专利名称：一种工字轮大盘卷螺纹钢生产工艺方法
技术领域：
本发明涉及到非切削金属压延加工领域中的大盘巻棒材的生产工艺方法，尤其是
涉及到钢坯通过棒材轧机轧制成工字轮大盘巻螺纹钢的生产工艺方法。
背景技术：
螺纹钢棒材是目前建筑行业普遍使用的一种建筑材料，常规使用时普遍采用直条 方式交货，这种形式在建筑施工中成本相对较高，不便于节省钢材。随着其应用范围广泛， 下游工序要求采取工字轮大盘巻状态交货，而这种工字轮大盘巻状态交货可节省中间工艺 步骤，比如传统的离线冷开巻，拉直和重巻等环节，降低钢材转变过程中消耗，节约建筑成 本。 螺纹钢棒材工字轮大盘巻棒材生产工艺，还未见报道，如CN200910076072. 3公
开了 "一种工字轮大盘巻螺纹钢大盘巻的生产方法"专利，该专利是将螺纹钢棒材在精轧
后轧件进入第3段水冷将温度降低到840士1(TC进行巻曲，成巻后进入保温罩以0. 08
0. 30°C /s冷速冷却4200 4800秒后，盘巻自然冷到室温。该巻曲为自然巻曲。 为此，本发明提出了一种工字轮大盘巻螺纹钢生产工艺方法，该技术方法既体现
工艺过程的创新性，又达到下游工序的工艺技术要求，又保证螺纹钢产品的综合力学性能
不损失，充分满足用户的使用要求。 本发明的工字轮大盘巻螺纹钢生产工艺方法主要靠如下工艺实现。
本发明的工字轮大盘巻螺纹钢生产工艺方法，钢坯经过加热炉加热后，进入6架 粗轧、8架中轧、4架精轧组成的18架短应力线连轧机组。开轧温度在980°C -IIS(TC之间， 在第18架精轧机组后设有棒材淬火和自回火(QTB)穿水冷却装置和轻穿水冷却装置，在经 过穿水冷却或轻穿水冷工艺后，设置大盘巻在线水处理装置，设置轧件头尾剪切装置，设置 装有智能夹送辊、活套器和棒材喂入系统的工字轮巻取装置，进行螺纹钢在巻筒装置上无 扭均匀密排巻取，巻取温度控制在550°C _7501:，巻取后采用机械手将盘巻抽出，并放在盘 巻输送装置上输送到包装工序。 所述的工字轮大盘巻螺纹钢筋生产工艺方法，开轧温度，对于12-20mm钢筋的开 轧温度控制在1050-115(TC之间，对于22-40mm钢筋的开轧温度控制在980-108(TC之间。
所述的工字轮大盘巻螺纹钢筋生产工艺方法，棒材淬火和自回火(QTB)穿水后温 度控制在550°C _7001:之间；或轻穿水后温度控制在850-95(TC之间；其中淬火和自回火 (QTB)穿水冷却装置由表面淬火、自回火和冷却三个阶段组成。在穿水冷却或软穿水冷却工 艺后，设置四个在线串接的冷却水箱，对棒材进行在线冷却。 所述的工字轮大盘巻螺纹钢筋生产工艺方法，大盘巻在线水处理装置，智能夹送 辊、活套器和棒材喂入系统由一个用于盘巻成形的回转滚筒和一个用于开始巻取的棒材头 部夹紧/导向装置组成，形成在张力下巻取。 所述的工字轮大盘巻螺纹钢筋生产工艺方法，巻取温度，对于12-14mm钢筋的温 度控制在650°C _750°C ，对于16-20mm钢筋的温度控制在600°C _750°C ，对于22_40mm钢筋
3的温度控制在550°C -700°C。 所述的工字轮大盘巻螺纹钢筋生产工艺方法，工字轮巻取工艺方法的巻取速度随轧制速度，其速度为15m-35m/s，工字轮巻取钢筋直径范围包括12_40mm，单巻重量达2. 5-3. 5吨；采用两个工字轮巻取装置交替运行，当其中一个正在进行钢筋巻取的时候，另一个则在卸巻。 也即本发明的工字轮大盘巻螺纹钢生产工艺方法，在确定980°C _1150°〇之间的开轧温度后，进入18架短应力线连轧机组。在第18架精轧机组后设有棒材淬火穿水冷却装置和轻穿水装置，根据不同规格可将穿水后温度控制在550°C _7001:之间；如果采用合金化工艺，可采用轻穿水装置将轧后温度控制在850-95(TC之间。再经过穿水冷却工艺后，到大盘巻生产线。大盘巻生产线有四个在线冷却水箱，可继续对轧件进行在线冷却处理，这样在巻取时整个温度都是适宜的，保证棒材有稳定的机械性能和组织结构。