材料成型及控制工程轧制

H型钢是由工字型钢优化发展而来的一种截面面积分配更加优化、强重比更加合理的经济断面高效型材，因其断面与英文字母“H”相同而得名。由于H型HH型钢发展历世界上最早出现的H型钢生产设备是在1902年由卢森堡研制的轧制H型钢H型钢的生产方式20世纪50年代初H20世纪50年代以前发展不快，自20世纪50年代开始出现了一个飞跃，尤其是在日本，出现了现代化的万能轧机。根据时间，H型钢的发展可粗略分成如下阶段：20世纪60年代新建万能轧机，产量迅速提高；20世纪70年代装备了计算机控制，提高尺寸精度，实现了H型钢的多机架万能孔型连轧；20世纪80年代前半段适应连铸技术的发展，开始采用连铸板坯和连铸异形坯轧制H型钢；20世纪80年代末出现了外部尺寸一定的新形H型钢。19988H型钢以后，H型钢这一新型钢材品种在我国进入了一个崭新的时代。中国热轧H型钢专业化生产只1010年的发展速度相当迅猛，从起初马钢一条生产线，后来H2007H钢轧钢机组相继投产；2008年，又有一批生产线问世，还有一批生产线正在建10多年的市场开拓与发展，我国热轧H1998年的3万t左右快速增加到2008年的1200万t以上。热轧H型钢的生产标志着水平。自从H型钢问世以来，它的轧制设备和轧制方法得到了很快的发展H型钢分H型钢分为宽翼缘H（中翼缘H窄翼缘H（HH型钢的优H型钢是一种新型经济建筑用钢。H型钢截面形状经济合理，力学性能好，轧制时截面上各点延伸较均匀、内应力小，与普通工字钢比较，具有截面模数大、重量轻、节省金属的优点，可使建筑结构减轻30-40%；又因其腿内外侧平行，腿端是直角，拼装组合成构件，可节约焊接、铆接工作量达25%。常用于要求承截能力大，截面稳定性好的大型建筑（如厂房、高层建筑等，以及桥梁、船舶、起重运输机械、设备基础、支架、基础桩等。H-型钢是由工字型钢优化发展而成的一种断面力学性能更为优良的经济型断面钢材，尤其断面与英文字母“H”相同而得名。其特点如下：翼缘宽，侧向刚度大。抗弯能力强。翼缘两表面相互平行使得连接、加工、安装简便。与焊摄工字钢相比，成本低，精度高，残余应力小，无需昂贵的焊接材料和焊缝检测，节约钢结构制作成本30%左右。相同截面负荷下．热轧H钢结构比传统钢结构重量减轻15%-20与砼结构相比，热轧H钢结构可增大6%的使用面积，而结构自重减轻20%一30%，减少结构设计内力。H型钢可加工成T型钢，蜂窝梁可经组合形成各种截面形式，极大满足工程设计与制作需求。H型钢主要用于工程，厂房设备，机械设备，桥梁，高速公路，民房等;机械性能和物理性能好，牢固，节约能源和环保的效果。H型钢是一种经济型断面钢材，广泛用于工业、建筑、桥梁、石油钻井平台等方面，据预测2005年我国H型钢需求量约250万吨，2010年需求量500万吨，但目前我国H型钢年生产能力为120万吨，市场需求量非常巨大。H型钢的特1）结构强度高同工字钢相比，截面模数大在承载条件相同时，可节约金属10-15%。