史永刚 王小东 王仲凯
陕钢集团产业创新研究院有限公司 陕西 汉中 723000
摘要：随着煤炭矿井安全要求的不断提高，无纵肋螺纹钢式树脂锚杆金属杆体为掘进矿主要巷道及硐室支护，加工厂家对母材的要求越来越高。因此矿用锚杆钢生产的重点在于稳定钢材性能和提高钢材内部质量，同时保证钢材尺寸精度就是生产的关键。
关键词：矿用锚杆钢的质量要求、性能要求、尺寸精度。
近年来，国家对煤炭矿井安全要求不断提高，无纵肋螺纹钢式树脂锚杆金属杆体为掘进矿主要巷道及硐室支护，特点是强度增长快、强度高，安装后不仅能及时承受载荷，且锚固力大。
锚杆加工厂家对母材（以MG335为例）的要求是产品尺寸精确，不圆度小于0.40mm，纵向无肉眼可见的耳子，端面剪切较平齐，米重偏差小；对屈服强度要求一般为335MPa-420MPa，对抗拉强度要求一般为不小于495MPa，性能波动尽量小；断后伸长率不小于20%。因此MG335生产的重点在如何稳定钢材性能和提高钢材内部质量。
1 生产工艺设备介绍
1.1炼钢
一座900t混铁炉、两座120t顶底复吹转炉、一座双工位精炼炉、两台R10m八机八流165mm×165mm方坯连铸机。连铸过程采用保护浇注技术，并配置液面自动控制系统、结晶器电磁搅拌、末端电磁搅拌等装备。
1.2 1#棒线
年设计产能80万吨，配有一座步进梁式双蓄热小方坯加热炉。全线共18架轧机，即粗轧机组Φ550mm×6、中轧6机组Φ450mm×6、精轧6机组Φ350mm×6。粗轧前配置高压水除鳞，精轧前配置一段水冷，精轧后配置两段水冷。可生产Φ16-50mm圆钢、Φ12-50mm螺纹钢。
1.3检测设备
为满足正常生产及产品研发，公司配置了氧氮氢分析仪、金相显微镜、扫描电镜、金属摆锤冲击试验机等检测仪器。
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3、生产过程中的质量控制
3.1冶炼工序质量控制
转炉工序基本就是一个合金化的过程，重点是成分的控制。维护好炉型与炉底，制定合理的氧枪枪头更换制度，供氧制度执行严格，保证后期低枪位高氧压操作30秒以上。严肃工艺制度的执行，保证底吹效果，使得钢水成分均匀稳定。
针对合金控制应及时关注铁水成分信息，取样对比参考。要严格把握好合金的加入时间和加入顺序，稳定转炉出钢量，异常情况造成钢水出钢量预估不准时，应按照钢水成分下限控制，以便出完钢参考包样补加合金。装入量信息不确定时，及时与炉长联系参考吹炼时间判断出钢量。
冶炼工序夹渣物的来源主要是炉渣卷入，一次氧化产物和二次氧化产物，在钢包吹氩工序、连铸工序可以去除或者控制在合理的范围内。
3.2钢包吹氩工序质量控制
钢包吹氩就是一种简易的钢液脱气和去除非金属夹杂物的炉外精炼方法。钢液吹氩处理有重要的冶金意义。一是可以降低钢液中溶入气体(如氢、氮、氧)的含量;二是去除钢液中残存的非金属夹杂物(如氧化物、硫化物、氮化物等);三是使钢液在浇注前成分、温度均匀，可明显降低浇注的开浇温度，实现连铸工艺正常化，提高钢材冲击韧性。
钢包吹氩需要特别注意：
3.2.1氩气耗量的影响
从理论计算和生产实践得知，当吹氩量较低时，氩气在钢包中只起搅拌作用，而脱氧、去气效率低且不够稳定，并对改善夹杂物地污染作用也不大。
3.2.2吹氩压力的影响
吹氩压力越大，搅动力越大，气泡上升越快。但吹氩压力过大，氩气流涉及范围就越来越小，甚至形成连续气泡柱，而且容易造成钢包液面剧烈翻滚，钢液大量裸露与空气接触造成二次氧化和降温。钢渣相混，被击碎乳化的炉渣入钢水深处，使夹杂物含量增加。所以最大压力以不冲破渣层露出液面为限。压力过小，搅拌能力弱，吹氩时间延长，甚至造成透气砖堵塞。所以压力过大过小都不好，理想的吹氩压力是使氮气流遍布整个钢包，氩气泡在钢液内呈均匀分布。
3.2.3氩气流量和吹氩时间的影响
在系统不漏气的情况下，氩气流量是指进入包中的氩气量，它与透气砖的透气度、截面积等有关。如增加透气砖个数和尺寸，氩气流量就大，钢液吹氩处理的时间可缩短，精炼效果反而增加。
3.2.4吹氩时间的影响
