CN104404192A - 一种锚杆钢的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锚杆钢的生产方法，属于钢筋生产技术领域，包括转炉冶炼、连铸、精整、熔炼成品检测和控轧控冷步骤。本技术方案通过采用的工艺上区别对待，对右旋锚杆钢采取穿水冷却，以提高其表面硬度和钢筋强度，而对左旋锚杆钢采用自然冷却，以确保其良好的加工性能；同时，通过对热轧机K1孔、K2孔和相位调整机构进行准确设计和改进，以降低锚杆钢外形尺寸误差，提高其标准化程度，从而提高锚杆钢与螺母组合使用时更加稳定、可靠，装配连接更加稳固，并提高支护结构安装效率。

Description

一种锚杆钢的生产方法

技术领域

本发明属于钢筋生产技术领域，涉及热轧直条螺纹钢筋的生产方法，尤其是涉及一种锚杆钢的生产方法。

背景技术

近年来，随着煤炭工业的发展及安全管理的不断加强，煤矿迫切需要价格低、质量好、安全性能可靠的井下支护材料，而热轧矿用锚杆钢正好适应了这种要求。热轧矿用锚杆钢主要应用于煤矿井下巷道支护工程，对保证巷道畅通、井下安全作业具有重要作用，因此被大量应用于煤矿行业的建设与生产中。

锚杆钢是煤矿企业用来制作锚杆的原料，主要用在煤矿巷道、斜坡中，起支护和锚固作用。另外，锚杆钢还可用于矿山、桥梁、隧道、建筑物抗震加固及设备基础的锚固等。锚杆钢材质是20MnSi，锚杆钢根据螺纹转向不同可分为左旋锚杆钢、右旋锚杆钢，根据屈服强度不同可分为335MPa、400MPa和500MPa级别，根据长度可分为8米、9米、10米，根据直径可分为16mm，18mm，20mm，22mm，25mm。右旋锚杆钢可直接连接螺母使用，左旋锚杆钢则必须攻丝后才能使用。煤矿建设需要大量的锚杆钢，用来作为巷道支护材料，以保证生产安全。

在生产实践中，右旋锚杆钢是不需要单独加工螺纹的，理论上，轧制矿用锚杆钢只须上下轧辊铣出同样的螺纹槽，便可轧出合格的产品，与螺母配合即可使用，但实际上由于铣槽时，轧辊装机是随机的，铣槽也是随机的，两辊就容易形成转角；且轧辊连接件的随机性、温度的变化以及连接齿轮与轧辊之间连接键的间隙，也会导致两轧辊之间产生误差角，所有这些转角误差之和形成总转角误差，这将导致上下辊螺纹不在同一螺旋线上，从而导致锚杆钢与螺母连接出现难以配合的情况，影响安装效率，也影响了锚杆钢与其他部件连接时的稳固性和安全性。故开发新的锚杆钢钢种，以进一步提高锚杆钢质量，对煤矿企业来说，具有重要意义。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种锚杆钢的生产方法，通过制定比国家标准更加严格的锚杆钢的企业标准，并通过转炉冶炼、连铸、铸坯加热、控轧控冷等工序改进，实现了标准化生产，达到了提高锚杆钢的综合性能，降低钢筋中有害元素含量，提高钢筋质量的效果。

本发明是通过如下技术方案予以实现的。

一种锚杆钢的生产方法，包括如下步骤：

(1)转炉冶炼：

a.控制出钢温度在1650～1690℃，出吹氩站温度在1565～1605℃；吹氩时钢水裸露部分直径100-200mm，吹氩时间≥5.5min；出钢过程采用双挡渣出钢工艺，出钢时间≥2.5min；

b.出钢时做C、P、S、Mn分析，控制转炉冶炼终点C、P、S的含量达到锚杆钢的内控化学成分标准；

c.脱氧合金化：准确计算各种合金的加入量，加入顺序为SiMn、增碳剂、SiFe、SiAlCaBa，终脱氧剂使用硅铝钙钡，每吨钢加入量0.8Kg；

(2)连铸：采用全保护浇铸，中间包使用Al-C质水口，大包、中间包采用保温覆盖剂，在浇铸过程中，中间包液面不低于400mm，铸坯拉速为2.0-3.0m/min，铸坯矫直温度950-1050℃，锚杆钢的液相线温度1502℃，在第一包开浇5min时的中间包钢水温度不低于1540℃，连浇温度1515-1530℃；