2）设计风格灵活、丰富在梁高相同的情况下，钢结构的开间可比混凝土结构的开间大50%，从而使建筑布置更加灵活结构自重轻与混凝土结构自重相比轻,结构自重的降低，减少了结构设计内力，可使建筑结构基础处理要求低，施工简便，造价降低。结构稳定性高以热轧H型钢为主的钢结构，其结构科学合理，塑性和柔韧性好，结构稳定性高，适用于承受振动和冲击载荷大的建筑结构，抗自然灾害能力强，特别适用于一些多地震发生带的建筑结构。据统计，在世界上发生级以上毁灭性大地震灾害中，以H型钢为主的钢结构建筑受害程度最小。5）增加结构有效使用面积与混凝土结构相比，钢结构柱截面面积小，从而可增加建筑有效使用面积，视建筑不同形式，能增加有效使用面积4-6%。省工省料与焊接H型钢相比，能明显地省工省料，减少原材料、能源和人工的消耗，残余应力低，外观和表面质量好。便于机械加工易于结构连接和安装，还易于拆除和再用8）环保采用H型钢可以有效保护环境，具体表现在三个方面：一是和混凝土相比，可采用干式施工，产生的噪音小，粉尘少；二是由于自重减轻，基础施工取土量少，对土地资源破坏小，此外大量减少混凝土用量，减少开山挖石量，有利于生态环境的保护；三是建筑结构使用寿命到期后，结构拆除后，产生的固体垃圾量小，废钢资源回收价值高。9）工业化制作程度高以热轧H型钢为主的钢结构工业化制作程度高，便于机械制造，集约化生产，精度高，安装方便，质量易于保证，可以建成真正的房屋制作工厂、桥梁制作工厂、工业厂房制作工厂等。发展钢结构，创造和带动数以百计的新兴产业发展。10）工程施工速度快占地面积小，且适合于全天候施工，受气候条件影响小。用热轧H型钢制作的钢结构的施工速度约为混凝土结构施工速度的2-3倍，资金周转率成倍提高，降低财务费用，从而节省投资。以我国“第一高楼”上海浦东的“金贸大厦”为例，主体高达近400m的结构主体仅用不到半年时间就完成了结构封顶，而钢混结构则需要两年工期。本设计内容概我国正处于大建设的关键时期，其钢材需求量大，种类多，尤其是H钢H竞争力有着积极的影响。在此基础上，本设计拟建设一座年产量46H型钢车间，主要产品为H100~400mm规格范围内的小H型钢。产品定尺长度为12m，倍尺长度为24m。结合产品的实际用途，选用的钢种300×90，Ⅱ320×220×85。根据设计要求用HW175×175×7.5×11为典型产品本设计整个轧机线由15无牌坊轧机组成，其中粗轧机组5、中精轧组10架，采用全连续轧制工艺，快速更换机架系统，主传动全部采用交流变频调速数字控制系统，SHS万能轧机轧辊辊身长度短，轧辊挠度小，可获得良好的计了计算机3级自动控制系统用来完成物料跟踪工艺参数和轧辊参数设定及本设计生产线采用设备的特该生产线有15轧机组成连续式生产线，生产效率高飞剪分段长尺冷却，提高了生产效率强度，提高轧机有效作业率；冷床设置水冷段提高了冷床能力长尺矫直减少矫直盲区多功能堆垛机不仅能实现H于工字钢堆垛，也能实现槽钢堆垛成排锯切提高锯机锯切能力本车间设计年生产能力为、4.6×104tH100～400mm。其产品大1-11-年产1-

