棒材生产线650t冷剪机改造实践

阳志清 华望

（方大特钢科技股份有限公司 江西南昌330012）

1 前言

650t冷剪机是棒材生产线核心设备之一，其功能是将轧件进行定尺剪切。随着多线切分轧制工艺的不断成熟和高强度优特钢的开发，棒材生产线的能力大幅提高［1］。某轧钢厂棒材线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，原年设计生产能力为30万吨，经过多次设备改进、工艺改进，目前已经具备100万吨的生产能力，远超出设计范围。目前车间生产产品以螺纹钢为主，产品规格为Φ12mm～Φ32mm。

2 冷剪改造前现状

2.1 冷剪机设备主要参数

作用：冷剪将冷床输出辊道送来的倍尺长度钢材剪切成定尺长度；

位置：＋5m平台上，布置在冷剪前后运输辊道中；

数量：1个；

技术性能：

剪切力：6500kN；

剪刃开口度：140mm；

剪刃宽度：1250mm；

上剪刃行程：150mm；

理论剪切次数：20次／min；

实际剪切次数：6次／min；

传动电机：AC，110kW；

结构：采用C型壳体结构，曲柄滑块式传动。上下剪刃都固定在剪刃架上，下剪刃架安装在剪体上，上剪刃架安装在滑块上，通过曲柄—连杆机构，可使滑块上下滑动。电机经减速机带动曲柄滑块机构，实现上剪刃上下往复运动。

2.2 冷剪机改造前主要存在问题

冷剪安装在冷床输出辊道和定尺挡板中间部位，用来对冷床输出的倍尺钢材进行切头和定尺剪切［2］。改造前，随着棒材线产能的提升，精整配套冷剪设备已超负荷运行，存在剪切能力不足、设备故障率高、维护工作量大、维修难度大等问题。原有的C型冷剪设备己无法满足生产工艺需求，主要原因是冷剪壳体是由厚钢板焊接制成C型结构，当剪切负荷较大时，会产生让刀现象，这是壳体弹性变形所致，若负荷再断续加大，壳体两侧墙板会产生塑性变形以至于开裂。由于该设备的侧墙板是冷剪壳体的主要承载受力部件，若该部件损坏将会直接影响设备本体的结构安全，若不采取有效措施，裂缝就会继续扩大，最终将导致该设备壳体甚至整机报废。

主要存在问题可归纳为以下四个方面：

（1）剪切能力不足：由于轧制线机时产量最高的规格已超过200t／h。剪切能力不足，设备超负荷运行：以剪切Φ16四级螺纹为例，剪切支数为68支，钢材剪切力为［3］：

式中：R1—考虑由于刀刃磨钝、刀片间隙增大而是剪切力提高的系数，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；

远超设备6500kN的设计能力。

（2）由于原设计中的冷剪受结构方式为C型结构，在剪切时，冷剪的壳体受力较大。长期超负荷剪切易造成壳体开裂。针对裂缝的处理，曾用150mm×150mm的方钢在开裂焊接打补钉加固墙板，但使用一段时间后方钢也会被拉断，且壳体表面同一部位反复焊接，钢板组织也会发生变化，影响焊接质量，导致焊缝又开裂，增加了设备维修难度。

（3）升级设备改造费用大：目前，对于新建棒材生产线，为解决剪切设备能力不足问题，一般会选用更大型号的冷剪设备，但会增加成本投入，且需停产较长时间才能施工。而对于现有生产线而言，要解决冷剪壳体开裂问题，只能通过限制每次剪切成品材的支数来实现，但这样操作制约了剪切能力，对产能影响比较大，限制了产能发挥，生产效率低。

（4）无法满足剪切质量要求：会产生让刀现象，导致剪切断面不平整、出现毛刺等剪切质量缺陷。剪切让刀这是壳体弹性变形所致，若负荷再断续加大，壳体两侧墙板会产生塑性变形以至于开裂。由于该设备的侧墙板是冷剪壳体的主要承载受力部件，若该部件损坏将会直接影响设备本体的结构安全，若不采取有效措施，裂缝就会继续扩大，最终将导致该设备壳体甚至整机报废。

