一种高延性带肋钢筋的生产系统以及生产方法与流程

本发明涉及一种钢筋的生产系统生产方法，特别涉及一种高延性带肋钢筋的生产系统以及生产方法，属于钢筋冷轧领域。

背景技术：

随着我国高铁的不断发展，高铁所用的钢筋需求量也在急剧的攀升，然而，高铁的中所用的钢筋有着特殊的要求，要求钢筋既具有高延性，有要求具有一定的抗拉强度，传统的钢筋生产中，包括热轧成型和冷轧成型，与热轧成型相比，冷轧成型更具有环保性、稳定等特点，冷轧成型中，采用的盘条是按照一定的比例配方将原料熔化，经粗轧、中轧、精轧、吐丝，风冷或水冷等形成盘条，在形成盘条过程中，为了提高盘条的抗拉强度，提高生产速度，都要经过风冷、水冷或油冷等工序，经过冷处理的热成型钢筋，至少在钢筋表面形成了一种应力，另外，盘条的抗拉强度在400mpa左右。

为了进一步提高用于高铁建设中所需的钢筋产品的延长率和抗拉强度，对目前的生产设备进行了分析研究，并对包括专利技术在内的现有冷轧钢筋工艺进行了分析，在此基础上进行了试验分析。

在试验之前，进行了如下专利方面的检索，分析。

申请号为00122927.3的专利提供了一种低松弛预应力高强钢丝的制造方法，其工艺步骤是除鳞、冷轧、拔丝螺旋成型、稳定化热处理工序。

专利号为200410013658.2为提供了一种高强度低松弛冷轧带肋刻痕钢筋及生产方法和专用生产线，其生产工艺为开卷、放线、除鳞、冷轧、刻痕、热处理、收线等工序。

申请号为201510945123.7的专利提供了一种冷轧钢筋加工工艺，该生产工艺，包括步骤：1)将热轧盘条送入轧机单元减径冷轧并生成肋纹；2)对步骤1)中经过冷轧的热轧盘条进行热处理；3)将步骤2)中经过热处理的热轧盘条矫直后定尺剪切并收集。图7是具有代表性的现有生产线，即：该专利中公开的工艺配置。

专利号为201610669407.2提供了一种高延性冷轧带肋钢筋加工方法，其工艺为：除鳞、减径、成型、热处理、冷却等步骤，申请号为201810818442.5公开了一种冷轧钢筋生产方法，其方法包括：

步骤一、在钢炉中的钢模中浇筑钢水，定型冷却后形成热轧钢筋；

步骤二、将步骤一中的钢筋除磷，引入轧机进行冷轧、冷扭；

步骤三、将步骤二中经过冷轧、冷扭后的钢筋，通过应力消除机消除冷轧应力；

步骤四、将步骤四中消除冷轧应力的钢筋引入成套设备，进行除锈、调直，收卷入库。

从上述方法中发现，对盘条利用冷轧工艺生产带肋钢筋时，都是考虑到加工后钢筋的晶粒结构、抗拉强度、屈服强度、伸长率等产品的出厂指标，没有结合采购产品固有的特性进行生产。换句话说：在现有技术中，产品的特性都是经过冷轧后进行热处理来满足产品的特性，没有考虑到加工前产品的特性，其实，在冷轧生产中，作为原材料的盘条直接进行冷轧加工，会使原来盘条的晶相组织破坏，降低其可塑性，也在一定程度上降低了钢筋的强度，即使在后面的热处理中加热处理，但是，由于加热处理的温度远远不及当初制造盘条时的盘条成型温度，因此，经过冷轧加工后热处理的钢筋很难恢复到当初盘条淬火处理后的晶粒结构，另外，由于在盘条热处理中，为了提高生产效率，一般盘条的降温速度都较快，都要经过淬火处理，快速的降温，尽管提高了钢筋的抗拉强度，相对而言其延长率要低，但是，若用于高铁高架桥、无砟轨道而言，对钢筋的抗拉强度、屈服强度，特别是延长率与一般建筑要求有所不同，用于高铁建设中的钢筋既要求加高的抗拉强度、屈服强度，又要求较高的延长率，如果在原来盘条上直接进行冷轧加工，即使是在带肋钢筋成型后期进行热处理，其抗拉强度和延长率也是难在现有冷轧技术的基础上得到进一步提升的，如何能够在现有产品指标的基础上进一步提高抗拉强度和延伸率，是冷轧钢筋厂家面临的一个新的课题。