型钢产品大H产品种 规H产品种 规产品标米重年产量百分比%宽翼H型钢 OO中翼H型钢OO窄翼H11263-O 薄壁H型

合 ①宽、中、窄翼缘H钢的尺寸、外形允许偏差应符合1.2②H钢、H钢桩的切断面上不得有大5mm毛刺③H钢、H钢桩不得有明显的扭转④重量允许偏差符合1.3定表

H型钢的尺寸、外形允许偏H（型号B（型号允许偏 图厚度长

长度每增加1m或不足1m5mm翼缘斜度

高度（型号高度（型号

最小值为1.5mm最小值为1.5mm弯曲

高度（型号 ≤长度的高度（型号 ≤长度的

适用于上下、左右大弯

中心偏差

高度（型号 W

端面斜度

差的最小值为3.0mm 重量允许偏H重量允许偏H型钢的重量偏差不超过±6%H钢以热轧状态交货，H钢应按理论重量交货(理论重量按密度7.85g/cm3算)H型钢的牌号和化学成分(熔炼分析)，应符合GB/T700或GB712或GB/T714或GB/T1591或GB/T4171或GB/T4172的规定。经供需双方协商，并在合同中注明，也可按其他牌号和化H型钢的力学性能、工艺性能应符合GB/T700GB712GB/T714GB/T1591GB/T4171或GB/T4172的规定。经供需双方协商，并在合同中注明，也可按其他力学性能、工艺H型钢的表面不允许有影响使用的裂缝、折叠、结疤、分层和夹杂。局部的细裂纹、凹坑、凸起、麻点及刮痕等缺陷允许存在，但不得超出厚度尺寸允许偏差；型钢表面的缺陷，允许用砂轮等机械方法修磨或焊补进行缺陷的清除或补。本设计采用连铸异型坯料原料规格确定主要依据成品断面尺寸和坯料长度等因素1- 异形坯断面尺1-HBTACR注：Ⅱ代表异型坯BB4，Ⅰ代表异型坯BB3Ⅱ型 Ⅰ型 异形坯的腹部和翼缘的高度及厚度公异形坯的弯曲度:11m60mm，每米不超过长度公差:最大重量公差：最大±1.5本设计采用碳素结构钢和低合金高强度结构钢，其化学成分见表 坯料化学成化化学成序 钢 标 代表钢C SP V 碳 0.14-0.0.30-12结构钢700-低合 高强度1591- 00.015-0.02-结构结构 3106-199SM490YB≤0.20≤0.16≤0.55≤0.0459本设计产品所需原料长度及年需要量见表1-61- 坯料长度和年需要1-长度原m

t

ⅡⅠⅡⅠⅡⅠⅡⅠ合型钢轧制过程中有氧化烧损，切损和轧废。本设计综合成材率96%。年需要坯47.92万吨。本设计车间金属平衡表见表1.7。1- 金属平衡1-成 废原氧化烧 轧 切产 产 年产所占（ 重量（ 例吨 吨百分%重百分（%重百分%%吨吨合

