馬鋼H型鋼產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)

1、馬鋼H 型鋼產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)陳斌(馬鋼股份有限公司H 型鋼廠馬鞍山243011摘要主要闡述了H 型鋼軋制工藝技術(shù)特點(diǎn),對(duì)H 型鋼工藝設(shè)計(jì)的原則和方法做了較為詳盡的分析和說(shuō)明。關(guān)鍵詞軋制工藝孔型設(shè)計(jì)產(chǎn)品開發(fā)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概述馬鋼H 型鋼廠具有目前國(guó)內(nèi)自動(dòng)化程度較高的現(xiàn)代化大型H 型鋼生產(chǎn)線,自1998年年底投產(chǎn)以來(lái),截止2002年12月

3、,已按各種標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)生產(chǎn)了170個(gè)規(guī)格的H 型鋼產(chǎn)品,其產(chǎn)品規(guī)格覆蓋了翼緣高度125410mm 、腹板高度175800mm 、線質(zhì)量25280kg/m 范圍內(nèi)的所有國(guó)標(biāo)、日標(biāo)、美標(biāo)和英標(biāo)H 型鋼。表1是該廠投產(chǎn)幾年來(lái)產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)的情況統(tǒng)計(jì)。表1馬鋼H 型鋼廠歷年產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)情況年度開發(fā)生產(chǎn)的產(chǎn)品規(guī)格數(shù)量/個(gè)國(guó)標(biāo)美標(biāo)英標(biāo)工字鋼合計(jì)年產(chǎn)量/萬(wàn)t 19980080877126總計(jì)63673371701691092開坯機(jī)軋制工藝技術(shù)馬鋼H 型鋼廠的軋機(jī)采用“1-3-1”布置形式,具體的布置形式如圖1所示 。BD -開坯機(jī);UR1-萬(wàn)能粗軋機(jī)1架;ED -軋邊機(jī);UR2-萬(wàn)能粗軋機(jī)2架;U F -萬(wàn)能

4、精軋機(jī)圖1馬鋼H 型鋼廠軋機(jī)布置作者:陳斌男1970年11月出生學(xué)士工程師收稿日期:2003-06-15馬鋼H 型鋼廠采用腹板內(nèi)高一定的軋制工藝,其H 型鋼產(chǎn)品的特點(diǎn)是,同型號(hào)不同規(guī)格的H 型鋼的腹板內(nèi)高相同,只是由腹板和翼緣的厚度變化細(xì)分成不同規(guī)格。但是,即使是同一型號(hào),不同規(guī)格H 型鋼的成品翼緣與腹板厚度的比值跨度較大。H 型鋼的軋制工藝是:同型號(hào)產(chǎn)品共用一套開坯機(jī)孔型和萬(wàn)能軋機(jī)配輥方案,通過(guò)更換壓下圖表來(lái)生產(chǎn)該型號(hào)下不同規(guī)格的產(chǎn)品。由于一個(gè)型號(hào)的產(chǎn)品共用同一個(gè)異形孔(見圖2,異形孔的翼緣厚度不可調(diào),只能通過(guò)調(diào)整異形孔的腹板厚度來(lái)生產(chǎn)同一型號(hào)不同規(guī)格的H 型鋼產(chǎn)品。因此,為獲得滿意的成品尺

5、寸,并提高成材率,降低軋輥消耗,正確設(shè)計(jì)和配制開坯機(jī)的孔型至關(guān)重要。開坯孔孔型如設(shè)計(jì)不合理,將會(huì)產(chǎn)生軋機(jī)負(fù)荷大、成品波浪、腹板撕裂、翼緣高度超差,萬(wàn)能軋制粘鋼等問(wèn)題 。圖2開坯機(jī)配輥示意馬鋼H 型鋼廠的原料以連鑄異形坯為主,開坯機(jī)的主要作用是對(duì)異形坯厚度進(jìn)行減薄,并根據(jù)需要對(duì)異形坯的內(nèi)寬進(jìn)行拓展或壓縮,以供給萬(wàn)能軋機(jī)合適的中間坯料。增加坯料內(nèi)寬的拓展由異形孔實(shí)現(xiàn),而減少坯料內(nèi)寬的壓縮則由箱形孔立軋來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了減小軋輥直徑、降低軋輥儲(chǔ)備資金的占用,該廠選用了開口孔型設(shè)計(jì),并減少異形過(guò)渡孔,使一套開坯機(jī)軋輥配制了數(shù)個(gè)型號(hào)的異形孔。此外,該廠在開坯機(jī)上還采用了矩形坯切分法、輥環(huán)/腹板壓腿法、共軛軋槽

