型钢生产概述

2型钢生产型钢生产发展概述型钢生产品种及特点型钢轧制工艺和轧机布置大、中型型钢生产新技术2.1型钢生产发展概述轧钢生产过程发展经历了一个漫长的过程。早在15~16世纪就曾出现过用轧机轧制金属板的情况。1728年英国人在有两个刻成不同形状孔型轧辊的轧机中加工锻造棒材。1795年英国的托马斯取得了孔型轧制的另一个专利，在历史上标志着正式开始生产型钢。1853年罗登发明了三辊轧机。1857年约翰将三辊轧机用于棒材轧制和线材轧制。1869年出现了平立交替的连轧机，这是线棒材生产的一大进步。直到20世纪的40年代末50年代初，由于电气控制技术的进步，无扭轧机又重新得到了发展。1958年4月美国投产的棒材轧机代表了当时的水平。1976年日本投产的轧机棒材，最大轧制速度12m/s。现代120-140m/s,保证105m/s。2.2型钢生产品种及特点

2.2.1分类热轧型材品种繁多，断面几何形状及其尺寸差异很大，热轧型钢的品种与规格已多达1万多按照生产方式不同，型钢生产可以分为热轧型钢；冷轧、冷拔型钢；冷弯、热弯型钢；焊接型钢。按照产品断面几何形状及其用途来分，型材可以分成六类:1)方形、圆形、扁形、三角形等断面几何形状简单的钢材这些钢材大都用于机械制造、金属结构、桥梁建筑等部门，少量用作工具，线材则大部分用作拉拔加工的原料。2)建筑用钢筋包括螺纹钢、竹节钢以及扭耳钢筋等。这些钢材大都用于钢筋混凝土中，用于建筑物的基础或柱架。要求这些钢筋具有高的强度与混凝土有良好的附着力。3）建筑结构用型钢包括工字钢、角钢、槽钢、Z字形钢等，主要用于建筑构件、桥梁制造和造船工业等。4）铁道用型钢如钢轨、鱼尾板、垫板等。主要用于铁路铺设和矿山、森林建设。5）特殊用途的复杂断面型钢如用于工业建筑或民用建筑的窗框钢、水利建筑和码头建设用的钢板桩等。6)周期断面钢材所谓周期断面型钢其断面和尺寸沿轧材纵轴方向呈周期性变化，可根据断面情况分别用纵轧、斜轧、横轧或楔横轧的办法生产。如农用的犁铧钢、机械零件用的变断面轴等都是周期断面钢材。2.2.2型钢生产特点1、产品品种规格繁多2．断面形状差异较大3.产品断面形状复杂4．轧钢机布置型式及类别多样1、产品品种规格繁多要求根据产品大纲合理选择坯料，正确设计孔型，周全安排生产计划，提高轧机专业时间，增加轧辊使用寿命。2．断面形状差异较大断面形状上的差异，会给孔型设计和轧制生产带来许多困难，要求采取有效的技术措施。3.产品断面形状复杂

由于型钢断面形状复杂导致型钢生产发展缓慢。4．轧钢机布置型式及类别多样横列式(包括一列、二列及多列)、顺列式、棋盘式、半连续式和连续式。就型钢轧钢机的种类来说，有二辊式、三辊式以及万能式轧机。2.3型钢轧机种类及布置形式2.3.1型钢轧机种类

(1)按轧辊数分类型钢轧钢机的种类可按机架内的轧辊数分类。就型钢轧钢机的种类来说，有二辊式、三辊式以及万能式轧机。在机架内装入两个轧辊的称为二辊式轧机，装入三个轧辊的并在上、下孔型能进行轧制的称为三辊式轧机，以及用两个水平辊和两个立辊在宽厚两个方向能进行轧制的称为万能轧机。按型钢轧机轧辊数分类的型钢轧机种类和特征，示于表3—l，各自的构造，如图3—l、图3—2、图3—3所示。

