矿用锚杆钢的生产实践

龙国荣,高长益,刘立德,李 燚

(首钢水城钢铁(集团)有限责任公司技术中心,贵州六盘水 553028)

矿用锚杆钢的生产实践

龙国荣,高长益,刘立德,李 燚

(首钢水城钢铁(集团)有限责任公司技术中心,贵州六盘水 553028)

根据煤矿工业对左旋锚杆钢和右旋锚杆钢的使用要求,水钢以建材螺纹钢20MnSi为基础,设计开发了MG335和MG335Y锚杆钢,制定了化学成分、力学性能以及φ16～20 mm规格的外形尺寸等内控标准。通过合理的冶炼、轧制、冷却工艺,保证了锚杆钢的产品质量,成品锚杆钢的化学成分、力学性能、外形尺寸等技术指标均符合产品设计要求,满足煤矿工业的使用要求。

锚杆钢;MG335;MG335Y

1 引言

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是适应了这种要求[1]。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、井下安全作业及煤矿行业的建设与生产具有重要作用[2]。

锚杆钢不仅用于煤矿井巷,还用于矿山、桥梁、隧道、建筑物抗震加固及设备基础的锚固。热轧锚杆带肋钢筋是新型的热轧周期断面钢材,锚固性能好、适应性强、施工方便,与端头锚固式锚杆相比,其强度更高,加工费用降低,具有良好的经济效益。

锚杆钢材质是20MnSi,根据螺纹旋转方向不同,分为左旋锚杆钢和右旋锚杆钢,按照屈服强度不同划分为335 MPa、400 MPa、500 MPa和600 MPa,规格有φ16 mm、φ18 mm、φ20 mm、φ22 mm和φ25 mm,定尺长度通常有8 m、9 m和10 m。

锚杆钢是只有横肋没有纵肋的热轧带肋钢筋[3],与普通建筑用热轧带肋钢筋具有相似之处,将锚杆钢与国标GB 1499.2-2007《钢筋混凝土用钢第2部分:热轧带肋钢筋》做简单对比:(1)二者强度级别相同,均有335 MPa、400 MPa、500 MPa级别;(2)相同强度级别的锚杆钢和普通建筑用钢筋的主要化学成分基本一致;(3)国标带肋钢筋的横肋是月牙形的,一般有纵肋,锚杆钢没有纵肋,锚杆螺纹有左旋、右旋之分,左旋锚杆钢需经过攻丝加工后使用,右旋锚杆钢热轧成品直接与相应规格的螺帽配合使用,因此右旋锚杆钢的外形尺寸要求十分严格,是锚杆钢生产的难点[4];(4)热轧带肋钢筋的标准是GB 1499.2-2007,锚杆钢则执行各企业内部标准。

水钢年产钢材500万吨,全部是棒线材,其中绝大部分是强度级别为400 MPa和500 MPa级的带肋螺纹建筑用钢筋,所以水钢有能力研发、生产锚杆钢。根据用户要求,水钢制定了锚杆钢的企业标准,开发了由35 t顶吹转炉或100 t顶底复吹转炉冶炼、轧钢厂三棒线车间轧制的MG335左旋锚杆和MG335Y右旋锚杆的生产工艺,产品质量满足用户使用要求,已实现了批量化生产。

2 锚杆钢的企业标准

根据用户使用要求,水钢制定了牌号为MG335左旋矿用锚杆钢和MG335Y右旋矿用锚杆钢的生产、检验及交货标准。

2.1 化学成分

水钢锚杆钢内控化学成分见表1。从表1可见,左旋锚杆钢MG335与右旋锚杆钢MG335Y相比:两者的碳含量相同,前者硅的目标值比后者硅的目标值低0.10wt%,前者锰的目标值比后者锰的目标值高0.20wt%。原因是:右旋锚杆钢不经过攻丝直接套螺帽使用,而左旋锚杆钢要经过攻丝后使用。这样,左旋锚杆钢轧制后就不能通过强穿水冷却而提高强度,强穿水冷却会使表面太硬而无法攻丝,所以通过增加锰含量来提高强度,右旋锚杆钢就可以通过轧制后强穿水冷却来提高强度。同时,考虑到硅容易使钢材硬化,为了使攻丝容易,所以左旋锚杆钢的硅比右旋锚杆钢的硅低。

2.2 力学性能

MG335左旋锚杆钢和MG335Y右旋锚杆钢的力学性能相同,见表2。

2.3 MG335左旋锚杆钢的外形尺寸

水钢φ16～20 mm MG335左旋锚杆钢的外形尺寸见表3。

2.4 MG335Y右旋锚杆钢的外形尺寸

水钢φ18～20 mm MG335Y右旋锚杆钢的外形尺寸见表4。

表1 锚杆钢的内控化学成分

表2 锚杆钢的力学性能

表3 左旋锚杆钢的外形尺寸mm

表4 右旋锚杆钢的外形尺寸

3 生产工艺

3.1 工艺流程

水钢生产矿用锚杆钢的工艺流程:铁水、废钢→35 t转炉或100 t转炉冶炼→挡渣出钢→脱氧合金化→6机6流150 mm×150 mm方坯连铸→铸坯精整→铸坯加热→棒材轧制→轧后冷却(左旋锚杆空冷、右旋锚杆水冷)→打捆。

