马钢H型钢产品设计与开发

1、马钢H 型钢产品设计与开发陈斌(马钢股份有限公司H 型钢厂马鞍山243011摘要主要阐述了H 型钢轧制工艺技术特点,对H 型钢工艺设计的原则和方法做了较为详尽的分析和说明。关键词轧制工艺孔型设计产品开发DESIGN AN D DEVE LOPMENT OF H 2SECTION PR OD UCTS FR OMMAANSHAN IR ON AN D STEE L COMPAN Y L IMITE DChen Bin(H 2Section Plant of Maanshan Iron &Steel Co 1,Ltd Maanshan 243011ABSTRACT The technica

2、l features of H 2section rolling techniques are mainly expounded ;the principle and method of process design of H 2sections are also analyzed and explained in more detail 1KE Y WOR DS rolling process design of passes development of product 1概述马钢H 型钢厂具有目前国内自动化程度较高的现代化大型H 型钢生产线,自1998年年底投产以来,截止2002年12月

3、,已按各种标准开发生产了170个规格的H 型钢产品,其产品规格覆盖了翼缘高度125410mm 、腹板高度175800mm 、线质量25280kg/m 范围内的所有国标、日标、美标和英标H 型钢。表1是该厂投产几年来产品开发与生产的情况统计。表1马钢H 型钢厂历年产品开发与生产情况年度开发生产的产品规格数量/个国标美标英标工字钢合计年产量/万t 19980080877126总计63673371701691092开坯机轧制工艺技术马钢H 型钢厂的轧机采用“1-3-1”布置形式,具体的布置形式如图1所示 。BD -开坯机;UR1-万能粗轧机1架;ED -轧边机;UR2-万能粗轧机2架;U F -万能

4、精轧机图1马钢H 型钢厂轧机布置作者:陈斌男1970年11月出生学士工程师收稿日期:2003-06-15马钢H 型钢厂采用腹板内高一定的轧制工艺,其H 型钢产品的特点是,同型号不同规格的H 型钢的腹板内高相同,只是由腹板和翼缘的厚度变化细分成不同规格。但是,即使是同一型号,不同规格H 型钢的成品翼缘与腹板厚度的比值跨度较大。H 型钢的轧制工艺是:同型号产品共用一套开坯机孔型和万能轧机配辊方案,通过更换压下图表来生产该型号下不同规格的产品。由于一个型号的产品共用同一个异形孔(见图2,异形孔的翼缘厚度不可调,只能通过调整异形孔的腹板厚度来生产同一型号不同规格的H 型钢产品。因此,为获得满意的成品尺

5、寸,并提高成材率,降低轧辊消耗,正确设计和配制开坯机的孔型至关重要。开坯孔孔型如设计不合理,将会产生轧机负荷大、成品波浪、腹板撕裂、翼缘高度超差,万能轧制粘钢等问题 。图2开坯机配辊示意马钢H 型钢厂的原料以连铸异形坯为主,开坯机的主要作用是对异形坯厚度进行减薄,并根据需要对异形坯的内宽进行拓展或压缩,以供给万能轧机合适的中间坯料。增加坯料内宽的拓展由异形孔实现,而减少坯料内宽的压缩则由箱形孔立轧来实现。为了减小轧辊直径、降低轧辊储备资金的占用,该厂选用了开口孔型设计,并减少异形过渡孔,使一套开坯机轧辊配制了数个型号的异形孔。此外,该厂在开坯机上还采用了矩形坯切分法、辊环/腹板压腿法、共轭轧槽

