高强右旋锚杆钢轧制工艺的开发与应用.pdf

第 卷第 期 年 月 甘 肃 冶 金 ， 文章编号：（） 高强右旋锚杆钢轧制工艺的开发与应用 潘振华 （山东钢铁股份有限公司 济南分公司，山东 济南 ） 摘 要：针对高强右旋锚杆钢两侧螺纹在同一螺旋线上的外形特点和性能要求，通过成品孔型设计、成分设计试 验、工艺改进，调整控制系统优化、轧槽加工等方面的技术创新，成功开发了高强右旋锚杆钢。 关键词：右旋锚杆钢筋；孔型设计；高强；控制系统优化 中图分类号： 文献标识码： （ ， ， ， ） ： ， ， ， ， ， ， ： ； ； ； 引言 右旋锚杆钢筋外形采用螺旋肋、单向右旋，钢筋 两侧螺纹在同一螺旋线上，钢筋螺距与连接锚固螺 母内螺纹能够直接有效配合；其具有连接和锚固简 便、黏着力强、安全可靠等特点，主要应用于煤矿井 下巷道支护工程，对保证巷道畅通、井下安全作业及 煤矿行业的建设与生产具有重要作用。 针对国内右 旋锚杆钢强度级别低，安全性差，无法满足工矿厂家 越来越高的使用要求。 因此山东钢铁股份有限公司 济南分公司决定开发高强度高延伸性的右旋锚 杆钢。 设备布局和工艺特点 山东钢铁股份有限公司济南分公司第一小型轧 钢厂（后续简称“小型厂”）于 年进行全连轧改 造。 采用空、煤气双蓄热步进式加热炉，使用 方坯，粗轧机组六架闭口式轧 机平、立交替布置，中、精轧机组各六架高刚度短应 力轧机全平布置，中、精轧机组间和轧后设置控冷设 备， 步进式冷床。 试验研究和生产应用 产品工艺开发研究 开发难点 高强度右旋锚杆钢性能要求高（表 ），通过 材料成分难以满足屈服强度和延伸性能要求，需要 在轧制过程中控轧，轧后热处理。 屈服强度要求材 料中碳含量高，但会导致成品延伸性能差；标准中对 延伸性能有明确要求，需要进行轧后热处理，但小型 厂无轧后热处理设备。 表 钢筋的力学性能 产品牌号标准及内控 屈服强度 抗拉强度 断后伸长率 冲击吸收能量 不 小 于 标准 目标值 万方数据 轧制工艺开发的难点在于生产出来的钢筋需 要能直接套上螺帽，这就要求其尺寸除满足标准要 求的偏差外，还要求其两侧螺纹精确在同一螺旋线 上（图 ）。 因此，成品孔型设计时，其槽宽、扩张角、 基圆半径要求设计合理，成品孔横肋间距和夹角设 计、加工要求精确。 图 右旋锚杆钢 除上述难点外，结合小型厂工艺设备情况还存 在以下难点。 连轧生产线的中、精轧机组无立辊 轧制，需要扭转轧制；轧件秒流量平衡无法精确控 制，会出现成品头尾差；钢材头部、尾部基本都有耳 子，影响产品成材率。 对成品轧槽加工精度要求 高，必须达到以下条件：上、下轧辊之间的横肋间距 必须保证一致，同辊之间的横肋间距保持一致，轧制 成品的实际螺距间距与目标值一致，所以横肋间距 设计值要充分考虑到前滑、冷缩等因素的影响。 要求轧机、减速机质量能保证上、下轧辊转速同步， 轧机不能有轴向窜动。 解决问题 为了在试轧前充分解决上述问题，选择在与右 旋锚杆钢横肋形状布置相似的加标螺纹生产时进行 试验验证，缩短工艺开发周期，提高试轧成功率；试 验后针对上述问题一一制定相对应的解决方案。 