棒材经过最后一个水箱，然后到夹送辊和一个回转剪，回转剪可连续旋转。回转剪后设置装有智能夹送辊、活套器和棒材喂入系统的工字轮巻取装置，进行螺纹钢在巻筒装置上无扭均匀密排巻取，巻取温度可控制在550°C _7501:，巻取后采用机械手将盘巻抽出，并放在盘巻输送装置上输送到包装工序。 采取本发明的工字轮大盘巻的工艺方法具有如下优点 1、与传统的巻取不同的是，在创新的成巻机工艺中是借助将热轧棒材按顺序无扭均匀压层在巻筒装置上，结果是获得无懈可击的密实棒材巻，且其具有独特的，无废品开巻能力，能够直接安全/高速地给下游冷加工线以"热轧/轧制状态线巻"条件提供棒材，从而避免了任何其他中间工艺步骤，比如传统的离线冷开巻，拉直和重巻，生产成本明显降低，在转变过程中每吨钢材可节约160-180元。 2、工字轮巻取生产线的运行速度最快可达35m/s，由于成巻机生产线运行速度高，使得轧机中的精轧机速度也很高，从而提高了生产率。巻取温度一般控制在550-75(TC，但对于水淬螺纹钢棒材，可采取低温巻取，而对其他产品，巻取速度可根据应加工的材料进行专门选择。 3、工字轮巻取产品范围包括12-40mm直径的水淬或微合金钢螺纹钢棒材。单巻重量达2. 5-3. 5吨，成巻机和传统系统之间的填充系数相比较高可达到0. 6-0. 9，其他巻曲机最高只能达到0. 2-0. 4，超密实度可产生较好的轧材收得率。 4、由工字轮巻取生产的螺纹钢棒材，综合性能与直条螺纹钢棒材相比，除抗拉强度略有降低外，其他性能指标基本相当，完全能够满足用户的使用要求。
附图l是本发明的工艺方法流程图。在图中钢坯经过加热炉加热后，进入18架短应力线连轧机组，在第18架精轧机组后设有棒材淬火穿水冷却装置和轻穿水冷却装置。然后在大盘巻生产线设置有四个在线冷却水箱、轧件头尾剪切装置，设置装有智能夹送辊、活套器和棒材喂入系统的工字轮巻取装置，巻取后采用机械手将盘巻抽出，并放在盘巻输送装置上输送到包装工序。
具体实施例方式
本发明的工字轮大盘巻螺纹钢生产工艺，是采用钢坯通过棒材轧机轧制，并巻取 成工字轮大盘巻的生产工艺流程。 即钢坯加热采用步进梁蓄热式加热炉，加热时间保证在70分钟以上，确保加热质
量，同时控制坯料出钢温度在980-1150°C。轧机全线采用18架轧机，粗轧机组6架、中轧
机组8架、精轧机为4架。全线轧机为短应力线轧机，立辊轧机均为上传动。第16架、18
架轧机为平立可转换轧机。轧机的刚度大，可实现控温、低温轧制。全线平、立交替布置，实
现无扭轧制，可大大减少因扭转引起的角部裂纹及表面缺陷，提高成材率和轧机利用率。同
时，有利于实现粗中轧机(l-10架轧机)的微张力控制，改善产品的精度。在第18架精轧
机组后设有淬火穿水冷却装置和轻穿水冷却装置，控制终轧温度，实现低温和控温轧制，最
终得到组织均匀晶粒细小的螺纹钢优质性能。为了保证能够直接安全/高速地给下游冷加
工线用户提供以"热轧/轧制状态"下的绕巻棒材巻，在大盘巻生产线设置有在线冷却处理
水箱，冷却工艺后设置了工字轮巻取装置，它可以用无扭方法将螺纹钢绕巻成优质密排、重
载巻，具有独特的，无废品开巻能力，避免了用户使用中任何其他中间环节，比如传统的离
线冷开巻，张紧和重巻等，从而降低了钢材转变过程中消耗，节约了建筑成本。 淬火余热处理工艺主要分为表面淬火、自回火和最终冷却三个阶段。工艺设计的
主导思想是以充分发挥设备本身的控轧控冷能力为主，以化学成分调整为辅，精确设计并
加强关键工艺参数的控制，确保在钢筋横断面上的心部、中部以及表面部分得到不同且适
宜的相变组织，进而在满足钢筋屈服强度、强屈比的同时，也能满足对塑性和韧性的要求。 棒材工字轮巻取工艺，它可以无扭方法将圆钢、扁钢和方钢绕巻成优质/超紧、重
载巻，由于其具有无废品开巻能力，绕巻的棒材巻可以"热轧/轧制状态"直接供给下游冷
