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        310乙字鋼端部規(guī)格尺寸波動(dòng)原因分析

        2021-08-12 12:35:06王代文杜健
        鞍鋼技術(shù) 2021年4期

        王代文,杜健

        (攀鋼集團(tuán)攀枝花鋼釩有限公司軌梁廠,四川 攀枝花617000)

        310乙字鋼屬于大型熱軋型材,用于制作火車(chē)底部中梁,每年需求量在4萬(wàn)~5萬(wàn) t。隨著鐵路向高速化、重載化發(fā)展,以及用戶(hù)對(duì)310乙字鋼的質(zhì)量要求不斷提高,為更好地滿(mǎn)足用戶(hù)要求,攀鋼集團(tuán)攀枝花鋼釩有限公司軌梁廠決定在裝備水平先進(jìn)的萬(wàn)能線(xiàn)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)310乙字鋼。在開(kāi)發(fā)初期,軋件兩端規(guī)格波動(dòng)大,為保證產(chǎn)品質(zhì)量,須將端部規(guī)格尺寸不合格的部位切除,兩端切除總長(zhǎng)度達(dá)8.5 m以上,極大影響了其成材率。本文擬通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物斷面尺寸測(cè)量與計(jì)算機(jī)仿真分析,找出310乙字鋼端部規(guī)格波動(dòng)的原因,進(jìn)一步采取改進(jìn)措施。

        1 端部規(guī)格尺寸波動(dòng)原因分析

        310乙字鋼采用360 mm×450 mm鑄坯生產(chǎn),在BD1(該軋機(jī)配置有兩個(gè)箱形孔和兩個(gè)蝶式孔共四個(gè)孔型)軋制11道次,BD2軋機(jī)軋制3道次,U1、U2和UF軋機(jī)各軋制1道次,共計(jì)軋制17道次。

        1.1 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物測(cè)量分析

        為了找到兩端規(guī)格尺寸波動(dòng)原因,用延伸系數(shù)計(jì)算成品規(guī)格波動(dòng)位置,對(duì)應(yīng)不同道次軋件出現(xiàn)的理論位置,并對(duì)BD1、BD2軋機(jī)軋制后的軋件進(jìn)行取樣,然后用輪廓儀掃描軋件的輪廓并測(cè)量其規(guī)格尺寸,BD1、BD2軋件東西頭腿長(zhǎng)波動(dòng)理論計(jì)算和實(shí)際測(cè)量位置結(jié)果如表1所示,BD1、BD2軋件東西頭腿長(zhǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

        表1 BD1、BD2軋件東西頭腿長(zhǎng)波動(dòng)理論計(jì)算和測(cè)量位置Table 1 Theoretical Calculation and Measuring Positions of Fluctuation of Head Length and Leg Length in Terms of BD1 and BD2 Rolling Pieces m

        表2 BD1、BD2軋件東西頭腿長(zhǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)Table 2 Measured Data of Head Length and Leg Length in Terms of BD1 and BD2 Rolling Pieces mm

        從表1和表2可以看出,成品兩端規(guī)格波動(dòng)與BD1、BD2軋件均具有對(duì)應(yīng)性,說(shuō)明規(guī)格波動(dòng)在BD1軋機(jī)已經(jīng)造成。為了驗(yàn)證BD1軋件東西頭金屬量是否缺失,對(duì)東西頭每隔200 mm測(cè)量一次軋件總寬度,測(cè)量結(jié)果顯示,長(zhǎng)腿和短腿總金屬量沒(méi)有問(wèn)題,只是在長(zhǎng)、短腿金屬量分配上出現(xiàn)了問(wèn)題。

        由于軋件中間部位金屬量分配正常,而端部金屬分配則發(fā)生了變化。通過(guò)對(duì)BD1、BD2軋件東西頭彎曲度進(jìn)行觀察、測(cè)量,發(fā)現(xiàn)進(jìn)鋼端和出鋼端均發(fā)生了彎曲,BD1、BD2軋件東西頭彎曲度見(jiàn)表3。

        表3 BD1、BD2軋件東西頭彎曲度Table 3 Degree of Curvature Heads in Terms of BD1 and BD2 Rolling Pieces

