φ12mm热轧带肋钢筋四切分轧制开发实践

蒋子龙，夏洪林，吴 豪

（张店钢铁总厂，山东 淄博 255007）

1 前 言

张钢轧钢厂100 万t 棒材生产线产品设计定位是φ12～φ40 mm 的带肋钢筋80 万t，φ16～φ50 mm圆钢20万t。随着炼钢系统产能的不断提升，轧钢系统的产能越来越与炼钢系统产能不相匹配。φ12 mm热轧带肋钢筋的四切分轧制是轧钢产量突破的一个瓶颈，突破这一瓶颈，轧钢产品的种类和产量都会得到很大提升，才能实现轧钢系统与炼钢系统生产能力相匹配；应用四线切分技术生产φ12 mm 热轧带肋钢筋，机时产量可达160 t/h，成材率可达101%以上，不仅可提高作业率、成材率，还可降低制造成本，节约能耗，增强产品市场竞争力。为此对现有技术装备进行分析，确定开发方案，实现了φ12 mm热轧带肋钢筋的四切分轧制。

2 生产工艺基本条件

切分轧制的技术关键在于切分设备的可靠性，孔型系统及孔型设计的合理性，切分后轧件形状的正确性以及产品质量的稳定性。生产线主要由步进梁式加热炉、轧线、冷床、精整收集等组成。最大轧制线速度18 m/s。车间平面布置如图1所示。

图1 生产线平面布置

从稳定轧制及生产效果分析，φ12 mm 热轧带肋钢筋更适合于四切分，但它对设备及工艺技术要求也非常高。φ12 mm 热轧带肋钢筋四切分，国内外精轧机组电机功率均采用1400 kW和1600 kW；步进齿条式冷床齿节距均为100～120 mm。而张钢轧钢厂精轧机组电机功率是1000 kW和1200 kW；齿节距为80 mm。

3 技术方案的确定及实施

3.1 产品开发存在的问题

1）步进齿条式冷床齿节距小。轧件切分成4线上冷床，轧件4线在冷床的同一齿条中，冷床的1个动作周期同时移动4条钢。由于φ12 mm热轧带肋钢筋轧件断面积小，切分线条多，极易产生较大的4线差，出现叠钢、弯钢、拱钢及挂钢，在小的齿节距移动中，相互咬合、缠绕，导致无法生产。轧件4 线在对齐辊道上对不齐，如果强行对齐，会造成轧件弯曲，形成乱钢。为了保证定尺率，轧件头部必须多切，形成较大的剪切废品，影响成材率。

2）18H/V 成品主电机功率不足。棒材精轧机18H/V 主电机采用1200 kW 交流变频调速电机，为了满足电机要求，可大幅度降低精轧速度，而粗轧区速度会低于允许轧制速度的现象；1200 kW交流变频调速电机，级数为6 级，基速为750 r/min，基速以下运转时，是恒扭矩输出，转速越低，功率输出也越小。若大幅度提高成品机线速度，提高电机转速，受热剪及冷床等设备的制约，也行不通。

3.2 技术方案确定

在目前轧制设备状况下，要进行φ12 mm 热轧带肋钢筋四切分轧制，必须对成品轧机和冷床设备进行改造。为确保轧制成功，设定了3套方案：

1）更换18H/V轧机的电机，加大功率，将现有的1200 kW的电机改为1600 kW；主电机由6级改为8级，使主电机基速由1000 r/min 改为750 r/min。如果电机基座号更改，土建也较困难。改造冷床设备，改造冷床步进齿，齿节距改为120 mm。

2）更换18H/V轧机减速机，增加速比，提升电机转速。改造冷床步进齿，齿节距改为120 mm。

3）调整减速机，增加速比，改变电机转速；高精度设计孔型系统，保证最小4线差；小幅度改造冷床设备，确保冷床的稳定性。

经过分析论证，由于前2套方案投资大见效慢，生产实际不允许。在目前轧制设备状况下，从第3套方案入手展开研究工作。结合实际，同时考虑与其他产品规格的匹配，制定出一套适合本厂四切分生产要求的工艺［1-2］。

3.3 方案实施

由于φ12 mm 钢筋四切分生产工艺的独特性，技术要求高，调整难度大，对温度控制、孔型设计、料型尺寸的控制、轧制设备的要求都非常高。

1）根据钢坯钢种加热制度、轧制制度、设备承受能力、产品性能质量要求，确定各阶段温度：开轧温度1030～1070 ℃；中轧控冷后温度1020～1050℃；精轧控冷后温度770～800 ℃。

2）中轧机组由4 架轧机轧制，压下量分配到6架轧制，加设椭圆孔，优化压下量分配。为减小K6孔轧制电流，优化了K7孔型，将K7孔由圆孔改变成椭圆孔。圆孔的优点是经该孔轧出的轧件能顺利进入精轧机组K6 孔，且K6 孔只需安装滑动导卫即可；缺点是轧机负荷大，轧制电流过高。为保证K7椭圆孔轧件顺利进入精轧机组K6孔，不发生对角咬入，在K6 孔入口安装了特殊的滚动导卫来扶持，以保证轧件平稳咬入。K7 孔型优化前后结构如图2所示。

