昆钢科技 Ｋｕｎｇａｎｇ Ｋｅｊｉ ２０１５年９月 槽钢的万能轧制工艺及孑Ｌ型设计 彭燕来王朝伟张森 （武钢集团昆明钢铁股份有限公司安宁公司） 摘要通过槽钢生产的工艺发展及特点进行比较分析，结合昆钢新区型材线的工艺和装备。讨论使用Ｈ 型钢万能轧机生产线对槽钢产品的开发和生产的可行性，得出了型钢万能连轧机组采用混合孔型轧制槽钢 的特点和规律，并主要介绍万能法轧制槽钢的工艺方法及孔型系统。 关键词槽钢万能轧制孔型设计 １槽钢生产工艺发展及其特点 ６０年代万能轧机的推广，使型钢生产的工艺技术得 到迅速提高；随着计算机技术的发展，２０世纪７０年 １．１横列式轧机￥Ｌ，ＩＪ 代开始在型材生产线上装备了计算机控制，使型钢 槽钢轧制工艺以往多是采用传统的横列式轧机 生产尺寸精度得到了很大的提高，实现了Ｈ型钢的 轧制。传统的横列式轧机以三辊轧机为主，成品轧 多机架万ｆｉｌｉａｌ型连轧。随着Ｈ型钢生产工艺及生产 机一般为两辊轧机，具有能生产的产品规格多、生 设备技术的发展，近２０年来，国外工业先进国家在 产组织灵活等特点，但由于生产工艺和工装设备技 采用万能轧机轧制Ｈ型钢的基础上，逐步开始摸索 术落后，产品存在外形尺寸波动大、质量难控制、 并已实现了在万能轧机上采用万能轧制法生产工槽 定尺率和成材率低、生产自动化程度低等缺点，目 钢；近十多年来，我国的万能轧机生产工艺技术得 前大部分横列式轧机均已淘汰。 到了很大的提高，已具备国际先进水平，国内的几 １．２两辊连轧机组轧制 家Ｈ型钢生产线比如：莱钢、马钢、日照、津西等 随着工艺、设备技术的发展和对型钢连轧生产 万能轧机生产线，均已具备采用万能轧制法生产槽 线的优势、缺陷认识逐渐深入，通过技术创新改造， 钢的技术能力。 进一步挖掘连轧型钢生产潜能，型钢生产线基本上 逐步发展为以半连续式和全连续式为主，槽钢的生 ２槽钢万能轧制法与传统纯孔型轧制 产工艺也随着半连续式和全连续式轧制的普及由最 法之比较 初的横列式轧机轧制发展转变为两辊连轧机组轧制。 两辊连轧机组轧制槽钢一般为半连续式，以一 １）传统槽钢轧制不论是横列式轧机轧制，还 架二辊可逆轧机或三辊轧机为粗轧，配以７—１ １架 是较先进的连轧机组轧制，均属于纯孔型轧制，通 连轧机。两辊连轧机组轧制目前已成为国内槽钢生 常采用直轧式、弯腰式以及蝶式孔型系统。 产的主流，其产品质量、成材率及自动化操作条件 直轧式孔型系统轧辊磨损快，辊耗高，轧件咬入 都较横列式轧机有所改进。两辊连轧机组轧制工艺 条件不好，轧制不稳定，轧制过程中容易造成事故， 和横列式轧机轧制一样，在工艺上都是采用纯孔型 是最初的槽钢生产工艺方法，一般均已不再采用此 轧制的轧制方式。 工艺。 １．３万能轧制法 传统的槽钢生产大多数采用的是弯腰式及蝶式 从１８５０—１８６０年，万能轧机出现，到２０世纪 孔型系统。但这两种生产方式均存在着许多制约槽 ．３０． 昆钢科技 ２０１５年第４期 ３．３．２轧机布置形式 新区分公司型材生产线采用半连续式轧制工艺， 初轧机为一架ＢＤ可逆式两辊轧机，精轧为１０架连 续式短应力线万能轧机，１０架万能轧机均可在万能 模式和两辊模式之间转换。 法生产槽钢也正是基于目前万能轧机的生产特点， 而改良工艺专用于万能轧机的槽钢生产先进的生产 工艺；在这条生产线采用万能轧制法生产槽钢，既 不需要作任何设备和工艺的改造投入，还可充分利 用Ｈ型钢与槽钢的局部相似性，通过生产工艺技术 改良，实现部分轧辊和导卫装置的共用，可在一定 程度上减少生产备件的投人。 ３．３。３轧制设备主要参数 １）ＢＤ轧机主要技术参数（Ｊ见表１） ２）万能精轧机主要技术参数 水平辊轧制力：径向ｍａｘ ５ ０００ ｋＮ、轴向ｍａｘ ６００ｋＮ 另一方面，由于市场原因，目前乃至于今后相 当一段时期内，Ｈ型钢的市场需求还不能达到这条 生产线所具备的产能；同时，目前云南省内还没用 中、大规格槽钢的生产线，所用槽钢均是从省外运 入，从而使使用成本大大提高。所以，在这条生产 立辊轧制力：径向ｍａｘ ３ ６００ｋＮ、轴向ｍａｘ ３６０ ｋＮ 水平辊： １ ０６０／ ９００Ｘ４６０ｍｍ 立辊： ７００／ ６２０ Ｘ ２８０ ｍｍ 线生产槽钢还可弥补市场需求和生产产能的不匹配 问题。 水平辊工作中心距：１ ０８０—９００ ｍｍ 立辊工作中心距：１ １９８—７３０ ｍｍ 因此，在昆钢新区型材生产线采用万能轧制法 生产槽钢，不仅是充分地利用现有的先进生产设备， 采用先进的生产工艺，来提高槽钢生产效率和质量 的有效生产方式，也是解决一段时期内市场需求与 生产产能不匹配的有效途径之一，是完全可行的。 ３．３．４采用万能轧制法生产槽钢的可行性分析 昆钢新区分公司型材生产线是一条先进的Ｈ型 钢生产线，是完全按照Ｈ型钢的生产特点而设计建 造的年产８Ｏ万吨的万能轧机生产线；同时万能轧制 ２０１５年第４期 彭燕来，王朝伟，张森：槽钢的万能轧制工艺及孔型设计 ∈ 图５ ＢＤ轧机孔型配置示意图 ４万能轧制法生产槽钢的孔型设计 ４．１两辊可逆轧机开坯孔型设计 槽钢生产在ＢＤ轧机的轧制孔型配置示意见图５ 坯料宜选用与Ｈ型钢相同的坯料，这样不仅可 减少产品开发成本，同时也便于坯料的管理、有利 于生产组织协调。孔型设计时，根据不同规格所需 坯料大小，先在箱型：ｆＬ￣Ｌ制到所需坯料尺寸，然后 进入切深孔进行切深轧制。切深孔型采用闭口式，必 要时可采用负宽展，依靠孔型侧壁对轧件的夹持作 用，来达到稳定性好、不易出耳子、改善咬人条件的 目的；孑Ｌ型的侧壁斜度取２５％一３５％，便于向后续孔 型过渡。 ＢＤ最后一个孔型出来料型尺寸、假腿尺寸等通 过连轧逆推得到，其料型形状见图６。由于槽钢不对 称结构，在设计ＢＤ孔型时应注意腿部金属与腹板金 属延伸的不均衡性，尤其在切深孔型中要保证腿高 及腿部金属量，为后续精轧留有足够的金属变形量。 图６槽钢开坯最终料型示意图 ４．２连轧机组孔型设计 ４．２．１孔型布置设计 根据槽钢的外形尺寸和孔型设计原则，坯料在 进入连￣Ｌ：ｆＬ之前应基本接近于槽形（见图６）。槽钢 连轧机组孔型系统分为两辊控制孑Ｌ和万能孔型两种， 两种孑Ｌ型按照：ｆＢＤ）一Ｈ—Ｕ—Ｕ—Ｈ—Ｕ—Ｕ—Ｈ— ｕ—Ｈ—ｕ交错布置（其中Ｈ代表两辊控制孑Ｌ型，Ｕ代 表万能孔型１。 两辊控制孔为Ｈ１、Ｈ４、Ｈ７、Ｈ９，其中Ｈ１设 计为开ｎ：ｆＬ型，Ｈ４、Ｈ７、Ｈ９设计为闭口孔型。主要 作用是起到规整料型、控制腿高、腿端加工的目的。 万ｆｉｌ￣：ｆＬ型为ｕ２、ｕ３、ｕ５、ｕ６、Ｕ８、Ｕ］０，其中Ｕ１０ 为成品孔，万ｆｉ￣：ｆＬ型的作用是负责腰部和腿部压下 加工。 两辊控制：ｆＬ：ｆＬ型（孔型示意图见上图２）的组成 要素：腰宽、腰内宽、圆角、腰厚、腿长、腿厚、 腿内斜度、腿外斜度；万ｆｉｌ￣：ｆＬ：ｆＬ型的组成要素：腰 宽、腰内宽、圆角、腰厚、腿厚、腿内斜度、假腿。 