高延伸率冷轧带肋钢筋生产工艺探究

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摘要：针对生产高延性冷轧带肋钢筋工艺设备需求，通过采用改进及创新的上料运输系统、自主研发适合于高延性冷轧带肋钢筋的顶交轧机设备，以及采用新的轧制工艺，生产出的产品符合国家标准GB/T13788－2017要求的性能指标。在上料运输系统中，对影响生产节奏的线卷之间的焊接进行了合理改进，使其能够满足高速生产节奏，且设置了焊接质量检验工位，降低线圈断裂故障率。与传统的国内同类生产线相比，轧制速度提高将近一倍，实现产品的高速生产;通过多道次轧制，使得产品性能进一步提高，并能够满足生产更小规格产品需求。

关键词:冷轧带肋钢筋;上料运输系统;轧机;延伸率

1前言

随着我国城镇化的大力普及、工业化建设的高速发展，建筑用钢的需求在急剧增加，传统的建筑用钢成本较高、消耗大、能耗高，因此对建筑用钢的优质化、轻量化的更新换代已迫在眉睫［1－2］。在70年代初期，国外就发展了冷轧带肋钢筋作为一种新型建筑材料，其为以热轧光面盘条为原料，经过多道次冷轧减径和压肋而形成的一种具有二面或三面横肋的螺纹钢筋［3－6］。与热轧带肋钢筋相比，冷轧带肋钢筋强度高，延性适中，与混凝土间的粘结锚固性好，可节约材料，因此逐渐被广泛使用［7］。我国在80年代后期开始引进生产冷轧带肋钢筋，并在邯郸、安阳、诸城、青岛、徐州等地陆续建厂生产。经过几十年的研究，已开发出多种系列的冷轧带肋钢筋，为了规范新的冷轧带肋新钢种，我国于1993年颁布了GB13788-92冷轧带肋钢筋国家标准，并于2017年修订颁布了新的冷轧带肋钢筋标准GB/T13788-2017。目前，大多数厂家生产高延性冷轧带肋钢筋的速度较低，无法满足市场需求，而其制约生产速度的关键因素是上料装置与轧机设备。虽然已有厂家和研究院对其进行研究和开发，但仍然存在焊接制约生产节奏、焊接质量差、轧机轧辊轴脖易断轴等问题制约产品生产的轧制速度。通过对上料运输系统的改造与创新、轧机的自主研发，以及轧制工艺的调整，使得生产高延性冷轧带肋钢筋的速度提高一倍，并且性能满足国家标准GB/T13788-2017要求。

2生产过程

1)生产工艺:热轧盘条→上料运输系统→除磷→冷轧→中频感应加热处理→吐丝机盘卷收料→散卷冷却运输线→集卷站→P/F线输送系统→检验→成品入库2)生产工艺:热轧盘条→上料运输系统→除磷→冷轧→中频感应加热处理→定尺→步进冷床→检验→收集→成品入库

2．1原料来源

高延性冷轧带肋钢筋是在室温条件下，以热轧光面盘卷线材为原料，经过轧机减径和刻痕而形成具有横肋的高强度螺纹钢筋。根据GB/T13788-2017规定，以Q235低碳钢为原料来生产高延性冷轧带肋钢筋能够保证其性能达到国家标准规定。

2．2上料运输系统

在传统生产高延性冷轧带肋钢筋中，通常直接将盘条运输至卷芯架，在卷芯架中进行对焊，实现无头轧制。在焊接过程中，由于只有一个焊接工位，且焊接时需要人工对线材进行处理和对焊，完成焊接的时间长，满足不了生产节奏，不适合高速生产，且线圈焊接强度不理想，在轧制过程产生容易断裂，影响生产。在上料过程中，盘卷靠前端轧机牵引力实现被动上料，易使焊接质量差的线圈断裂，且由于是被动上料，线圈容易打结，线材断裂，损坏冷轧设备。基于上述情况，青岛雷霆重工股份有限公司研发了第三代上料运输系统，此系统由托料平台、转运小车、翻转机、运输系统、导向装置组成。上料运输系统工艺过程:翻转机带卷芯架在上料工位倾翻，由叉车或者行车将成卷的原料放置到托料平台上，由转运小车将原材料托起，人工将打包带剪断，将线卷的头部和尾部散开到外侧，为焊接做准备。转运小车旋转180°，将拆完包的原材料挂到卷芯架上，翻转机倾翻，此时原料由水平位置变为竖直位置。在运输系统上转运到上料筒位置堆积，设置多个焊接工位，将两个卷芯架上的原材料尾部和头部对焊(检查)，为上料做准备。原材料通过导向装置，由夹送辊牵引上料。上料运输系统包括立式卷芯架输送系统和带旋转功能的主动放线筒，图2为立式卷芯架输送系统图。从图中可知，在上料之前，可以提前准备好多个带有线圈的卷芯架，提前将线卷焊接完成。并根据冷轧工艺需求，设置多个焊接工位，从而拥有充足的时间对线圈进行对焊，提高焊接质量，且能满足冷轧高速生产对上料系统的要求。图3为带旋转功能的主动放线筒图。在上料过程中，减速电机带动齿轮旋转，从而带动放线筒旋转，放线筒由于内壁布置了螺旋曲线管，在旋转时，能够使得线圈在受拉力向上的同时，绕卷芯架一圈一圈散开。由于线圈是主动旋转散开，在上料过程中线圈不易层叠打结，使得线圈能够顺利进入冷轧设备中。并且卷芯架具有自动收缩功能，当小车将线圈托入卷芯架时，卷芯架收缩起来，使得线圈容易进入卷芯架中;当卷芯架运输到位时，卷芯架又自动涨开，使得线圈规整，更容易放线。上料运输系统特点:(1)运输系统包括输送滚床、卷芯架等设备，可以储存较多的上料盘卷，适应更快的轧制节奏。(2)由于提前对焊多个盘卷，使得后期焊接时间充分，能够确保对焊质量，线卷不易断裂。(3)采用可以收缩的卷芯架，收缩时能够使线卷更容易进入卷芯架中，撑开时能够使线卷不易散乱，从而更好上料，满足生产需求。