6、配建筑用鋼材輥法、套孔法等特殊軋制工藝與方法,減少了軋輥占用量,拓寬了產(chǎn)品規(guī)格范圍。3萬(wàn)能軋機(jī)與軋邊機(jī)軋制工藝技術(shù)萬(wàn)能軋機(jī)由一對(duì)有主電機(jī)驅(qū)動(dòng)的水平輥和一對(duì)無(wú)驅(qū)動(dòng)的立式自由輥構(gòu)成,它主要對(duì)軋件的腹板厚度、翼緣厚度進(jìn)行壓下和加工。軋邊機(jī)為兩輥式軋機(jī),與兩架萬(wàn)能粗軋機(jī)一起構(gòu)成萬(wàn)能粗軋機(jī)組對(duì)軋件實(shí)施可逆式連軋,它主要控制軋件的翼緣高度。萬(wàn)能軋機(jī)的孔型既不同于普通的型鋼孔型系統(tǒng),也不是三個(gè)鋼板軋制的簡(jiǎn)單組合,它實(shí)質(zhì)上是萬(wàn)能軋機(jī)輥型設(shè)計(jì)與壓下規(guī)程設(shè)計(jì)的組合體。311復(fù)合式萬(wàn)能軋機(jī)水平輥的開發(fā)在H 型鋼生產(chǎn)中,由于受到機(jī)架牌坊窗口高度和立輥軸承座高度的影響,使得萬(wàn)能軋機(jī)水平輥具有以下特點(diǎn):1輥身直徑大。輥身

7、直徑與其他部位直徑之比為<1400/<750<1290/<750即11871172,這個(gè)比值較普通軋輥為大。2軋輥輥身寬度小。按軋輥質(zhì)量10t 計(jì)算,輥身質(zhì)量只占整個(gè)軋輥質(zhì)量的20%50%。3軋輥重車率極小。按原始直徑<1400、報(bào)廢直徑<1290計(jì)算,重車率僅7186%。如果萬(wàn)能軋機(jī)水平輥采用普通整體輥形式,盡管可以在工藝設(shè)計(jì)中采取先軋大品種再軋小品種的設(shè)計(jì)方法,軋輥消耗也是極其龐大的。現(xiàn)在國(guó)外普遍采用復(fù)合式軋輥,即輥套與輥軸以過(guò)盈方式緊配合,當(dāng)軋輥工作到報(bào)廢輥徑時(shí),只更換輥套而重復(fù)使用輥軸。實(shí)踐中一個(gè)輥軸最多可用5次,這大大降低了生產(chǎn)成本。馬鋼H 型鋼廠

8、開發(fā)并應(yīng)用了復(fù)合軋輥熱裝技術(shù)。312萬(wàn)能軋機(jī)輥型設(shè)計(jì)馬鋼H 型鋼廠采用“X -X ”法軋制H 型鋼,兩架萬(wàn)能粗軋機(jī)均采用帶斜度的水平輥與立輥,最終由軋輥不帶斜度的萬(wàn)能精軋機(jī)軋輥將軋件軋制成型。其萬(wàn)能軋機(jī)軋輥輥型如圖3所示 。a -萬(wàn)能粗軋機(jī)水平輥/立輥;b -萬(wàn)能精軋機(jī)水平輥/立輥圖3萬(wàn)能軋機(jī)軋輥輥型若軋制條件允許,應(yīng)盡量增大軋輥輥身斜度以增加軋輥車削次數(shù)、降低輥耗,同時(shí)使軋件易于脫孔,其值一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定。萬(wàn)能精軋機(jī)U F 水平輥寬度W F 和圓角R F 應(yīng)與熱尺寸成品的腹板內(nèi)高與圓角相同,而萬(wàn)能粗軋機(jī)UR 水平輥寬度W R 一般應(yīng)小于W F ,圓角R R 應(yīng)大于R F ,以保證軋件在萬(wàn)能精