3.2 冶炼工艺

3.2.1 转炉冶炼工艺

转炉冶炼终点钢水成分控制目标:C为0.08 wt%～0.14wt%,P≤0.020wt%,S≤0.040wt%。终点钢水作C、P、S、Mn分析,必须等化验结果出钢。出钢过程中采用双挡渣工艺:出钢后必须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。脱氧合金化的合金加入顺序为:SiMn+增碳剂→SiFe→SiAlCaBa,终脱氧剂Si AlCaBa的加入量是0.8 kg/t。钢包吹氩时,钢水面裸露部分直径100～200 mm,吹氩时间不少于5.3 min。出钢钢水温度和出吹氩站钢水温度见表5。

表5 出钢钢水温度和出吹氩站钢水温度

3.2.2 连铸工艺

连铸时,钢水采用全保护浇注,大包、中间包采用保温覆盖剂,中间包使用Al-C质水口。在浇注过程中,中间包钢水液面不低于400 mm,铸坯拉速为2.0～3.0 m/min,铸坯矫直温度950～1050℃。锚杆钢钢水的液相线温度为1502℃,中间包钢水温度控制:在第一包钢水开浇5 min时的中间包钢水温度不小于1540℃,连浇炉次的中间包钢水温度1515～1530℃。

3.3 轧制工艺

3.3.1 加热炉温度控制

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

3.3.2 轧制冷却控制

所有规格MG335左旋锚杆钢轧制时不穿水,是为了降低表面硬度、方便攻丝。所有规格MG335Y右旋锚杆钢上冷床温度(700±15)℃,目标值700℃,冷床上锚杆钢的最高温度720～760℃。

4 产品质量

水钢生产的MG335左旋锚杆钢和MG335Y右旋锚杆钢的化学成分、力学性能和外形尺寸均符合企业内控标准的规定。屈服强度ReL=345～390 MPa,平均368 MPa;抗拉强度Rm=510～555 MPa,平均530 MPa;延伸率A=26%～30%,平均28%。水钢生产的335 MPa级左旋和右旋锚杆钢销售到六盘水地区的水城矿务局、盘江矿务局等单位,质量满足用户使用要求。

5 结论

水钢根据煤矿用户使用要求,制定了MG335左旋锚杆钢和MG335Y右旋锚杆钢的化学成分、力学性能、外形尺寸的企业内控标准,采用“铁水、废钢→35 t转炉或100 t转炉冶炼→挡渣出钢→脱氧合金化→6机6流150 mm×150 mm方坯连铸→铸坯精整→铸坯加热→棒材轧制→轧后冷却(左旋锚杆空冷、右旋锚杆水冷)→打捆”的工艺流程生产了水钢φ16～20 mm MG335左旋锚杆钢和φ18～20 mm MG335Y右旋锚杆钢。产品的成分、性能和外形尺寸都在水钢规定的企业内控标准内,屈服强度ReL=345～390 MPa,平均368 MPa;抗拉强度Rm= 510～555 MPa,平均530 MPa;延伸率A=26%～30%,平均28%,质量满足用户使用要求。

[1] 张忠峰,王长生,尚振军,等.热轧矿用锚杆钢的研制开发[J].山东冶金,2003(5):13-14.

[2] 何云雪.矿用螺旋肋锚杆钢筋的研制开发[J].天津冶金,2014(3):15-17.

[3] 陈立勇,柴建铭,袁永文,等.BHRB600热轧高强韧树脂锚杆钢筋的开发[J].轧钢,2007,24(4):66-69.

[4] 姚建伟.右旋热轧矿用树脂锚杆钢筋开发[J].山东冶金,2009(3):15-16.

[5] 肖立军,王长生,徐玉强,等.高强度高精度锚杆钢筋生产工艺优化[J].山东冶金,2012(2):26-27.

[6] 范银平,杜亚伟,杜海明.高强度高韧性矿用热轧锚杆钢筋研发[J].金属制品,2015,41(1):50-52.

Production Practice of Mining Anchor Rod Steel

LONG Guorong,GAO Changyi,LIU Lide,LI Yi
(Technology Center,Shougang Shuicheng Iron&Steel(Group)Co.,Ltd., Liupanshui 553028,Guizhou,China)

According to using requirements of MG335 left-screw anchor rod steel and MG335Y right-screw anchor rod steel demanded by coal mining industry,on the basis of 20MnSi building rebar,MG335 and MG335Y anchor rod steels are designed and developed,the internal controlled standards of chemical compositions and mechanical properties and outline dimensions ofφ16～20 mm anchor rod steel are established.By appropriate technology of steelmaking and rolling and cooling,the quality of anchor rod steels is assured,the technical indexes such as chemical compositions and mechanical properties and outline dimensions and so on meet the designed requirements of anchor rod steels and the using requirements of coal mining industry.

anchor rod steel,MG335,MG335Y

TG335.6

A

1001-5108(2017)01-0025-03

龙国荣,化工高级工程师,主要从事化工及钢铁冶金技术工作。