650T冷剪機能力分析及擴容改造

李希寶，崔保偉，周偉光，劉景春

（石橫特鋼集團有限公司，山東 肥城 271612）

650T冷剪機能力分析及擴容改造

李希寶，崔保偉，周偉光，劉景春

（石橫特鋼集團有限公司，山東 肥城 271612）

本文對棒材生產線650T冷剪機設備剪切能力進行了校核計算，并分析研究了冷剪機擴容改造為850T冷剪機的施工方案，結合生產線平臺基礎條件重新優化850T冷剪機落料口形式，在現有基礎不變的情況下對冷剪機進行了擴容升級改造。

冷剪機；擴容；基礎

石橫特鋼集團有限公司軋鋼廠一棒車間是一條全連軋棒材生產線，軋機布置型式為平立交替式，共18架軋機，年設計生產能力為60萬噸，經過幾年的設備改進，工藝技術改進及管理創新，目前已經具備100萬噸的生產能力，遠超出設計范圍。目前車間生產產品有圓鋼、螺紋、錨桿、精軋螺紋等品種，產品規格從φ10～50。其中，機時產量最大的產品規格是φ16×3螺紋，機時產量最高可達192.24t/h，冷剪每分鐘的剪切量為3.204t。若剪切9米定尺材，每刀剪切時間為15.2s，通過計算得知，每刀剪切根數不少于46根才能滿足正常生產要求。

生產線原配置的650T冷剪型式為曲柄連桿冷剪，下刀片固定，上刀片升降。

主要參數為：

剪切力：6370kN；

剪刃寬度：1200mm；

理論剪切次數：20次/分鐘，實際剪切次數為：13次/分鐘；

剪切軋件規格：φ8mm～φ50mm光面圓鋼及帶肋鋼筋；

剪切軋件材質：碳素結構鋼，優質碳素結構鋼，低合金鋼，合金結構鋼；

剪切軋件溫度：0 ～250℃。

若按剪切HRB500Eφ16X3抗震螺紋，每刀剪切46根計算，鋼材剪切力為：

F剪＝R1·R2·σ·S·n/1000

式中：F剪——剪切力（kN）；

R1——考慮由于刀刃磨鈍、刀片間隙增大而使剪切力提高地系數，選取1.6；

R2——抗剪與抗拉強度比例系數，取0.7；

σ——軋件最大抗拉強度，MPa；

S——單根軋件截面積，mm2；

n——剪切根數；

F剪=1.6×0.7×750×200.96×46/1000＝7765.09kN，已經超出650T冷剪的額定剪切力，設備處于超負荷運轉狀態，各軸瓦溫度為55～65℃，接近報警跳閘值。地腳螺栓斷裂2根，前面板聯接螺栓頻繁斷裂，存在安全穩定運行隱患。而且，對于生產線進一步提升產能，降低能耗來講，冷剪已經成為一個制約瓶頸，因此，擬將650T冷剪機進行升級改造為850T冷剪，提高剪切能力。

