CN111283438A - 一种利用碳钢或不锈钢制备槽道的冷轧成形设备与方法 - Google Patents

一种利用碳钢或不锈钢制备槽道的冷轧成形设备与方法 Download PDF

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Abstract

一种利用碳钢或不锈钢制备槽道的冷轧成型设备与方法，属于金属材料制备技术领域，该种设备特征在于主要由3‑4台冷轧机构成的初轧机组、光亮退火炉窑、压齿机组、由2‑3台冷轧机构成的精轧机组、预成形和终成形机组、感应加热器和计算机控制装置组成，感应加热器位于各机组的前面，利用上述设备可通过冷轧成形，连续作业，制造出主立面厚度为6.0～12.0mm、宽度为40～200mm的槽道成品。和普通的热轧成型技术相比，成品表面无损伤，而且产品硬度是热轧产品的1.6倍，因其一次成型，其生产效率可提高30％。

Description

一种利用碳钢或不锈钢制备槽道的冷轧成形设备与方法
技术领域
本发明属于金属材料制备技术领域，特别涉及一种利用碳钢或者不锈钢为原料制取地铁、隧道等内部电缆、管线及设备固定安装用槽道的冷轧成形设备与方法。
背景技术
随着工艺技术不断革新，地铁隧道、电梯井道等内部电缆、管线及设备的安装以及大型幕墙框架安装等逐步告别传统的混凝土植入锚固方式，而采用先进的槽道预埋或预埋螺套、外置槽道的方式，利用槽道进行电缆、管线的安装可以克服传统安装方式中降低隧道及其相关设备的主体结构使用寿命、工效低下、安装粉尘影响工人健康、维修保养困难等缺点。不久的将来，槽道技术将会全面替代传统的混凝土植入锚固技术，因此槽道具有很好的市场前景。
目前国际、国内的槽道生产基本采用热轧或冷弯工艺成形，这两种成形方式虽已形成成熟的工艺流程，但各自的缺陷也非常明显，其中：
热轧之后，型材内部晶粒粗大，整体机械性能不高，特别是耐腐蚀性能较低；而且高温使型材表面严重氧化，酸洗后成品表面粗糙，尺寸精度难以保证；同时热轧酸洗时所使用的盐酸HCl或硫酸H2SO4会造成极大的环境污染，每1万吨钢材酸洗处理1次平均会产生废酸近1千吨、酸洗废水2～3万吨，需进行专业的污水处理方可排放，不仅增加了型材制造成本，而且浪费水资源，环保压力很大。
冷弯方式中，传统冷弯工艺生产出的槽道如图2和图3所示，在转角处只是纯弯曲变形，无法增加板材衔接处材料厚度，型材承受局部性集中载荷的能力差；为达到使用要求，必须采用相同的厚度，则材料整体厚度增加，进而加大了工程造价，浪费资源。
为克服槽道制作工艺中存在的上述缺点，本项申请提出了一种槽道生产的冷轧新工艺，相比于以上两种方式，克服了其各自的缺陷，是一种非常理想的节能、环保型生产工艺。
发明内容
本项发明所完成的槽道的冷轧成形方法以普碳钢或不锈钢为原料，以传统冷弯成形机械为加工设备，以制取主立面厚度为6.0～12.0mm、宽度为40～200mm的槽道成品为制取目的产品，通过以下工艺进行生产制造。具体包括：
1、本项发明公开了一种利用碳钢或不锈钢制备槽道的冷轧成形设备，该种冷轧成形设备包括放卷机、矫平机、剪切机、收集台、动力传动装置，其特征在于还包括由3-4台冷轧机构成的初轧机组、光亮退火炉窑、压齿机组、由2-3台冷轧机构成的精轧机组、由2-3台冷轧机构成的预成形机组和由1-2台冷轧机构成的终成形机组，每种机组的前端都设有一组感应加热器，每组感应加热器由2-4个感应加热装置组成，感应加热器的2-4个感应加热装置对称布置在被加工的槽道形材两侧边部；上述各相关设备安装在同一中心线上，主体设备的排列顺序为放卷机—初轧机组—光亮退火炉窑—压齿机组—精轧机组—预成形机组—终成形机组—剪切机—收集台，整个设备的动力传动装置由传动电机、减速机和传动分配箱组成，动力传动装置通过传动轴和联轴器同各机组联接在一起；上述所有的设备，特别是各轧制机组都在计算机控制装置的统一控制下，进行同步轧制，保证连续作业，一次轧制成形。