吹氩时间主要与钢包容量和钢种有关。吹氩时间不宜太长，否则温降过大，对耐火材料冲刷严重。但一般控制在4～6min，若吹氩时间不够，碳一氧反应未能充分进行，非金属夹杂物和气体不能有效排除，吹氩效果不显著。吹氩时间通常控制为5～12min，主要与钢包容量和钢种有关。
3.2.5氩气泡大小的影响
在吹氩装置正常的情况下，当氩气流量、压力一定时，氩气泡越细小、均匀及在钢液中上升的路程和滞留的时间越长，它与钢液接触的面积也就越大，吹氩精炼效果也就越好。
3.3连铸工序质量控制
连铸的质量控制点重点在于浇注周期的控制，时刻要求做到恒周期、恒温度、恒拉速，同时对于过程操作严格执行工艺纪律要求。测温时机地把握，中包渣量的控制，结晶器保护浇注的操作，二冷水量的控制以及台下质量控制。
连铸工序需特别注意：
3.3.1大包浇注控制下渣量（有自动下渣控制除外），中间包液面必须保证满包浇注，以利于夹杂物上浮。
3.3.2中间包渣层厚度≤50mm，中包覆盖剂必须在满包浇注时加入，严禁转包过程加入。
3.3.3要求结晶器液面波动小，拉速瞬间波动小于0.3m/min，要用专用保护渣。
3.3.4生产过程二冷配水必须自动配水，出现喷嘴堵塞，漏水等造成二冷水流量不足时，手动配水量不超过设定值的10%。
3.3.5手工切割断面不允许存在波浪面、凹坑、切斜等表面缺陷，同时严禁出现表面划痕或者割痕等缺陷坯混入下道工序。
3.4生产工序注意事项
3.4.1当班调度精心组织生产，杜绝连铸等钢水情况，确保连铸满包浇铸实现拉速稳定。
3.4.2严格监督确保吹氩工序正常，避免因钢水吹氩时间不够造成钢水夹杂增加。
3.4.3根据钢包和中包包况合理控制氩后温度和中包温度，避免长时间高温浇注。
3.4.4做好外围原料的保障工作。
3.5轧钢质量控制
轧钢工艺主要是稳定钢材性能，控制钢材尺寸的精度满足用户要求。
设计热轧机K1孔、K2孔和相位调整机构，其中，K1孔扩张圆弧及扩张角 与圆钢孔设计相同，K1孔横肋高h采用正公差设计；K2孔宽度方向为负公差，孔型设计为纺锤形。
轧制锚杆钢以Φ20mm规格锚杆钢为例，终轧速度控制在10m/s。中轧后开弱穿水，精轧后用穿水管关闭，精轧温度控制在950-1000℃；钢材内径控制在20.1mm，横肋高1.1mm，两旁尺寸为19.9-20.1mm，不圆度≤0.30mm。
通过取钢材样检测性能合格，屈服强度平均360Mpa，抗拉强度平均530Mpa，断后伸长率平均32%，满足用户要求。
4、质量控制建议
4.1细分尺寸型号，轧制工艺与尺寸要求相匹配
外形尺寸的控制是锚杆钢生产技术的核心，一般供国有大型煤矿的锚杆钢尺寸要求为正差，小型煤矿的锚杆钢尺寸要求为负差，各家钢厂同一规格的锚杆钢一般最少有3种尺寸型号，多则5种尺寸型号。一方面应该从标识上加以区分，如：20 A、20B、20C、20S等，另一方面在轧钢工艺上加以区分或调整，如：K1、K2孔型，精轧料型。
4.2提高产品圆度，不圆度要求≤0.20mm
冶标或企标上锚杆钢不圆度要求都是≤0.40mm，但是实际加工厂需求都是要接近圆形，国内控制好的厂家不圆度都是0.00-0.20mm，不圆度0.30mm左右的，只有一些小加工厂青睐。因此为了保证质量，不圆度应控制在≤0.20mm，可以通过优化孔型设计、调整料型，尤其要保证中间钢材不圆度，中间尺寸调整轧圆后，头尾也随之出现耳子，所以锚杆钢的调整思路就是保证中间尺寸圆度，而后减少头尾耳子长度，该切除的切除干净。
4.3按米重要求调整螺纹加工参数
目前锚杆钢按重量计价交货，若用户对米重有要求，可按尺寸型号同步对螺纹加工参数进行调整，主要是横肋高度、横肋间距和横肋角度，可参考部分企标参数范围。
5、结语
矿用锚杆钢的生产质量控制。其重点还是要符合用户的技术需求，从用户的需求出发来优化各道工序的质量标准，产品各项性能指标均符合国家、行业标准要求，用户在加工使用过程中质量稳定可靠，满足使用要求。特别是用户在加工过程中出现的一些质量问题，要分清楚主次，不排除锚杆安装人员操作问题，是受力集中导致问题出现，还是本就存在原料质量缺陷，都需要我们现场跟踪判断。
参考文献：
【1】徐尚富.锚杆钢筋质量提升生产实践[J]山东冶金，2019.41（1）
【2】邵亚彬.矿用锚杆托盘生产技术工艺改进探析[J].科技风,2018.(27)