1 擴容改造需要解決的問題及解決措施

1.1 現有基礎載荷能力驗算

1.1.1 650T冷剪機載荷

（1）靜載荷：一般為設備對基礎的壓力，近似為設備重量，650T冷剪機設備重量為：60T；即靜載荷約為60T。

（2）動載荷：Nd≈μNj（粗略計算）

式中：Nd——動載荷；

μ——動載荷系數；

Nj——靜載荷。

根據設備傳動系統參數，電機轉速：960r/min及齒輪參數查得：μ約為1.12，

故Nd≈μNj≈1.12×60≈67.2T。

1.1.2 改動后850T冷剪機載荷

（1）靜載荷：一般為設備對基礎的壓力，近似為設備重量。

850T冷剪機設備重量為：54T，

即靜載荷約為54T。

（2）動載荷： Nd≈μNj（粗略計算）。

式中：Nd——動載荷；

μ——動載荷系數；

Nj——靜載荷。

根據設備傳動系統參數，電機轉速：1480r/min及齒輪參數查得：μ約為1.286

故Nd≈μNj≈1.286x54≈69.44T

由以上參數獲知：現有基礎滿足冷剪機改動后要求。

1.2 落料問題

一棒生產線設備基礎采用高架型式設計的，軋線主體設備安裝在4.5m平臺上，稀油站、液壓站、油氣站等輔助設備安裝在平臺下的地面上。650T冷剪設備安裝在主軋跨平臺上，冷剪基礎與冷床基礎是一個整體結構，用混凝土澆筑而成，平臺下用立柱支撐，冷剪基礎厚度最大處為1750mm。650T冷剪落料口在冷剪操作側，切頭沿冷剪落料槽從操作側滑落至平臺下料斗內。按常規設計的850T冷剪的落料口是在冷剪后，沿軋件前進方向向前落料，落料槽斜度為40°，冷剪本體落料口寬度1400mm，與650T冷剪的落料口尺寸和位置都不符。如果采用向前落料，則整個冷剪基礎平臺要拆除重新澆筑，且要拆除平臺下液壓站及精整區域的電纜橋架等，施工作業區域大，基礎施工難度大，工期較長，約停產40天，工程投資大。為了縮短停機時間，降低工程投資，需要按目前的基礎現狀重新設計操作側落料型式的850T冷剪。這種型式的850T冷剪在國內沒有，無現成的圖紙，需要進行非標設計。設計過程中，要考慮剪刃加長100mm后，落料口斜度滿足切頭順利滑落的需要，要考慮落料口不能太大，避免影響冷剪本體的強度和剛度。經過與冷剪制造廠家的多次交流溝通，實體模型計算，最終確定冷剪落料口寬度為500mm，落料口斜度23°，解決了850T冷剪在操作側落料的問題。

1.3 地腳螺栓埋設問題

原650T冷剪地腳螺栓與850T冷剪地腳螺栓位置不同，無法滿足850T冷剪安裝需求，需要重新埋設地腳螺栓。結合現場基礎條件，經過討論驗算，決定采用貫通式安裝方法埋設850冷剪地腳螺栓。用打孔設備按新冷剪地腳螺栓布置位置鉆孔，將平臺基礎打透，打孔深度最大為1750mm。850T冷剪地腳螺栓為M64雙頭螺柱，為了最大限度的減少打孔對基礎的損傷，確定最小打孔直徑為φ80mm。冷剪設備安裝找正完畢，預緊地腳螺栓，二次灌漿前，在螺栓與孔壁之間的縫隙內灌注錨固植筋膠，該錨固植筋膠起到固定螺栓的作用，并將螺栓與混凝土基礎錨固在一起，大大提高了地腳螺栓的抗拉能力，提高了地腳螺栓的抗震性能，達到與預埋地腳螺栓同等效果。如圖1地腳螺栓安裝圖示。

1.4 冷剪本體吊裝問題

一棒車間主軋跨內有三臺橋式起重機，中間一臺是10t，兩側為20/5t各一臺，單臺橋式起重機最大起重量為20t。在改造過程中，冷剪拆解后，最大重量的部件是殼體，重約30t，超出了單臺起重機的最大起重量，無法對冷剪殼體進行吊裝作業。為解決這一問題，設計制作了專用吊裝工裝，用主軋跨內兩臺橋式起重機協作，共同吊裝冷剪殼體，進行舊冷剪拆除和新冷剪設備安裝作業，最終解決了超重部件的吊裝問題。

圖1 冷剪地腳螺栓安裝圖

2 實施效果

此次650T冷剪升級改造為850T冷剪工作是借助一棒生產線年度設備項修時機實施的，實施時間為2013年11月份。改造后，冷剪設備各項運行參數正常，稀油壓力為0.3MPa，干油潤滑正常，管路暢通，各軸瓦溫度為45～55℃，符合標準要求。實際剪切次數為：13次/分鐘，滿足生產線生產需要，且提高了冷剪設備的剪切能力，提高了生產節奏。截至目前，改造后新冷剪已經連續安全運轉36個月，此次改造達到了預期目標，為公司創造了較好的經濟效益。

3 結語

在此次冷剪設備改造過程中碰到了很多難題，通過積極探索和研究一一解決了，積累了實踐經驗，為今后類似設備改造打下了基礎。通過對冷剪設備升級改造，解決了原冷剪設備剪切能力不足的問題，消除了設備存在的安全運行隱患。冷剪設備各項運行參數得以改善，設備剪切能力得到提高，為生產線提產、降本、增效創造了良好的條件。

[1]機械設計手冊編委會編著.《機械設計手冊》第三版[M].北京：機械工業出版社，2004.8.

[2]陳國璋、孫桂林等主編.《起重機計算實例》第一版[M].北京：中國鐵道出版社，1985.12.

TG333.2+1

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1671-0711（2017）03（上）-0070-02