(2)万能轧机万能轧机(如表3—1所示)具有各种特征，这里主要以生产宽缘工字钢为主的型钢轧制来具体说明一下万能轧机的特征。万能轧机具有下列的特征：①由于能自由调整由两个水平辊及两个立辊组成的四个轧辊间的缝隙，这样包括精轧机在内仅用三台轧机(粗轧机、轧边机及精轧机)就能完成带有数个孔型的数台轧钢机所担负的压下量。②使用同样断面的原科及同样的轧辊，只改变压下制度就能轧制出不同厚度的产品。若用孔型形式变更产品厚度时，必须改换大部分轧辊，而用万能轧制方式时，仅变更道次的压下制度就可以了，因此它适用于宽缘工字钢等具有多种不同厚度的品种的轧制。③轧制宽缘工字钢时，腰和腿的压下方向与各轧辊的压下方向相同，因为这仅是单纯的压下，所以能有效地发挥作用。如果能保持两者的均衡，那么在设备强度及主电动机能力允许的条件下，可增加压下量。因此与孔型轧制方式相比较，道次数减少，原料的温降较少，从而能得到薄壁产品。④对于万能轧钢方式来说，增加一定程度的腿宽是可能的，原料断面的凸缘腿宽同孔型方式相比为窄。因此，用相同辊径的初轧辊开坯出的断面相同的原料，用万能轧机能轧制出较宽腿的宽缘工字钢。⑤轧辊形状简单，磨损量少，并且修复容易，因此轧辊单位消耗量饺少。另外，如前所述，传动效率高，因此电力消耗也少。⑥一般对于万能轧钢机，需要供给近似于产品形状的异形钢还。为此，各车间分别采用以下的方式：在初轧机上用异形孔直接轧成具有异形断面的钢坯；在初轧机上轧制成矩形断面钢还(板还、方还)，另外，再用开坯机将其轧成异形断面的钢坯；根据品种将这些方式适当地并用。2.3.2型钢轧机布置型式单机架、横列式(包括一列、二列及多列)、顺列式、棋盘式、半连续式和连续式。这些轧机布置的简图如图1-2所示。从这些轧机所采用的轧制方式和它们的轧制图表的特征来看，型钢轧机的布置型式实际上只有三种，即横列式、顺列式和连续式布置。棋盘式可以认为是为了缩短车间长度所采取的顺列式布置的一种变态；而半连续式则是连续式和其他型式布置的组合。2.3.1横列式横列式布置是当前型钢生产的主要布置方式，各类型材、线材和开坯生产均可选用。这类轧机布置的基本特点是：1）一般由一台或三台同步交流电动机同时传动数架轧机，因而同列轧机的转速相同，轧制速度基本一致基本特点2)横列式轧机一般都是采用穿梭轧制和活套轧制的方式，每架轧机上可以轧制若干道次，在电机能力及轧辊强度允许的条件下，可以实现交叉轧制或同时多条走钢，因而变形灵活，适应性强，品种范围宽广。不仅可以轧制简单断面型钢，也可生产各种复杂断面型钢。3)控制操作容易，技术要求也不复杂，因此横列式布置的轧机具有设备简单、投资少、上马快的优点。横列式布置的轧机不足之处l)同一机列轧机转速相同，轧制过程中轧制速度不能随轧件长度增加而提高。这样就限制了轧机产量和劳动生产率的提高。为了克服这一缺点采取了多列布置的方式，这样可以随轧件长度的增加而适当提高轧制速度。这对于生产断面比较细小、成品较长和散热比快的中小型钢材和线材生产是很有必要的。2)横列式轧机受换辊条件和轧制道次的限制，一般采用开口机架和半闭口机架，轧辊则选用较大的L/D值，可达到3以上。这样就降低了轧机的刚性，影响了生产轻型薄壁钢材，也影响了轧制宽度较大的钢材生产。3)轧制过程中轧件横移次数较多，加之轧制速度不快，使轧制总的延续时间加长。这样使轧件在轧制过程中的温降加快，造成轧件头尾温差加大而使轧件在长度方向上尺寸不一致，并使轧机调整工作复杂化。2.3.2顺列式为了解决横列式布置中各列辊径与转速对各道断面变化的轧制条件不相适应的矛盾而出现了顺列式轧机布置(又叫跟踪式轧机布置)。这种布置形式按轧机之间轧件运行方向又可分成二类:即中心线平行布置与倾斜布置的二类轧机呈顺列式布置的主要特征是1)顺列式布置的轧机每架只轧一道，一般轧制道次等于机架数目。