热轧门架型钢粗轧机导卫的优化改进

孙晓庆

(山东钢铁股份有限公司莱芜分公司)

0 前言

门架型钢用于制作叉车升降部位的内外门架，一般分为门架C型钢、门架H型钢和门架J型钢，其中门架J型钢结构不对称，异型化程度高、精度控制难度大。山东钢铁股份有限公司莱芜分公司目前已成功开发J160a、J160b和J180b等门架J型钢，近年来随着叉车行业的高速发展，叉车产量的增加，门架J型钢的需求量也逐年增加。在J160b门架型钢大批量生产过程中，极易出现侧弯、卡钢、缠辊等问题，影响生产效率。为稳定生产工艺，提高轧机产量，分析粗轧机导卫在轧制中存在的问题，对粗轧机导卫装置进行优化设计。

1 存在问题

J160b门架型钢在莱钢型钢厂小型线生产，莱钢型钢厂小型生产线是国内具有自主知识产权的一条专业生产H型钢的生产线，整条生产线共有7架轧机，主要设备有：Φ650开坯机一架、Φ550开坯机一架、精轧机三架和轧边机两架，年产量达20万t。J160b门架型钢尺寸为J161 mm×54 mm×15 mm×20.5 mm，截面如图1所示。坯料首先在粗轧机R1轧制5道次，然后进入R2轧机，轧制3道次后进入精轧阶段，经U1-S2-U3后轧制获得成品。J160b门架型钢的上翼板高度为38 mm，为了控制上腿高度，R1轧机采用斜轧工艺，K1～K5孔型系统见图2所示。

图1 J160b门架型钢

(a) K1 (b) K2 (c) K3

(d) K4 (e) K5

J160b门架型钢为复杂断面异型钢，型钢截面上下、左右均不对称，金属在断面各部分的分配差异较大。孔型设计时为了减少后续R2和万能轧机轧制的不均匀变形，把不均匀变形尽量集中在温度较高的粗轧机R1的几个道次中[1]。在生产过程中，R1轧制过程中轧件的不均匀变形严重，经常出现侧弯、上翘下叩和扭转的问题，R1轧制过程中主要存在问题如下：

(1)轧件出K2孔型后向左侧侧弯，导致轧件进K3孔型时容易出现卡钢、咬入困难的情况。虽然轧机机前传送辊道已使用斜辊道，但仍存在咬入困难的情况，需对侧导板进行优化。

(2)卫板通过挡板安装在横梁上，并通过弹簧挂钩进行牵引。卫板前部与轧辊轧槽接触，当轧件通过产生冲击时不应发生松动和移位。实际生产中，K2、K3孔型下卫板宽度在40 mm ～50 mm，固定在横梁后，因宽度小，受轧件冲击后容易发生位移。在轧制过程中，经常出现轧件撞掉卫板，卫板变形的情况，容易发生缠辊。

(3)R1轧机孔型系统为斜轧，下卫板为异型截面卫板，且卫板前端与轧辊接触部分必须与轧辊轧槽的形状相吻合。生产过程中，新投入使用的下卫板与轧辊贴合度不好，需要在安装过程中对下卫板进行反复修磨和调整，增加了导卫安装时间，影响生产节奏。

3 改进措施

3.1 侧导板的优化

针对R1轧机轧制中存在的问题进行分析，在K2孔型变形过程中，轧件截面右侧延伸大于左侧延伸，导致轧件出K2孔型后向左侧侧弯。为减少轧件出轧机后的侧弯，在K2孔型出口左侧侧导板的尾部加装导轮，减少轧件出轧机后的侧弯量，加装导轮后的侧导板示意图如图3所示，侧导板改造前后的照片如图4所示。

图3 K2孔型侧导板示意图

(a) 改造前

(b) 改造后

同时为了便于轧件能够顺利进入K3孔型，根据来料形状和K3孔型的侧壁斜度将K3孔型的入口侧导板加装楔形块，增加侧导板对轧件的引导和夹持作用，改进后的侧导板如图5所示。

(a) 示意图

(b) 实物

3.2 卫板的优化

K2和K3孔型轧辊腰部为斜面，且平直段为40 mm～50 mm。卫板设计时，根据轧辊轧槽进行设计[2]。因卫板宽度较窄，当轧件出孔型撞击卫板时容易产生位移。随着轧制量的增加，卫板容易被撞掉和撞坏。根据两侧侧导板的开口度，将卫板尾部焊接固定块进行加宽处理，减少卫板与侧导板之间的间隙，减少卫板横向的位移量，优化后的卫板如图6所示。

(a) 示意图

(b) 实物

3.3 利用三维软件设计卫板

原卫板为CAD二维制图做出，图纸设计工作繁琐，误差较大，加工安装后与轧辊存在干涉、闪缝的问题，需现场安装后进行修磨处理，增加了现场工作量，影响生产效率。现利用三维软件重新设计卫板，以设计K3下卫板为例，设计步骤如下：

(1)建立下卫板模型。根据K3孔型下轧辊孔型，设计下卫板截面形状，运用拉伸工具建立下卫板模型；

(2)建立轧辊模型。将K3孔型下辊孔型图导入零件图中，运用旋转工具建立K3孔型下轧辊模型；

(3)建立装配模型。将下卫板模型和下轧辊模型导入到装配图中，根据现场下卫板的安装要求，将下卫板与下轧辊进行配合；

(4)获得与轧辊贴合的下卫板。利用布尔命令进行裁剪，得到与轧辊贴合的K3下卫板模型，然后导出CAD平面图。

设计步骤如图7所示。利用直观的三维软件进行设计，使卫板前端能与轧辊轧槽形状相吻合。直观的进行下卫板和轧辊间的配合，并能检查配合中存在问题。后期轧辊直径发生变化后，可快速进行卫板图纸修改。利用三维软件将R1粗轧机卫板进行重新设计，在现场安装时不存在干涉和闪缝的问题。

(a) 建立下卫板模型 (b) 建立下轧辊模型 (c) 建立装配模型 (d) 获得与轧辊贴合的下卫板

图7设计步骤

4 改进效果

对R1轧机K2出口侧导板和K3入口侧导板改进后，轧件出K2孔型后侧弯减轻，轧件进入K3孔型时轧制稳定，同时减少工人的劳动强度，提高轧制节奏，J160b门架型钢每班次产量由原来的240 t增加为280 t。R1轧机卫板经重新设计后，与轧辊贴合度较好，缩短导卫安装时间，减少了因卫板原因导致的卡钢、废钢的情况，提高了轧制效率。同时减少卫板备件数量，R1轧机卫板过钢量由原来的3000 t更换，提高到5000 t更换，适应现在的大批量生产。

5 结论

通过对J160b门架型钢粗轧时出现的问题及其原因进行分析，根据生产情况总结经验，对出口侧导板、入口侧导板和卫板进行了改造，实现了J160b门架型钢的稳定轧制。利用三维软件设计卫板，方法简单，结果合理可靠，在实际生产应用中取得了很好的效果。

[1] 曲克.轧钢工艺学[M].北京：冶金工业出版社，1994：315-319.

[2] 胡彬.型钢孔型设计[M].北京：冶金工业出版社，2010：306-311.