Φ14棒材生产中三切分轧制技术研究

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摘要：本文叙述了棒材生产中φ14螺纹钢三切分的工艺选择、调试时出现的问题、改进方案及效果。

关键词：螺纹钢 三切分 工艺方案

1、前言

切分轧制是在轧机上利用特殊的轧辊孔型和导卫或者其他切分装置，将原来的一根坯料纵向切成两根以上的轧件，进而轧制多根成品或中间坯的轧制工艺。采用切分轧制技术可缩短轧制节奏，提高机时产量，显著提高生产效率，降低能耗和成本。目前切分轧制技术已发展到五切分轧制，且两线切分轧制技术和三线切分轧制技术作为成熟技术已经普遍应用在小规格螺纹钢的生产中。

本文所述棒材厂从2005年开始逐步应用切分轧制技术，现已成功开发了φ14、φ16、φ18螺纹钢二切分、φ12螺纹钢三切分轧制技术。2010年，为了实现147万吨的年产量目标，棒材厂决定充分发挥切分技术的产能优势，在Ф12螺纹钢三切分的基础上实施Ф14螺纹钢的三切分轧制。

2、设备配置情况

车间的工艺布置为粗轧7架平轧闭口轧机、中轧为平立交替的6架两辊闭口轧机、精轧为平立交替6架预应力轧机。、

3、工艺方案的选择

3.1 工艺布局的确定

在Φ12螺纹三切工艺和Φ14螺纹两切分工艺的经验基础上，对一道预切与两道预切的方案进行了比较：

如采用一道预切，则预切分孔（K4）的压下和延伸比较大，轧制负荷大、轧制不稳定，且其切分楔处的压下系数远大于槽底的压下系数，造成切分楔处磨损严重；来料进预切分孔时的对中性差，进而导致预切料型进切分孔时不均匀，这样3支成品之间的尺寸不均匀，负差也不易控制。

采用两道预切，可减小K4孔（第二道预切）的变形量，降低K4孔的轧制负荷，减轻其变形不均匀性，提高轧制稳定性；同时带有凹陷部位的来料进K4孔时，容易对中，对轧辊切分楔的冲击较小，成品尺寸较均匀；由于K4变形系数小，故改变K4的压下量对轧件的断面面积影响较小，降低了成品尺寸随K4料型变化而变化的敏感性，提高了轧制的稳定性及料型调整的方便性和精确性。

3.2 孔型设计

切分工艺的孔型设计中预切分和切分孔的设计尤为重要，其次是立箱孔型，这几道次的孔型设计，关系到切分轧制是否能成功。

预切分孔是保证切分孔能顺利进行切分的过渡孔型，其目的是减小切分孔型的不均匀性，使切分楔完成对方轧件的压下定位，并精确分配轧件的断面面积，尽可能减轻切分孔型的负担，从而提高切分的稳定性和均匀性。其设计应有足够的压下量，延伸系数应在1.3～1.4，宽展系数在0.6左右，连接带的高度为孔型高度的0.45-0.48倍。

切分孔的楔角应合理，过大会切不净或切不开，过小会形成对切分轮的夹持力过大，加大切分轮的负荷，一般在60°-65°；楔子尖部圆角为1～1.5mm为好，过尖会加快轧辊磨损，甚至掉肉；连接带厚度应与辊缝接近，1-2mm最好；延伸系数在1.08～1.15，并留有一定量的宽展余地。

工艺布局确定后，初步确定了两套孔型系统，具体情况如下：

（1） 预切分孔

第一道预切分孔（12#）：

12#孔是第一道预切，主要作用是可减小14#孔的变形量，降低14#孔的轧制负荷，减轻14#孔的变形不均匀性，提高轧制稳定性；同时经过12#轧制后的料型带有凹槽，在进入14#孔时对中性比较好，成品尺寸较均匀。其延伸系数一般为1.3～1.4。两方案9#-11#料型（9#都是由φ47.8mm的基圆放大辊缝）。