2)各轧机具有不同的轧制速度，也即可以随轧件长度的增加而提高各架轧机的轧制速度，因而此类轧机有较高的生产率。据有关资料报导，国外先进的大型型钢轧机采用有这种布置方式，轧机年产量可达到160万吨以上。3)各架轧机之间不构成连轧关系，因为轧件轧出的长度随道次的增加而加大，故机架之间的距离也随轧件长度的增加而增加。所以一般这种布置方式只适用生产大中型钢材。4)因为每架只轧一道，轧机可以采用二辊闭口式机架，又不受轧制道次的限制，轧辊可以采取较小的L/D值，一般可在1.5~2.5的范围内。这样轧机的刚性增大。和横列式轧机相比，如辊径相同，轧制相同产品，可以提高产品的尺寸精确度，如轧制不同产品，则可以扩大产品范围。5)出于各架之间互不干扰，易于实现轧制过程的机械化和自动化，轧制过程中既不构成连轧，也没有交叉、多条轧制的情况，因此，轧机调整工作亦大为减少。6)此类布置的主要缺点是：轧机数目较多、轧机之间的距离较大，比较分散，占有比较长的厂房，建厂投资较多。为解决这类问题，近来新建的大型顺列式布置的轧机前面采用可逆轧制的办法，以减少机架数目和节省厂房长度。2.3.3连续式轧机呈连续式布置是轧钢生产发展的方向。随着电气控制设备水平的提高和轧制技术的进步，连轧已越来越多的应用于轧钢生产。但在型钢生产中，由于复杂断面型钢变形条件复杂，不易掌握轧件在孔型中形状变化和尺寸变化的规律性，因而复杂断面型钢连轧技术发展缓慢，只在小型、线材和开坯生产得到较快的发展。到了近十几年，由于科学技术的进一步发展，才在一些先进工业国家(主要是美国，日本和苏联)掌握了复杂断面型钢的连轧技术，出现了复杂断面型钢(包括H型钢)连轧生产的新局面。连续式布置的轧机的主要特征1)每架轧机只轧一道，一般的轧制道次等于机架数目2)一根轧件同时在数架轧机上轧制，维持金属秒流量相等的原则，构成连轧关系。各架轧机轧制速度可调，轧件速度随轧制道次增加而提高。轧制节奏短，轧机具有很高的生产率。中型和小型型钢连轧机，年产量也可分别达到150万吨和120万吨。3)轧制速度高，机架排列紧密，间隙时间短，轧制总延续时间少、因而轧制过程中轧件温降小，加之应用二辊闭口式机架，轧机刚性高，这样不仅可以减少轧件头尾温差，保证轧件长度方向上尺寸一致，提高轧制精度，而且能轧制轻型薄壁钢材。4)连续式布置的主要缺点是，轧机数目多，电气设备，机械设备要求复杂，调整、控制技术要求较高，因此建厂较慢，投资较大，再加上产量较高，生产品种比较单一。2.4大中型钢生产2.4.1大中型钢约300套，生产能力约1500万吨指大中型轧机生产的型材（1）方钢：一般边长为50~200mm，主要用于制造各种机械设备与机械零件。大中型轧机轧制的方钢，若供小型轧机轧制小型材也称方坯。（2）圆钢：一般直径为50~200mm，也主要用于机械制造工业。圆断面的钢材也可作为坯料供无缝钢管轧机轧制钢管或供钢球轧机轧制钢球。（3）扁钢：一般厚度为10~40mm，宽度为80~240mm。除了用于机械制造外，多用于做薄板坯、带钢坯等。（4）工字钢：其规格为N0.10~63，即高度为100~630mm。广泛用于金属结构和建筑结构，作为梁、柱用。（5）槽钢：其规格为N0.8~40，即高度为80~400mm。主要用于金属结构与车辆制造。(6)角钢。有等边和不等边之分。等边角钢的规格一般为N0.10~20，即角钢边长为100~200mm。不等边角钢的规格一般为No.10/6.3~20/12.5。角钢主要应用于各种金属结构、桥梁和造船等方面。(7)钢轨。每米重8~24kg为轻轨。每米重38~75kg为重轨。轻轨用于矿山、森林的铁铬，重轨用于铁路干线上。此外还有许多专用型钢，如煤矿用的支撑钢，造船用的球扁钢、农机用的犁铧钢等。生产工艺过程2.5小型型钢及棒材生产小型型钢一般是指在辊径为350~250mm的轧机上生产的钢材。最小