技术实现要素：

针对高铁高架桥、无砟轨道建设中对钢筋的抗拉强度、延长率同时要求较高的特点，本发明考虑到盘条的成型工艺，考虑到盘条具有的抗拉强度，高延长性特点，提供一种高延性带肋钢筋的生产系统以及生产方法，其目的在一定温度下对钢筋进行二次冷轧加工，降低在二次冷轧过程中对盘条的晶相组织破坏程度，缓和钢筋冷轧时具有的硬度，从而会降低冷轧时所需冷轧动力，节约能源，经过二次热处理，进一步保证抗拉强度和延长率。

本发明的技术方案是：一种高延性带肋钢筋的生产系统，所述生产系统包括放线机、除鳞机、轧制减径机、活套、轧制压肋机、热处理装置、收线机以及生产线控制器，所述生产系统至少包括两种轧制设备和两种热处理装置，两种轧制设备包括轧制减径机和轧制压肋机，两种热处理装置包括一次热处理装置和二次热处理装置，一次热处理装置和二次热处理装置分别设置在轧制压肋机的前后位置上，所述一次热处理装置和二次热处理装置后分别设置有温度检测仪，一次热处理装置、二次热处理温度以及检测仪与生产线控制器连接。

一种高延性带肋钢筋的生产方法，包括放线工序、除鳞工序，轧制减径工序、活套、轧制压肋工序、热处理工序、收线工序，其特征在于：所述带肋钢筋在带肋钢筋压轧生产线中，至少包括两次热处理工序，其中一次热处理工序位于轧制压肋工序前，二次热处理工序位于轧制压肋工序后，一次热处理工序为预热处理工序，预热处理工序的预热温度低于200°c，二次热处理工序的热处理温度低于180-700°c，压轧后线材钢筋的直径缩小18-28%，通过设置一次热处理工序的带肋钢筋的生产方法生产出的带肋钢筋的屈服强度和抗拉强度分别在550-600mpa和610-700mpa，伸长率在13-18%；

进一步，所述轧制减径机包括左右方向的轧制减径机和上下方向的轧制减径机，所述轧制压肋机包括左右方向的轧制压肋机和上下方向的轧制压肋机，轧制减径机和轧制压肋机上均设置有成对滚轮，最后一个轧制压肋机的成对滚轮为带有压肋和/或刻痕的成对模具滚轮；

进一步，所述轧制减径机、轧制压肋机、热处理装置前设置有定向装置，所述定向装置为一对或多对上下和/或左右方向的定向滚轮或者是水平状定向套管，轧制减径机和轧制压肋机之间还设置有用于调节线材松弛度的活套和钢筋线材转向装置；

进一步，所述一次热处理装置和二次热处理装置分别由多个高频和中频线圈构成，多个高频和中频线圈前分别设置有多个钢筋移动稳定滚轮，多个钢筋移动稳定滚轮的滚轮轴为空心轴，空心轴内设置冷却水；

进一步，所述带有压肋和/或刻痕的最后一组成对模具滚轮外周中间设置有v型凹槽，一对滚轮的v型口相对设置，v型凹槽内两个侧面为凹陷圆弧状，v型凹槽中两个凹陷圆弧的弦相交顶角为90°，v型凹槽内设置有两个相互交替排列的柳叶状倾斜肋槽，弦相交顶角呈凹陷状，两个柳叶状倾斜肋槽肋长方向中间线与模具滚轮外周面之间的夹角分别在100-130°、130-145°，v型凹槽内弦相交顶角形成的圆周线和上下滚轮的合模线上均设置有凹陷部，凹陷部深度小于2mm，两个柳叶状倾斜肋槽的肋长方向中间线间距小于10mm，上下滚轮内的两个柳叶状倾斜肋槽的倾斜角相差180°；