成材（生产方案是指为完成任务书中所规定的产品的生产任务而采取的生产方法。根据设计规模、案主要考虑以下几点：的发展。2.22.2H型钢的轧制方法按历史顺序，大致可以分为以下三类：第一类是普通二辊式或三辊式型钢轧机的轧制法；第二类是利用一架万能轧机轧制H型钢，第三类是用多机架万能轧机轧制H轧制法，X-H轧制法。其中X-X轧制法、X-H轧制法是目前世界上最先进的轧制法。目前世界上H型钢轧机的布置可分为半连续布置和全连续布置两大类。格范围小，专业化程度很高。根据设计初衷，本车设计采用全连续轧机布置形式2.32.3型钢的精整工艺一般有定尺精整和长尺精整两种定尺精度。但是，锯切冷材时锯片磨损加快，消耗较多。本设计采用长尺精整方案。加热能力160t/h的步进梁式加热炉压水除磷机5机架粗轧机组轧机呈1H-2V-3H-4H-5V立交替布置，10中、精轧机组7万能轧机3水平轧机组成，呈6H-7H/U-8H/U-9H/U-1OH/U-11H-12H/U-13H/U-14H-15H/U置，17.6m×78.0m的步进式冷床，一架0辊悬臂式矫直机，2台SDD2000固定式冷锯，一台CVSP080飞剪，等一系列制级，三级为工厂管理控制级。1.1.7生产工艺流程图见图3.11.1.81.1.8由专用运输火车运来的连铸异形坯经表面检验合格后送至原料跨堆放（～125℃5机架粗轧机组轧制成H形雏形，由火焰切割机切去“舌头10机架中精轧机组轧出成品，此时轧件温度仍在85℃以上。经在线尺寸测量和飞剪分段，轧件进入为6×78.0m的冷床冷却。当冷却到80℃储存。一个品种的轧辊辊系组装好。在换辊时只要把旧辊系拉出，换上已装好的新辊系即可。用行车把轧机机架放到初轧附近区摆放等待更换。6～151、2号冷锯成排定图3.1小H型钢生产工艺流程粗轧机换粗轧机为连轧机组，为整机架更换。新机架在换辊间完成组装，包括机架轧件出粗轧机组后在进入精轧机组前为了能使轧件在连轧机中稳定轧制2ec精轧机换精轧机为整机架更换。新机架在换辊间完成组装，包括机架装配、轧辊位在线尺寸测在精轧机组后配备了在线激光尺寸测量装置对轧件进行实时在线尺寸轧件分段以后被带有升降拔爪的辊道单根地送上冷床H钢冷床为齿条步式结构，冷床入口设有矫直蓖，对轧件起到一定的矫直作用。冷床面积大约.8冷锯共设两台固定式定尺冷锯，在固定锯后各设定尺机一台冷锯机锯片最大直2000毫米进锯速度最80毫米∕秒具有快速更换锯片功能，更换时间15分钟内。成品钢材捆被输送至1#、2#成品存放台，金属牌由人工挂在钢材捆上AA06台过跨至AB跨，等待AB0不合格钢材的处在1#、2#成品检查台上被检查出有缺陷的钢材，可以用辊道直接运送废台上收集，贮存后用起重机送入至H钢厂加工场地进行修磨处理，并由人工捆12160t/20℃。异型坯①步进行程设定值②炉内气氛：弱氧化性③炉压：0～10Pa（0～1mmH2O；④对于部分规格“操作要点”及“压下规程”中加热要求，应遵照执行⑤产品型号宽（B小于200mm规格加热各段均热段温度上限、下限均降低20℃；⑥H400×200列，各加热、均热段温度上限、下限均提高20℃炉温范围与钢坯在炉子割断加热时间见下表3.1表3.2 Ⅰ型炉温范围及各段加热时间≥ 热装温度大于300℃，炉温范围与钢坯在炉子各段加热时间见下 Ⅰ型(红送)炉温范围及各段加热时间 ≥ 异型坯①步进行程设定值②炉内气氛：弱氧化性③炉压：0～10Pa（0～1mmH2O；④对于部分规格“操作要点”及“压下规程”中加热要求，应遵照执行炉温范围与钢坯在炉子各段加热时间见表3.3表 Ⅱ型炉温范围及各段加热时间炉温≥热装温度大于300℃，炉温范围与钢坯在炉子各段加热时间见下 Ⅱ型（红送）炉温范围及各段加热时间炉温≥根据不通的规格坯料，选择对应的除磷环除磷机前的热金属检测器检测到钢坯时，除磷机开始喷水除磷除磷时，水压＞20Mpa,钢坯运行速度为操作人员应及时向调度室报告。