馬鋼H型鋼產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)

1、馬鋼H 型鋼產(chǎn)品設(shè)計與開發(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,對H 型鋼工藝設(shè)計的原則和方法做了較為詳盡的分析和說明。關(guān)鍵詞軋制工藝孔型設(shè)計產(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 型鋼廠具有目前國內(nèi)自動化程度較高的現(xiàn)代化大型H 型鋼生產(chǎn)線,自1998年年底投產(chǎn)以來,截止2002年12月

3、,已按各種標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)生產(chǎn)了170個規(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)幾年來產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)的情況統(tǒng)計。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/個國標(biāo)美標(biāo)英標(biāo)工字鋼合計年產(chǎn)量/萬t 19980080877126總計63673371701691092開坯機軋制工藝技術(shù)馬鋼H 型鋼廠的軋機采用“1-3-1”布置形式,具體的布置形式如圖1所示 。BD -開坯機;UR1-萬能粗軋機1架;ED -軋邊機;UR2-萬能粗軋機2架;U F -萬能

4、精軋機圖1馬鋼H 型鋼廠軋機布置作者: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)品的特點是,同型號不同規(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分成不同規(guī)格。但是,即使是同一型號,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:同型號產(chǎn)品共用一套開坯機孔型和萬能軋機配輥方案,通過更換壓下圖表來生產(chǎn)該型號下不同規(guī)格的產(chǎn)品。由于一個型號的產(chǎn)品共用同一個異形孔(見圖2,異形孔的翼緣厚度不可調(diào),只能通過調(diào)整異形孔的腹板厚度來生產(chǎn)同一型號不同規(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)計和配制開坯機的孔型至關(guān)重要。開坯孔孔型如設(shè)計不合理,將會產(chǎn)生軋機負荷大、成品波浪、腹板撕裂、翼緣高度超差,萬能軋制粘鋼等問題 。圖2開坯機配輥示意馬鋼H 型鋼廠的原料以連鑄異形坯為主,開坯機的主要作用是對異形坯厚度進行減薄,并根據(jù)需要對異形坯的內(nèi)寬進行拓展或壓縮,以供給萬能軋機合適的中間坯料。增加坯料內(nèi)寬的拓展由異形孔實現(xiàn),而減少坯料內(nèi)寬的壓縮則由箱形孔立軋來實現(xiàn)。為了減小軋輥直徑、降低軋輥儲備資金的占用,該廠選用了開口孔型設(shè)計,并減少異形過渡孔,使一套開坯機軋輥配制了數(shù)個型號的異形孔。此外,該廠在開坯機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。3萬能軋機與軋邊機軋制工藝技術(shù)萬能軋機由一對有主電機驅(qū)動的水平輥和一對無驅(qū)動的立式自由輥構(gòu)成,它主要對軋件的腹板厚度、翼緣厚度進行壓下和加工。軋邊機為兩輥式軋機,與兩架萬能粗軋機一起構(gòu)成萬能粗軋機組對軋件實施可逆式連軋,它主要控制軋件的翼緣高度。萬能軋機的孔型既不同于普通的型鋼孔型系統(tǒng),也不是三個鋼板軋制的簡單組合,它實質(zhì)上是萬能軋機輥型設(shè)計與壓下規(guī)程設(shè)計的組合體。311復(fù)合式萬能軋機水平輥的開發(fā)在H 型鋼生產(chǎn)中,由于受到機架牌坊窗口高度和立輥軸承座高度的影響,使得萬能軋機水平輥具有以下特點: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 計算,輥身質(zhì)量只占整個軋輥質(zhì)量的20%50%。3軋輥重車率極小。按原始直徑<1400、報廢直徑<1290計算,重車率僅7186%。如果萬能軋機水平輥采用普通整體輥形式,盡管可以在工藝設(shè)計中采取先軋大品種再軋小品種的設(shè)計方法,軋輥消耗也是極其龐大的。現(xiàn)在國外普遍采用復(fù)合式軋輥,即輥套與輥軸以過盈方式緊配合,當(dāng)軋輥工作到報廢輥徑時,只更換輥套而重復(fù)使用輥軸。實踐中一個輥軸最多可用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)。312萬能軋機輥型設(shè)計馬鋼H 型鋼廠采用“X -X ”法軋制H 型鋼,兩架萬能粗軋機均采用帶斜度的水平輥與立輥,最終由軋輥不帶斜度的萬能精軋機軋輥將軋件軋制成型。其萬能軋機軋輥輥型如圖3所示 。a -萬能粗軋機水平輥/立輥;b -萬能精軋機水平輥/立輥圖3萬能軋機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,同時使軋件易于脫孔,其值一般根據(jù)經(jīng)驗確定。萬能精軋機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,而萬能粗軋機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 ,以保證軋件在萬能精