        從表1~3可以看出,310乙字鋼端部規(guī)格尺寸波動(dòng)與BD軋機(jī)軋件端部彎曲狀態(tài)有較強(qiáng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

        1.2 軋件出鋼彎曲、扭轉(zhuǎn)對(duì)規(guī)格尺寸影響數(shù)值仿真分析

        為了進(jìn)一步驗(yàn)證310乙字鋼端部規(guī)格尺寸波動(dòng)與BD軋機(jī)軋件端部彎曲狀態(tài)有較強(qiáng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系,采用MARC軟件進(jìn)行仿真分析,以便為工藝優(yōu)化和導(dǎo)衛(wèi)系統(tǒng)改進(jìn)提供支撐。

        1.2.1 建立有限元模型

        分別設(shè)計(jì)兩種BD1第三孔和第四孔的軋制規(guī)程方案,方案1為BD1第3孔軋制4道次、第4孔軋制1道次,方案2為BD1第3孔軋制5道次、第4孔軋制1道次,并對(duì)每道次編號(hào)、建模,各模型對(duì)應(yīng)軋制道次參數(shù)見(jiàn)表4。對(duì)建立的模型進(jìn)行對(duì)比,BD1第3孔、第4孔孔型及壓下工藝見(jiàn)圖1,分析軋件在模型中軋制時(shí)孔型中的充滿(mǎn)情況、彎曲情況、扭轉(zhuǎn)情況和軋件扭轉(zhuǎn)、彎曲對(duì)其孔型充滿(mǎn)情況的影響。

        圖1 BD1第3孔、第4孔孔型及壓下工藝Fig.1 Pass Patterns for 3rd and 4th Passes of BD1 and Screwdown Process for Rolling

        表4 各模型對(duì)應(yīng)軋制道次參數(shù)Table 4 Parameters for Each Model Corresponding to Rolling Passes

        1.2.2 計(jì)算結(jié)果及分析

        (1)模型1在計(jì)算中有-7.16°/m的扭轉(zhuǎn),但是計(jì)算結(jié)果中軋件頭、中、尾的形狀一致,表明軋件的扭轉(zhuǎn)不會(huì)對(duì)頭、中、尾的尺寸造成直接影響。

        最難的莫過(guò)于打破自身的虛榮,敢于承認(rèn)自身的不足。雖然我在前一份崗位取得了驕人的成績(jī),但是隔行如隔山,榮耀已成過(guò)眼云煙,一切都要從頭再來(lái)。仔細(xì)分析了自身知識(shí)的缺陷之后,通過(guò)自學(xué)初步建立了知識(shí)體系。同事們各有所長(zhǎng),但性格不同,如何尋找到雙方的利益共同點(diǎn),建立良好的合作關(guān)系并能得到指導(dǎo)就成為了難點(diǎn)。日常的閑聊,部門(mén)的聚會(huì),公司的活動(dòng)都是良好的契機(jī),了解到每個(gè)人的興趣愛(ài)好人生目標(biāo),積極實(shí)現(xiàn)求同存異,通過(guò)設(shè)定共同的目標(biāo)使得同事積極主動(dòng)對(duì)我的詢(xún)問(wèn)答疑解惑。

        (2)軋件的水平彎曲在碰到擋板 (相當(dāng)于軋件前后的推床)后,其端部和中部(穩(wěn)定軋制區(qū))的形狀與頭部的形狀發(fā)生了顯著變形,與實(shí)際生產(chǎn)情況吻合,說(shuō)明出鋼彎曲會(huì)影響軋件規(guī)格尺寸。因此,控制軋件的彎曲對(duì)控制乙字鋼的頭、中、尾尺寸一致具有重要的意義。

        綜上,通過(guò)測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物規(guī)格尺寸、端部彎曲度和計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)證,310乙字鋼端部規(guī)格尺寸波動(dòng)的原因是BD軋機(jī)出鋼彎曲。