(3)精整：钢坯分炉号堆放，不得与其它钢种混堆，集中发轧钢轧制，铸坯实行自然冷却，严禁打水强冷；

(4)熔炼成品检测：检测锚杆钢的熔炼成品中C、Si、Mn各成分的平均含量，以及有害元素P、S各自的平均含量；

(5)控轧控冷：

a.热轧控制：设计热轧机K1孔、K2孔和相位调整机构，其中，K1孔扩张圆弧及扩张角与圆钢孔设计相同，K1孔横肋高h采用正公差设计；K2孔宽度方向为负公差，孔型设计为纺锤形；相位调整机构的设计，在组合式轧辊的端部加装一对斜齿轮，齿轮直径相同，模数相同，齿斜角相同，方向相反，其节圆与轧制线相同，被动齿轮与轴带键联接，为过渡配合，主动齿轮与轴带键连接，为间隙配合，齿轮可通过丝杆调整在轴上滑移；

b.钢坯加热温度控制：按炉组批，加热段1100-1150℃，均热段1080-1130℃，出坯温度950-1030℃；钢坯加热应均匀，钢坯头、中、尾温差≤50℃，加热过程中防止钢坯出现过热、过烧等现象，炉内为微还原性气氛，若停轧时间在30min以上，需立即降温到900℃保温；

c.轧后冷却控制：各规格左旋锚杆上冷床温度为800±15℃，冷床最高温度点为800～830℃；各规格右旋锚杆上冷床温度为700±15℃，冷床最高温度点为720～760℃。

进一步的，所述转炉冶炼步骤中，每一阶段的出钢温度和出吹氩站温度控制如下表所示：

表2出钢温度和出吹氩站温度

进一步的，所述转炉冶炼步骤中，在铸机五流浇铸时，吹氩后温度按中上限控制，出钢温度为连铸第一包1690～1700℃，第二至五包1680～1690℃，第五包后1660～1670℃。

进一步的，所述转炉冶炼步骤中，双挡渣出钢工艺为，开始出钢时用挡渣塞堵好出钢口，防止出钢时涌渣；出钢至4/5时加入挡渣锥挡渣，出钢过程中专人压渣，严禁出钢口下渣。

本发明的有益效果是：

本发明所述的一种锚杆钢的生产方法：

1、根据右旋锚杆钢使用时不需要攻丝，而左旋锚杆钢使用时需要攻丝的特点，在采用的工艺上区别对待，对右旋锚杆钢采取穿水冷却，以提高其表面硬度和钢筋强度，而对左旋锚杆钢采用自然冷却，以确保其良好的加工性能；

2、在转炉冶炼步骤中，转炉出钢时采用双挡渣出钢工艺，进行有效挡渣，可减少钢水回磷，提高合金收得率，减少钢中的夹杂物，提高钢水清洁度，有利于降低钢水中有害元素P、S的含量，从而提高产品品质；

3、通过对热轧机K1孔、K2孔和相位调整机构进行准确设计和改进，以降低锚杆钢外形尺寸误差，提高其标准化程度，从而提高锚杆钢与螺母组合使用时更加稳定、可靠，装配连接更加稳固，同时，提高支护结构安装效率，对提高煤矿企业中巷道支护的安全性和稳定性，确保安全生产具有重要意义。

具体实施方式

下面以MG335Y右旋锚杆和MG335左旋锚杆钢的生产方法为例，进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。下述实施例中未进行详述的步骤，采用常规的方法进行处理。