6、配建筑用钢材辊法、套孔法等特殊轧制工艺与方法,减少了轧辊占用量,拓宽了产品规格范围。3万能轧机与轧边机轧制工艺技术万能轧机由一对有主电机驱动的水平辊和一对无驱动的立式自由辊构成,它主要对轧件的腹板厚度、翼缘厚度进行压下和加工。轧边机为两辊式轧机,与两架万能粗轧机一起构成万能粗轧机组对轧件实施可逆式连轧,它主要控制轧件的翼缘高度。万能轧机的孔型既不同于普通的型钢孔型系统,也不是三个钢板轧制的简单组合,它实质上是万能轧机辊型设计与压下规程设计的组合体。311复合式万能轧机水平辊的开发在H 型钢生产中,由于受到机架牌坊窗口高度和立辊轴承座高度的影响,使得万能轧机水平辊具有以下特点:1辊身直径大。辊身

7、直径与其他部位直径之比为<1400/<750<1290/<750即11871172,这个比值较普通轧辊为大。2轧辊辊身宽度小。按轧辊质量10t 计算,辊身质量只占整个轧辊质量的20%50%。3轧辊重车率极小。按原始直径<1400、报废直径<1290计算,重车率仅7186%。如果万能轧机水平辊采用普通整体辊形式,尽管可以在工艺设计中采取先轧大品种再轧小品种的设计方法,轧辊消耗也是极其庞大的。现在国外普遍采用复合式轧辊,即辊套与辊轴以过盈方式紧配合,当轧辊工作到报废辊径时,只更换辊套而重复使用辊轴。实践中一个辊轴最多可用5次,这大大降低了生产成本。马钢H 型钢厂

8、开发并应用了复合轧辊热装技术。312万能轧机辊型设计马钢H 型钢厂采用“X -X ”法轧制H 型钢,两架万能粗轧机均采用带斜度的水平辊与立辊,最终由轧辊不带斜度的万能精轧机轧辊将轧件轧制成型。其万能轧机轧辊辊型如图3所示 。a -万能粗轧机水平辊/立辊;b -万能精轧机水平辊/立辊图3万能轧机轧辊辊型若轧制条件允许,应尽量增大轧辊辊身斜度以增加轧辊车削次数、降低辊耗,同时使轧件易于脱孔,其值一般根据经验确定。万能精轧机U F 水平辊宽度W F 和圆角R F 应与热尺寸成品的腹板内高与圆角相同,而万能粗轧机UR 水平辊宽度W R 一般应小于W F ,圆角R R 应大于R F ,以保证轧件在万能精

9、轧机中轧制稳定和各部位金属均得到充分加工。313轧边机辊型设计轧边机为两辊式轧机,它主要是对翼缘端部进行加工并控制翼缘高度,同时控制腹板偏心。轧边机辊型如图4 所示。W E -轧辊宽度;W C -辊身中部的浅槽;R E -轧辊圆角;F E -轧辊斜度图4轧边机轧辊辊型轧边机轧辊宽度W E 和圆角R E ,一般与万能粗轧机一致,以保证轧制稳定,避免成品出现腹板偏心。轧边机切槽深度f 根据成品翼缘高度与腹板厚度来确定,其设计准则是在不接触轧件腹板的前提下,对轧件翼缘端部进行加工,同时控制轧件腹板偏心。在异常情况下,如果轧边机轧辊接触到轧件腹板,由于辊径差的存在,轧件的翼缘部位与腹板部位将出现较大的

10、速度差,从而造成轧机振动与设备损坏。为此,特在轧边机辊身中部刻一浅槽W C ,通过减少轧件腹板部位与轧边机轧辊的接触面积来减小轧件各部位的速度差,降低对设备的危害,避免产生轧制缺陷和事故。314万能轧机压下规程设计31411基本原则轧件在万能轧机中的轧制类似于3块钢板轧制,但也有所不同,主要体现在:1立辊为被动辊,无电机驱动;2轧件在立辊辊面与水平辊侧面之间被压缩变形,并非在两圆柱辊面之间发生变形;3轧件翼缘与腹板的交接圆角处也有变形和延伸,并对腹板和翼缘金属的变形产生影响;4仅翼缘有宽展,而腹板无宽展。因此,在确定压下规程时可按3块钢板来对轧件断面进行划分,但又必须兼顾万能轧制的一些特点。具

