线棒材多线扭转切分轧制新技术的研究

线棒材多线扭转切分轧制新技术的研究陶维纯（唐山钢铁（集团）有限责任公司高速线材厂河北唐山063016）摘要:本文从多线扭转切分轧制孔型系统的设计入手，考虑的主要孔型参数有两个：切分孔型倾斜度和切分孔型双槽中心距变化量C。采用正交实验方法进行了以铅和钢为坯料的两线及四线扭转切分轧制研究，以得到孔型参数配合的最佳范围。关键词：线棒材，多线扭转切分轧制，切分轧制，孔型设计STUDYOFNEWTECHNOLOGYOFMULTI-ROTATESLITROLLINGFORPRODUCINGBARSTAOWeichun(High-speedWireMill,TangshanIron&SteelCo.,Ltd.,Tangshan063016,China)ABSTRACT:Thispaperfirstdealswiththerollpassdesignsystemofthemulti-rotateslitrolling.Therearetwoprincipalpassparameters:Theinclinationangleoftheslitpass()andthedifferenceofthecenterdistanceoforalsintheslitpass(C).Theexperimentsandarrangedbyorthogonaldesign.Thesubstratesofleadandsteelwererolledintwo-lineandfour-lineslitrollingmethodinordertoobtaintheoptimumvaluesoftheparameters.KEYWORDS:bars,multi-rotateslitrolling,multi-slitrolling,rollingpassdesign1.切分轧制及多线切分轧制的概念切分轧制是在热轧过程中将轧件利用孔型的作用，轧成两个或两个以上的并联轧件，再利用切分设备(轧辊、导卫、切分轮等)把并联的轧件沿纵向切分成两根或两根以上的单体轧件，然后再轧成成品钢材或中间坯料。多线切分轧制技术是在轧制的最后阶段沿纵向把轧件切分成多根棒材的技术，在此工艺中，一块钢坯在大部分道次中都是单根轧制，仅在最后几道次中进行多线轧制，然后切分成多根棒材。2.切分轧制的发展概况早在十八世纪，切分轧制就已用于旧钢轨的利废方面，但是连续生产的切分轧制是本世纪七十年代加拿大联合钢公司(Co-steelGroup)创造的，随后，英国、美国、德国、日本等国也应用了这一技术。目前，世界上有许多国家正在研究连铸坯切分的连续性生产问题，，在多线切分轧制的研究、开发及实际应用方面，日本、美国、加拿大、德国处于当今世界领先水平，均掌握了多线切分轧制的新技术并向世界各国推广。我国很早就试用过切分轧制。早在1955年鞍钢就把废钢轨切分轧制成功，到八十年代后才得到迅速发展。昆钢、首钢，邢钢等厂家将切分轧制技术在连续式、半连续式轧机成功应用同时，在横列式轧机上，鞍钢、涟源钢厂、新沪钢厂等厂家也取得了成功的经验，切分轧制技术取得了巨大的经济效益。特别是1994年，唐钢由意大利达涅利公司引进的棒材连轧生产线采用切分轮方法成功切分轧制出螺纹钢筋，开创我国在新建连续式棒材轧机上采用切分轧制新工艺的先例。切分轧制的分类方法很多，如按切分工具划分有火焰切割、圆盘剪切分、切分轮切分、轧辊切分；在轧辊切分中又有不同的方法。本文采用的切分轧制分类方法是按切分的实质划分的，可分为张力切分、剪力切分、轧制扭转切分三种，本文的多线切分轧制为轧制扭转切分的范畴。3.多线扭转切分轧制原理多线扭转切分轧制新技术是将一根小方坯轧成扁材后,在9号孔型内轧出几个颈部。颈部在10号孔型内被进一步轧细,然后在11号孔型内被纵向切分辊切开,如图3-1所示。多线扭转切分轧制原理如图3-2所示。