进一步，所述转向装置为减径钢筋的90度转向装置，转向装置由多个拱形孔构成，自前向后多个拱形孔的弦由水平方向逐渐转为垂直方向，拱形孔设置在耐磨板上；

进一步，所述盘条线材直径小于15mm，高延性带肋钢筋的包括：

1）、将盘条设置在放线机上，并引至除鳞机；

2）、利用除鳞机去除钢筋表面氧化碎屑；

3）、利用轧制减径机对钢筋线材进行轧制减径，轧制减径包括左右方向的轧制减径工序和上下方向的轧制减径工序；

4）、利用一次热处理装置对轧制减径后的钢筋线材进行预热处理；

5）、对一次热处理工序处理后的线材进行温度检测，并将信息反馈到生产线控制器，生产线控制器对多个高频发生器温度进行调节；

6）、利用轧制压肋机对钢筋线材进行轧制，同时进行轧制压肋和/或刻痕，轧制压肋和/或刻痕包括左右方向的轧制工序和上下方向的轧制压肋和/或刻痕工序，轧制压肋和/或刻痕工序位于轧制压肋机的最后；

7）、所述二次热处理装置对轧制减径后的钢筋线材进行二次热处理，二次热处理工序包括加热、强制冷却和自然冷却分工序；

8）利用温度检测仪对二次热处理工序中多个中频线圈末端带肋钢筋的温度进行检测，生产线控制器根据检测温度对多个中频加热器的温度进行调节；

9）、利用收线机对带肋钢筋进行缠绕，形成带肋钢筋盘卷，必要时进行多个带肋钢筋收线机之间的切换；

进一步，所述一次热处理工序为高频线圈加热，所述二次热处理工序为中频线圈加热，多个高频线圈和中频线圈的温度分别逐渐提高，一次热处理工序的升温速度在110-200°c/秒，二次热处理工序的升温速度在120-150°c/秒；

进一步，所述二次热处理工序中的强制冷却的降温速度在10-30°c/秒，强制降温时间为2秒。

通过在轧制减径后设置一次预热，虽然对钢筋的整体特性不会带来太大的影响，但是可维持在冷轧状况下的屈服强度，能在一定程度上够缓解盘条钢筋的淬火强度，能够在一定程度上降低轧制减径机冷轧状态下给钢材在塑性变形中引起的晶相的缺陷，而且能够降低随后轧制压肋工序中的晶相缺陷，经过一次预热，有助于轧制压肋过程中的成型，可在一定程度上降低轧制压肋中所需动力，降低轧制压肋成型难度、节约能源，同时，在二次热处理过程中可在一次热处理的基础上继续升温，在低于200°c的温度下的一次预热不仅能够释放盘条制造中带来的应力，而且在不影响盘条和带肋钢筋实质特性的情况下，提高二次热处理的升温时的最低温度，缩短二次热处理的升温时间，加快二次热处理的速度；通过在轧制减径机和轧制压肋机之间设置钢筋线材转向装置，能够将减径后轧制成椭圆形结构的线材旋转90度后继续对向圆形结构轧制；通过利用本发明能够在一定温度下对钢筋进行冷轧加工，减轻在冷轧过程中对盘条的晶相组织破坏程度，降低钢筋冷轧时具有的硬度，从而会降低冷轧时所需冷轧动力，节约能源，经过二次热处理，进一步提高抗拉强度和延长率。