加工线，转变费用节约显著。 与传统的巻取不同的是，在创新的成巻机工艺中是借助将热轧棒材按顺序无扭均 匀压层在巻筒装置上，结果是获得无懈可击的密实棒材巻，且其具有独特的，无废品开巻能 力，能够直接安全/高速地给下游冷加工线以"热轧/轧制状态线巻"条件提供棒材。
因此，传统的离线开巻，拉直和重巻方法就不再需要了 ，生产成本明显节约。工字 轮巻取机生产线的运行速度可达35m/s，对于QTS水淬螺纹钢棒材，可采取低温巻取，而对 其他产品，巻取速度可根据应加工的材料进行专门选择。 工字轮大盘巻巻取装置基本组成和过程包括，布置在精轧机和工字轮巻取区之 间，由用于实现对需要由工字轮巻取的棒材进行在线温度调节和控制的一组水冷箱和输送 设备组成；布置在工字轮巻取设备入口侧、用于轧件头尾剪切的切头剪，实现棒材温度控制 和棒材输送。采用"智能"夹送辊和一个活套，不仅可实现在"张力作用下"的棒材巻取，而 且在工字轮巻取滚筒上每形成一个新的巻取层时，可按规定要求"抬高"一层，实现均匀密 排。为了使经过轧制的棒材在工字轮巻取滚筒上整齐、均匀地分层排列，形成外形美观的盘 巻，有用于盘巻成形的回转滚筒和用于开始巻取的棒材头部夹紧/导向装置组成的棒材喂 入系统。有两个工字轮巻取装置并交替运行，当其中一个正在进行棒材巻取的时候，另一个 则在卸巻，或者相反。巻取滚筒带有多个膨胀扇形块，以便于将盘巻取出。有一个自动操作 机械手，用于将盘巻抽出，并放在位于出口侧的盘巻输送装置上。在工字轮大盘巻精整区， 可在此实现盘巻自动打捆(每个盘巻打4道捆带)、称重，并将盘巻输送到最终收集工位。整个工字轮巻取过程全部由一个智能控制系统控制。该系统可特别对以下两个过程进行 监视和控制一是对巻取之前的棒材温度进行自动调节和控制；二是可将棒材在工字轮巻 取滚筒上整齐、均匀地分层排列，而且在滚筒上每形成一个新层时，可按规定要求"抬高"一 层，直到整个盘巻巻取完毕，实现均匀密排。 巻取工艺过程控制包括大盘巻前的在线水处理、剪子、立式活套控制、夹送辊、成 层装置控制、大盘巻工字轮的控制、尾部控制和成巻搬运。 大盘巻生产线有四个在线冷却水箱，可对轧件进行在线冷却处理，这样在巻取时 保证合适稳定的温度，从而保证棒材有稳定的机械性能和组织结构。大盘巻前的剪子实施 切头切尾。当在上游由热金属探测器探测到头部时开始进行剪切，剪切速度以轧制速度作 为测量长度的基础。操作者可以通过操作站设定头部剪切标记和需要剪切头尾所需要的长 度，由上游的热金属探测器探测到未剪切的棒材的尾部，根据轧制速度作为尾部长度测量 的基础。立式活套控制。有一个立式活套安装在每个大盘巻的前面。在开始启动缠绕系统 后，活套升起并且受控，以使已轧制的材料获得一个缓冲，进而补偿瞬时因棒材缠绕换层发 生"抖动"效应。在精轧机上轧制采用夹送辊施加张力，在整个绕线过程中保持一个张力极 限范围。 夹送辊。每个大盘巻工字轮用夹送辊的作用是采用一个恒定的张力将棒材缠绕在 工字轮上并减少精轧机架和工字轮之间的震动。夹送辊受控以便夹送辊整个长度保持打开 状态。夹送辊打开和关闭由自动化系统根据头尾跟踪情况进行受控。夹送辊电机通过电动 轴联接到大盘巻的电机上以避免两个装置之间没有张力控制，甚至在绕线操作过程中因换 层而产生"抖动"效应。 成层装置控制。成层设备的目的是为了将棒材分配并缠绕在工字轮上。成层设备
棒材的水平移动空间计算要考虑实际的速度，棒材的尺寸以及工字轮的宽度。 大盘巻工字轮的控制。工字轮是受控的以便在整个绕线过程中保持恒定的绕线速
度。执行一个向前送进规则，避免咬钢时存在速度降。基于头部跟踪系统的信息，在棒材到
达前给电机提供一个瞬时的过速，并且在开始绕线后马上撤消。当绕线时，逐层计算电机的
参考速度，根据绕线是层数和棒材的尺寸规格保持相同的绕线速度，为了限制"抖动"现象，