6mm。小型轧机约3400套，生产能力4900万吨。小型型钢的品种很多，热轧小型型钢按断面形状不同主要分：简单断面、异型断面和周期断面形状三种。其中以简单断面形状为主。小型型钢及棒材生产常见的简单断面形状小型钢材主要有方钢、圆钢、扁钢、六角钢等。它们一般成根供货，故又称棒材。近年来，小型棒材随着生产发展亦可成卷供应。棒材尺寸精度和表面质量要求十分严格，为确保产品质量，近年来，我国多数小型钢材生产厂都进行了多次设备改造和技术、工艺更新。例如：采用步进式加热炉，无氧化加热法等提高加热质量；采用预应力或无牌坊轧机等，以实现高精度轧制，来保证产品质量。步进式加热炉特点（1）加热的坯料一般不受断面形状和尺寸的限制，可以加热推钢式加热炉难以加热的异形坯、较小和较薄的钢坯。（2）加热制度灵活，适应性较广泛。它可以通过调整步进周期或改变炉内钢料之间的距离来变化钢料在炉内的加热时间，以适应不同钢种、不同加热速度的需要。（3）加热质量较好，钢温比较均匀，而且钢坯的下表面不像推钢式加热炉那样易被划伤。（4）炉子长度不受推钢比的限制。不仅不会发生拱钢、黏钢事故，而且可以增加炉长，提高炉子的生产能力。（5）与轧机配合灵活方便。可以根据需要将钢料退出炉外，以避免钢料在炉内长时间停留造成钢的氧化和脱碳；也可以使钢料在炉内踏步停止前进，以适应轧机发生事故和在产量上变化的需要。（6）可以比较精确地计算和控制钢料在炉内的加热速度和加热时间，有利于进行计算机控制，实现加热过程的自动化。步进式加热炉的缺点是结构比较复杂，造价较高(一般比推钢式加热炉价高20％～25％)。另外由于炉底水冷管较多，冷却水和热能消耗比推钢式加热炉的高。这种炉子在设备施工和要求上都比较严格，如安装不当会发生炉料跑偏现象。预应力轧机及特点在轧制前对轧机施加预应力，在轧制时就可抵消一部分机架的变形量，而使轧机的刚度提高，使轧制产品的精确度也随之提高，这种类型的轧机就称为预应力轧机。预应力轧机是20世纪50年代初出现的，目前主要用于生产小型、线材等要求精度较高的钢材。。常见的小型异型断面形状钢材主要有小角钢、小槽钢等。这些钢材大多采用方形或矩形断面坯料在各种型式的轧机上生产。这种钢材剪断时，必须锯切以保证断面质量，必要时，还要用带有异型剪刃的剪切机切断。为保证钢材沿长度方向平直，异型钢材必须进行矫直。小型简单周期断面形状钢材主要有热轧螺纹钢筋等。螺纹钢筋一般主要用于建筑，小型螺纹钢筋一般为φ30~φ12。小型钢材的用途十分广泛，在国民经济各个部门中占有重要的地位。我国小型钢材生产目前还是以横列式轧机为主，虽然各生产厂都进行了不同程度的技术改造、设备更新，但距先进发达的国家还相距甚远，当前小型型钢生产向着高速、优质、大功率和自动化方向发展。精轧机组采用立平辊交替布置，实行无扭轧制以减少轧件表面缺陷。采用连续式布置轧机，实现高速轧制，提高生产效率。小型轧机布置小型型钢轧机的布置，主要有横列式、半连续式、连续式、跟踪式几种类型。其中由于横列式小型轧机投资小，投产快，因此，在我国当前横列式轧机还是小型钢材生产的主力。