开发研制 工艺设计 根据高强右旋锚杆钢使用特点和外形尺寸，确 定成品孔型和成品前孔型的设计思路：成品的内径 高和自由膨胀面宽度满足标准要求，在自由膨胀面 宽度尽量靠近标准下限的前提下，保证横肋的充满 度；准确测定一定条件下 的前滑和冷缩影响，设 计时进行相应的数据补偿，将钢筋冷却后横肋间距 偏差控制在 以内；根据前滑值、轧件出口速 度、横肋间距以及调整形式，确定不同规格的 轧 辊直径和横肋加工数量，保证横肋对齐的效果和精 度；调整横肋轴线夹角，在横肋对齐的情况下能直接 与同规格的螺母配合良好；通过计算和选择，确定合 适的横肋对齐计算方法，计算出横肋相错距离与调 整参数的关系，通过经验数据补偿实现准确对肋。 提高轧辊车削和横肋加工精度为高强右旋锚杆钢成 功开发创造条件。 成分性能 成分性能设计，仅靠调整合金成分无法同时满 足高屈服强度（ ）和高延伸性能（），决 定采用控轧和轧后缓冷的工艺路线生产。 由于该产品对钢的强度要求较高，需添加合金 化元素（表 ），结合钒、氮微合金化工艺生产普通螺 纹钢筋的实践，如果完全利用钒与碳化物、氮化物形 成的沉淀强化、细化晶粒作用提高钢的强度，合金成 本太高。 因此决定降低微合金化元素含量，通过中、 精轧机组间穿水控轧，降低轧件进入精轧机组时的 温度细化晶粒，及在精整收集工序快速收集打包堆 垛缓冷，以满足性能要求。 表 化学成分 产品牌号 熔炼化学成分 、 注：、 含量作为判定条件。 成分设计后进行试轧，屈服强度、延伸性能满足 标准要求，但对控轧和缓冷要求较高。 为此对穿水 冷却系统的管路和冷却塔进行了疏通改进，并确定 中部的控冷穿水管口径最优值为 。 孔型设计 高强右旋锚杆钢需要设计 成品孔和 成 品前孔，其他道次孔型可以利用相同规格的普通螺 纹钢孔型系统。 在成品孔型设计中综合考虑各因素的影响，未 采用其他厂家常用的双半径圆弧法，而是选用了精 度更高的两侧切线连结扩张角法，切线法成品孔具 有中心张角小，轧件真圆度高，轧制时金属超出标准 圆的部位较少等优点；增大了侧压作用，使限制轧件 宽展作用增强，更有利于控制成品宽度方向尺寸；轧 件充满孔型时，辊缝斜线直径仍不会超出公差范围； 可以减少因孔型磨损后在中心张角 对应圆周上 直径超出公差范围的现象。 根据终轧温度约 的情况，热膨胀系数选择为 ，槽宽按公差要 求上限控制，基圆半径按照下限和热膨胀系数结果 （下转第 页） 甘 肃 冶 金 第 卷 万方数据 物质来源 锰矿物源以江南古岛群上的古老含锰岩石及锰 矿层为主。 在南坝地区含矿岩系见变余凝灰熔岩， 为锰的补充物源。 封闭条件 锰质沉积之后，陆缘近海湖盆缓慢抬升，沉积了 一套黏土页岩，直到海盆露出海面，成为陆地，使上、 中奥陶统呈平行不整合接触。 这种沉积环境，既使 锰质沉积拥有天然的保护盖层，同时也使含锰淤泥 经一系列物理化学作用，形成锰矿层。 综上所述，响涛源锰矿受地层和构造的共同控 制，矿床的成因为海相沉积型碳酸锰矿床。 结语 响涛源锰矿赋存于奥陶系中统磨刀溪组含锰岩 系黏土岩和黑色页岩之间，产状与围岩一致，一般直 接顶底板为含锰灰岩。 