2．3除磷

盘条表面存在一定厚度的氧化铁皮，如不清除，在轧制过程中容易陷入材料表面，在表面形成深浅不一的麻坑，严重影响冷轧线材的表面质量［8］，因此在轧制前需要对盘卷进行除磷。采用机械式除磷，即采用辊子反复弯曲线材来清除表面的氧化铁皮，既简单、经济，无污染［9］。

2．4冷轧

在原生产高延性带肋钢筋轧机中，传统采用的是被动+主动形式，而被动式轧机对盘卷存在拉力，容易使线材焊接处断裂，影响生产节奏，因此青岛雷霆重工股份有限公司经过研究全部采用单独传动形式的顶交轧机，使线材处于压力状态，能够改善线材断裂情况，并且提高材料性能。由于原料直径为Φ8mm～Φ12mm，成品直径为Φ6mm～Φ10mm，以往轧制道次较多采用2道次，变形率大，轧制力大，容易使轧机轧辊轴脖断轴，因此采用4架轧机，进行四个轧制道次，每个道次的变形率减小，轧机不易断轴，并且可以适应多种规格的产品轧制。由于轧制速度快，轧辊转速大，容易伤人，因此在轧机上配备了保护罩，当轧机工作时，保护罩盖住，能够提高安全性能。轧机采用顶交轧机形式，一个机架为一个轧机模块，一台电机直接传动锥箱。根据不同的轧制规格，可以更换轧辊辊环，辊环直径为Φ263mm～Φ280mm，且箱体内装有偏心套机构，可以用来调整辊缝。每架轧机的动力为500kW，轧机的速度范围为0～1800m/min，因此可以实现冷轧线材的高速轧制。

2．5中频感应加热处理

对于生产的冷轧带肋钢筋，主要是通过冷加工硬化方式提高材料的强度，伸长率不高;或者出厂时检验合格，当由于内部存在应力，存放一段时间后，应力释放，导致伸长率下降。需要对冷轧过后的钢筋进行热处理，消除内部应力，提高产品质量。在轧机后增加电磁感应加热设备，对产品进行在线热处理(加热温度为580℃～650℃)，消除内应力，提高产品伸长率。中频感应加热设备特点:(1)采用进口的大功率IGBT元件，其具有优良的频率自动跟踪能力。(2)采用双闭环和功率环控制，其感应器端电压不随外界因素变化而变化，保证了负载加热的稳定性。(3)具有更高智能数字化控制芯片，能够实现IGBT感应加热电源的顶角锁相、频率自动跟踪，使得设备运行稳态精度更高，达到精准控温，保证了质量的一致性。并且设有超频/低频失锁保护等功能，能够对线材加热感应器中的短路及开路故障保护更加精确有效。

2．6吐丝机盘卷收料

吐丝机是将由夹送辊送来的线材以圆周运动吐成直径尺寸的线圈，分布在输送辊道上。采用卧式吐丝机，最大吐丝速度可达30m/s，因此可以适应高速线材轧制生产。

2．7散卷冷却运输线

散卷冷却运输线是布置在吐丝机与集卷站之间，由输入辊道、中间段辊道、输出端辊道组成，目的是将从吐丝机中的线卷运输至集卷站。为了改善线卷的延伸率，可以在散卷冷却运输线上某段增加保温罩，使得线卷冷却速率降低，从而得到更好的延性。

2．8集卷站

集卷站由集卷筒、升降托板、液压剪、翻转芯棒、挂卷小车组成，主要是将来自散卷运输线线圈收集成盘卷后收集在卷芯架上。集卷站除了收集线卷外，还能够提供一个缓冲存贮空间，因为集卷筒中还存在分钢爪，当卷芯架收集满线圈时，卷芯架会移出集卷筒，这时分钢爪会伸出，继续收集线卷，直到新的卷芯架进出，从而提供一个线卷缓冲存储空间。

2．9P/F线运输系统

P/F线运输系统由打包机、称重站、卸卷站等设备组成，主要完成冷轧线圈的运输、打包、称重等。采用全自动卧式打包机，运行故障率低，而且是全自动打包，能够减少现场操作人员。全线采用PLC控制，不仅能够清楚了解生产冷轧线圈的规格尺寸，而且当运输线发生故障时，能够清楚知道具体的故障发生点，便于维修。

3结论

(1)在上料运输系统中，线圈对焊时间充足，能够满足高速生产要求，且焊接质量高，不易在轧制过程中断裂。(2)全部采用主动式轧机轧制，轧制速度提高一倍，轧制时线圈处于压力状态，不易断裂。(3)中频感应加热设备，对产品进行回火处理，消除内应力，提高产品延性。(4)集卷站收集散卷线圈，能够提供缓冲存贮空间。

作者:张彬 黄强 王进 李儒 单位:青岛雷霆重工股份有限公司