根据用户使用要求，制定了锚杆钢的企业标准，MG335Y右旋锚杆钢和MG335左旋锚杆钢的内控化学成分如表1所示。

表1锚杆钢的内控化学成分

实施例

一种锚杆钢的生产方法，包括如下步骤：

(1)转炉冶炼：

a.将铁水、废钢混合加入35t转炉或100t转炉冶炼，控制出钢温度在1650～1690℃，出吹氩站温度在1565～1605℃；吹氩时钢水裸露部分直径100-200mm，吹氩时间≥5.5min；出钢过程采用双挡渣出钢工艺，开始出钢时用挡渣塞堵好出钢口，防止出钢时涌渣，出钢至4/5时加入挡渣锥挡渣，出钢过程中专人压渣，严禁出钢口下渣；出钢时间≥2.5min，必须等样出钢；其中每一阶段的出钢温度和出吹氩站温度控制如表2所示：

表2出钢温度和出吹氩站温度

在铸机五流浇铸时，吹氩后温度按中上限控制，出钢温度可相应提高10℃，为连铸第一包1690～1700℃，第二至五包1680～1690℃，第五包后1660～1670℃。

b.出钢时做C、P、S、Mn成分分析，所得参数为转炉冶炼终点各元素含量C＝0.08～0.14％、P＝0.018～0.020％、S＝0.036～0.040％、Mn＝1.37～1.45％；与表1进行对比，C、P、S、Mn元素的含量均低于内控含量标准或在内控含量标准范围内；

c.脱氧合金化：准确计算各种合金的加入量，加入顺序为SiMn、增碳剂、SiFe、SiAlCaBa，终脱氧剂使用硅铝钙钡，每吨钢加入量0.8Kg，实现材料的强度性能强化；

(2)连铸：采用全保护浇铸，中间包使用Al-C质水口，大包、中间包采用保温覆盖剂，在浇铸过程中，中间包液面不低于400mm，铸坯拉速为2.0-3.0m/min，铸坯矫直温度950-1050℃，锚杆钢的液相线温度1502℃，在第一包开浇5min时的中间包钢水温度不低于1540℃，连浇温度1515-1530℃；

(3)精整：钢坯分炉号堆放，不得与其它钢种混堆，以区别用于轧制右旋锚杆钢的钢坯和用于轧制左旋锚杆钢的钢坯，集中发轧钢轧制，铸坯实行自然冷却，严禁打水强冷；

(4)熔炼成品检测：分别检测用于轧制右旋锚杆钢钢坯和用于轧制左旋锚杆钢钢坯的熔炼成品中C、Si、Mn各成分的平均含量，以及有害元素P、S各自的平均含量，其中85炉MG335Y右旋锚杆钢、29炉MG335左旋锚杆钢的熔炼成品成分参数记录以及与表1对比如表3所示。

表3锚杆钢的熔炼成品成分

由表3可看出：用于轧制MG335Y右旋锚杆钢的钢坯平均C＝0.21％，在锚杆钢的内控化学成分范围内，且比标准要求的平均碳低0.02％；平均Si＝0.41％，比标准要求的平均Si低0.09％；平均Mn＝0.92％，比标准要求的平均Mn低0.53％；有害元素P、S均远低于0.045％；用于轧制MG335左旋锚杆钢的钢坯C含量与右旋锚杆钢相同，而Si、Mn均比右旋锚杆钢高，有害元素P、S的含量也略高于MG335Y中P、S的含量。这是因为，右旋锚杆钢使用时不需要攻丝，在轧制时将采用穿水冷却，以提高锚杆钢的表面硬度和力学性能，故将C、Si、Mn强化元素降下来依然可保证钢筋的强度性能达到要求，而同时有害元素P、S含量低，则使得右旋锚杆钢的质量更好；而左旋锚杆钢在使用时需要加工螺纹，表面硬度过高将增加加工难度，故在热轧过程中不能采用穿水冷却，为了保证其力学性能，就需要控制C、Si、Mn强化元素在合格范围内处在较高的含量水平。

