H型钢生产工艺及流程

 根据使用要求及断面设计特性，通常H型钢分为两大类：一类是作为梁型建筑构件用的H型钢；另一类是作为柱型(或桩型)建筑构件的H型钢。


      作为梁型构件的H型钢，其高度与腿宽之比为2∶1～3∶1，其规格一般从100mm×50mm～900mm×300mm。


      作为柱型构件的H型钢，其高度与腿宽之比为1∶1，其规格一般从100mm×100mm～400mm×400mm。


       H型钢高度80～1100mm，腿宽46～454mm，腰厚2.9～78mm，单重6～1086kg/m。

H型钢的生产工艺


    H型钢的轧制方法按历史的顺序，可大致分为以下3类：


    (1)利用普通二辊或三辊式型钢轧机的轧制法；


    (2)利用一架万能轧机的轧制法；


    (3)利用多机架万能轧机的轧制法。


现代化H型钢生产方法


    用多机架万能轧机轧制H型钢，这种方法在世界上已获得普遍采用，具体方法有格林法、萨克法、杰·普泼法等。


格林法


      格林法的主要特点是采用开口式万能孔型，腰和腿部的加工是在开口式万能孔型中同时进行的。为有效地控制腿高和腿部加工的质量，格林认为立压必须作用在腿端，故把腿高的压缩放在与万能机架一起连轧的二辊式机架中进行。目前世界各国的轧边机多采用格林法。


      采用格林法轧制H型钢其工艺大致如下：用初轧机或二辊式开坯机把钢锭轧成异形坯，然后把异形坯送往万能粗轧机和轧边机进行往复连轧，并在万能精轧机和轧边机上往复连轧成成品。格林法在进行立压时只是用水平辊与轧件腿端接触(腰部与水平辊不接触)，这可使轧件腿端始终保持平直。这种方法其立辊多为圆柱形，而水平辊两侧略有斜度，在荒轧机组中，水平辊侧面有约9％的斜度。在精轧机组中水平辊侧面有2％～5％的斜度，不过精轧机组水平辊侧面斜度应尽量小，才能轧出平行的腿部。


      1908年在美国伯利恒公司建的轧钢厂就是采用上述工艺流程，它由一架异形坯初轧机和两架紧接其后间距为90m的万能轧机所组成。每一架万能轧机包括一架万能机架和一架轧边机。


现代化的H型钢厂也广泛采用格林法设计。


萨克法


      萨克法采用闭口式万能孔型，在此孔型中腿是倾斜配置的，为能最后轧出平直腿部，必须在最后一道中安置圆柱立辊的万能机架。萨克法的立压与格林法不同，它是把压力作用在腿宽方向上，而这容易引起轧件的移动，尤其是在闭口孔型中常常会因来料尺寸的波动，造成腿端凸出部分容易往外挤出形成耳子，影响成品质量。


      在萨克法中的粗轧万能孔型，其水平辊侧面可采用较大斜度，这样可减少水平辊的磨耗，同时由于立辊是采用带锥度的，故可对腰腿同时进行延伸系数很大的压缩。这样可减少轧制道次和万能机架数量，有利于节约设备投资。


      萨克法的主要工艺流程是：采用一架二辊式开坯机，将钢锭轧成具有工字形断面的异形坯，然后将异形坯送到由四辊万能机架和二辊立压机架所组成的可逆式连轧机组中进行粗轧，最后在一架万能机架上轧出成品。荒轧机组水平辊侧面斜度为8％，中间机组水平辊侧面斜度为4％，在精轧万能机架中才将轧件腿部轧成平直，成品工字钢腿部斜度为1．5％左右。

      杰·普泼法综合了格林法和萨克法的优点，即吸收了萨克法斜配万能孔型一次可获得较大延伸和格林法采用立压孔型便于控制腿宽的加工这两大优点。杰·普泼法的主要特点是荒轧采用萨克法斜配万能孔型，精轧采用格林法开口式万能孔型，在精轧万能轧机上首先用圆柱立辊和水平辊把腿部压平直，然后立辊离开，仅用水平辊压腿端，最后在第二架精轧万能轧机上用水平辊和立辊对轧件进行全面加工。其工艺流程是：采用一架二辊可逆开坯机与两架串列布置的万能机架进行轧制，这架万能机架的水平辊带有7％的斜度，立辊锥度也为7％。在精轧万能轧机中，因工字钢品种的不同，孔型斜度也不一样，一般为1.5％～9％。在轧件通过第二个万能机架第一道次时，首先用柱形立辊把轧件腿部轧平直，然后在返回道次中立辊离开，仅用水平辊直压腿端。在最后一架万能轧机上用水平辊和立辊对轧件进行全面加工成形。

H型钢生产工艺流程


      为生产出质量好、成本低的H型钢，首先需要确定一个合理的生产工艺流程。


      一般小号H型钢多选用方坯，大号H型钢多选用异形坯，方坯和异形坯可用连铸坯，也可由初轧直接供给。


      钢坯在经过精整和称重后，装入步进式加热炉中加热到1200～1250℃出炉。步进式炉大多数采用双绝热滑轨和轴流式烧嘴，可对不同规格钢坯提供最佳的温度控制，并节约燃料。

      钢坯出炉后，先用1800MPa的高压水除鳞，然后被送入开坯机轧制。开坯机一般为两辊可逆式轧机，在开坯机上需要轧制7～13道左右，然后轧件被送往热锯，热锯只负责切去头尾未成形部分。


         最后再把轧件送入万能粗轧机轧制，一般轧制数道后送入万能精轧机，轧一道最后成形。这时还要再次切去头尾，并按定货要求把轧件切成定尺长度再送往冷床冷却。


      由于H型钢腿厚与腰厚之比较大，若采用平放容易因腰腿冷却速度不一致，造成腰部波浪，故一般多采用立冷。现在多数都采用步进式冷床，这不仅可以减少原来用链式拖运机构造成的缺陷，而且容易控制钢材冷却速度。经过冷却后的H型钢被送入矫直机矫直。


