H型钢的轧制与发展.docx

轧钢H型钢的轧制与发展杜立权(鞍钢设计研究院)摘要H 型钢因其使用方便并具有很好的经济性, 故用途很广泛。 详细介绍了 H 型钢品种规格的分类、标准及其轧制方法和轧机布置形式, 重点介绍了万能轧机机架的结构形式, 最后阐述了 H 型钢生产的发展方向。关键词H 型钢轧制 发展R o llin g P ro ce s s an d D eve lopm en t o f H Sec t io n sD u L iquan(A ISC D e sign an d R e sea rch In st itu te)A bstrac t H sec t io n s due to co nven t io na l u se and goo d eco nom ica l eff ic iency a re in gene ra lu se. Sp ec if ica t io n s c la ssify ing, standa rd, ro lling p ro ce ss o f H sec t io n s and ro lling m ills a r rangem en t a re in t ro duced in de ta il. S t ruc tu re o f un ive r sa l m ill stande r a s k ey po in t a re in t ro duced la st ly, th e deve lopm en t d irec t io n o f p ro duc t io n o f H sec t io n s a re de sc r ibed.Key W ords H sec t io n ro lling deve lopm en t便于组合铆焊连结, 有优良的力学性能, 断面模数、惯性矩及相应刚度等力学性能都优于 同类工字钢。在不同要求的金属结构中, 不论是承受弯曲力矩、压力荷重、还是偏心荷重都显示出其独具的优点, 所以 H 型钢越来越被 人们所重视。1前言H 型 钢 也 称 宽 平 行 边 工 字 钢 或 宽 缘 钢梁, 由于使用方便并具有很好的经济性, H 型 钢的用途很广泛。它与普通的钢梁相比, 具有一种合理的 经 济 断 面, 其 翼 缘 宽 壁 薄、单 重 轻、节省金属, 并且高度范围大、规格多、使用灵活、翼缘内外侧表面平行, 翼缘端为直角,2H 型钢品种规格的分类及标准H 型钢的品种规格很多, 分类方式也有好几种。 我国按翼缘宽度可分为宽边 (B H杜立权 高级工程师 鞍钢设计研究院轧钢室邮编 114021 1, B 是翼缘宽, H是腹板高) 中边和窄边221998 年第 4 期(B H 015) 三 种; 国 外 按 单 位 重 量 区 分 为轻型、中型和重型。其中重型之中还有极重型( 腹板厚 30 75mm ) 和超重型 ( 腹板厚大于75mm , 最 厚 者 腹 板 厚 为 90mm , 边 厚20mm )。 以 德 国 标 准 为 例, 腹 板 高 都 是100mm 的 H 型 钢, H E 100A 、H E 100B 和H E 100M 的每米重量分别为 1617k g、2014k g和 22k g。我国标准中宽翼缘 H 型钢、窄翼缘 H 型 钢、H 型钢桩的标准见表 1。表 1型钢标准3. 02. 04. 060% t4. 5辊形成一个孔型, 各个轧辊间隙通过运转操作可以自由地调节。在这个轧辊间, 将断面与 宽缘工字钢断面相近的坯料轧制若干道次, 每通过一道则使轧辊间距缩短一些, 从而对坯料施加压下。即腰部在上下水平辊间, 而腿 部在水平辊之侧面和立辊间使其同时轧制成 形。 由于仅用这些加工没能对腿部前端施以 压下, 这样就需在万能轧钢机后设置轧边机,3H 型钢轧制方法在一般轨梁轧机上不能轧出翼缘内部无斜度、两翼缘平行的宽翼缘工字钢。为了生产 宽翼缘工字钢, 研制了四辊万能宽翼缘轧机。 万能轧钢机除被驱动的上下两根水平辊外, 在水平辊两侧设置被动的立辊, 共用四个轧项目宽翼缘 H 型钢窄翼缘 H 型钢H 型钢桩尺寸, mm允许偏差, mm尺寸, mm允许偏差, mm尺寸, mm允许偏差, mm高度 HH 160160 H 400400 5004. 