图2 K7孔型优化前后结构

3）预切分孔型和切分孔型采用不同等效圆设计，控制4线差。实现稳定的四切分轧制，对孔型设计的要求很高，必须保证各切分轧件的面积相等，否则难于实现稳定轧制。而实际生产中，实现中间圆与边圆轧件面积相等是很困难的。四切分轧制时，在预切分和切分孔型中，整个轧制部分变形不均匀，两边是自由宽展，轧件中部是强迫宽展和限制宽展的综合。因此，在轧件4 个部分压下量相同的情况下，轧件中部应有较大的延伸，轧件两边由于是自由宽展，自然延伸应小于轧件中部。由于轧件是一个整体，中部的较大延伸形成轧件两边的附加延伸，造成两边面积被拉缩，轧件切分后，两边的面积小于中间轧件的面积。轧件成品4线内径尺寸虽然相同，但纵筋尺寸有差别，线差越大，生产轧制越不稳定。为了保证轧制过程稳定，预切分孔型和切分孔型采用不同等效圆设计，结构如图3所示。

图3 不同等效圆切分孔型结构

根据成品孔K1的名义直径，用经验系数法确定切分孔K3的不同等效圆直径，再设定壁角、楔角、楔尖距、楔尖宽、辊缝等值。

在上述设计参数已定的条件下，在一定的变形区间内和约束条件下，计算出预切分K4孔所有的轧件尺寸。中间圆由于受到附加拉伸作用面积变小，使以后的轧制不稳定。为解决此问题，确定预切分K4孔的不同等效圆直径，调整预切分孔边部椭圆高度的界面，在（1.03～1.13）倍中间高度的范围内调高边部椭圆高度，再按调整后的高度构成新的预切孔不同等效圆。

4）改变精轧区精轧机组13#～18#轧机减速机的速比，提高电机转速。把18H/V 减速机与16H/V 减速机互换，提高成品机架电机转速。根据模拟计算，设定合理的终轧速度（14 m/s）。

5）定性扭转导卫改为定量扭转导卫，统一4 线扭转角度，增加导卫的稳定效果。4 线切分轧件是否运行畅通，扭转角度的设计较为关键。二切分和三切分都是平面扭转轮，扭转角度是计算出来的，每次调整，需要长时间进行校正，对生产组织非常不利。因没有固定的参照物，每个扭转角度不尽相同，对轧件运行不利，一线或二线扭转不好，后道次轧制经常出故障。

为避免φ12 mm四切分时出现由于扭力过大或过小形成的不均匀，造成堆钢现象，设计了梯形扭转轮。梯形扭转轮由两个梯形导轮组成，扭转角度设计加工好，只调整两轮间隙。定性扭转导卫改为定量扭转导卫，简化了调整，统一了4 线扭转角度，改变了扭转状况。

6）采用连体4 通道喇叭口设计替换4 通道活套，保证轧件的稳定运行。由于轧件切分后4 通道活套通道空间狭窄，碰撞点多，高速行进的4线轧件易失控，机架间堆钢比例较高。因此，甩掉了6#、7#活套，使用连体4通道喇叭口导槽。

7）精轧区应用冲击动态速降补偿补偿轧制咬入瞬间形成的速度降。当轧件头部进入轧机时，调速系统会形成瞬间的速度降。为在咬钢瞬间维持各机架间金属秒流量相等，以及在有活套的机架间顺利形成套量，采用冲击速降补偿控制。冲击速降补偿值在咬钢前叠加在机架速度给定值，作为咬钢时的速度值，速降补偿值为本机架速度的1%～2.5%。咬钢动态速度结束后，从给定值中撤除该补偿值。

8）对齐辊道主动辊电机应用变频调速，解决轧件的冷床对齐问题。对齐辊道电机变频改造，对齐辊道主动辊电机应用变频调速，控制轧件对齐过程中的撞击力和输送力；对齐辊道的U 型槽由80 mm加宽到90 mm，放松轧件在输送过程中的约束力。解决了对齐过程中的拱钢、乱钢和对不齐的问题。

4 实践效果

经过周密组织，2012年2月7日，试轧HRB400、φ12 mm热轧带肋钢筋1382 t。根据试验跟踪及取样测量结果，产品全部合格下线，设备数据一切正常，各孔咬入顺利。成品几何尺寸波动在标准（GB 1499.2—2007）范围内（见表1）；力学性能各项检测项目也在标准范围内（见表2）。

表1 φ12 mm热轧带肋钢筋外形尺寸及重量偏差

表2 φ12 mm热轧带肋钢筋力学性能

2012年2—8 月累计生产φ12 mm 热轧带肋钢筋6.9653 万t，合格率达到99.86%，成材率达到101.4%，吨钢电耗58 kW·h，吨钢煤气消耗362 m3。

5 结束语

此次四切分轧制的成功，既均衡了不同规格产品的生产能力，又大幅度提高了轧制小规格产品的机时产量，匹配了轧钢与炼钢的产能。采用切分轧制，缩短了轧件长度，从而缩短了轧制周期，提高了轧机生产率，使钢筋产能大幅度提高。φ12 mm 热轧带肋钢筋四切分轧制的开发实践，方案选择合理，投资少，见效快，适应目前的实际情况，具有显著的经济效益和一定的社会效益。

四切分轧制工艺技术是目前提高小规格产品产量的一种有效途径。但由于四切分轧制对生产工艺、轧制设备、各点控制的精细化要求高等，在生产过程中应充分考虑每一个细节，才能达到理想的轧制效果。

［1］赵松筠.型钢孔型设计［M］.北京：冶金工业出版社，2005.

［2］小型型钢连轧生产工艺与设备编写组.小型型钢连轧生产工艺与设备［M］.北京：冶金工业出版社，2006.