650T冷剪机能力分析及扩容改造

李希宝，崔保伟，周伟光，刘景春

（石横特钢集团有限公司，山东 肥城 271612）

650T冷剪机能力分析及扩容改造

李希宝，崔保伟，周伟光，刘景春

（石横特钢集团有限公司，山东 肥城 271612）

本文对棒材生产线650T冷剪机设备剪切能力进行了校核计算，并分析研究了冷剪机扩容改造为850T冷剪机的施工方案，结合生产线平台基础条件重新优化850T冷剪机落料口形式，在现有基础不变的情况下对冷剪机进行了扩容升级改造。

冷剪机；扩容；基础

石横特钢集团有限公司轧钢厂一棒车间是一条全连轧棒材生产线，轧机布置型式为平立交替式，共18架轧机，年设计生产能力为60万吨，经过几年的设备改进，工艺技术改进及管理创新，目前已经具备100万吨的生产能力，远超出设计范围。目前车间生产产品有圆钢、螺纹、锚杆、精轧螺纹等品种，产品规格从φ10～50。其中，机时产量最大的产品规格是φ16×3螺纹，机时产量最高可达192.24t/h，冷剪每分钟的剪切量为3.204t。若剪切9米定尺材，每刀剪切时间为15.2s，通过计算得知，每刀剪切根数不少于46根才能满足正常生产要求。

生产线原配置的650T冷剪型式为曲柄连杆冷剪，下刀片固定，上刀片升降。

主要参数为：

剪切力：6370kN；

剪刃宽度：1200mm；

理论剪切次数：20次/分钟，实际剪切次数为：13次/分钟；

剪切轧件规格：φ8mm～φ50mm光面圆钢及带肋钢筋；

剪切轧件材质：碳素结构钢，优质碳素结构钢，低合金钢，合金结构钢；

剪切轧件温度：0 ～250℃。

若按剪切HRB500Eφ16X3抗震螺纹，每刀剪切46根计算，钢材剪切力为：

F剪＝R1·R2·σ·S·n/1000

式中：F剪——剪切力（kN）；

R1——考虑由于刀刃磨钝、刀片间隙增大而使剪切力提高地系数，选取1.6；

R2——抗剪与抗拉强度比例系数，取0.7；

σ——轧件最大抗拉强度，MPa；

S——单根轧件截面积，mm2；

n——剪切根数；

F剪=1.6×0.7×750×200.96×46/1000＝7765.09kN，已经超出650T冷剪的额定剪切力，设备处于超负荷运转状态，各轴瓦温度为55～65℃，接近报警跳闸值。地脚螺栓断裂2根，前面板联接螺栓频繁断裂，存在安全稳定运行隐患。而且，对于生产线进一步提升产能，降低能耗来讲，冷剪已经成为一个制约瓶颈，因此，拟将650T冷剪机进行升级改造为850T冷剪，提高剪切能力。