02. 03. 04. 05. 0H 120120 H 180180 H 400400 5002. 03. 05. 0H 400H 4003. 04. 0宽度 B310H 120120 H 180180 3602. 03. 02. 03. 04. 03. 0腹板厚度 t1H 260260 700110115210H 120120 2700150175110不规定( 不小于- 018)翼板厚度 t2H 220220 H 500115210215H 120120 270110115210翼缘斜度 KH 240H 240K 110% B K 112% BH 120H 120K 110% B K 115% BH 300H 300H 112% B K 115% B腹板弯曲度 fH 450450 700f 1. 5f 2. 0f 3. 0H 120120 360f 1. 0f 1. 5f 2. 0腹板偏心度m = | b2- b1 |2H 300300 500m 2. 5 m 3. 0 m 4. 0H 120120 270m 1. 5 m 2. 5 m 3. 5H 300H 3003. 0鞍钢技术23以便对腿部前端施加压下并限制腿高。 在轧制的实际操作中, 把这两座机架作为一组使 轧件往复通过若干次, 而每道次都施加一定 的压下, 使坯料轧制成具有所规定形状和尺 寸的产品。在腿部压下时, 由于水平辊侧面与轧件之间有滑动, 轧辊的磨损比较大。即使重车轧辊也不能恢复轧辊的形状。 解决这个问题的措施是使上下水平辊的侧面以及与其相 应的立辊表面呈 3 8的倾斜度。 为了修正 腿的角度而配置万能精轧机, 其立辊表面是 平的, 但其水平辊之侧面需要有若干倾斜, 因此在产品的内侧残存有倾斜, 如图 1 所示。图 1 万能轧机轧制 H 型钢工艺流程4H 型钢的轧制工艺及轧机布置形式411H 型钢生产的主要流程H 型钢的工艺流程如下:连铸坯 (或初轧坯) 加热开坯轧成异形坯切头万能粗轧万能精轧热锯切成定尺冷却辊式矫直冷锯或冷剪检 查分类堆垛打捆入库412 H 型钢轧机的布置形式( 1) 在原有大型轧机或轨梁轧机上增设 万能和轧边机架, 生产 H 型钢。(2) 往复连轧。 一个 U E 机组的往复连轧。这 种 轧 机 一 般 用 于 轧 制 腹 板 宽 小 于600mm 的 H 型钢。 先在开坯机上轧出异形 坯, 再在 U E (U 为万能轧机, E 为轧边机) 机组上往复轧 3 7 道次, 最后经万能精轧机轧制成成品。 其工艺平面布置见图 2。 两个 U E 机组的往复连轧。两个 U E 机组的往复连轧广泛地用于 H型钢的专业化生产。 这种轧制方法可生产腰图 2一个 U E 机组往复连轧工艺的平面布置图1- 加热炉; 2- 开坯机; 3- 万能粗轧机;4- 轧边机; 5- 万能精轧机; 6- 热锯; 7- 冷床宽达 1200mm 的 H 型钢, 在开坯机轧出的异形坯先在 U 1 E 1 组成的第 1 机组往复轧制 3 7 道次, 再在 U 2 E 2 机组往复轧制 3 道次,最后在成品万能机架U f 轧制 1 道次。这种布 置形式的特点是设备简单、操作容易、投资少、产量高。若用这种轧机生产 200mm 以下 的 H 型钢, 则产量较低。 其工艺平面布置见图 3。241998 年第 4 期边机) 万能精轧机 (U f )。这种布置形式的特点: 产量高, 产品质量好, 可生产轻型薄 壁的产品, 轧机建设投资大。 由于多机架连 轧, 微张力控制有很高的技术难度, 要求操 作水平很高, 目前都是采用计算机控制。 该布置形式适用于中、小号 H 型钢的大批量生 产, 一般用于轧制 H 500 以下的产品。其工艺平面布置见图 5。图 3两个 U E 机组往复1- 加热炉; 2- 开坯机; 3- 粗轧机; 4, 6,8- 万能轧机; 5, 7- 轧边机; 9- 热锯;10- 冷床; 11- 辊矫机 U EU机组的往复连轧。