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槽钢剪切工艺优化

问题分析

安阳钢铁股份有限公司***轧钢厂中400mm机组是以生产中号角钢和槽钢为主的型材机组，年产量65万吨，其中槽钢产品规格为638～1208，产量约占总产量的25%。成品槽钢的分段作业采用1台400t冷剪机进行。槽钢剪切质量对后续工艺，特别是焊接质量影响较大，若剪切断口处存在塌肩、毛刺、撕裂、切斜等缺陷，则会使槽钢对接时存在较大缝隙，影响焊接质量，特别是强度指标，从而造成较大的安全隐患。
随着国内风电装机容量越来越大,在运行的叶片不断增多,加强对叶片的维护变得日益重要。本文对主要的几种复合材料无损检测方法进行了综述,重点对超声波检测方法进行了论述。经过综合对比,超声波无损检测方法比较适合工厂内半成品缺陷检测和运行现场的破坏预测。

安钢垂400mm机组随生产节奏和产量的提高，上述剪切缺陷越来越突出，剪切质量内控达标率仅为94.2%。而且剪刃的使用寿命越来越短，平均每班更换一次，造成生产成本和职工劳动强度增加。针对这些问题，从工艺、技术和操作上进行了认真分析，并提出了相应改进措施，取得了较好效果。
碳纤维增强树脂基复合材料生产过程中会产生孔隙的缺陷,孔隙会对性能造成影响,故需要对孔隙含量进行标定。以碳纤维增强双马酰亚胺树脂为研究对象,分别采用密度法、显微照相法、超声检测法、高精度***数字成像法等4种方法,对热压罐和微波固化成型法制备的层压板孔隙缺陷进行检测,并计算其孔隙率。研究结果表明,显微照相法、高精度***数字成像技术法测试的孔隙率接近,密度法的误差较大。

1、工艺原因

该机组的设计能力为20万t/a，但现在的产量达到了60万t/a，冷床区生产能力不足的问题很突出，与生产角钢相比，槽钢的冷却速度较慢，从而造成剪切时槽钢温度较高，极易出现塌肩、毛刺、撕裂等缺陷，并且对剪刃寿命的影响较大。
采用称重法、电感偶合等离子发射光谱(ICP)、近红外光谱(NIR)、扫描电子显微镜(SEM)研究了玻璃纤维/乙烯基酯树脂复合材料(GF/VE)在不同温度的去离子水和硫酸溶液中的质量变化率、离子析出行为、树脂基体的水解行为以及腐蚀相态,并进一步分析了腐蚀机理。结果表明,在硫酸溶液中浸泡1800h时间内,仅在高温75℃浸泡的复合材料切割边缘封边处发现界面腐蚀,其他温度下腐蚀仅仅停留在树脂基体水平,纤维/树脂间界面仍然保持良好状态。

2、剪刃设计原因

槽钢剪刃设计的基本依据是槽钢成品孔型形状，如图1所示(以100#槽钢为例)。这种设计在剪切过程中易出现以下问题：一是槽钢两肩部与其他部分相比，相对较厚，所需剪切力也较大，剪刃磨损较快，剪刃使用一段时间后。这一部分相对磨损量大，致使肩部间隙较大，易出现塌肩现象；二是槽钢两腿与腰部处相比，由于剪切角度的影响，当剪刃磨损后，在剪切两腿时，剪切量变小，腿部剪切由通常的剪断变成了撕断，槽钢腿端面极易出现毛刺；三是上、下剪刃腿部斜度与槽钢成品孔型基本一致，这样在剪切时腿部基本同时受力，剪切力较大，剪刃磨损较快，一方面腿端剪切压痕严重，另一方面剪刃老化后，极易出现槽钢剪切部分撕裂、毛刺较多的现象。后两点是影响槽钢剪切质量的主要原因。

改进措施
测试了硅质石灰岩、石灰岩、玄武岩和辉绿岩4种岩石粗集料的维氏硬度、洛杉矶磨耗值和磨光值.依照渐近指数函数形式建立了基于维氏硬度的粗集料磨光值衰减模型.结果表明:粗集料洛杉矶磨耗值、磨光稳定终值与粗集料维氏硬度相关性良好;粗集料磨光值衰减速率与粗集料硬度、矿物颗粒间硬度差异有关,粗集料磨光稳定终值则取决于粗集料维氏硬度.