(5)控轧控冷：

热轧矿用锚杆钢没有纵肋，上下横肋须保持规定的螺距，升角不变，使上下横肋成一严格螺旋线，因此须对热轧机采用特殊孔型设计，并设计相应的传动系统和调整系统，才能保证顺利轧出。

设计热轧机K1孔、K2孔：

热轧机的K1孔设计既要保证轧出的产品合格，又要考虑孔型的使用寿命和修复等因素，内径的设计参考带肋钢筋的基圆设计，为防止成品出耳子，扩张圆弧及扩张角参考圆钢孔型设计，K1孔横肋高h采用正公差设计；热轧机K2孔的设计是保证轧制成品合格的关键，矿用锚杆螺纹钢不同于建筑用的热轧带肋钢筋，两侧无纵肋，为了保证锚杆与螺纹的调整盘旋转角度旋合，K2孔宽度方向为负公差，充满横肋同时又控制宽展量，孔型设计为纺锤形；

设计热轧机相位调整机构：

为克服两轧辊之间总转角误差的缺陷，特别是对于右旋锚杆钢来说，必须有一相位调整机构，使某轧辊相对于另一轧辊转动一定角度，以实现转角误差调整。因此，在组合式轧辊的端部加装一对斜齿轮，两齿轮直径相同，模数相同，齿斜角相同，方向相反，其节圆与轧制线相同，被动齿轮与轴带键联接，为过渡配合，主动齿轮与轴带键连接，为间隙配合，齿轮可通过丝杆调整在轴上滑移，构成相位调整机构；工作时，转动调整盘，调整丝杆带动主动齿轮拉出或推进，被动齿轮由于主动齿轮的轴向移动而转动一相应的角度，从而实现调整转角误差的功能。

a.钢坯加热温度控制：按炉组批，加热段1100-1150℃，均热段1080-1130℃，出坯温度950-1030℃，目标值980℃；钢坯加热应均匀，钢坯头、中、尾温差≤50℃，加热过程中防止钢坯出现过热、过烧等现象，炉内为微还原性气氛，若停轧时间在30min以上，需立即降温到900℃保温；

b.轧后冷却控制：MG335Y右旋锚杆所有规格轧后温度控制相同，MG335左旋锚杆的所有规格轧后温度控制相同，如表4所示。其中，左旋锚杆钢自然冷却，右旋锚杆钢穿水冷却。

表4MG335Y右旋锚杆和MG335左旋锚杆轧后温度控制

(6)根据设计标准要求，分别随机抽取部分样品，检测MG335左旋锚杆钢和MG335Y右旋锚杆钢的外形尺寸，如表5、表6所示，分别与表7、表8所列尺寸对照，可看出，MG335Y右旋锚杆钢外形尺寸的误差率明显低于MG335左旋锚杆钢，且MG335Y右旋锚杆钢外形尺寸的偏差明显更小；

表5Φ18MG335左旋锚杆钢外形尺寸检测

表6Φ18MG335Y右旋锚杆钢外形尺寸检测

尺寸检验要求：左右旋锚杆轧制时每批次抽出一根定尺进行测量，测量点为两个端部及中部三个尺寸，MG335Y右旋锚杆必须能佩戴上螺母，定尺尺寸(两个端部及中部同一截面)差必须≤0.3mm，否则直接判废。

表7MG335左旋锚杆钢的外形尺寸控制

注：横肋顶宽允许偏差为孔型尺寸设计参考值。

表8MG335Y右旋锚杆钢的外形尺寸控制

注：横肋底宽、顶宽允许偏差为孔型尺寸设计参考值；MG335Y右旋锚杆钢既要保证尺寸符合上述要求，又要使其外形与螺帽(连接器)配合适当。

根据设计标准要求，分别检测各型号锚杆钢的力学性能，与表9所列参数对照，MG335Y右旋锚杆钢的力学性能合格率为99.1％，表面质量合格率为100％，MG335左旋锚杆钢的力学性能合格率为100％，表面质量合格率为99.7％。