换层前执行一个向前送进的加速度平滑改变速度。 尾部控制。当棒材的尾部处理时，为了避免"反向猛抽"现象，整个绕线完成后当 尾部离开最快精整模块后，马上减速。活套高度也社定为零，当完成绕线时，原工作速度设 定并存储进行新的棒材缠绕工作。 巻搬运。根据供货范围的要求，由工字轮形成巻后的搬运设备包括巻操纵器，打捆 装置，辊道，悬臂和链式输送机组成。搬运设备按照正常的顺序将巻用链式输送机运出该打 大盘巻的区域，操作者客通过操作站进行设定来控制该区域。
权利要求
一种工字轮大盘卷螺纹钢筋生产工艺方法，钢坯经过加热炉加热后，进入6架粗轧、8架中轧、4架精轧组成的18架短应力线连轧机组，其特征在于开轧温度在980℃-1150℃之间，在第18架精轧机组后设有棒材淬火和自回火(QTB)穿水冷却装置和轻穿水冷却装置，在经过穿水冷却或轻穿水冷工艺后，设置大盘卷在线水处理装置，设置轧件头尾剪切装置，设置装有智能夹送辊、活套器和棒材喂入系统的工字轮卷取装置，进行螺纹钢在卷筒装置上无扭均匀密排卷取，卷取温度控制在550℃-750℃，卷取后采用机械手将盘卷抽出，并放在盘卷输送装置上输送到包装工序。
2. 如权利要求1所述的工字轮大盘巻螺纹钢筋生产工艺方法，其特征在于开轧温度， 对于12-20mm钢筋的开轧温度控制在1050-115(TC之间，对于22-40mm钢筋的开轧温度控制 在980-108(TC之间。
3. 如权利要求1所述的工字轮大盘巻螺纹钢筋生产工艺方法，其特征在于棒材淬火和 自回火(QTB)穿水后温度控制在550°C _7001:之间；或轻穿水后温度控制在850-95(TC之 间；其中淬火和自回火(QTB)穿水冷却装置由表面淬火、自回火和冷却三个阶段组成。
4. 如权利要求1所述的工字轮大盘巻螺纹钢筋生产工艺方法，其特征在于在穿水冷却 或软穿水冷却工艺后，设置四个在线串接的冷却水箱，对棒材进行在线冷却。
5. 如权利要求1所述的工字轮大盘巻螺纹钢筋生产工艺方法，其特征在于大盘巻在线 水处理装置，智能夹送辊、活套器和棒材喂入系统由一个用于盘巻成形的回转滚筒和一个 用于开始巻取的棒材头部夹紧/导向装置组成，形成在张力下巻取。
6. 如权利要求l所述的工字轮大盘巻螺纹钢筋生产工艺方法，其特征在于巻取温 度，对于12-14mm钢筋的温度控制在650°C -75(TC，对于16_20mm钢筋的温度控制在 600°C -75(TC，对于22-40mm钢筋的温度控制在550°C -700°C 。
7. 如权利要求1所述的工字轮大盘巻螺纹钢筋生产工艺方法，其特征在于工字轮巻 取工艺方法的巻取速度随轧制速度，其速度为15m-35m/s，工字轮巻取钢筋直径范围包括 12-40mm，单巻重量达2. 5_3. 5吨。
8. 如权利要求1所述的工字轮大盘巻螺纹钢筋生产工艺方法，其特征在于采用两个工 字轮巻取装置交替运行，当其中一个正在进行钢筋巻取的时候，另一个则在卸巻。
全文摘要
本发明涉及金属压延加工领域中的大盘卷棒材的生产工艺方法。螺纹钢棒材普遍采用直条方式交货，在施工中成本较高。近来下游工序有采取工字轮大盘卷状态交货的要求，可节省中间工艺、降低钢材消耗。为此，本发明提出了一种工字轮大盘卷螺纹钢生产工艺方法。该方法是钢坯经过加热后，进入18架短应力线连轧机组，在第18架精轧机后设有棒材淬火自回火(QTB)穿水冷却装置和轻穿水装置，在经过穿水冷却后，设置大盘卷在线水处理装置，头尾剪切装置，设置工字轮卷取装置，进行螺纹钢在卷筒装置上无扭均匀密排卷取，卷取后将盘卷抽出，输送到包装工序。其结果是获得无懈可击的密实棒材卷，能够直接安全/高速地给下游冷加工线以“热轧/轧制状态线卷”条件提供棒材，比传统的离线冷开卷，拉直和重卷，生产成本明显降低，每吨钢材可节约160-180元。
文档编号C21D9/52GK101722187SQ20091022811
公开日2010年6月9日 申请日期2009年11月10日 优先权日2009年11月10日
发明者吴波, 孙国庆, 王炳霞 申请人:天津钢铁集团有限公司