9、軋機(jī)中軋制穩(wěn)定和各部位金屬均得到充分加工。313軋邊機(jī)輥型設(shè)計(jì)軋邊機(jī)為兩輥式軋機(jī),它主要是對(duì)翼緣端部進(jìn)行加工并控制翼緣高度,同時(shí)控制腹板偏心。軋邊機(jī)輥型如圖4 所示。W E -軋輥寬度;W C -輥身中部的淺槽;R E -軋輥圓角;F E -軋輥斜度圖4軋邊機(jī)軋輥輥型軋邊機(jī)軋輥寬度W E 和圓角R E ,一般與萬(wàn)能粗軋機(jī)一致,以保證軋制穩(wěn)定,避免成品出現(xiàn)腹板偏心。軋邊機(jī)切槽深度f(wàn) 根據(jù)成品翼緣高度與腹板厚度來(lái)確定,其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是在不接觸軋件腹板的前提下,對(duì)軋件翼緣端部進(jìn)行加工,同時(shí)控制軋件腹板偏心。在異常情況下,如果軋邊機(jī)軋輥接觸到軋件腹板,由于輥徑差的存在,軋件的翼緣部位與腹板部位將出現(xiàn)較大的

10、速度差,從而造成軋機(jī)振動(dòng)與設(shè)備損壞。為此,特在軋邊機(jī)輥身中部刻一淺槽W C ,通過(guò)減少軋件腹板部位與軋邊機(jī)軋輥的接觸面積來(lái)減小軋件各部位的速度差,降低對(duì)設(shè)備的危害,避免產(chǎn)生軋制缺陷和事故。314萬(wàn)能軋機(jī)壓下規(guī)程設(shè)計(jì)31411基本原則軋件在萬(wàn)能軋機(jī)中的軋制類似于3塊鋼板軋制,但也有所不同,主要體現(xiàn)在:1立輥為被動(dòng)輥,無(wú)電機(jī)驅(qū)動(dòng);2軋件在立輥輥面與水平輥側(cè)面之間被壓縮變形,并非在兩圓柱輥面之間發(fā)生變形;3軋件翼緣與腹板的交接圓角處也有變形和延伸,并對(duì)腹板和翼緣金屬的變形產(chǎn)生影響;4僅翼緣有寬展,而腹板無(wú)寬展。因此,在確定壓下規(guī)程時(shí)可按3塊鋼板來(lái)對(duì)軋件斷面進(jìn)行劃分,但又必須兼顧萬(wàn)能軋制的一些特點(diǎn)。具

11、體的軋件斷面劃分方法如圖5所示 。a -兩輥軋制法的軋件截面劃分;b -萬(wàn)能軋制法的軋件截面劃分圖5軋件斷面劃分方法萬(wàn)能軋機(jī)軋制H 型鋼,關(guān)鍵要分配好翼緣和腹板的延伸關(guān)系,控制腹板偏心,提高成品質(zhì)量。應(yīng)確保腹板與翼緣的絕對(duì)延伸相等,而延伸并不等價(jià)于壓下率,其原因在于:軋件腹板由于受到兩側(cè)立輥的限制,無(wú)寬展,幾乎所有的壓下量都轉(zhuǎn)為了延伸,而軋件翼緣有寬展,僅部分壓下量轉(zhuǎn)為了延伸,因此必須使翼緣的壓下率大于腹板的壓下率,從而保證二者的絕對(duì)延伸相等。這就是所謂的“腿拉腹”軋制法。(下轉(zhuǎn)第63頁(yè)陳斌:馬鋼H 型鋼產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)2外包式柱腳1外包部分的高度不得小于鋼柱寬度的215倍。2外包部分的4根主筋