粗轧机轧制碳素钢和低合金钢，其轧制温度规定如下①开轧温度：1100℃～1200℃，截面积小的规格取下限，截面积大的取上②终轧温度非控温轧制产品粗轧机的终轧温度＞950需要进行控制轧制产品，出炉后的钢坯不能轧制时，横移至收集台架上正常轧制时，夹送辊可进行辅助咬入4）轧制度;咬入速度≤0.5m/s。粗轧机组出口速度≤2.0m/s①开轧温度②终轧温度：≥800需要进行控制轧制和有特殊要求的，执行相应的工艺操作指南若轧件不能继续轧制时，横移至收集台架上，下一根轧件继续轧制按设定工艺要求，加送辊可进行辅助要入6）咬入速度：≤1.0m/s精轧机组换辊后，第一根钢轧制，在线尺寸测量仪不投入使用生产中飞剪的剪切功能正常，在线尺寸测量仪投入使用在使用过程中如出现在线尺寸测量仪显示尺寸同测量尺寸误差较大时轧件尺寸情况对在线尺寸测量仪测定部位进行数据补偿或位置修改出现故障，必须进行人工取样。根据不同德产品规格选用相应的剪刃1.5m/s剪切速度等于最后一架轧机轧件的出口速度加上一个引导速度，引导速度范围为最后一架轧机轧件出口速度的5%～15%操作人员应根据实际情况进行适当的修正;根据成品定尺长度并考虑轧件热膨胀系数及头尾长度设定剪切长度，操作人员应根据实际轧件长度对设定长度进行设定。轧件在冷床上分布：飞剪分段轧件后，小78米上冷床H一切正常，方可进行操作；作；上裙板处理故障时，必须通知CP3主动辊（下辊）外径差H轧件H值高度≦100mm，可双排矫直矫直岗位安全制度①工作前认真检查需使用的设备，工具是否安全②开车前，必须确认操作排在台上，现场区域无闲杂人等，用对讲机寻呼现场后并确③在矫直过程中，出入口处严禁有人停留通过④矫直机尚在运转或矫钢时，不得检查矫直机孔型，轧件矫直质量；检查时必须先与⑤在辊道上检查或处理事故时辊道必须停转，与操作台确认后，方可进行⑥矫直工应站在安全位置观察矫直情况⑦操作工在使用专业液压工具时要谨慎小心⑧在使用专用吊具前，必须检查、确认符合使用标准，方可使用⑨辊道在运行时，不得跨越辊道⑩在换辊前应检查整体换辊装置连接固定牢靠后年方可进行锯机可以单根锯切，也可以成排锯切。成排锯切时，成排根数视品种。规格确定，见表锯机成排锯切支产品规成排根数6733小规格和不对称端面型材，快速进锯，一般区钢种较硬或规格较大时，中速进锯，一般取成排锯切时的速度，一般取锯片参数见表表 锯片参锯锯片参直径 厚度 齿距单片锯切力锯片磨损后影响锯切产品的端面质量，需要更换锯片。锯片上线后振动大，原因不明确，为确保安全需要更换锯片；①锯切系统由二级系统给定，从二级中调阅②锯切定尺长度按生产科下达的生产计划，尺寸及形位公差按相应国家标准执行③锯切时不同规格、批号、钢种不得成排锯切生产过程中，一旦发现锯片有裂纹、崩齿等异常现象，要及时通知调度室，请求更换锯片；②正常轧制时，每个批号记录一支H型钢的高度、宽度、腹板厚度、翼③换辊换规格换牌号换班时当班第一个批号必须记录2支定尺的成品高2支定尺的成品高度宽量，直至稳定，并将信息及时反馈厂调⑥根据产品标准与检验规程逐支目视检查轧件的表面质量平直度等⑦根据规格与产品缺陷状况进行改尺与修磨状态的判定①据表面缺陷的种类，用油性粉笔将缺陷标出，并根据相应缺陷的代号在②据轧件状态，将相应不同状态的符号在轧件腹板上用油性粉笔进行标识③不同状态轧件代码如下：修磨 改锯 翻面标 整支废 芯裂 待处 车间年工作小时按以下原则计算[7]本设计车间采用四班三运转连续工作制，每班8小时。双休日不停工，每次10小时；大修与中修错开，不在同一年进行；50000.5时调整、换矫直辊和锯片每班更换，平均每次20分钟20钟30钟其它原因停机200时本车间设计日历作业 全年计划轧制时 日历时全年规有效作业率=全年计划轧制时间 全年规 年工作小时非工作