附图说明

图1本发明生产系统的结构示意图。

图2转向装置内多个拱形孔的结构示意图。

图3单个热处理装置的结构示意图。

图4压肋和/或刻痕的最后一组成对模具滚轮中一个滚轮外周v型凹槽内的结构水平面示意图。

图5压肋和/或刻痕的最后一组成对模具滚轮中另一个滚轮外周v型凹槽内的结构水平面示意图。

图6压肋和/或刻痕的最后一组成对模具滚轮的纵向剖面示意图。

图7具有代表性的现有生产线。

具体实施方式

以下参照附图结合实施例就本发明的具体技术方案进行详细说明。在以下的描述中，前后方向是指钢筋的流向，左右方向是指钢筋生产线前进方向的两个侧面，上下方向是指垂直方向上的上下方向。

附图中的标号分别代表：10-放线机、11a-定向套筒一、11-除鳞机、12a-定向滚轮一、12-上下方向的轧制减径机、13a-定向套筒二、13-左右方向的轧制减径机、14a-钢筋方向稳定滚轮一、14一次热处理装置、15-温度检测仪、16-转向装置、17a-定向套筒三、17-左右方向的轧制压肋机、18a-定向滚轮二、18-上下方向的轧制压肋机，19a-钢筋方向稳定滚轮二，20a-线材钢筋、20b-带肋钢筋、21-飞剪机、22-传送轨道切换机、23a-收线机一、23b收线机二、24-耐磨板、25-拱形孔、26-高频或中频发生器、27-加热线圈、27a-保温罩、28-移动稳定滚轮、29-空心轴冷却水管、30a-v型凹槽侧面一、30b-v型凹槽侧面二、31a-柳叶状倾斜肋槽一、31b-柳叶状倾斜肋槽二、32-中间线、33-顶角凹陷部、34-合模凹陷部。

本发明的技术方案是：一种高延性带肋钢筋20b的生产系统，图1是本发明生产系统的结构示意图。所述生产系统包括现有技术中的放线机10、除鳞机11、轧制减径机、活套、轧制压肋机、热处理装置、收线机以及生产线控制器，所述生产系统至少包括两种轧制设备和两种热处理装置，两种轧制设备包括轧制减径机和轧制压肋机，两种热处理装置包括一次热处理装置14和二次热处理装置，一次热处理装置14和二次热处理装置分别设置在轧制压肋机的前后位置上，所述一次热处理装置14和二次热处理装置后分别设置有温度检测仪15，一次热处理装置14、二次热处理温度以及检测仪与生产线控制器连接。

一种高延性带肋钢筋20b的生产方法，包括放线工序、除鳞工序，轧制减径工序、活套、轧制压肋工序、热处理工序、收线工序，所述带肋钢筋20b在压轧过程中，至少包括两次热处理工序，其中一次热处理工序位于轧制压肋工序前，二次热处理工序位于轧制压肋工序后，一次热处理工序为预热处理工序，预热处理工序的预热温度低于200°c，二次热处理工序的热处理温度低于180-700°c压轧后线材钢筋20a的直径缩小18-28%，通过设置一次热处理工序的带肋钢筋20b的生产方法生产出的带肋钢筋20b的屈服强度和抗拉强度分别在550-600mpa和610-700mpa，伸长率在14-18%。

表1、利用本发明生产线与现有生产线产品特性相比较的实施例

所述轧制减径机包括左右方向的轧制减径机13和上下方向的轧制减径机12，所述轧制压肋机包括左右方向的轧制压肋机17和上下方向的轧制压肋机18，轧制减径机和轧制压肋机上均设置有成对滚轮，最后一个轧制压肋机的成对滚轮为带有压肋和/或刻痕的成对模具滚轮。