小型型钢的轧制工艺生产小型钢材在工艺与设备上有以下主要特点1）坯料选择及加热：在设备确定时，坯重的选择主要决定于轧制总延续时间的长短。坯重增大，产量高，但轧制总延续时间增加，致使轧制中轧件温降大和头尾温差大，影响产品质量。因此小型钢材生产中，坯料重量的确定：在不延长总延续时间的条件下，增加坯重，这样既提高产量又确保质量。在横列式轧机上，因轧制速度低，轧制周期长，轧件头尾温差大，为保证产品质量，往往选用断面尺寸及长度较小的坯料。在连续式或半连续式轧机上，由于轧制速度高，轧制周期短，温降小，头尾温差小，则宜采用大断面，长度大的坯料。较现代化轧机上安装有飞剪，坯料不受冷床长度的限制，所以，其单重可达1吨以上。具体情况如下：小型型钢生产工艺流程连续式小型轧钢车间的平面布置图2.6大、中型型钢生产新技术在型钢生产中，大中型型材在向连续化、自动化和万能轧制法发展，钢材精整采用长尺冷却、长尺矫直和冷锯锯切的连续精整作业线。在型钢生产方面，所采用的主要有以下几项新技术。1）连铸异型坯及连铸坯直接热装炉连铸板坯轧制H型钢，开坯机需轧制19-23道，而使用异型坯只需7-9道。2）连续轧制、连续精整技术大中型钢生产在向连续化发展，采用连续轧制、连续精整，大大提高了生产效率和产品质量。例如：日本钢公司君津厂宽缘工字钢梁轧机，采用连续轧制，长尺冷却、长尺矫直和高速冷锯成组锯切。其生产率是常规轧机的2~4倍，产品尺寸精度高，腿宽、腰厚及锯切长度等尺寸波动均为常规产品的二分之一以下，而生产成本为常规轧机的四分之三。英国斯肯索普半连续中型轧机，粗轧、中轧各为φ780mm可逆轧机一台，精轧采用七架水平轧机和三架立式轧机。在轧制工字钢时，成品水平机架可更换万能机架。其产品有槽钢、工字钢、角钢、方扁钢等。精整采用长尺冷却、长尺矫直和冷锯锯切。设计年生产能力为48万t。新建的现代化的小型棒材、线材车间几乎全部是全连续轧制。并采用高速、单根、多线或多路程轧制。利用控制冷却技术提高产品的性能。3）万能轧制技术万能轧制法广泛用于H型钢生产其特点是由两个水平辊和两个被动的立辊构成孔型，同时利用辅助机架进行轧边。其原料为初轧机轧制的异型坯或经连铸机浇注的异型坯。日本住友金属工业公司鹿岛厂使用连铸板坯经一次加热轧制成大型H型钢。如图a所示：用厚300mm的板坯在开坯机的箱形孔中轧制五道次，形成犬骨状，然后在一个成型孔中轧制腰部。再经三道次轧边和一个精轧孔轧腰，进入万能轧机，其产品最大规格为600X300mmH型钢。如图b所示：厚250mm的板坯经开坯机的轧边孔型轧出腿部，并在精轧机中减少腰厚，再将异形件送入万能轧机轧制。该轧制法可用较薄的板坯(200~250mm)轧制大型H型钢。槽钢、角钢、T字钢等带凸缘的异形钢，也可采用多辊轧法特点:孔型是由三个以上轧辊轧槽所组成的，减少了闭口槽的不利影响，辊径差也小。其产品尺寸精度高，残余应力小。轧辊磨损小，轧制能耗少，与H型钢生产有同样的优点。多辊轧制是大中型材生产的发展方向之一，多辊轧法示意图如图所示。在棒材、线材生产中所采用Y型轧机也属于多辊轧法。其生产特点是轧件在孔型中三面受压，压应力状态强，产品质量好。4）平辊轧制技术平辊轧制是使用不带轧槽的平辊，对轧件进行粗轧。然后在少数带轧槽的轧辊中轧制数道次，将轧件轧成所要求的形状。平辊轧制的主要优点是:（1）可以减少换辊次数，提高轧机生产率（2）轧辊磨损均匀，使用寿命长（3）轧辊便于加工，共用性强（4）轧制力小，轧制能耗低缺点：轧件在轧制过程中，由于无孔型侧壁的夹持作用，而容易形成平行四边形倾向以及轧件角部易出现尖角的问题。解决办法:可采用贯通型导板，以扶持轧件，避免歪斜。