11、体的轧件断面划分方法如图5所示 。a -两辊轧制法的轧件截面划分;b -万能轧制法的轧件截面划分图5轧件断面划分方法万能轧机轧制H 型钢,关键要分配好翼缘和腹板的延伸关系,控制腹板偏心,提高成品质量。应确保腹板与翼缘的绝对延伸相等,而延伸并不等价于压下率,其原因在于:轧件腹板由于受到两侧立辊的限制,无宽展,几乎所有的压下量都转为了延伸,而轧件翼缘有宽展,仅部分压下量转为了延伸,因此必须使翼缘的压下率大于腹板的压下率,从而保证二者的绝对延伸相等。这就是所谓的“腿拉腹”轧制法。(下转第63页陈斌:马钢H 型钢产品设计与开发2外包式柱脚1外包部分的高度不得小于钢柱宽度的215倍。2外包部分的4根主筋

12、顶部要设弯钩。图4为外包式柱脚的实例。设柱截面为200mm ×200mm ,外包层高度不得小于500mm 。因钢筋保护层不应小于70mm ,加上裕量和柱底板的伸出部分,要考虑底板的形状,外包层总宽度应为500mm 以上 。图4外包式柱脚示意3埋入式柱脚图5说明埋入式柱脚。基础或基础梁部分的埋深应为钢柱截面高度的2倍以上。混凝土保护层应大于钢柱宽度。柱外周应采用<9以上的箍筋。这是为了使基础和基础梁成为整体。通常外柱比内柱的应力大, 地震时也要这样考虑。D 取D 1和D 2中较大者,保护层厚度大于t 。图5埋入式柱脚示意以上是需要注意的问题,至于没有什么特点的规定,本文不再赘述。

13、参考文献1一夫1柱脚部关构造方法基准1铁骨技术,2002(1(上接第51页当然,在制定万能轧机压下规程时还应具体情况具体分析,比如必须考虑钢种变化和控温轧制对成品表面质量和尺寸精度的影响,但其基本原则是:在水平辊、立辊轧制力和轧制电流允许的情况下合理分配各道次压下量,确保后续道次的翼缘与腹板的实际延伸相同。31412压下量分配原则万能轧机实际的道次压下量分配如图6所示 。图6道次压下量分配示意1由于来料与万能轧机孔型形状不一致,翼缘和腹板不均匀变形严重,因此万能轧机第一道次的腹板与翼缘的压下量均不能过大。2为了使成品获得良好的表面质量和尺寸精度并共用同一个开坯机成型孔,应在前面道次将轧件轧制成

14、最适宜后续道次所需要的中间坯料,同时考虑到轧件厚度大、温度高,因此前面道次的翼缘压下率既可大于亦可小于腹板压下率。3后续道次由于钢温低,翼缘宽展较大导致翼缘的绝对延伸量较小,为保证翼缘与腹板的绝对延伸量一致,应使翼缘压下率大于腹板压下率。4U F 道次轧件温度低,轧辊磨损快,为提高轧件表面质量和降低辊耗,U F 道次一般只给很小的压下量。31413运用控温控轧技术开发高附加值产品1相继开发和生产了钢种为SM490B 、SM490Y B 、SM400B 的海洋石油平台用H 型钢,其-20横向V 型冲击功达到34J 以上。2开发和生产了钢种为SM400B 、Q345T 的铁道车辆用H 型钢,其-40纵向V 型冲击功达到了18J 以上。3配合控温控轧技术,对不同型号与规格采用最优的加热温度、开轧温度、压下量分配与轧制节奏,成功开发了W8W24系列的美标H 型钢产品并大批量生产,总产量近20万t ,产品的内部性能同时满足A36/A572/A992三个不同强度级别的标准要求。4香港市场专用的55C 高强度级H 型钢桩,产品的厚度为2530mm 、总压缩比仅为315,且用户要求在碳当量不大于0142的前提下,成品屈服强度须大于455MPa 。针对此苛刻条件,制订了专门