所述轧制减径机、轧制压肋机、热处理装置前设置有定向装置，所述定向装置为一对或多对上下和/或左右方向的定位滚轮或者是水平状定位套管，其中，11a为定位套筒一，位于除鳞机11前面，定位套筒一12a为水平方向的喇叭状套筒结构，这是因为在放线过程中盘条线材会有晃动现象，利用这种结构能够将晃动现象稳定下来；12a为定位滚轮一，位于上下方向的上下方向的轧制减径机12的前面；13a为定位套筒二，位于左右方向的轧制减径机13前；14a为钢筋方向稳定滚轮一，位于一次热处理装置14内各个高频加热线圈前；17a为定位套筒三，位于左右方向的轧制压肋机17前；18a为定位滚轮二，位于上下方向的轧制压肋机18前；19a为钢筋方向稳定滚轮二，位于二次热处理装置内各个中频加热线圈前。

轧制减径机和轧制压肋机之间设置还设置有用于调节线材松弛度的活套和钢筋线材转向装置16。

所述一次热处理装置14和二次热处理装置分别由多个高频和中频线圈构成，图3是单个热处理装置的结构示意图。一次加热装置和二次加热装置分别由多个单个热处理装置构成，根据需要将单个热处理装置的加热线圈27排列成一条线分别进行控制，在高频或中频发生器26中设定加热温度，并利用控制器进行相应的调节，27a为加热装置的保温罩，排列成一排的多个高频和中频加热线圈27前分别设置有多个钢筋移动稳定滚轮28，多个钢筋移动稳定滚轮28的滚轮轴为空心轴，空心轴内设置冷却水，29为空心轴冷却水管，冷却水在多个空心轴冷却水管中循环流动，以此防止滚轮轴受热膨胀阻扰滚轮的滚动。

图4压肋和/或刻痕的最后一组成对模具滚轮中一个滚轮外周v型凹槽内的结构水平面示意图。图5压肋和/或刻痕的最后一组成对模具滚轮中另一个滚轮外周v型凹槽内的结构水平面示意图。图6压肋和/或刻痕的最后一组成对模具滚轮的纵向剖面示意图。所述带有压肋和/或刻痕的成对模具滚轮中最后一组滚轮外周中间设置有v型凹槽，一对滚轮的v型口相对设置，v型凹槽的两个侧面为凹陷圆弧状，v型凹槽的两个侧面为v型凹槽侧面一30a和v型凹槽侧面二30b，v型凹槽中两个凹陷圆弧的弦相交顶角为90°，v型凹槽内设置有两个相互交替排列的柳叶状倾斜肋槽，具体为柳叶状倾斜肋槽一31a和柳叶状倾斜肋槽二31b、弦相交顶角呈凹陷状，33为顶角凹陷部，两个柳叶状倾斜肋槽的肋长方向中间线32与模具滚轮外周面之间的夹角分别在100-130°、130-145°，两个柳叶状倾斜肋槽的肋长方向中间线32位置深度最大，v型凹槽内弦相交顶角形成的圆周线和上下滚轮的合模线上均设置有凹陷部，34为合模凹陷部，凹陷部深度小于2mm，两个柳叶状倾斜肋槽的肋长方向中间线间距小于10mm，上下滚轮内的两个柳叶状倾斜肋槽的倾斜角相差180°。

利用这种滚轮模具加工出的钢筋主体为四面为弧状凸出的四面体，对角部凸出，其中的两个对角高度与柳叶状倾斜肋高度一致，对角突出部与两个倾斜的柳叶状倾斜肋相交，另外两个对角凸出部有合模凹陷部形成呈单独凸出状，不与柳叶状倾斜肋相交。

所述温度检测仪15为红外线温度检测仪15。

所述转向装置16为减径钢筋的90度转向装置16，图2是转向装置内多个拱形孔的结构示意图。转向装置16由多个拱形孔25a构成，自前向后多个拱形孔25a的弦由水平方向逐渐转为垂直方向，拱形孔25a设置在耐磨板24上。