也可采用浅槽道次，以防止轧件歪斜和尖角。日本州崎钢铁公司水岛厂已成功地使用平辊轧制小方坯。轧机效率提高5%，轧制能耗降低约7%，成材率提高0.4%，轧辊寿命延长了3~5倍。平辊轧制与普通孔型轧制孔型示意图5）切分轧制技术切分轧制：是指钢坯或钢材在轧制过程中，利用轧辊、导卫或者圆盘剪，将其沿纵向切成几根，最后可同时得到几根相同断面的钢坯或钢材。(1)使用大断面钢坯和减少轧制道次：采用切分轧制可以在不增加轧制道次的情况下使用大断面钢坯。这对于大坯料轧小材保证轧制道次和轧制温度的要求，是非常有利的。特别是使用连铸坯轧制小规格棒材，在使用小方坯的轧机上采用切分轧制可以得到实现。(2)降低能耗：切分轧制由于使用的钢坯断面大相应使加热炉的产量高，同时大断面坯便于热装和直接轧制，可以使加热炉燃料消耗下降，切分轧制由于总延伸量小，也使轧制能耗降低。20%(3)生产能力高：切分轧制可缩短轧制节奏，提高轧机的小时产量。如某厂950/900开坯机用重量为5.5t的钢锭轧成135X135mm的方坯，单根轧制的轧制周期为87s改用双槽切分轧制后，轧制周期为74s，而三槽切分轧制时的轧制周期为68s。(4）提高轧制精度：由于切分后的轧件同时进入后部轧机进行轧制，使轧辊弹跳值恒定或变化较小，轧件头尾温差也较小。而通常的多线轧制，由于轧件不同时轧制使轧辊弹跳值经常变化，而影响轧制精度。两者相比切分轧制产品精度可提高5~20%。(5)降低成本：由于节能、生产能力的提高，以及轧制道次的减少，使轧辊消耗减少，可以降低产品的成本。切分轧制的方法通常有:(1)辊切轧制：辊切轧制是通过特殊的孔型设计，利用轧制时的不均匀变形，使轧件在孔型中压缩及延伸的同时实现切分。其特点是轧辊在轧制时，将轧件切分开。(2)圆盘剪切分：圆盘剪切分是轧件在轧制过程中，通过预切分孔型将其轧制成并联形式的产品。在成品轧机后设有圆盘剪，通过剪切而成单根钢坯或钢材。(3)切分轮切分该法是将一对被动的切分轮安装在精轧机的出口处，其头部及轧件中部靠轧件的剩余摩擦力而实现切分。由于该法适用于连轧机，轧件尾部的切分则靠下一架的拉力而实现。切分轧制在国内外都已在工业生产中实现，并取得较好的效益。6）低温轧制技术低温轧制是在保证终轧温度的前提下，尽量使开轧温度降低。由于坯料的加热温度低，可以节约加热炉的燃料消耗，使坯料在加热过程中形成的氧化铁皮量减少，有利于提高产品质量。由于轧制温度，使轧制能耗上升。但综合节能效果还是很明显。低温轧制技术可应用于热连轧带钢轧机和高速线材轧机。由于轧制温度低，在粗轧道次相应温降要小，而在精轧道次由于轧制速度高，变形热会使轧件不产生温降或者产生温升，而满足终轧温度的要求。7）高精度轧制技术型钢生产中的高精度轧制，主要在于轧机的自动控制和轧机结构。也可以说高精度轧制技术是操作控制技术与设备有机结合的技术。在H型钢轧机、连续式棒材线材轧机上采用的最小张力控制，就属于高精度轧制的自动控制。从设备方面看，预应力轧机、短应力线轧机、悬臂式辊环轧机、Y型轧机、高刚度轧机等都可实现高精度轧制。为提高型钢的轧制精度，型钢轧机采用滚动轴承、高刚性机架，高速线材精轧机采用碳化钨辊环，都可提高轧制精度。8）控制冷却技术在型钢生产中控制冷却包括控制型钢在冷却过程中产生歪扭及变形和控制钢材的性能。引起型钢产生歪扭和变形的原因是型钢各部位在冷却过程中的温度不均。由于型钢断面形状不同，这种歪扭和变形也是各种各样的。因此为消除和防止这种歪扭和变形，应针对型钢的不同状采取不同的控冷方式。控冷使型钢断面及长度方向冷却均匀，