1 扩容改造需要解决的问题及解决措施

1.1 现有基础载荷能力验算

1.1.1 650T冷剪机载荷

（1）静载荷：一般为设备对基础的压力，近似为设备重量，650T冷剪机设备重量为：60T；即静载荷约为60T。

（2）动载荷：Nd≈μNj（粗略计算）

式中：Nd——动载荷；

μ——动载荷系数；

Nj——静载荷。

根据设备传动系统参数，电机转速：960r/min及齿轮参数查得：μ约为1.12，

故Nd≈μNj≈1.12×60≈67.2T。

1.1.2 改动后850T冷剪机载荷

（1）静载荷：一般为设备对基础的压力，近似为设备重量。

850T冷剪机设备重量为：54T，

即静载荷约为54T。

（2）动载荷： Nd≈μNj（粗略计算）。

式中：Nd——动载荷；

μ——动载荷系数；

Nj——静载荷。

根据设备传动系统参数，电机转速：1480r/min及齿轮参数查得：μ约为1.286

故Nd≈μNj≈1.286x54≈69.44T

由以上参数获知：现有基础满足冷剪机改动后要求。

1.2 落料问题

一棒生产线设备基础采用高架型式设计的，轧线主体设备安装在4.5m平台上，稀油站、液压站、油气站等辅助设备安装在平台下的地面上。650T冷剪设备安装在主轧跨平台上，冷剪基础与冷床基础是一个整体结构，用混凝土浇筑而成，平台下用立柱支撑，冷剪基础厚度最大处为1750mm。650T冷剪落料口在冷剪操作侧，切头沿冷剪落料槽从操作侧滑落至平台下料斗内。按常规设计的850T冷剪的落料口是在冷剪后，沿轧件前进方向向前落料，落料槽斜度为40°，冷剪本体落料口宽度1400mm，与650T冷剪的落料口尺寸和位置都不符。如果采用向前落料，则整个冷剪基础平台要拆除重新浇筑，且要拆除平台下液压站及精整区域的电缆桥架等，施工作业区域大，基础施工难度大，工期较长，约停产40天，工程投资大。为了缩短停机时间，降低工程投资，需要按目前的基础现状重新设计操作侧落料型式的850T冷剪。这种型式的850T冷剪在国内没有，无现成的图纸，需要进行非标设计。设计过程中，要考虑剪刃加长100mm后，落料口斜度满足切头顺利滑落的需要，要考虑落料口不能太大，避免影响冷剪本体的强度和刚度。经过与冷剪制造厂家的多次交流沟通，实体模型计算，最终确定冷剪落料口宽度为500mm，落料口斜度23°，解决了850T冷剪在操作侧落料的问题。

1.3 地脚螺栓埋设问题

原650T冷剪地脚螺栓与850T冷剪地脚螺栓位置不同，无法满足850T冷剪安装需求，需要重新埋设地脚螺栓。结合现场基础条件，经过讨论验算，决定采用贯通式安装方法埋设850冷剪地脚螺栓。用打孔设备按新冷剪地脚螺栓布置位置钻孔，将平台基础打透，打孔深度最大为1750mm。850T冷剪地脚螺栓为M64双头螺柱，为了最大限度的减少打孔对基础的损伤，确定最小打孔直径为φ80mm。冷剪设备安装找正完毕，预紧地脚螺栓，二次灌浆前，在螺栓与孔壁之间的缝隙内灌注锚固植筋胶，该锚固植筋胶起到固定螺栓的作用，并将螺栓与混凝土基础锚固在一起，大大提高了地脚螺栓的抗拉能力，提高了地脚螺栓的抗震性能，达到与预埋地脚螺栓同等效果。如图1地脚螺栓安装图示。

1.4 冷剪本体吊装问题

一棒车间主轧跨内有三台桥式起重机，中间一台是10t，两侧为20/5t各一台，单台桥式起重机最大起重量为20t。在改造过程中，冷剪拆解后，最大重量的部件是壳体，重约30t，超出了单台起重机的最大起重量，无法对冷剪壳体进行吊装作业。为解决这一问题，设计制作了专用吊装工装，用主轧跨内两台桥式起重机协作，共同吊装冷剪壳体，进行旧冷剪拆除和新冷剪设备安装作业，最终解决了超重部件的吊装问题。

图1 冷剪地脚螺栓安装图

2 实施效果

此次650T冷剪升级改造为850T冷剪工作是借助一棒生产线年度设备项修时机实施的，实施时间为2013年11月份。改造后，冷剪设备各项运行参数正常，稀油压力为0.3MPa，干油润滑正常，管路畅通，各轴瓦温度为45～55℃，符合标准要求。实际剪切次数为：13次/分钟，满足生产线生产需要，且提高了冷剪设备的剪切能力，提高了生产节奏。截至目前，改造后新冷剪已经连续安全运转36个月，此次改造达到了预期目标，为公司创造了较好的经济效益。

3 结语

在此次冷剪设备改造过程中碰到了很多难题，通过积极探索和研究一一解决了，积累了实践经验，为今后类似设备改造打下了基础。通过对冷剪设备升级改造，解决了原冷剪设备剪切能力不足的问题，消除了设备存在的安全运行隐患。冷剪设备各项运行参数得以改善，设备剪切能力得到提高，为生产线提产、降本、增效创造了良好的条件。

[1]机械设计手册编委会编著.《机械设计手册》第三版[M].北京：机械工业出版社，2004.8.

[2]陈国璋、孙桂林等主编.《起重机计算实例》第一版[M].北京：中国铁道出版社，1985.12.

TG333.2+1

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1671-0711（2017）03（上）-0070-02