      由于H型钢断面模数较大，一般都采用8辊或9辊式矫直机矫直，矫正辊间距最大可达200mm，同时还需用卧矫进行补充矫直。钢材经矫直后被送到检查台检查尺寸、外形和表面质量，并根据标准做出标志，然后按不同等级、不同长度进行分类、堆垛和打捆后送入仓库。对不合格品按再处理品进行重矫后，用冷锯切断或修磨、焊补后再重新检查。


      为提高轧机作业率、减少换辊时间，大多数厂采用快速换辊系统，即在生产的同时预先把下一个品种所需轧辊组装好。在换辊时只要把全部原机架拉出，换上已装好的新机架即可。每个机架都装有一个自动电器接线，以及冷却水、稀油和干油管接头及连接杆的定位连接装置。该装置拆接方便、迅速，整个换辊时间约20min。


为对生产工艺流程进行有效控制，现代化的H型钢厂都采用计算机控制。


      一般是三级控制系统，第一级用于生产组织管理，采用大型计算机进行DDC控制(直接数字控制)；第二级是对生产过程的控制，即程序控制，程序控制计算机一般分两线控制，一线控制热轧作业区，一线控制精整作业区；第三级是对每道工序的控制，包括对加热、轧制、锯切等工序的控制，一般采用微型机进行控制。各工序微型机反应的生产信息通过中间计算机反映给各自的程序控制机，经程序控制机汇总分析后反映给中央控制机，中央控制机再根据生产标准要求发出下一步调整和控制的指令。

      总之，由于计算机反应迅速，可以对产品质量信息及时进行收集处理，因此计算机控制是进行生产工艺控制的最佳手段。

H型钢生产工艺的选择


      近几十年来，随着连铸技术的进步和在线计算机控制轧制自动化程度的提高，H型钢生产工艺也日益成熟。根据所采用的坯料、所采用的孔型系统和轧机种类的不同，可以有多种不同的工艺组合，当代H型钢生产工艺共有5种可供选择。


      第一种生产工艺是采用传统的钢锭做原料。首先在初轧机上把钢锭轧成矩形坯或方坯，然后将这些矩形坯或方坯加热后送到开坯机轧制。开坯机有两种不同的孔型系统，即闭口式孔型与开口式孔型。在闭口式孔型中，材料变形均匀，但这需要较多的孔型个数和较长的辊身长度，基于这种原因，闭口式孔型广泛应用于生产中等断面的型钢；而开口式孔型则主要应用于生产具有更大腰宽和腿宽的大断面型钢。若欲采用闭口式孔型轧制大号型钢，则需要两架开坯机才能在技术上取得令人满意的效果。

      钢坯在开坯机上被轧成似“狗骨头”状的异形坯，然后被送到由1～2架万能可逆粗轧机所组成的万能粗轧机组上轧制。万能轧机水平轧辊的碾轧和立辊的侧压，使异形坯腰厚进一步减薄，腿部变得更加尖扁。通常腿厚的压缩量比腰部厚度压缩量大，这可用在轧辊变形区轧件与轧辊接触长度来解释，因为从动立辊与轧件的接触长度比水平辊与轧件的接触长度要长。在万能精轧机架，轧件承受水平辊和立辊很小的压缩，以及轧边机对腿端部的矫正。


      第二种生产工艺是采用连铸矩形坯。它与第一种生产工艺的不同之处，在于不需要初轧机，而且第二种工艺生产H型钢可以获得比第一种工艺更高的收得率、更好的成品质量和更好的经济效益。这种工艺唯一受到的限制是所生产的H型钢腿较宽，因为所用连铸坯的厚度要受连铸机设备条件的限制。连铸坯在型钢厂的轧制工艺与第一种是相同的。


      第三种生产工艺是采用连铸异形坯。其优势是采用一种或少量几种连铸异形坯就可以生产全部尺寸的H型钢，这要在开坯机上采用宽展法才能达到，其孔型可用闭口式，也可用开口式。与前两种工艺相比，这种生产工艺的孔型数目更少。这种工艺的不足是受连铸异形坯腿宽的限制。开坯后的轧制工艺也与前两种方法相同，需经过万能粗轧机组粗轧和万能精轧机组精轧而成形。


      第四种生产工艺是采用连铸板坯。以连铸板坯为原料生产H型钢比用初轧坯及连铸异形坯更为经济，但这需要在开坯机上设计一个专门孔型。这个孔型与轧钢轨的孔型类似，它是有一定角度的切楔，用以辗轧板坯形成类似“狗骨头”状的异形断面。为此板坯要首先在第一孔进行立轧，以形成所需的腿宽，然后在下一个异形孔中(开口孔或闭口孔均可)轧成类似“狗骨头”状的异形坯。这种生产工艺比前三种变形更均匀，其优点是仅用一台开坯机加万能粗轧机组加万能精轧机组就可以生产大号H型钢。在开坯机上还有一种改造工艺，就是开坯机采用一架万能板坯开坯机，利用其水平辊与立辊成一定角度所形成的侧压可直接轧出“狗骨头”状的异形断面。后面工序与第一种工艺相同。


      第五种生产工艺是采用具有很薄腰厚的连铸异形坯为原料。这种薄连铸异形坯已接近成品H型钢尺寸，因此它可以直接在万能机组上进行粗轧和精轧，而不再需要开坯机。在这种情况下，提高产量的方向是要求连铸机具有更高的铸速，能铸造出更薄的异形断面。其轧制特点是整个轧制过程变形更加均匀。