棒材生產(chǎn)線650t冷剪機(jī)改造實踐

陽志清 華望

（方大特鋼科技股份有限公司 江西南昌330012）

1 前言

650t冷剪機(jī)是棒材生產(chǎn)線核心設(shè)備之一，其功能是將軋件進(jìn)行定尺剪切。隨著多線切分軋制工藝的不斷成熟和高強(qiáng)度優(yōu)特鋼的開發(fā)，棒材生產(chǎn)線的能力大幅提高［1］。某軋鋼廠棒材線是一條全連軋棒材生產(chǎn)線，軋機(jī)布置型式為平立交替式，

共18架軋機(jī)，原年設(shè)計生產(chǎn)能力為30萬噸，經(jīng)過多次設(shè)備改進(jìn)、工藝改進(jìn)，目前已經(jīng)具備100萬噸的生產(chǎn)能力，遠(yuǎn)超出設(shè)計范圍。目前車間生產(chǎn)產(chǎn)品以螺紋鋼為主，產(chǎn)品規(guī)格為Φ12mm～Φ32mm。

2 冷剪改造前現(xiàn)狀

2.1 冷剪機(jī)設(shè)備主要參數(shù)

作用：冷剪將冷床輸出輥道送來的倍尺長度鋼材剪切成定尺長度；

位置：＋5m平臺上，布置在冷剪前后運(yùn)輸輥道中；

數(shù)量：1個；

技術(shù)性能：

剪切力：6500kN；

剪刃開口度：140mm；

剪刃寬度：1250mm；

上剪刃行程：150mm；

理論剪切次數(shù)：20次／min；

實際剪切次數(shù)：6次／min；

傳動電機(jī)：AC，110kW；

結(jié)構(gòu)：采用C型殼體結(jié)構(gòu)，曲柄滑塊式傳動。上下剪刃都固定在剪刃架上，下剪刃架安裝在剪體上，上剪刃架安裝在滑塊上，通過曲柄—連桿機(jī)構(gòu)，可使滑塊上下滑動。電機(jī)經(jīng)減速機(jī)帶動曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)上剪刃上下往復(fù)運(yùn)動。

2.2 冷剪機(jī)改造前主要存在問題

冷剪安裝在冷床輸出輥道和定尺擋板中間部位，用來對冷床輸出的倍尺鋼材進(jìn)行切頭和定尺剪切［2］。改造前，隨著棒材線產(chǎn)能的提升，精整配套冷剪設(shè)備已超負(fù)荷運(yùn)行，存在剪切能力不足、設(shè)備故障率高、維護(hù)工作量大、維修難度大等問題。原有的C型冷剪設(shè)備己無法滿足生產(chǎn)工藝需求，主要原因是冷剪殼體是由厚鋼板焊接制成C型結(jié)構(gòu)，當(dāng)剪切負(fù)荷較大時，會產(chǎn)生讓刀現(xiàn)象，這是殼體彈性變形所致，若負(fù)荷再斷續(xù)加大，殼體兩側(cè)墻板會產(chǎn)生塑性變形以至于開裂。由于該設(shè)備的側(cè)墻板是冷剪殼體的主要承載受力部件，若該部件損壞將會直接影響設(shè)備本體的結(jié)構(gòu)安全，若不采取有效措施，裂縫就會繼續(xù)擴(kuò)大，最終將導(dǎo)致該設(shè)備殼體甚至整機(jī)報廢。

主要存在問題可歸納為以下四個方面：

（1）剪切能力不足：由于軋制線機(jī)時產(chǎn)量最高的規(guī)格已超過200t／h。剪切能力不足，設(shè)備超負(fù)荷運(yùn)行：以剪切Φ16四級螺紋為例，剪切支數(shù)為68支，鋼材剪切力為［3］：

式中：R1—考慮由于刀刃磨鈍、刀片間隙增大而是剪切力提高的系數(shù)，選取1.6；

R2—抗剪與抗拉強(qiáng)度比例系數(shù)，取0.7；

σ—軋件最大抗拉強(qiáng)度，MPa；

S—單根軋件截面積，mm2；

n—剪切根數(shù)；

遠(yuǎn)超設(shè)備6500kN的設(shè)計能力。

（2）由于原設(shè)計中的冷剪受結(jié)構(gòu)方式為C型結(jié)構(gòu)，在剪切時，冷剪的殼體受力較大。長期超負(fù)荷剪切易造成殼體開裂。針對裂縫的處理，曾用150mm×150mm的方鋼在開裂焊接打補(bǔ)釘加固墻板，但使用一段時間后方鋼也會被拉斷，且殼體表面同一部位反復(fù)焊接，鋼板組織也會發(fā)生變化，影響焊接質(zhì)量，導(dǎo)致焊縫又開裂，增加了設(shè)備維修難度。

（3）升級設(shè)備改造費(fèi)用大：目前，對于新建棒材生產(chǎn)線，為解決剪切設(shè)備能力不足問題，一般會選用更大型號的冷剪設(shè)備，但會增加成本投入，且需停產(chǎn)較長時間才能施工。而對于現(xiàn)有生產(chǎn)線而言，要解決冷剪殼體開裂問題，只能通過限制每次剪切成品材的支數(shù)來實現(xiàn)，但這樣操作制約了剪切能力，對產(chǎn)能影響比較大，限制了產(chǎn)能發(fā)揮，生產(chǎn)效率低。

