80年代后期開始引進生產冷軋帶肋鋼筋，并在邯鄲、安陽、諸城、青島、徐州等地陸續建廠生產。經過幾十年的研究，已開發出多種系列的冷軋帶肋鋼筋，為了規范新的冷軋帶肋新鋼種，我國于1993年頒布了GB13788-92冷軋帶肋鋼筋國家標準，并于2017年修訂頒布了新的冷軋帶肋鋼筋標準GB／T13788-2017。

目前，大多數廠家生產高延性冷軋帶肋鋼筋的速度較低，無法滿足市場需求，而其制約生產速度的關鍵因素是上料裝置與軋機設備。雖然已有廠家和研究院對其進行研究和開發，但仍然存在焊接制約生產節奏、焊接質量差、軋機軋輥軸脖易斷軸等問題制約產品生產的軋制速度。通過對上料運輸系統的改造與創新、軋機的自主研發，以及軋制工藝的調整，使得生產高延性冷軋帶肋鋼筋的速度提高一倍，并且性能滿足國家標準GB／T13788-2017要求。

2 生產過程

1）生產工藝：熱軋盤條→上料運輸系統→除磷→冷軋→中頻感應加熱處理→吐絲機盤卷收料→散卷冷卻運輸線→集卷站→P／F線輸送系統→檢驗→成品入庫

2）生產工藝：熱軋盤條→上料運輸系統→除磷→冷軋→中頻感應加熱處理→定尺→步進冷床→檢驗→收集→成品入庫

圖1 冷軋帶肋鋼筋工藝圖

2.1 原料來源

高延性冷軋帶肋鋼筋是在室溫條件下，以熱軋光面盤卷線材為原料，經過軋機減徑和刻痕而形成具有橫肋的高強度螺紋鋼筋。根據GB／T13788-2017規定，以Q235低碳鋼為原料來生產高延性冷軋帶肋鋼筋能夠保證其性能達到國家標準規定。

2.2 上料運輸系統

在傳統生產高延性冷軋帶肋鋼筋中，通常直接將盤條運輸至卷芯架，在卷芯架中進行對焊，實現無頭軋制。在焊接過程中，由于只有一個焊接工位，且焊接時需要人工對線材進行處理和對焊，完成焊接的時間長，滿足不了生產節奏，不適合高速生產，且線圈焊接強度不理想，在軋制過程產生容易斷裂，影響生產。在上料過程中，盤卷靠前端軋機牽引力實現被動上料，易使焊接質量差的線圈斷裂，且由于是被動上料，線圈容易打結，線材斷裂，損壞冷軋設備。基于上述情況，青島雷霆重工股份有限公司研發了第三代上料運輸系統，此系統由托料平臺、轉運小車、翻轉機、運輸系統、導向裝置組成。

上料運輸系統工藝過程：翻轉機帶卷芯架在上料工位傾翻，由叉車或者行車將成卷的原料放置到托料平臺上，由轉運小車將原材料托起，人工將打包帶剪斷，將線卷的頭部和尾部散開到外側，為焊接做準備。轉運小車旋轉180°，將拆完包的原材料掛到卷芯架上，翻轉機傾翻，此時原料由水平位置變為豎直位置。在運輸系統上轉運到上料筒位置堆積，設置多個焊接工位，將兩個卷芯架上的原材料尾部和頭部對焊（檢查），為上料做準備。原材料通過導向裝置，由夾送輥牽引上料。

上料運輸系統包括立式卷芯架輸送系統和帶旋轉功能的主動放線筒，圖2為立式卷芯架輸送系統圖。從圖中可知，在上料之前，可以提前準備好多個帶有線圈的卷芯架，提前將線卷焊接完成。并根據冷軋工藝需求，設置多個焊接工位，從而擁有充足的時間對線圈進行對焊，提高焊接質量，且能滿足冷軋高速生產對上料系統的要求。

圖2 立式卷芯架輸送系統圖

圖3為帶旋轉功能的主動放線筒圖。在上料過程中，減速電機帶動齒輪旋轉，從而帶動放線筒旋轉，放線筒由于內壁布置了螺旋曲線管，在旋轉時，能夠使得線圈在受拉力向上的同時，繞卷芯架一圈一圈散開。由于線圈是主動旋轉散開，在上料過程中線圈不易層疊打結，使得線圈能夠順利進入冷軋設備中。并且卷芯架具有自動收縮功能，當小車將線圈托入卷芯架時，卷芯架收縮起來，使得線圈容易進入卷芯架中；當卷芯架運輸到位時，卷芯架又自動漲開，使得線圈規整，更容易放線。

圖3 主動放線筒圖

上料運輸系統特點：（1）運輸系統包括輸送滾床、卷芯架等設備，可以儲存較多的上料盤卷，適應更快的軋制節奏。（2）由于提前對焊多個盤卷，使得后期焊接時間充分，能夠確保對焊質量，線卷不易斷裂。（3）采用可以收縮的卷芯架，收縮時能夠使線卷更容易進入卷芯架中，撐開時能夠使線卷不易散亂，從而更好上料，滿足生產需求。