锰矿体（层）由数层薄至中厚层状碳酸锰矿夹 微薄层黑色页岩组成，分上、下两层矿，其中下层矿 为主矿体（层）。 矿石矿物为钙菱锰矿、菱锰矿、锰方解石、锰白 云石、含锰方解石及含锰白云石等 种；脉石矿物主 要有方解石、白云石、石英、黏土矿物、绢云母、绿泥 石及有机炭等 种。 矿石结构主要有微细粒他形粒状结构、隐晶胶 状结构、鲕粒结构、交织状结构、隐晶胶状结构、凝胶 团块状结构、隐晶结构等；矿石主要构造有条带状构 造、块状构造、角砾状构造、皮壳状构造和残余斑点 状构造。 响涛源锰矿成因属海相沉积型碳酸锰矿床。 参考文献： 中国冶金地质总局中南地质勘查院 湖南省桃江县桃 江锰矿（响涛源矿区）资源储量核实报告 矿业研究与开发 中国矿床（中册） 北京：地质 出版社， 谢淑容，彭渤，唐晓燕，等 湘中桃江锰矿废矿堆环 境地球化学分析 地质通报，（）： 朱恺军，姚国龙，黄金水 桃江锰矿锰帽形成的地球化 学过程 地质找矿论丛，（）： 赵伟，陈敏，唐茂林，等 四川雷波县小沟磷矿床 地质特征及成因 四川地质学报，（）： 祝寿泉 试论桃江锰矿找矿前景 冶金地质动态， （）： 夏长庚 试论湖南富锰和优质锰矿床类型成矿条件及 其找矿方向 中国锰业，（）： 李芬南 论桃江响涛源锰矿的褶皱构造 中国锰 业，（）： 刘湘勤 湖南氧化锰矿床地质特征及找矿前景 湖 南地质，（）： 黄传湘 湖南省锰矿资源形势分析与对策 湖南 地质，（）： 蒋德和，杨振强，赵时久 湘中地区中奥陶统“桃江 式”锰矿的成矿作用研究 沉积学报，（）： 祝寿泉 桃江锰矿的成矿规律及找矿标志 湖南 地质，（）： 收稿日期： 作者简介：赵 旸（），女，河北沧州人，助理工程师。 从事地质 矿产调查工作。 （上接第 页） 取整，扩张部分以切线连结。 过渡圆弧半径也比常 规棒材取值要大， 取 之间。 由于高强右旋锚杆钢是等高肋，使用时采用螺 帽与横肋咬合，横肋需要满足受力要求，因此 孔 型设计时按照有利于横肋充满原则，采用平椭凹面 孔；其次考虑 料型必须达到一定宽度，以利于 有足够的压下量。 凹面主要作用是防止成品自由膨 胀面出现耳子，但不利于轧件咬入的稳定性；根据成 品内径确定凹面深度，一般取 。 设备工艺改造 为了解决头尾差大、自由面尺寸超差或出现纵 肋的问题，决定改进活套器控制程序、增加活套器使 用数量。 在 轧机、轧机之间新增 活套器。 试轧生产 在试轧时，首先用铜棒在 、 孔型轧出小 样，利用剖开的半螺帽比对上、下轧辊横肋螺旋角度 对齐情况，根据横肋螺旋线错开距离调整连接轴，再 对齐。 经过第 、 次轧制小样和调整连接轴之后， 基本可以对正横肋螺旋线。 根据试轧结果优化成品横肋间距参数、成品导 辊配合尺寸等，结合轧制过程强控冷调整，产品的屈 服强度达到标准要求；经过创新缓冷处理，其延伸性 能也达到了标准要求，最终产品取得了用户好评。 结语 目前已成功开发出高强右旋锚杆钢 、 、 、 等规格产品的生产工 艺，且已形成批量生产能力，取得了较好的经济效益 并有较高的潜在市场开发价值。 收稿日期： 作者简介：潘振华（），男，高级工程师。 第 期 赵 旸，等：湖南桃江县响涛源锰矿地质特征及成因分析 万方数据