制

dd换

大节修 假 日 d

小检修 dh计dhh

调交接h

其全它 计原 轧因 时停机

转

Q=T式中：Q-轧机的小时产量（按成品计，t/h；k式中：t-轧制时间

o-间隙时间，轧件间隙时间，取10（火焰切割时轧件任然在保持连轧状态。各规格产品轧机生产能力见表5.。其中轧机的负荷率为3401.77/6522=52.2%。轧机生产能产品规年生产（×原料单重轧制节奏全年轧制时HWHM合本设计选用步进式加热炉，它有以下优点步进送料因不发生挤钢现象，加热炉不受推钢比的限制可利用步进机构将钢料之间的距离调整得适合加热炉产量的变化,不变以减少钢料的氧化和脱碳；可以使炉内的钢料全部出空,有利于事故的处理，也便于加热不同钢种因靠步进机构将钢料送入炉内,热方形、长方形，也可以加热圆形料和异形料，适应性比推钢式炉较强。此外，步进式加热炉还有加热能力增强，擦伤减少和容易维修等优点。考虑到H型钢产品质量要求以及参考国内H型钢的生产经验，本设计选用步进式加热炉。本设计采用的加热炉炉子有效宽度为12m，加热能力为160t/h，加热温度范围为1100℃～1260℃，燃料为高、焦炉混合煤气，单位热耗量1302kJ/kg。加热炉小时生产能力按以下公式计算式中：k——综合成材率

Q=

（式Q——加热炉小时产量（按坯料计，t/h；L——坯料长度n——每排坯料根数(L大于5.5mn=1；L小于或等于5.5mn＝2)时间为3564.96h。其负荷率为3564.96/6522=54.7% 加热炉生产能年产品种规格 （× 加热炉小时产量全年加热时间长度HWHM1.1.151.1.15Q=3600´q´L´A60´1000´C´B

（式中：Q——冷床的小时冷却能力B——每根冷却轧件所占宽度（定为该规格成品高度2倍，m；12m定尺的代表产品冷床的小时产量、全年需要的冷床时间见表1.2。完成年产量为年产成品单 轧件年产成品单 轧件所占 冷却时 冷却小时 全年冷却品种规格度位间HWHM合1.1.161.1.16Q=(3600´n´q)T/1000 T——矫直节奏时间n——矫直钢材长度 T=T1+T2

（T2——矫直辅助时间s为2094.79/6522=32.1%矫直机生产能成品平均重年产矫直时矫直辅矫直小全年矫产品规格直速时间时间）3HW33HM33333合1.1.171.1.17锯机小时生产能力计算公式如下Q=3600´601000

（式中：Q——锯机小时产量T——锯切节奏T=T周×N+T清+T间+T （式T周——锯切一次的周期时间T——前后两根轧件尾、首之间的间隔时间，s；本设计参考马H型钢厂现场数据15s；T——热锯辊道送钢时间30s本设计锯切前轧件长60m辊道速度12m定尺的代表产品锯切节奏时间、小时产量、年需要锯切时间见表1.4。完成年产量成品单年产成排成品单年产成排 锯切 节奏时 锯切小 全年锯产品规格数数时间72HW6262HM42626262624根据各个工序生产能力列出瓶颈生产能力见6.5。其负荷率为 瓶颈生产能主主要设备小时产量产品规格年产炉矫直锯切 年工 81521483201000689 轧 HW85388100炉53188024HM8炉46炉44炉合 辊道为单独驱动，辊道末端设1台固定挡板，中间设2个升降挡板，辊道带有边导最大水流量坯料运行速度辊道单独驱动带有边导板和盖板，热保护罩打开和关闭由液压缸驱动。辊道总长度：31.5m④加热炉出口夹送将加热好的钢坯送至粗轧机，为二辊式，底辊由齿轮马达驱动，上辊升降由2个液压缸辊子中心距⑤粗轧机出口边辊将轧件输送到中精轧机组。辊道单独驱动，带有边导板和盖板。辊道总长：m燃气种类及热值 ，切割速度升降由2个液压缸驱动，辊子内部通水冷却。辊子中心距取样频率：30次/秒测量精度轧件最高温度夹送辊子个数飞剪刃宽度⑤1＃定尺机挡板行程支撑梁长度⑥2＃定尺挡板支撑梁长度台面宽度台面宽度台面宽度台面宽度堆垛磁磁盘宽度固定堆垛长度移动堆垛最大堆垛尺寸数量：3台最大堆垛尺寸液压系统数量：2压紧装置数量：31＃成品发货，9350m（2＃2＃成品发货车间平面布置主要指设备和设施按选定的生产工艺流程确定平面位置在平面布置时应当从实际出发求得最大合理的布置。车间平面布置应按以下原则