3 改进方式及过程

龙门式加固装置，主要部件包括上支架1，立柱5和下支架6，上支架1与下支架6分别固定焊接在壳体7顶部和底部，目的是为了留出接口，便于安装两根立柱5。装配后，两根立柱5分别承受25%的垂直剪切负荷，为原有壳体7分担了近一半的负荷，且原有壳体7两侧墙板受力结构也得到优化，不再集中在刀片一侧，而是整体承受上下拉伸力，提高了设备剪切能力。

上支架1与壳体7顶部焊接成一体，用气保焊连续施焊，上支架1在焊前要加工好坡口，这样可以确保焊接牢固可靠。

图1 龙门式加固装置主视图

图2 龙门式加固装置侧视图

下支架6与壳体7底部焊接成一体，全部为立焊，焊接工艺和方法同上。

两根立柱5各通过八根M48螺柱3与上支架1、下支架6联接，由于立柱5在剪切时会承受垂直拉伸力，为了防止螺柱3承受剪力，在立柱5与上支架1和下支架6接触面上各设计一个可调宽度的楔形键2，共四件。冷剪设备在进行剪切工作时，上支架1和下支架6通过这四个楔形键2传递给两根立柱5，这样所有螺柱3只起拆卸、安装立柱5的作用，并不承受剪切负荷。

由于冷剪在大修时，必须要拆除面板4，才能进行壳体7内部的磨损件更换，曲轴的远端铜套是固定在面板4上，因此面板4只能从水平方向拆装。立柱5设计成可拆卸结构也主要是为检修时面板4的拆装让出空间，只需要先松掉16个螺柱3的螺母和四个楔形键2，立柱5就可以吊出。

由于面板4起着固定曲轴远端作用，因此剪切负荷通过曲轴也传递给了面板4，所以面板4与壳体7之间的固定螺丝大都损坏了，在冷剪剪切动作时，面板4与壳体7会有相对运动。为了解决该问题，利用立柱5与面板4之间空隙，设计四个楔形键2，即在立柱5与面板4上下结合处各两件，这样通过这四个楔形键2的调整，在面板4的四个角上始终施加一个水平力，面板4与壳体7才能始终保持紧固状态。

为了提高安装精度，确保四个楔形键2不超出调整范围，将上支架1、立柱5、下支架6在线下用螺柱3和楔形键2全部装配好，并通过楔形键2（图3）调整好螺柱3与立柱5间的间隙，装配好后，再整体吊装到冷剪的壳体7上，垂直方向以上支架1和壳体7的上表面接触面为定位，水平方向以下支架6与壳体7垂直接触面为定位。定好位后先点焊定位，再连续焊接。焊接完成后，C型悬臂式冷剪就改成了龙门式冷剪［4］。

图3 楔形键锁紧

由于龙门式结构的受力得到优化，壳体7约50%负荷分担到了两根立柱5上，正常剪切时的弹性变形大幅度缩小。

4 改进前后性能效果对比

表1 改造前后各规格剪切支数对比（单位：支）

改造后，冷剪的产能已经大于轧制线产能，不再成为制约生产的瓶颈，目前该生产线日产量最高已经达5000吨以上，且该设备再没出现开裂问题。通过此次改造，避免了这台设备面临报废的结果。改造后，冷剪在正常剪切过程中，也未出现过因壳体弹性变形“让刀”现象造成的剪切毛刺和钩头等质量问题，提升了产品质量。

通过此次改造，不但恢复了该设备的所有性能参数，甚至还提升了该设备原有的剪切能力，各规格剪切支数平均增加22%。

5 结论

经过改造，将冷剪机由原“C”型结构采用预紧力螺栓改造成龙门框架结构。剪切时，箱体震动明显降低，面板无松动现象，机架刚度明显提高。改造后剪切质量良好、稳定，剪切能力提高了22%，既满足了生产需要又提升了产品质量。