图3-2所示切分孔型内的轧件，由于切分孔型倾斜度的作用，使切分孔型内轧件所受轧制力的合力P偏离轧件的重心O而产生一个以O为中心的逆时针方向旋转的力矩，在这个力矩的作用下使轧件的连接带剪切开。在离开切分孔型时，棒材必须使其椭圆形断面的主轴线，都呈垂直状态进入下一个孔型。但是这并不需要施加任何扭转力，因为在切分孔型的扭转力的作用下，棒材会自动旋转。所以，只要在切分孔型的出口处装一个特定的出口导板，就能保证棒材按要求的方式进入下一个孔型。切分辊和前面的预切分辊的孔型，都设计成带楔形边缘，但其角度均为90左右的钝角。图3-1多线扭转切分轧制的孔型系统图图3-2多线扭转切分轧制原理4．实验设备：二辊180轧机：电机功率55KW；加热炉:最高温度可达1350℃；轧辊：3对；尺寸分别为：187mm×2;176mm×2;195mm×2；材质45#钢。动态电阻应变仪；3086型A4X-Y记录仪;压力传感器:5．实验方案的选定多线扭转切分轧制要考虑的主要因素有三个：即切分前轧件连接带厚度S、切分孔型倾斜度和切分孔型双槽中心距变化量C。本实验共分三个阶段进行。(1)以铅材为坯料的两线扭转切分轧制实验(常温轧制)实验方案如表5-1所示。由于本实验使用的轧辊辊面长度限制，在不影响实验本身整体效果的情况下，省略第一组方案，因此，本实验采用的切分孔型共有5组，即实验号为2~6的切分孔型。以铅材为原料，将铅铸成断面为30×30mm2的方断面铸坯，长度为300mm，共30根。根据实验方案表设计一套工艺孔型，共4道，前2道为预切分孔型，第3道为扭转切分轧制孔型，第4道为成品圆孔型，可轧出成品圆棒材。其轧制工艺流程图如图5-1所示。方坯1234567891011切分孔型121314PPcdabO图5-1铅材两线切分轧制工艺流程图因素水平实验号（）C（mm）1*11021123142414051826180表5-1实验方案(2)以钢材为原料的两线切分轧制实验(热状态切分轧制)在以铅为原料的两线切分轧制的基础上进行,对切分效果好，切分后断口质量好的实验孔型进行钢材的热状态切分轧制。当加热炉炉温升至1150℃时将钢坯装炉，加热至1150℃保温30分钟出炉轧制，每轧制一道再加热一次，直到k2孔型切分轧制完毕。。钢材在热状态下的切分轧制工艺流程图如图5-2所示，本实验采用钢坯尺寸为30×30×250mm，共计8根。钢的主要化学成份（％）C：0.10;Mn:0.55;Si:0.20.图5-2钢材热状态下两线切分轧制工艺流程图(3)以钢材为坯料的四线切分轧制实验(热切分轧制)表5-2钢材的四线切分轧制正交实验方案表因素实验号C（mm）（）10152215在二线切分的基础上进行，考虑的变化因素有两个，即切分孔型倾斜度和切分孔型双槽中心距变化量C，切分孔型倾斜度有一个水平，切分孔型双槽中心距变化量C有两个水平，正交实验方案表见表5-2所示。K4K3K2加热加热加热加热坯料K4K3K2K1坯料半成品成品图5-3四线切分轧制钢坯的断面形状及尺寸钢材的四线切分轧制实验钢坯的断面形状及尺寸如图5-3所示，坯料的长度为300mm，采用机加工成形，钢的主要化学成份（％）C：0.20;Mn:0.46;Si:0.04。根据实验方案表设计孔型，采用一道次实现钢材的四线扭转切分轧制，其轧制工艺流程图如图5-4所示。在该实验中，钢坯在加热炉中加热，当炉温升至1150℃时将钢坯装炉，炉温回升至1150℃时保温30分钟后出炉轧制，轧制温度约为1120℃。图5-4钢坯四线切分轧制工艺流程图6．铅、钢材两线扭转切分轧制切分效果分析6．1在切分孔型倾斜度=11~18范围内，切分孔型双槽中心距变化量C=0~2mm范围内的正交实验中，其任意组合的切分孔型系统均可实现铅材的两线扭转切分轧制，切分效果满意。随着切分孔型倾斜度的增大，扭转明显增大，说明随着切分孔型倾斜度的增大，扭转切分力增大，因此切分孔型倾斜度是影响切分力、切分效果的主要因素。