钢板桩导卫板优化与改进

供稿|王君珂，刘杨，杨洋，苏磊，齐冬生 / WANG Jun-ke, LIU Yang, YANG Yang, SU Lei, QI Dong-sheng

内容导读

文章对河钢唐钢型钢厂大型生产线生产的3#、4#钢板桩系列型钢导卫板使用情况进行分析，并提出了改良导卫装置、优化调整方法、设计导卫板共用方案等措施。优化改进导卫板后，有效地改善钢板桩产品质量，提高导卫板的使用寿命，简化导卫装配流程，降低生产成本。

钢板桩是可以自由组合形成一种连续紧密的挡土或者挡水的钢结构体，具有良好的市场前景。型钢导卫装置可以有效使轧件按一定的顺序和正确的状态在孔型中轧制[1]。为保证型钢产品顺利轧制生产实现高精度尺寸控制，需要设计合理实用的导卫装置。本文通过工艺优化和控制，提高导卫板的使用效果，延长导卫板使用寿命，有效降低钢板桩生产成本，提高产品质量，以最优质的产品回馈市场，提高企业竞争力。

设备概况及存在问题

目前大型型钢生产线采用二辊可逆式开坯轧机2架、可逆水平二辊精轧机1架、单道次精轧机1架进行轧制生产，产品以大规格角钢、高强U型钢、电极扁钢、钢板桩、方钢为主。为适应市场新形势，在型材激烈的市场竞争中站稳脚跟，型钢厂开发生产3#、4#钢板桩型钢。钢板桩广泛应用于建筑基础施工，具有高效、便捷、安全的特点，是地基项目水利工程的高效、环保型建筑钢材[2]。在轧制生产钢板桩时，导卫板需要引导轧件稳定进出轧机，保证轧制顺利。大型线原导卫板采用组合式设计，其中BD2、F1轧机导卫板结构主要由1块组合下卫板、1块上卫板、2块导板组成，见图1。

此类导卫板在生产过程中的主要问题有：

(1) 下卫板采用组合式设计，中间大卫板与两侧小卫板之间采用轴固定方式，导致组合卫板无法实现两小卫板左右调整，实际安装过程中发现组合下卫板缝隙过大，轧件一旦有下轧趋势，易发生卡入卫板缝隙情况，造成不必要的甩钢，钢料下轧时小卫板磨损严重。

(2) 上卫板无法有效引导轧件进入轧机，上卫板与轧件接触部分主要由斜线段、过渡圆弧、平线段三部分组成，在实际生产过程中上卫板开口角度与平段部分长度配比使用不合适，易产生卡钢和轧件倾斜事故。

(3) 左右导板间距取决于上一道次轧件宽度，即使是同一根轧件，头、尾、中间各部位的宽度也存在较大变化，头尾较宽[3]。因此，现场导卫需要根据实际轧件情况调整导板，原导板无法实现现场调整，需将轧辊抽出方可调整，严重影响生产顺行。

(4) 轧机导卫板属于消耗工艺件，在生产时导卫板达到使用极限时需要进行及时更换，原导卫板采用单道次孔型独立设计，K1~K6孔分别对应单独一套导卫板，导致导卫备件制作周期长，生产成本高。

原因分析及改进措施

下卫板优化设计

(1) 原两侧小卫板与大卫板间采用轴连接方式固定，此种固定方式导致了大卫板与两侧小卫板间空隙过大，钢料下轧时的主要受力位置正处于缝隙位置附近，容易产生钢料卡入导卫板事故。同时，小卫板会因钢料轧出时产生的振动而翘起，造成甩钢事故，见图2。为保证卫板的使用效果，将卫板的装配方式更改，选择独立装配小卫板结构。独立装配设计时还要考虑小卫板的强度，以此为基础优化小卫板的对应形状，对小卫板的宽度进行有效加宽并运用布尔运算设计弯曲符合孔型的3D图纸，见图3。

(2) 在钢板桩轧制过程中，由于钢板桩的断面结构较为复杂，钢料各道次腹板与翼缘压下量不同，头部会产生20 cm左右的“钢料头”。这种头部钢料会与中间卫板端部直接接触，钢料头部有时会出现下轧的状态，为了防止钢料轧入下卫板端部，发明设计入口诱导装置，见图4。通过引导装置(1和2)与优化导卫板的配合，保证了钢料稳定进入轧机。

(3) 在卫板设计过程中，轧辊与卫板之间接触部分同样重要，见图5。其中，a表示槽底与卫板上表面的距离，b表示卫板的上表面到卫板尖端的距离。在进口卫板设计时，一般a、b取值5~10 mm。钢板桩咬入时腹板先进入轧辊孔型，为了防止卡钢要保证有足够的开口度，同时尽量防止因装配不够精确导致轧辊轧到卫板，因此a取20 mm，b取5 mm。

上卫板优化设计

优化设计后钢板桩上卫板与轧件接触部分主要由斜线段、过渡圆弧、平线段三部分组成，斜段部分可以使轧件向下运动进入孔型，过渡圆弧可以防止轧件刮伤，平线段部分同下卫板共同配合扶正轧件稳定进入轧机，通过上卫板和下卫板的共同配合，可以减弱咬钢时轧件产生倾斜趋势，使轧件顺利进入轧机，见图6。

导板优化设计

左右导板间距取决于上一道次轧件宽度，即使是同一根轧件，头、尾、中间各部位的宽度也存在较大变化，头尾较宽[3]。因此，现场导卫人员需要根据实际轧件情况调整导板，原导板螺栓固定采用下固定式，在装配轧机上后无法左右横移导板，影响轧制效果。为此，将两侧导板设计为整体螺栓固定式，通过调整导板上固定螺母去实现快捷调节导卫，见图7。

导卫的适用性和共用性改造

在生产过程中，原设计导板只能一块导板对应单一孔型，造成了一旦导板损坏时将无法保证及时有效补充备件，同时影响了生产准备、装配效率。针对以上问题，对各道次导板与轧辊接触圆弧进行了统计，在保证导板作用时，选取最大的辊径设计共用导板，解决共用性、适用性不强的问题。共用设计后也有效地降低了生产工艺备件的设计成本。

结束语

优化设计后导卫板结构更适合现场实际生产要求，对重点位置的强化解决了导卫板使用寿命短的问题；钢板桩导卫板优化的方法同样适用于型钢两辊可逆轧机要求，为其他品种钢导卫设计优化提供宝贵经验。