2、本项发明还公开了一种利用上述设备制造槽道的操作方法，具体包括如下步骤：
(1)下料：按槽道所需规格和工艺变形量，选择厚度为6.0～12.0mm的碳钢或不锈钢板材切分成40～200mm的带钢原料，并将其安装在设备的放卷机上，通过矫平机的轿平、对中装置的对中之后，送到初轧机组；
(2)初轧：在常温状态下，根据客户图纸要求，按工艺计算数据，通过由3-4台冷轧机构成的初轧机组，对放卷机上的带钢原料进行3-4个道次的轧制变形，将带钢原料轧制成接近槽道形材主平面所需厚度的槽道形材，其变形量达到20-50％，并为后续精轧留有10-25％的变形余量，同时保持T形螺钉安装面部位所需材料厚度，以确保最终成品承受局部性集中载荷的能力；
(3)退火：将经过初轧变形的槽道形材送入到光亮退火炉中，进行高温光亮退火，退火温度为600-1100℃，退火时间为30～60min，N2气防氧化保护；以此去除槽道形材内部冷轧产生的应力，降低型材硬度，以利后道再行轧制；
(4)压齿：按照设计的齿形及其槽道的齿形宽度，利用压齿机组对退火出炉的槽道形材在500～600℃温度下进行压齿变形处理，然后自然冷却到常温下；
(5)精轧：利用由2-3台冷轧机构成的精轧机组对冷却后的槽道形材进行精确轧制，将槽道形材主平面精轧到规定尺寸，同时要保证成品集中承受载荷的截面拐角处的厚度，使之符合客户对产品尺寸的最终要求。
(6)预成形：利用由2-3台冷轧机构成的预成形机组将精轧完成后的槽道形材轧制成接近最终的形状；
(7)终成形，利用由1-2台冷轧机构成的终成形机组将预成形后的槽道形材轧制成符合客户最终图纸要求形状的槽道；
(8)根据需要，当上述轧制过程中，各个机组无法克服被加工槽道形材的硬度时，启动其与之配套的感应加热器，通过感应加热器2-4个感应加热装置对被加工的槽道形材两侧边部进行加热，加热温度要达到500～1000℃，利于轧制变形；
(9)截断包装：根据客户的订货所要求的长度，将精轧完成后的槽道通过剪切设备截断，形成成品，放到收集台上，并打包入库；
(10)上述轧制加工过程中通过计算机控制装置统一控制，进行同步轧制，连续加工一次成形。
发明特点
1、新型冷轧工艺成形速度快、产量高，成品精度好，不损伤甚至可以提升钢材表面质量；
2、轧制过程使钢材产生很大程度的塑性变形，可以做成多种多样的截面形式，以适应不同使用场合的需要，并且根据材料的变形程度可以准确地控制材质硬度，提高钢材的屈服强度，在整体上提高钢材的机械性能；
3、由于整体机械性能可以达到同类热轧型材指标的1.5～2倍，型材本身的厚度可以有较大幅度的减小，节约原材料用量，降低工程造价；
4、在轧制型材的适当阶段加入光亮退火工艺，降低型材硬度以利后续轧制；其中不锈钢采用固溶退火处理，温度控制在1050-1100℃，可最大限度消除截面内残余应力，提升型材整体和局部屈曲特性，满足特定场合高强度、耐腐蚀的使用要求。
5、在异型材板件衔接处保持适当材料厚度，使转角处具有需要的壁厚(见图一)，改变了传统冷弯工艺的缺陷，从而极大提高了型材承受局部性集中载荷的能力；
6、型材冷轧在室温下进行，表面无需酸洗处理，在减少污染物的排放的同时可以大量节约水资源。
附图说明
图1为本项发明成套装置的整体结构示意图；
图2为传统制造方法所用坯料示意图；
图3为利用传统制造方法制造出的槽道结构与尺寸示意图；
图4为本项发明方法所用槽道坯料示意图；
图5为本项发明方法初轧后所获得的槽道形材截面形状示意图；
图6为本项发明方法精轧后所获得的槽道形材截面形状示意图