9、軋機中軋制穩(wěn)定和各部位金屬均得到充分加工。313軋邊機輥型設(shè)計軋邊機為兩輥式軋機,它主要是對翼緣端部進行加工并控制翼緣高度,同時控制腹板偏心。軋邊機輥型如圖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軋邊機軋輥輥型軋邊機軋輥寬度W E 和圓角R E ,一般與萬能粗軋機一致,以保證軋制穩(wěn)定,避免成品出現(xiàn)腹板偏心。軋邊機切槽深度f 根據(jù)成品翼緣高度與腹板厚度來確定,其設(shè)計準(zhǔn)則是在不接觸軋件腹板的前提下,對軋件翼緣端部進行加工,同時控制軋件腹板偏心。在異常情況下,如果軋邊機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,從而造成軋機振動與設(shè)備損壞。為此,特在軋邊機輥身中部刻一淺槽W C ,通過減少軋件腹板部位與軋邊機軋輥的接觸面積來減小軋件各部位的速度差,降低對設(shè)備的危害,避免產(chǎn)生軋制缺陷和事故。314萬能軋機壓下規(guī)程設(shè)計31411基本原則軋件在萬能軋機中的軋制類似于3塊鋼板軋制,但也有所不同,主要體現(xiàn)在:1立輥為被動輥,無電機驅(qū)動;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,而腹板無寬展。因此,在確定壓下規(guī)程時可按3塊鋼板來對軋件斷面進行劃分,但又必須兼顧萬能軋制的一些特點。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 -萬能軋制法的軋件截面劃分圖5軋件斷面劃分方法萬能軋機軋制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延伸相等,而延伸并不等價于壓下率,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延伸相等。這就是所謂的“腿拉腹”軋制法。(下轉(zhuǎn)第63頁陳斌:馬鋼H 型鋼產(chǎn)品設(shè)計與開發(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為外包式柱腳的實例。設(shè)柱截面為200mm ×200mm ,外包層高度不得小于500mm 。因鋼筋保護層不應(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, 地震時也要這樣考慮。D 取D 1和D 2中較大者,保護層厚度大于t 。圖5埋入式柱腳示意以上是需要注意的問題,至于沒有什么特點的規(guī)定,本文不再贅述。

13、參考文獻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頁當(dāng)然,在制定萬能軋機壓下規(guī)程時還應(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際延伸相同。31412壓下量分配原則萬能軋機實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由于來料與萬能軋機孔型形狀不一致,翼緣和腹板不均勻變形嚴(yán)重,因此萬能軋機第一道次的腹板與翼緣的壓下量均不能過大。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開坯機成型孔,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)致翼緣的絕對延伸量較小,為保證翼緣與腹板的絕對延伸量一致,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 的海洋石油平臺用H 型鋼,其-20橫向V 型沖擊功達到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 型沖擊功達到了18J 以上。3配合控溫控軋技術(shù),對不同型號與規(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t ,產(chǎn)品的內(nèi)部性能同時滿足A36/A572/A992三個不同強度級別的標(biāo)準(zhǔn)要求。4香港市場專用的55C 高強度級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,成品屈服強度須大于455MPa 。針對此苛刻條件,制訂了專門