针对上述3个问题，分别采取了相应措施。

1、针对冷床冷却速度慢的问题，在冷床区增加了水雾风机来提高冷床区的冷却速度，又在剪机***个倍尺处增加了一组水雾喷头，降低槽钢剪切部分的温度，从而避免了因钢温高而造成的剪切缺陷。

2、针对槽钢剪刃设计存在的问题，结合生产实际情况，将剪刃设计为图2所示的形状(以100#槽钢为例)。上剪刃宽度由100mm改为99mm，减少上剪刃在左右方向的间隙，改善槽钢两角部的剪切质量；下剪刃两角部圆弧尺寸由R8mm改为R7mm，提高两角部的剪切重叠量，改善槽钢肩部剪切质量；下剪刃上边宽度由79mm改为80mm，下边宽度由97mm改为94mm，使下剪刃腿端斜度小于槽钢成品孔型斜度，这样在腿部剪切时，腿部上、下方向上不会同时受力，从而减少剪切力，改善剪切质量。
采用COMSOL Multiphysics软件,对不同温湿度耦合作用下的C30,C40路面混凝土内部所产生的应力和应变进行对比分析.结果表明:不同温湿度环境下,路面混凝土内部应力主要集中于板体棱角、各边和板体中部;C40路面混凝土在温湿度耦合作用下更易产生应力集中,且内应力是相同环境下C30路面混凝土的1.2倍左右;C30路面混凝土更易产生内部形变,内应变可达相同环境下C40路面混凝土的1.1~1.4倍;上述现象在温湿度均存在大梯度循环的耦合作用下更加***.

3、通过对各规格槽钢实际剪切质量和剪切间隙进行数据回归分析，制定了每种规格的剪切间隙规范，具体为：63#槽钢为0.20～0.30mm、80#槽钢为0.20～0.35mm、100#槽钢为0.25～0.35mm，120#槽钢为0.25～0.40mm，并做出厚度为0.20～1.00mm的不同垫片。每次更换剪刃时，先测量间隙，再选择相应的垫片，确保剪切间隙控制在工艺要求范围内。
纤维变角度牵引铺缝技术(VAT技术)是一种新颖的***纤维铺放技术,能够实现复合材料层合板单层面内纤维角度的连续变化,充分发挥纤维材料优异的力学性能。简要介绍了VAT技术的基本概念以及曲线纤维路径的定义,重点概括了VAT技术中几种常用的纤维轨迹优化方法,并结合目前的现状对VAT技术的应用与前景进行了分析与展望。

进出口情况

我国槽钢的进口量大于出口量。分单纯性进口及随同成套工程引进进口等两个渠道。近年我国沿海几大港口（大连、天津、秦皇岛、连云港等）在新建、扩建油、煤、粮等大宗进出口商品自动装卸工程中，随着主体设备引进的同时，大型槽钢的进口量也在增加。主要生产国家和地区为日本、俄罗斯、西欧。出口槽钢主要输往港澳地区。
运用多步接枝工艺,实现了掺杂Ti O2粒子(M系列)的表面改性,制备出系列M粒子-氰酸酯树脂(CE)复合材料。研究了复合材料的摩擦力学性能及洛氏硬度的变化。结果表明,加入少许M系列粒子(质量分数4%)后,可以使得氰酸酯树脂(CE)的摩擦力学性能得到改善。当复合材料中M-2粒子的含量为3wt%时,摩擦系数下降36%,摩擦消耗下降约60%,增强了复合材料的耐磨性;当M-2粒子的含量为4wt%时,复合体系洛氏硬度提高了10.4%。

外观要求

槽钢的表面质量及几何形状的允许偏差在标准中有具体规定。一般要求表面不得存在用上有害的缺陷，不得有***的扭转，规定槽钢波浪弯（镰刀弯）的允许值及各规格槽钢面形状的有关参数（h，b，d，t等）的数值、允差值。槽钢几何形状不正确的主要表现是：角、腿扩及腿并等。

主要产地

我国的槽钢主要是由唐钢、包钢、山钢、黄特、马钢、宝得、宣钢、日钢等几家钢厂生产。
探讨了酰胺类聚羧酸系减水剂的合成工艺,设计采用聚醚胺(PN-220)和聚丙烯酸(PAA)为共聚单体,直接聚合制得减水剂.通过试验,就PAA的相对分子质量、单体比例、聚合温度和时间对砂浆减水率、流动度保持性的影响规律进行了分析.在此基础上设计正交试验,得到合成工艺.就采用工艺所合成的产品,与当前普遍生产使用的以聚乙二醇单甲醚(MPEG)和甲基丙烯酸(MAA)为单体合成的产品进行性能对比,结果表明前者是一种保坍性能优异的聚羧酸系减水剂,适用于坍落度保持性要求很高的混凝土.
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为提高排水性沥青混合料的路用性能,从级配、胶结料类型和添加剂的角度分析排水性沥青混合料路用性能的影响因素,并推荐了改善其路用性能的相关措施.研究结果表明:随着空隙率的增加,排水性沥青混合料稳定性变差,表面功能特性增强;60℃动力黏度是排水性沥青混合料胶结料最关键的指标;纤维添加剂可以明显提高排水性沥青混合料的耐久性;消石灰可以改善排水性沥青混合料的水稳定性.排水性沥青混合料材料组成应该以高黏沥青为胶结料,掺加聚酯纤维;水稳定性要求高的地区可以采用消石灰同比例替代矿粉.