方案二设定的料型比较合理，压下分配比较平均，11#的压下量为12mm左右，在轧制过程中11#电流大于20%。

第二道预切分孔（14#）：

14#孔型的切分楔进一步对初步压出凹陷形状的轧件完成压下定位，并精确分配轧件的断面面积。其变形系数较小，延伸系数一般为1.1-1.2。

两种方案中14#孔的延伸系数分别为1.407、1.190，由此可见方案一的轧制负荷较大，冲击力大。

方案一中连接带的高度为4.9mm，仅为孔型高度的0.25倍，且其圆角半径为3mm，边孔与中间孔的连接比较陡，易导致16#边孔靠里侧料型扁平即边孔型里侧未充满。

（2） 切分孔

三线切分轧制时，在预切和切分孔型中，轧件左、中、右三部分变形不对称，两边为自由宽展，轧件中部受切分楔的影响属限制宽展。因此，在轧件三部分压下量相同情况下，轧件中部应有较大延伸，两边由于是自由宽展，自然延伸小于轧件中部。由于轧件为一个整体，中部的较大延伸必然形成两边的附加延伸，因此造成两边面积被拉伸。在预切分孔型中轧件三部分面积相等时，轧件切分后，两边的面积小于中间轧件的面积，因而造成轧制过程不稳定。为了保证轧制过程稳定，切分后3根轧件面积必须相等或相差极小。为此，预切分中的边部轧件面积应大于中部面积。由于三线切分轧制的中部和边部变形性质不同，所以三线切分轧制的难度远大于二线切分。

由此在设计Φ14螺纹钢三切分切分孔型时，考虑三线差的调整，边孔的面积比中间孔面积稍大一些，但不宜过大，过大会导致三线活套器中的中间套高，一般两者比例为1.055左右。

单独考虑切分孔型，两种方案均没有问题。但孔型设计时，还需考虑预切分与切分孔型的配合问题，如配合不当，会造成轧制过程中的调整难度及导卫粘铁的现象。

（3） 立箱孔

立箱孔型延伸系数很小，基本无宽展，起到轧件微调平整的作用，其与前后孔的配合很重要。根据经验，其侧壁斜度为7°左右，以达到限制宽展的目的，立箱孔型的槽底宽应比来料高小1-2mm，如果过大，边孔会出现过大的强制性压下，导致出现中间料型比两边料型突出的现象即中间料型的面积比两边料型大，进而导致后续道次料型不好调整。

方案一中12#料型设计高度为24.6mm，而13#孔型槽底宽为20mm，与料型相比槽底过窄，咬入困难，且13#孔型限制了边孔的宽展，由图8可以看出，边孔最宽处为22.25mm，而中间孔不考虑宽展已达到了22.6mm，毫无疑问会造成13#料型中间突出的现象，而两边的料型明显比中间的料型偏大。

方案二中12#边孔比13#孔对应位置稍低，这样13#孔不会过多限制12#边孔的宽展，从而避免造成轧件向中间孔的流动过多。

综合以上分析，最终选择了方案二：1#-8#料型与Φ16两切分基本相同，可减少换孔量，18#、19#沿用Φ14两切分孔型。

4、调试情况

2010年5月25日，车间在现有设备情况下，按上述试轧方案调试。本次生产非常顺利，第一条试料顺利上冷床，并尺寸合格，后连续过钢。本次共轧制2551.142吨，最高小时产量为110吨/小时，产品都满足用户的要求。

5、取得的效果及改进措施

通过调试，说明工艺方案的选择符合车间工艺布置的实际情况，料型设计合理，轧制过程中料型与设定料型基本相同，只是14#、18#料型有微小调整：14#辊缝设定值为4mm，实际为3.2mm；18#设定料型高度为9.5mm，实际为10mm。

进出口导卫设计总体满足工艺要求，整个过程中除了由于k1进口导卫卫板直线段过长及k3出口导卫分线盒的中心距过大等原因导致粘铁而跑钢三支外，其余都比较合理。下一步完善的具体措施如下：

（1） 减短k1进口导卫卫板直线段至20mm，以减少卫板的粘铁；

（2） k3出口导卫分线盒重设计：减小楔形隔块角度（最宽点由45mm减到30mm）、减小导轮轮距及导轮直径，以降低k3出口导卫粘铁的频率，提高作业率。

参考文献：

[1] 赵松筠、唐文明，型钢孔型设计，北京，冶金工业出版社，2000，230-236。

[2] 王廷溥、齐克敏，金属塑性加工学―轧制理论与工艺[M]，北京，冶金工业出版社，2006。