2.3 除磷

盤條表面存在一定厚度的氧化鐵皮，如不清除，在軋制過程中容易陷入材料表面，在表面形成深淺不一的麻坑，嚴重影響冷軋線材的表面質量［8］，因此在軋制前需要對盤卷進行除磷。采用機械式除磷，即采用輥子反復彎曲線材來清除表面的氧化鐵皮，既簡單、經濟，無污染［9］。

2.4 冷軋

在原生產高延性帶肋鋼筋軋機中，傳統采用的是被動＋主動形式，而被動式軋機對盤卷存在拉力，容易使線材焊接處斷裂，影響生產節奏，因此青島雷霆重工股份有限公司經過研究全部采用單獨傳動形式的頂交軋機，使線材處于壓力狀態，能夠改善線材斷裂情況，并且提高材料性能。由于原料直徑為Φ8mm～Φ12mm，成品直徑為Φ6mm～Φ10mm，以往軋制道次較多采用2道次，變形率大，軋制力大，容易使軋機軋輥軸脖斷軸，因此采用4架軋機，進行四個軋制道次，每個道次的變形率減小，軋機不易斷軸，并且可以適應多種規格的產品軋制。由于軋制速度快，軋輥轉速大，容易傷人，因此在軋機上配備了保護罩，當軋機工作時，保護罩蓋住，能夠提高安全性能。

軋機采用頂交軋機形式，一個機架為一個軋機模塊，一臺電機直接傳動錐箱。根據不同的軋制規格，可以更換軋輥輥環，輥環直徑為Φ263mm～Φ280mm，且箱體內裝有偏心套機構，可以用來調整輥縫。每架軋機的動力為500kW，軋機的速度范圍為0～1800m／min，因此可以實現冷軋線材的高速軋制。

2.5 中頻感應加熱處理

對于生產的冷軋帶肋鋼筋，主要是通過冷加工硬化方式提高材料的強度，伸長率不高；或者出廠時檢驗合格，當由于內部存在應力，存放一段時間后，應力釋放，導致伸長率下降。需要對冷軋過后的鋼筋進行熱處理，消除內部應力，提高產品質量。在軋機后增加電磁感應加熱設備，對產品進行在線熱處理（加熱溫度為580℃～650℃），消除內應力，提高產品伸長率。

中頻感應加熱設備特點：（1）采用進口的大功率IGBT元件，其具有優良的頻率自動跟蹤能力。（2）采用雙閉環和功率環控制，其感應器端電壓不隨外界因素變化而變化，保證了負載加熱的穩定性。（3）具有更高智能數字化控制芯片，能夠實現IGBT感應加熱電源的頂角鎖相、頻率自動跟蹤，使得設備運行穩態精度更高，達到精準控溫，保證了質量的一致性。并且設有超頻／低頻失鎖保護等功能，能夠對線材加熱感應器中的短路及開路故障保護更加精確有效。

2.6 吐絲機盤卷收料

吐絲機是將由夾送輥送來的線材以圓周運動吐成直徑尺寸的線圈，分布在輸送輥道上。采用臥式吐絲機，最大吐絲速度可達30m／s，因此可以適應高速線材軋制生產。

2.7 散卷冷卻運輸線

散卷冷卻運輸線是布置在吐絲機與集卷站之間，由輸入輥道、中間段輥道、輸出端輥道組成，目的是將從吐絲機中的線卷運輸至集卷站。為了改善線卷的延伸率，可以在散卷冷卻運輸線上某段增加保溫罩，使得線卷冷卻速率降低，從而得到更好的延性。

2.8 集卷站

集卷站由集卷筒、升降托板、液壓剪、翻轉芯棒、掛卷小車組成，主要是將來自散卷運輸線線圈收集成盤卷后收集在卷芯架上。集卷站除了收集線卷外，還能夠提供一個緩沖存貯空間，因為集卷筒中還存在分鋼爪，當卷芯架收集滿線圈時，卷芯架會移出集卷筒，這時分鋼爪會伸出，繼續收集線卷，直到新的卷芯架進出，從而提供一個線卷緩沖存儲空間。

2.9 P／F線運輸系統

P／F線運輸系統由打包機、稱重站、卸卷站等設備組成，主要完成冷軋線圈的運輸、打包、稱重等。采用全自動臥式打包機，運行故障率低，而且是全自動打包，能夠減少現場操作人員。全線采用PLC控制，不僅能夠清楚了解生產冷軋線圈的規格尺寸，而且當運輸線發生故障時，能夠清楚知道具體的故障發生點，便于維修。

3 結論

（1）在上料運輸系統中，線圈對焊時間充足，能夠滿足高速生產要求，且焊接質量高，不易在軋制過程中斷裂。

（2）全部采用主動式軋機軋制，軋制速度提高一倍，軋制時線圈處于壓力狀態，不易斷裂。

（3）中頻感應加熱設備，對產品進行回火處理，消除內應力，提高產品延性。

（4）集卷站收集散卷線圈，能夠提供緩沖存貯空間。