        2 改進(jìn)措施

        根據(jù)上述分析結(jié)果,造成310乙字鋼端部規(guī)格尺寸波動(dòng)的主要原因是BD軋機(jī)出鋼彎曲,為了解決該問(wèn)題,一是對(duì)軋制工藝進(jìn)行優(yōu)化,主要包括孔型和軋制規(guī)程優(yōu)化兩方面,首先對(duì)軋制規(guī)程進(jìn)行優(yōu)化,此方法最經(jīng)濟(jì)、快捷;二是導(dǎo)衛(wèi)結(jié)構(gòu)優(yōu)化,保證進(jìn)鋼位置正確,并通過(guò)導(dǎo)衛(wèi)改善BD軋機(jī)出鋼彎曲狀態(tài)。

        2.1 BD1軋機(jī)軋制規(guī)程優(yōu)化

        為防止軋件彎曲,長(zhǎng)腿和短腿的壓下系數(shù)應(yīng)保持相等。軋件在孔型中的不均勻變形程度愈小,軋制愈穩(wěn)定。目前有兩種確定軋件不均勻變形程度的方法:一種是用相似系數(shù)K來(lái)確定,另一種是用長(zhǎng)、短腿的壓下系數(shù)λ來(lái)確定。在工藝設(shè)計(jì)中采用長(zhǎng)腿和短腿的壓下系數(shù)漸近相等的方法對(duì)BD1軋機(jī)軋制規(guī)程進(jìn)行優(yōu)化。

        式中,λ為壓下系數(shù);h'為所求各孔短腿厚度;h'為已知各孔短腿厚度;h為所求各孔長(zhǎng)腿厚度;h為已知各孔長(zhǎng)腿厚度。

        優(yōu)化規(guī)程:減少箱形孔軋制道次,增加蝶式孔軋制道次,使蝶式孔不均勻變形程度減輕,優(yōu)化前后的BD1軋機(jī)軋制規(guī)程見(jiàn)表5。

        表5 優(yōu)化前后的BD1軋機(jī)軋制規(guī)程Table 5 Rolling Schedule for BD1 Mill before and after Optimization

        2.2 BD軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)改進(jìn)

        在BD1、BD2軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)上增加活動(dòng)側(cè)導(dǎo)板,入口側(cè)導(dǎo)板主要作用是保證軋件進(jìn)入孔型位置正確,用于控制出鋼彎曲程度,同時(shí)還能調(diào)整規(guī)格尺寸。

        3 實(shí)施效果

        通過(guò)采取優(yōu)化軋制規(guī)程和增加側(cè)導(dǎo)板措施,能夠有效抑制軋件的出鋼彎曲程度,從而提高了310乙字鋼的頭、中、尾規(guī)格尺寸精度,其東、西頭長(zhǎng)、短腿腿長(zhǎng)波動(dòng)長(zhǎng)度由優(yōu)化前的0~5 m減少到了0~3 m。同時(shí),優(yōu)化后西頭長(zhǎng)腿9~11 m處的波動(dòng)也得到了消除,310乙字鋼的成材率提高到82.5%,優(yōu)化前后腿長(zhǎng)波動(dòng)情況對(duì)比如圖2所示。

        圖2 優(yōu)化前后腿長(zhǎng)波動(dòng)情況對(duì)比Fig.2 Comparison of Leg Length Fluctuation before and after Optimization

        4 結(jié)語(yǔ)

        通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物規(guī)格尺寸測(cè)量和計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真分析發(fā)現(xiàn),造成310乙字鋼端部規(guī)格尺寸波動(dòng)大的主要原因是BD軋機(jī)出鋼彎曲。通過(guò)優(yōu)化BD1軋機(jī)規(guī)程,保證長(zhǎng)短腿壓下系數(shù)近似相等,以及改進(jìn)整體導(dǎo)衛(wèi)結(jié)構(gòu),改善BD軋機(jī)出鋼彎曲程度,可以緩解310乙字鋼端部規(guī)格尺寸波動(dòng)大的問(wèn)題,其東、西頭長(zhǎng)、短腿腿長(zhǎng)波動(dòng)長(zhǎng)度由優(yōu)化前的0~5 m減少到0~3 m,同時(shí)優(yōu)化后西頭長(zhǎng)腿9~11 m處的波動(dòng)消除,310乙字鋼成材率由75%提高到82.5%。

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