表9锚杆钢的力学性能

经过检测发现，右旋锚杆钢由于使用时不需要攻丝，在轧制时采用穿水冷却使钢筋表面硬度高，保证了力学性能，不影响使用，同时降低了有害元素P、S含量，使得钢筋的表面质量均有所提升；左旋锚杆钢由于在使用时要进行攻丝，表面不能太硬，因此在轧制时就不能穿水冷却，并增加Si、Mn强化元素的含量，使得钢筋的强度得到保证，同时保证其他方面性能处在正常的合格率范围内。

Claims (4)

1.一种锚杆钢的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)转炉冶炼：

a.控制出钢温度在1650～1690℃，出吹氩站温度在1565～1605℃；吹氩时钢水裸露部分直径100-200mm，吹氩时间≥5.5min；出钢过程采用双挡渣出钢工艺，出钢时间≥2.5min；

b.出钢时做C、P、S、Mn分析，控制转炉冶炼终点C、P、S的含量达到锚杆钢的内控化学成分标准；

c.脱氧合金化：准确计算各种合金的加入量，加入顺序为SiMn、增碳剂-SiFe-SiAlCaBa，终脱氧剂使用硅铝钙钡，每吨钢加入量0.8Kg；

(2)连铸：采用全保护浇铸，中间包使用Al-C质水口，大包、中间包采用保温覆盖剂，在浇铸过程中，中间包液面不低于400mm，铸坯拉速为2.0-3.0m/min，铸坯矫直温度950-1050℃，锚杆钢的液相线温度1502℃，在第一包开浇5min时的中间包钢水温度不低于1540℃，连浇温度1515-1530℃；

(3)精整：钢坯分炉号堆放，不得与其它钢种混堆，集中发轧钢轧制，铸坯实行自然冷却，严禁打水强冷；

(4)熔炼成品检测：检测锚杆钢的熔炼成品中C、Si、Mn各成分的平均含量，以及有害元素P、S各自的平均含量；

(5)控轧控冷：

a.热轧控制：设计热轧机K1孔、K2孔和相位调整机构，其中，K1孔扩张圆弧及扩张角与圆钢孔设计相同，K1孔横肋高h采用正公差设计；K2孔宽度方向为负公差，孔型设计为纺锤形；相位调整机构的设计，在组合式轧辊的端部加装一对斜齿轮，齿轮直径相同，模数相同，齿斜角相同，方向相反，其节圆与轧制线相同，被动齿轮与轴带键联接，为过渡配合，主动齿轮与轴带键连接，为间隙配合，齿轮可通过丝杆调整在轴上滑移；

b.钢坯加热温度控制：按炉组批，加热段1100-1150℃，均热段1080-1130℃，出坯温度950-1030℃；钢坯加热应均匀，钢坯头、中、尾温差≤50℃，加热过程中防止钢坯出现过热、过烧等现象，炉内为微还原性气氛，若停轧时间在30min以上，需立即降温到900℃保温；

c.轧后冷却控制：各规格左旋锚杆上冷床温度为800±15℃，冷床最高温度点为800～830℃；各规格右旋锚杆上冷床温度为700±15℃，冷床最高温度点为720～760℃。

2.根据权利要求1所述的一种锚杆钢的生产方法，其特征在于：所述转炉冶炼步骤中，每一阶段的出钢温度和出吹氩站温度控制如下表所示：

表2 出钢温度和出吹氩站温度

3.根据权利要求2所述的一种锚杆钢的生产方法，其特征在于：所述转炉冶炼步骤中，在铸机五流浇铸时，吹氩后温度按中上限控制，出钢温度为连铸第一包1690～1700℃，第二至五包1680～1690℃，第五包后1660～1670℃。

4.根据权利要求1所述的一种锚杆钢的生产方法，其特征在于：所述转炉冶炼步骤中，双挡渣出钢工艺为，开始出钢时用挡渣塞堵好出钢口，防止出钢时涌渣；出钢至4/5时加入挡渣锥挡渣，出钢过程中专人压渣，严禁出钢口下渣。