万能孔由四个轧辊组合而成，左右两个立辊和上下 水平辊（见图７万能粗轧孔示意图、图８万能成品 孑Ｌ示意图）。调整立辊和水平辊的压下可以分别实现 腿厚和腰厚的动态调整和控制。在万能孑Ｌ轧制时， 由于采用四辊万能法轧制，在槽钢的肩部Ｒ角位置 设计为开口，为保证槽钢肩部形状以及抵消腿部金 属对腰部金属的拉缩作用，在此位置须设计“假 腿”，控制孔的作用就是消除“假腿”和控制腿的长 度，为保证形变的均匀性。 图７槽钢万能粗轧孔型示意图 ・３２・ 厂 ＼ ● 图８槽钢万能成品孔孔型示意图 ４．２．２孔型设计参数选取 在连轧过程中，形变主要由万能机架完成，考 虑到万能轧机可以实现腿部和腰部尺寸的在线动态 调整，万能轧制法轧制槽钢设计时，将槽钢设计简 化为三块板设计（两块腿板和中间的一块腰板），设 计时保证腿部金属和腰部金属的形变比率。控制孔 主要用来控制腿部形状和尺寸，设计时单独进行计 算。 腰厚值的确定。根据来料的腰厚值和成品的腰 厚值计算出道次平均压下率，按照控制孔平均延伸 系数１．０２—１．１０，万能孔平均延伸系数１．１０—１．３０的原 则，确定各机架的设计腰厚值。在分配的同时要计 算轧制力的大小，以免超出轧机的最大负荷。 腿厚值的确定。与腰厚值的确定方法相同，各 孑Ｌ型腰腿的面积比要与成品腰腿的面积比接近，利 用万能轧机在线可动态调整立辊压下、控制道次腿 厚值的特点，设计时万能机架腿部形变率应略大于 腰部形变率，一般取０．５—３％，成品机架取下限。为 使控制孔充满合理，控制孔的腿厚值应比前一架万 能孔的腿厚值略大，一般取０．５—２．５ ｍｍ。 腰部内宽值的确定。首先计算成品孔腰部内宽 值，计算公式为：ＵＩＯ成品孔腰部内宽值＝产品标准 腰部内宽值×（１＋０．０００ ０１２ ５×终轧温度）。其余机架 的展宽量可根据来料内宽值和成品内宽值尺寸进行适 当的分配，一般应取一定的展宽量，按单机架展宽 ２—７ ｍｍ的原则，逆轧制方向，确定其余各机架的腰 部内宽值，接近成品机架展宽值取下限。当展宽量不 足时，万能机架也可不进行展宽，但为保证腿部合适 的尺寸和形状，控制孔应安排一定的展宽量。 ２０１５年第４期 “假腿”尺寸的确定。除了万能成品机架不设 计有“假腿”外，其余各万能机架均设计有“假 腿”，从前一控制孔到后一控制孑Ｌ之间有１－２个万能 机架， “假腿”的高度一般为２—８ ｍｍ，宽度为 ２０—５０ ｍｍ。 腿部内斜度的确定。按产品标准要求，万能机 架成品孑Ｌ的腿内斜度设计为１０％，其余各万能孔的 内斜度按２－８％依次逆轧制方向递增，控制孔的内斜 度等于前一万能孔的内斜度与本道次控制孔的外侧 壁斜度之和。 圆角的确定。按产品标准要求设计万能机架成 品孑Ｌ圆角，其余各万能孔的圆角按Ｒ２—５ ｍｍ依次逆 轧制方向递增，控制孔的圆角与前一万能孔的圆角 相等。 ５结语 在现有万能轧机连轧机组生产线上进行槽钢开 发轧制，充分利用现有设备条件，根据槽钢和Ｈ型 钢的特点适当共用部分导卫件及轧辊，拓展了工艺 件的共用范围，轧辊利用率得到提高，减少了设备 投入费用，降低开发和生产成本，最大限度的拓宽 了现有生产线的产品结构范围，提高了经济效益。 参考文献： ［１］高真凤译．用万能子Ｌ型轧制方坯和槽钢【ＪＪ．国外钢铁． １９９６，１．６４—６５． ［２］李正平译．２０＃槽钢在６００轧机万能粗轧孔型中的轧 制［Ｊ］＿国外钢铁．１９９１，８．６５—６７．