为缩短轧制时间, 提高终轧温度, 在U E机组上增设一个万能机架, 组成 U EU 连轧 机组进行三机架往复连轧, 这样可减少往复轧制的次数, 提高生产效率和产品质量, 有利于轧制薄壁的 H 型钢。由于有万能孔型之 间的连轧, 连轧的控制有一定的难度。 其特点是: 与连轧机相比, 机架数量少, 操作容 易, 投资较小。这种轧机的适应面比较广, 其工艺平面布置见图 4。图 5 连续万能连轧机工艺平面布置图1- 加热炉; 2- 除鳞机; 3- 开坯机; 4- 切头机5, 7, 8, 10, 12- 万能轧机; 6, 9, 11- 轧边机;13- 飞剪; 14- 锯; 15- 辊矫机; 16- 冷锯 全连轧意大利达涅利公司新近研制的 H 型钢 全连续式新型的中型轧机机组总共由 16 架轧机组成, 用六架二辊开坯机 (平- 平- 立- 平- 立- 平) 轧制 6 道次后的异形坯, 再 经 U EU U EU U EU 组 成 的 连 轧 机 组 轧 出 成品。这套机组能轧制 80 300mm H 型钢, 其 工艺平面布置如图 6。图 4 U EU 机组往复连轧工艺的平面布置图1- 加热炉; 2- 开坯机; 3- 粗轧机; 4-切头锯; 5, 7, 8, 10- 万能轧机; 6, 9- 轧边机;11- 切头锯; 12- 热锯5万能轧机机架结构形式511横梁式轧机横梁式轧机可安装一组二重式轧辊轧制 型钢, 也可安装一组万能轧辊轧制钢梁, 卫板设在轴承座上, 随同轧辊一起更换, 但水 万能连轧机。这种布置形式一般为: 一架或二架两辊开坯机 (BD 机架) 一组或二组万能连轧机 组 (每组 5 6 个机架, 每组中有一或两架轧鞍钢技术25图 6 全连轧机组轧制工艺平面布置图1- 上料台架; 2- 步进式再加热炉; 3- 输送辊道; 4- DL OM 5 850mm 普通水平轧机;5- E SS750 悬臂式立式轧机; 6- 剪切机; 7- 横移台架; 8- DL OM 5 550mm 卡盘式水 平轧机; 9- SHD 5 970mm 卡盘式万能轧机平辊及立辊必须在轧机上调整。 该轧机水平辊更换有多种方式, 可采用换辊车将上下轧 辊一起沿横梁移出, 也可分别更换上下轧辊。立辊通常由吊车直接更换。 该轧机更换水平辊需 45m in , 更换四个轧辊约用 115h。 横梁 式轧机可轧制 200mm 100mm 1200mm 动侧牌坊窗口宽到足以插入一对万能轧辊滑车或者一对二重轧辊滑车。 万能轧辊滑车包 括压进螺丝机构及立辊架。 水平辊、 立辊及导卫随滑车侧向移动, 同时更换, 不需要吊车。轧辊及导卫调整均在预安装地点调好。任 何长度的轧辊都可以插入滑车, 从而减小轧 辊的提升高度, 使采用齿型接轴成为可能。人 字齿轮机座到轧辊传动侧的距离是一定的。内机座万能轧机的特点: 可以设置小工作立辊及支持立辊, 从而改善轧制条件。 适 于轧制轻型钢梁, 其产品腰部中心偏离小、尺寸精度高。 这种轧机通常只可单向轧制, 不 能进行可逆轧制。514 开轭式轧机开轭式轧机具有旋转轭式及可拆横轭式 两种。 旋转轭式万能轧机的立辊传动压进螺丝和平衡装置在可旋转的横轭上, 横轭一端 有一个传动轴, 另一个端有个插口跟机架楔铁固定锁紧, 横轭的开闭靠转轴侧的液压缸 来实现。 为了消除横轭转轴与机架耳孔和楔铁之间间隙, 在械轭两端采用两个张力液压 缸使之张紧。 立辊轴承座进出机架窗口沿键 槽导入。这种轧机压下螺丝比较短, 刚性好。 在横轭开启状态下可装上二辊, 轧制一般型钢。 轧机能进行整体更换, 也能成组更换轧450mm H 型钢,又可轧制大型型钢。512闭轭式轧机闭轭式万能轧机横轭与机架连成一体,横轭不能旋转。 牌坊固定在轨座上, 这种轧 机两片牌坊铸在一起构成整体式, 并且没有横梁。 其优点是刚性大, 缺点是设备制造及 运输安装困难。 为了克服这个缺点, 将整体式机架做成两部分, 取消横梁结构, 左右立 辊框架分别与两片牌坊铸在一起。 四个轧辊分别单独更换, 上水平辊采用“C ”形钩更换,下水平辊直接用小车更换, 立辊可用吊车从 操作侧单独更换。 这种轧机换辊时间长, 轧辊及导卫调整必须在轧机上进行, 从而停机需 115h。 