图7为本项发明方法预成形后所获得的槽道形材截面形状示意图；
图8为本项发明方法终成形后所获得的槽道形材截面形状示意图；
图中，1为放卷机，2矫平机，3为对中装置，4为感应加热元件，5为初轧机组，6为感应加热元件电源，7为光亮退火炉窑，8为压齿机组，9为精确轧制机组，10预成形机组，11为终成型机组，12剪切机，13为收集台，14为传动电机，15为减速机，16为传动分配箱，17为被加工槽道形材。
具体实施方式
本项发明创造公开了一种通过冷轧方式制备槽道的成套装置，具体情况如附图1所示。该种装置包括放卷机1，矫平机2，对中装置3，剪切机12，收集台13，传动电机14，减速机15，传动分配箱16，其中还包括采用4台串联式的冷轧机，以此构成初轧机组5，初轧机组5后边摆放的是一台30米长的光亮退火炉窑7，光亮退火炉窑7后边摆放的是压齿机组8，压齿机组8后边串联3台精轧机组9，精轧机组9后边串联2台预成形机组，然后是2台终成形机组，每种机组的前端都设有一组感应加热器4，每组感应加热器4由2-4个感应加热装置组成，感应加热器的2-4个感应加热装置对称布置在被加工的槽道形材17两侧边部；上述各相关设备安装在同一中心线上，且每一轧制机组都在计算机控制装置的控制下进行生产作业，安装时以便进行同步轧制，连续一次成形。
利用上述设备进行槽道宽度为30mm、主平面厚度为3.0mm、其他尺寸如附图8所示槽道的制作，其采用的具体方法如下：
(1)、下料：按槽道所需规格和工艺变形量，选择厚度为6.0mm的碳钢，将其切分成72mm的槽道坯料，槽道坯料截面形状具体见图4，并将其安装在设备的放卷机1上，通过矫平机2的轿平、对中装置3的对中之后，送到初轧机组5；
(2)、初轧：在常温状态下，按照图纸要求的尺寸，通过由4台冷轧机构成的初轧机组5，对放卷机1上槽道坯料进行4个道次的轧制变形，将槽道坯料轧制到接近槽道形材主平面所需厚度4.0mm，见图5，并为后续精轧留有变形余量，同时保持T形螺钉安装面厚度为5.8，以确保最终成品承受局部性集中载荷的能力；
(3)、退火：将经过初轧变形的槽道形材送入到光亮退火炉中，进行高温光亮退火，材料要求的退火温度为850℃，退火时间为50min，N2气防氧化保护；以此去除型材内部冷轧产生的引力，降低型材硬度，以利后道再行轧制。
(4)、压齿：按照设计的齿形及其槽道的齿形宽度，利用压齿机组8对退火出炉的槽道形材在600℃温度下进行压齿变形处理，然后进入到精轧机组9内，当出炉后的槽道形材温度低于600℃时，启动位于压齿机组前端的感应加热器4，对于槽道形材17两侧的边部位进行加热补偿，使之达到所需要的温度。
(5)精轧：利用由3台冷轧机组成的精轧机组9对冷却后的槽道形材进行精确轧制，将槽道形材17主平面精轧到规定尺寸3.0mm，同时要保证成品集中承受载荷的截面拐角处的厚度为4.5，见图6，使之符合客户对产品尺寸的最终要求。
(6)、预成形和终成形：利用分别由2台冷轧机组成的预成形机组10和终成形机组11，将精轧完成后的槽道形材17依此轧制成形，见图7和图8，使之符合客户最终图纸要求。
(7)根据需要，当上述轧制过程中，各个机组无法克服被加工槽道形材17的硬度时，启动其与之配套的感应加热器4，通过感应加热器4具有的2-4个感应加热装置对被加工的槽道形材17两侧边部进行加热，加热温度500～1000℃，利于轧制变形；
(8)、截断包装：根据客户的订货所要求的长度，将精轧完成后的槽道通过剪切设备12截断，形成成品，打包入库。
(9)、上述轧制加工过程中通过计算机控制装置统一控制，进行同步轧制，连续加工一次成形。
采用本项发明所实现的设备和方法，和普通的热轧成形技术相比，成品表面精度好，无损伤，而且硬度高，是热轧产品的1.6倍；因其一次成形，其生产效率比热轧工艺提高30％。