（4）無法滿足剪切質(zhì)量要求：會產(chǎn)生讓刀現(xiàn)象，導(dǎo)致剪切斷面不平整、出現(xiàn)毛刺等剪切質(zhì)量缺陷。剪切讓刀這是殼體彈性變形所致，若負(fù)荷再斷續(xù)加大，殼體兩側(cè)墻板會產(chǎn)生塑性變形以至于開裂。由于該設(shè)備的側(cè)墻板是冷剪殼體的主要承載受力部件，若該部件損壞將會直接影響設(shè)備本體的結(jié)構(gòu)安全，若不采取有效措施，裂縫就會繼續(xù)擴(kuò)大，最終將導(dǎo)致該設(shè)備殼體甚至整機(jī)報廢。

3 改進(jìn)方式及過程

龍門式加固裝置，主要部件包括上支架1，立柱5和下支架6，上支架1與下支架6分別固定焊接在殼體7頂部和底部，目的是為了留出接口，便于安裝兩根立柱5。裝配后，兩根立柱5分別承受25%的垂直剪切負(fù)荷，為原有殼體7分擔(dān)了近一半的負(fù)荷，且原有殼體7兩側(cè)墻板受力結(jié)構(gòu)也得到優(yōu)化，不再集中在刀片一側(cè)，而是整體承受上下拉伸力，提高了設(shè)備剪切能力。

上支架1與殼體7頂部焊接成一體，用氣保焊連續(xù)施焊，上支架1在焊前要加工好坡口，這樣可以確保焊接牢固可靠。

圖1 龍門式加固裝置主視圖

圖2 龍門式加固裝置側(cè)視圖

下支架6與殼體7底部焊接成一體，全部為立焊，焊接工藝和方法同上。

兩根立柱5各通過八根M48螺柱3與上支架1、下支架6聯(lián)接，由于立柱5在剪切時會承受垂直拉伸力，為了防止螺柱3承受剪力，在立柱5與上支架1和下支架6接觸面上各設(shè)計一個可調(diào)寬度的楔形鍵2，共四件。冷剪設(shè)備在進(jìn)行剪切工作時，上支架1和下支架6通過這四個楔形鍵2傳遞給兩根立柱5，這樣所有螺柱3只起拆卸、安裝立柱5的作用，并不承受剪切負(fù)荷。

由于冷剪在大修時，必須要拆除面板4，才能進(jìn)行殼體7內(nèi)部的磨損件更換，曲軸的遠(yuǎn)端銅套是固定在面板4上，因此面板4只能從水平方向拆裝。立柱5設(shè)計成可拆卸結(jié)構(gòu)也主要是為檢修時面板4的拆裝讓出空間，只需要先松掉16個螺柱3的螺母和四個楔形鍵2，立柱5就可以吊出。

由于面板4起著固定曲軸遠(yuǎn)端作用，因此剪切負(fù)荷通過曲軸也傳遞給了面板4，所以面板4與殼體7之間的固定螺絲大都損壞了，在冷剪剪切動作時，面板4與殼體7會有相對運(yùn)動。為了解決該問題，利用立柱5與面板4之間空隙，設(shè)計四個楔形鍵2，即在立柱5與面板4上下結(jié)合處各兩件，這樣通過這四個楔形鍵2的調(diào)整，在面板4的四個角上始終施加一個水平力，面板4與殼體7才能始終保持緊固狀態(tài)。

為了提高安裝精度，確保四個楔形鍵2不超出調(diào)整范圍，將上支架1、立柱5、下支架6在線下用螺柱3和楔形鍵2全部裝配好，并通過楔形鍵2（圖3）調(diào)整好螺柱3與立柱5間的間隙，裝配好后，再整體吊裝到冷剪的殼體7上，垂直方向以上支架1和殼體7的上表面接觸面為定位，水平方向以下支架6與殼體7垂直接觸面為定位。定好位后先點焊定位，再連續(xù)焊接。焊接完成后，C型懸臂式冷剪就改成了龍門式冷剪［4］。

圖3 楔形鍵鎖緊

由于龍門式結(jié)構(gòu)的受力得到優(yōu)化，殼體7約50%負(fù)荷分擔(dān)到了兩根立柱5上，正常剪切時的彈性變形大幅度縮小。

4 改進(jìn)前后性能效果對比

表1 改造前后各規(guī)格剪切支數(shù)對比（單位：支）

改造后，冷剪的產(chǎn)能已經(jīng)大于軋制線產(chǎn)能，不再成為制約生產(chǎn)的瓶頸，目前該生產(chǎn)線日產(chǎn)量最高已經(jīng)達(dá)5000噸以上，且該設(shè)備再沒出現(xiàn)開裂問題。通過此次改造，避免了這臺設(shè)備面臨報廢的結(jié)果。改造后，冷剪在正常剪切過程中，也未出現(xiàn)過因殼體彈性變形“讓刀”現(xiàn)象造成的剪切毛刺和鉤頭等質(zhì)量問題，提升了產(chǎn)品質(zhì)量。

通過此次改造，不但恢復(fù)了該設(shè)備的所有性能參數(shù)，甚至還提升了該設(shè)備原有的剪切能力，各規(guī)格剪切支數(shù)平均增加22%。

5 結(jié)論

經(jīng)過改造，將冷剪機(jī)由原“C”型結(jié)構(gòu)采用預(yù)緊力螺栓改造成龍門框架結(jié)構(gòu)。剪切時，箱體震動明顯降低，面板無松動現(xiàn)象，機(jī)架剛度明顯提高。改造后剪切質(zhì)量良好、穩(wěn)定，剪切能力提高了22%，既滿足了生產(chǎn)需要又提升了產(chǎn)品質(zhì)量。