该轧机通常用于轧制时 间较长,600mm 300mm 以下的 H 型钢。 由于机架比较高, 刚性较差,代替。513内机座式轧机有可能被开轭式轧机所内机座式轧机其传动侧为固定牌坊,移261998 年第 4 期辊。 换辊时将下水平辊轴承座上四个支持垫搬起, 使立辊平稳放上, 然后把上水平辊轴 承座上四个支持杆放下, 使上辊架置于立辊 轴承座上。 下水平辊轴承座有四个车轮与导 轨接触, 开动换辊装置使轧辊顺利地移出或推进, 轧机能进行整体更换。515 楔形轧机楔 形 式 万 能 轧 机 的 突 出 特 点 是 没 有 横 轭。 传动侧立辊轴承座外有两个能向中间旋 转的横轭, 横梁与立辊轴承座相连。 机架传动侧与非传动侧各设有两个液压缸平衡立辊 轴承座。立辊压下电机及减速机装在机架上部, 当立辊压下时, 通过电机带动蜗轮减速机, 再 经连杆带动楔铁上下移动实现立辊的压下调整。 楔铁与平衡液压缸联合作用达到立辊压 下与退出的目的。 楔形万能轧机比开轭式万能轧机刚性好, 不仅能用于轧制 H 型钢, 而 且能用于轧制一般型钢。这种轧机结构紧凑,无法得到大的压下量, 所以多数作为精轧机 之用, 或者作为连续轧机只轧一道次用, 楔形万能轧机其它结构与开轭 式 万 能 轧 机 相同。间大大缩短, 生产极其灵活。 这种轧机在现代中型连续式轧机上普遍采用。517 连接板式轧机该机型适用于连轧生产线, 使用偏心轴 调整压下, 轴转动的角度与辊缝的大小非线性关系, 压下调整困难, 在线装卸轧辊非常 困难, 快速换辊需要整体更换机架, 设备投 资较大。518U D 式轧机该机型的立辊是闭口牌坊, 水平辊是开口牌坊, 机架的布置形式是 U - E - U , 采用H - X 轧法。上、下水平辊和左、右立辊均有 传动轴连接, 可以同步调整压下, 可以进行各种模拟轧制试验。519 SHD 卡盘式轧机意大利达涅利新研制出一种 SHD 卡盘 式万能轧机, 为超负荷无牌坊万能轧机, 可根据产品的不同, 实现水平轧机与万能轧机 机型的相互转换。 轧机更换过程如下: 首先 将无牌坊卡盘式机架弹出, 然后用快速更换小车将安装好的备用卡盘式机架把原有机架 替换下来。6发展方向516 旋转式轧机旋转轧机有一个外机架和一个内机架, 内机架是一个二辊式能旋转 90的机架。 根 据需要, 它可作为水平机架或立式机架使用。 外机架有两部分传动装置, 上部是立式传动 装置, 下部是水平传动装置, 两部分传动均由一个电机带动, 通过齿轮机座分出两根水 平传动轴和一根立式传动轴, 立式传动轴通 过万向接轴倾斜传动外机架 上 部 的 传 动 装 置。旋 转 式 机 架 通 常 用 于 中 小 型 半 连 续 轧机, 它适用于轧制多品种产品。当轧制 H 型 钢时, 采用水平机架; 轧制其它型材时, 采用立辊机架, 从而减少了机架数目, 换辊时(1) 提高尺寸精度和形状精度, 提高内部组织性能。目前世界上 H 型钢腹板和翼缘的厚度 精度分别达到了0105 和0106mm 。 日本已采用在万能轧机前后设置新研制的轧边机和辊式导板以防 H 型钢中心偏移。同时设置 四个翼缘约束辊导向翼缘上、 下端, 同时控制翼缘宽度。 设置左右导卫板, 防止轧件摆动。开发采用边部控制冷却技术,钢腹板与翼缘的温差问题。解决 H 型( 2) 发展薄翼缘、薄腹板 H 型钢, 开发新品种。(3) 带有控轧、 控冷、 控制终轧温度的鞍钢技术27轧制过程, 使产品具有优良的性能。(4) 整个生产线实现连续化、自动化, 所 有轧机均采用计算机进行连续不断地控制, 自动调节张力并控制最小张力。 在线采用激光等测量仪对 H 型钢的腹板厚、边厚、腹板度, 提高生产率。(11) 采用辊距可调, 水平辊身宽度可调 的矫直机, 提高产品的矫直能力和矫直质量。(12) 减少噪音, 为操作人员提供最佳的 生产环境。我国钢材市场对 H 型钢的需求日益增 多, 要适应市场需要, 实现产品系列化, 加快建立符合我国特点的 H 型钢生产体系。高、 边宽、 腹板两侧偏移量等进行测量,进 H 型钢轧机控制水平进一步提高。(5) 实现连铸连轧。(6) 整个生产线减少坯料规格数量,促用一种坯料轧制多规格的 H