所述盘条线材直径小于15mm，高延性带肋钢筋20b的包括：

1）、将盘条设置在放线机10上，并引至除鳞机11；

2）、利用除鳞机11去除钢筋表面氧化碎屑；

3）、利用轧制减径机对钢筋线材进行轧制减径，轧制减径包括左右方向的轧制减径工序和上下方向的轧制减径工序；

4）、利用一次热处理装置14对轧制减径后的钢筋线材进行预热处理；

5）、对一次热处理工序处理后的线材进行温度检测，并将信息反馈到生产线控制器，生产线控制器对多个高频发生器温度进行调节；

6）、利用轧制压肋机对钢筋线材进行轧制，同时进行轧制压肋和/或刻痕，轧制压肋和/或刻痕包括左右方向的轧制工序和上下方向的轧制压肋和/或刻痕工序，轧制压肋和/或刻痕工序位于轧制压肋机的最后；

7）、所述二次热处理装置对轧制减径后的钢筋线材进行二次热处理，二次热处理工序包括加热、强制冷却和自然冷却分工序；

8）利用温度检测仪15对二次热处理工序中多个中频线圈末端带肋钢筋20b的温度进行检测，生产线控制器根据检测温度对多个中频加热器的温度进行调节；

9）、利用收线机对带肋钢筋20b进行缠绕，形成带肋钢筋20b盘卷，必要时进行现有技术中的多个带肋钢筋20b收线机前设置有飞剪机21和传送轨道切换机22，在生产线控制器的控制下载多个收线机之间进行缠绕切换。

在本实施例中，设置有收线机一23a、收线机二23b，通过飞剪机21和传送轨道切换机22在收线机一23a、收线机二23b上，轮流缠绕带肋钢筋20b。

图6是单个热处理装置的结构示意图。在热处理装置中，有多个这样的热处理装置组成，所述一次热处理工序为高频线圈加热，所述二次热处理工序为中频线圈加热，多个高频线圈和中频线圈的温度分别逐渐提高，一次热处理工序的升温速度在110-200°c/秒，二次热处理工序的升温速度在120-150°c/秒。

所述二次热处理工序中的强制冷却的降温速度在10-30°c/秒，强制降温时间为2秒。

在本生产线中，是在现有生产线中，在控制器增加了一次热处理的控制，设定了控制温度，在本实施例中，增加了5组高频加热线圈，5组高频加热线圈由单独控制的高频发生器控制，5组高频发生器分别与高频线圈电连接，同时，5组高频发生器又与生产线控制器电连接，加热功率由生产线的控制器调节，分别对每个加热线圈的功率进行调节，钢筋的传输速度与高频发生器的加热功率成正比，与此同时，降低了原有生产线中两种轧制设备中轧制压肋机的压力设定，在本实施例中降低了7%的轧制压力，另外，本发明中，与现有生产线相比较，降低了二次热处理的温度。

通过在轧制减径后设置一次预热，虽然对钢筋的整体特性不会带来太大的影响，但是可维持在冷轧状况下的屈服强度，能在一定程度上够缓解盘条钢筋的淬火强度，能够在一定程度上降低轧制减径机冷轧状态下给钢材在塑性变形中引起的晶相的缺陷，而且能够降低随后轧制压肋工序中的晶相缺陷，经过一次预热，有助于轧制压肋过程中的成型，可在一定程度上降低轧制压肋中所需动力，降低轧制压肋成型难度、节约能源，同时，在二次热处理过程中可在一次热处理的基础上继续升温，在低于200°c的温度下的一次预热不仅能够释放盘条制造中带来的应力，而且在不影响盘条和带肋钢筋20b实质特性的情况下，提高二次热处理的升温时的最低温度，缩短二次热处理的升温时间，加快二次热处理的速度；通过在轧制减径机和轧制压肋机之间设置钢筋线材转向装置16，能够将减径后轧制成椭圆形结构的线材旋转90度后继续对向圆形结构轧制；通过利用本发明能够在一定温度下对钢筋进行冷轧加工，减轻在冷轧过程中对盘条的晶相组织破坏程度，降低钢筋冷轧时具有的硬度，从而会降低冷轧时所需冷轧动力，节约能源，经过二次热处理，进一步提高抗拉强度和延长率。