12、頂部要設(shè)彎鉤。圖4為外包式柱腳的實(shí)例。設(shè)柱截面為200mm ×200mm ,外包層高度不得小于500mm 。因鋼筋保護(hù)層不應(yīng)小于70mm ,加上裕量和柱底板的伸出部分,要考慮底板的形狀,外包層總寬度應(yīng)為500mm 以上 。圖4外包式柱腳示意3埋入式柱腳圖5說(shuō)明埋入式柱腳?；A(chǔ)或基礎(chǔ)梁部分的埋深應(yīng)為鋼柱截面高度的2倍以上?；炷帘Ｗo(hù)層應(yīng)大于鋼柱寬度。柱外周應(yīng)采用<9以上的箍筋。這是為了使基礎(chǔ)和基礎(chǔ)梁成為整體。通常外柱比內(nèi)柱的應(yīng)力大, 地震時(shí)也要這樣考慮。D 取D 1和D 2中較大者,保護(hù)層厚度大于t 。圖5埋入式柱腳示意以上是需要注意的問(wèn)題,至于沒(méi)有什么特點(diǎn)的規(guī)定,本文不再贅述。

13、參考文獻(xiàn)1一夫1柱腳部關(guān)構(gòu)造方法基準(zhǔn)1鐵骨技術(shù),2002(1(上接第51頁(yè)當(dāng)然,在制定萬(wàn)能軋機(jī)壓下規(guī)程時(shí)還應(yīng)具體情況具體分析,比如必須考慮鋼種變化和控溫軋制對(duì)成品表面質(zhì)量和尺寸精度的影響,但其基本原則是:在水平輥、立輥軋制力和軋制電流允許的情況下合理分配各道次壓下量,確保后續(xù)道次的翼緣與腹板的實(shí)際延伸相同。31412壓下量分配原則萬(wàn)能軋機(jī)實(shí)際的道次壓下量分配如圖6所示 。圖6道次壓下量分配示意1由于來(lái)料與萬(wàn)能軋機(jī)孔型形狀不一致,翼緣和腹板不均勻變形嚴(yán)重,因此萬(wàn)能軋機(jī)第一道次的腹板與翼緣的壓下量均不能過(guò)大。2為了使成品獲得良好的表面質(zhì)量和尺寸精度并共用同一個(gè)開坯機(jī)成型孔,應(yīng)在前面道次將軋件軋制成

14、最適宜后續(xù)道次所需要的中間坯料,同時(shí)考慮到軋件厚度大、溫度高,因此前面道次的翼緣壓下率既可大于亦可小于腹板壓下率。3后續(xù)道次由于鋼溫低,翼緣寬展較大導(dǎo)致翼緣的絕對(duì)延伸量較小,為保證翼緣與腹板的絕對(duì)延伸量一致,應(yīng)使翼緣壓下率大于腹板壓下率。4U F 道次軋件溫度低,軋輥磨損快,為提高軋件表面質(zhì)量和降低輥耗,U F 道次一般只給很小的壓下量。31413運(yùn)用控溫控軋技術(shù)開發(fā)高附加值產(chǎn)品1相繼開發(fā)和生產(chǎn)了鋼種為SM490B 、SM490Y B 、SM400B 的海洋石油平臺(tái)用H 型鋼,其-20橫向V 型沖擊功達(dá)到34J 以上。2開發(fā)和生產(chǎn)了鋼種為SM400B 、Q345T 的鐵道車輛用H 型鋼,其-40縱向V 型沖擊功達(dá)到了18J 以上。3配合控溫控軋技術(shù),對(duì)不同型號(hào)與規(guī)格采用最優(yōu)的加熱溫度、開軋溫度、壓下量分配與軋制節(jié)奏,成功開發(fā)了W8W24系列的美標(biāo)H 型鋼產(chǎn)品并大批量生產(chǎn),總產(chǎn)量近20萬(wàn)t ,產(chǎn)品的內(nèi)部性能同時(shí)滿足A36/A572/A992三個(gè)不同強(qiáng)度級(jí)別的標(biāo)準(zhǔn)要求。4香港市場(chǎng)專用的55C 高強(qiáng)度級(jí)H 型鋼樁,產(chǎn)品的厚度為2530mm 、總壓縮比僅為315,且用戶要求在碳當(dāng)量不大于0142的前提下,成品屈服強(qiáng)度須大于455MPa 。針對(duì)此苛刻條件,制訂了專門