Claims (2)

1.一种利用碳钢或不锈钢制备槽道的冷轧成形设备，该种冷轧成形设备包括放卷机、矫平机、剪切机、收集台、动力传动装置，其特征在于还包括由3-4台冷轧机构成的初轧机组、光亮退火炉窑、压齿机组、由2-3台冷轧机构成的精轧机组、由2-3台冷轧机构成的预成形机组和由1-2台冷轧机构成的终成形机组，每种机组的前端都设有一组感应加热器，每组感应加热器由2-4个感应加热装置组成，感应加热器的2-4个感应加热装置对称布置在被加工的槽道形材两侧边部；上述各相关设备安装在同一中心线上，主体设备的排列顺序为放卷机—初轧机组—光亮退火炉窑—压齿机组—精轧机组—预成形机组—终成形机组—剪切机—收集台，整个设备的动力传动装置由传动电机、减速机和传动分配箱组成，动力传动装置通过传动轴和联轴器同各机组联接在一起；上述所有的设备，特别是各轧制机组都在计算机控制装置的统一控制下，进行同步轧制，保证连续作业，一次轧制成形。
2.一种利用如权利要求1所述冷轧成形设备制备槽道的操作方法，其特征在于具体包括如下步骤：
(1)下料：按槽道所需规格和工艺变形量，选择厚度为6.0～12.0mm的碳钢或不锈钢板材切分成40～200mm的带钢原料，并将其安装在设备的放卷机上，通过矫平机的轿平、对中装置的对中之后，送到初轧机组；
(2)初轧：在常温状态下，根据客户图纸要求，按工艺计算数据，通过由3-4台冷轧机构成的初轧机组，对放卷机上的带钢原料进行3-4个道次的轧制变形，将带钢原料轧制成接近槽道形材主平面所需厚度的槽道形材，其变形量达到20-50％，并为后续精轧留有10-25％的变形余量，同时保持T形螺钉安装面部位所需材料厚度，以确保最终成品承受局部性集中载荷的能力；
(3)退火：将经过初轧变形的槽道形材送入到光亮退火炉中，进行高温光亮退火，退火温度为600-1100℃，退火时间为30～60min，N2气防氧化保护；以此去除槽道形材内部冷轧产生的应力，降低型材硬度，以利后道再行轧制；
(4)压齿：按照设计的齿形及其槽道的齿形宽度，利用压齿机组对退火出炉的槽道形材在500～600℃温度下进行压齿变形处理，然后自然冷却到常温下；
(5)精轧：利用由2-3台冷轧机构成的精轧机组对冷却后的槽道形材进行精确轧制，将槽道形材主平面精轧到规定尺寸，同时要保证成品集中承受载荷的截面拐角处的厚度，使之符合客户对产品尺寸的最终要求。
(6)预成形：利用由2-3台冷轧机构成的预成形机组将精轧完成后的槽道形材轧制成接近最终的形状；
(7)终成形，利用由1-2台冷轧机构成的终成形机组将预成形后的槽道形材轧制成符合客户最终图纸要求形状的槽道；
(8)根据需要，当上述轧制过程中，各个机组无法克服被加工槽道形材的硬度时，启动其与之配套的感应加热器，通过感应加热器2-4个感应加热装置对被加工的槽道形材两侧边部进行加热，加热温度要达到500～1000℃，利于轧制变形；
(9)截断包装：根据客户的订货所要求的长度，将精轧完成后的槽道通过剪切设备截断，形成成品，放到收集台上，并打包入库；
(10)上述轧制加工过程中通过计算机控制装置统一控制，进行同步轧制，连续加工一次成形。
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