6．2在所有的切分孔型中切分后的两根轧件均向两侧弯曲，产生镰刀弯现象，切分孔型双槽中心距变化量C=2mm时切分后轧件侧向弯曲曲率半径小于切分孔型双槽中心距变化量C=0时切分后轧件侧向弯曲曲率半径。6．3切分轧制轧出轧件断口有明显的扭切迹象，切分后断口表面呈圆过渡状。当切分孔型倾斜度=11、14、18时，通过对比可以看出，当切分孔型倾斜度不变时，切分孔型双槽中心距变化量C对切分断口质量有影响，随着切分孔型双槽中心距变化量C的增大，切分后轧件断口毛刺变长，切分质量下降。6．4当切分孔型双槽中心距变化量C值不变时，分析切分孔型倾斜度对切分质量的影响可以看出：随着切分孔型倾斜度的增大，切分后切口质量由无毛刺－略有毛刺－毛刺较长，说明切分质量下降，这与切分孔型切分带宽度的增大有关。6．5铅、钢材在实验条件下切分效果相近。7．钢材四线扭转切分轧制切分效果分析K2-7孔型切分效果最好，实验所用的四根坯料全部切开，该孔型工艺参数为：切分孔型倾斜度=15，切分孔型双槽中心距变化量C=2mm；而K2-6孔型切分效果不佳，实验所用的四根坯料均没有被切开，其工艺参数为：切分孔型倾斜度=15，切分孔型双槽中心距变化量C=0。因此，在切分孔型倾斜度=15时，增大切分孔型双槽中心距变化量C有利于多线扭转切分轧制的顺利实现，切分孔型双槽中心距变化量C是影响切分效果的重要因素之一。同两线钢的热切分轧制实验对比可以看出，在四线扭转切分轧制加热1150℃过程中，轧件的受力情况比两线扭转切分轧制要复杂，四线扭转切分轧制过程中轧件各部分之间的相互牵制作用增大而增大了切分的难度。8．实验结果与理论计算对比分析(1)多线扭转切分孔型中轧件所受的剪切应力随着切分孔型倾斜度的增大而增大，减小而减小。因此从理论上看，切分孔型倾斜度小时，不易于切分，切分孔型倾斜度大时有利于切分。切分孔型倾斜度是影响多线扭转切分效果的主要因素。(2)从两线切分轧制和四线切分轧制的对比可以看出，从整体上讲，两线切分轧制是在两个扭转力矩的作用下，实现一个连接带的剪断，四线切分轧制是在四个扭转力矩的作用下，实现三个连接带的剪断。因此，四线切分时连接带处所受的剪切应力小于两线切分时连接带处所受的剪切应力，说明当切分孔型倾斜度一定时，随着切分线数的增加，切分应力减小，顺利实现切分轧制的难度加大。(3)从实验结果和理论计算的结果对比可以看出，当切分孔型倾斜度相同时，切分孔型双槽中心距变化量C=2mm时，切分孔型所受的平均单位压力大于切分孔型双槽中心距变化量C=0时切分孔型所受的平均单位压力，这样就使轧制时产生的逆时针扭转力矩不同，即：MC2MC0，从而使扭剪力P1C2P1C0，其最终结果是切分孔型双槽中心距变化量C=2mm时切分孔型中轧件连接带所受的剪切应力大于切分孔型双槽中心距变化量C=0mm时切分孔型中轧件连接带所受的剪切应力，即C2C0，轧件连接带所受的剪切应力大有利于实现切分。因此，切分孔型双槽中心距变化量是影响多线扭转切分轧制切分效果的又一因素。(4)从以上分析可以看出，切分孔型倾斜度，切分线数和切分孔型双槽中心距变化量C均为影响多线扭转切分效果的因素，切分孔型倾斜度是主要因素，理论分析的结果和实验结果是一致的。9．结论(1)影响多线扭转切分轧制切分效果的主要因素是切分孔型倾斜度，以钢材为坯料时，切分孔型倾斜度取14~18能实现钢材两线切分轧制。(2)切分孔型双槽中心距变化量C是影响扭剪力及切分效果的又一因素。在切分孔型倾斜度不变的条件下，双槽中心距变化量C0的切分孔型顺利实现切分轧制。(3)切分孔型双槽中心距变化量C对钢热切分轧制切分后轧件连接带断口质量没有明显影响。(4)在实验条件下，多线切分轧制孔型参数的最佳配合为切分孔型倾斜度=14~15，切分孔型双槽中心距变化量C=2mm。(5)采用多线扭转切分轧制新技术可生产高质量的光面钢筋。参考文献[1]陈瑛，切分轧制，轧钢，1984,(1),44[2]