1、型钢生产技术讲座1. 型钢简介1.1 特点1.1.1 型钢的横断面形状型钢的横断面形状见图，分为边部和腰部。边部又叫作腿部或凸缘，腰部又称腹板。型钢与普通工字钢在形状上的区别有以下几点：一、边部的内、外面平行。因此又叫平行边工字钢，平行腿工字钢。二、边部宽度较大，宽边产品边宽与腰高之比大于，所以又有宽边工字钢和宽边钢梁的称呼。三、腰部较薄。图型钢与普通工字钢的比较国外通常将型钢写成，而将普通工字钢写成。从汉字的字型上看型钢应该叫做工字钢，不过工字钢的叫法已经约定成俗。1.1.2 型钢是经济断面型钢在横断面上型钢的金属分布合理，断面截面系数大，同样重量的型钢比普通工字钢承载能力大。承载能力大的主
2、要原因是边宽腰薄，二辊孔型是很难轧出同样边宽腰薄的普通工字钢的，原因见本文节。同样重量的同一材料，几何形状可以决定承载能力是材料力学工作者和建筑力学工作者研究的内容。举一个通俗的例子，一张纸搭在两本书之间是不能承载任何物体的，将其裁成条，粘成型钢状或直接折成型钢状搭在两本书之间可承受多盒火柴。作为建筑构件，型钢的内、外边平行，铆接方便，在节约材料的同时还可节约工时。节约建设费用可达左右。1.2 历史1.2.1 国外型钢的生产历史已经很长，本世纪初开始出现。美国人 首先提出万能轧法的方案。钢厂开始用万能轧法轧制型钢，奠定了型钢的生产基础。欧洲从年开始成批量生产型钢。所以它是一种老产品。年代初，型
3、钢逐渐取代了工字钢。各国先后改造与新建，能生产型钢的轧机数量如下：英国套；比利时套；意大利套；卢森堡套；法国套；德国套；瑞典套；保加利亚套；捷克套；波兰套；挪威套；匈牙利套；西班牙套；美国套；加拿大套；巴西套；澳大利亚套；印度套；爱尔兰套；南非套；独联体套；韩国套；日本套，共多套。东南亚国家也在拟建型钢轧机。年代以前发展不快，自年代开始出现了一个飞跃，尤其是在日本。出现了现代化的万能轧机。根据时间，型钢的发展可粗略分成如下阶段：年代新建万能轧机，产量迅速提高；年代装备了计算机控制，提高尺寸精度，实现了型钢的多机架万能孔型连轧；年代前半段适应连铸技术的发展，开始采用连铸板坯和连铸异形坯轧制型钢；
4、年代后半段出现了外部尺寸一定的新形型钢。1.2.2 国内我国生产型钢的准备工作是从建设攀钢轨梁厂开始的，当时为准备生产型钢，在攀钢轨粱厂预留了一个万能轧机跨间，由于种种原因，至今仍未能建型钢轧机。为了生产型钢，包钢轨梁厂于年在现有的轨粱轧机上生产过吨型钢，轧出后长期压库。年代初，马钢二轧厂在改造后的 车间后部用机组和机架生产了小规格的型钢，随后鞍山市轧钢厂也增设了机组和机架试轧了小规格型钢，前者也有压库现象，后者由于中型工字钢的需求量大，所以用机组和机架各轧一道次生产工字钢。一重（富拉尔基重型机器厂）于年代末，年代初着手研究型钢轧机，并为攀钢设计过型钢轧机。以后为马钢二轧厂制造了连接板式型钢轧
5、机。沈重与东北大学于年代初协作设计了机架。沈重以后为鞍山市轧钢厂制造了型钢轧机。重庆设计院从事型钢轧机的工作较早，曾为攀钢进行过型钢车间的设计，也曾出国进行过考察，但至今未能使其设计得到应用。马鞍山设计院从年代末从事型钢车间的设计工作，为马钢二轧厂的 车间改造用机组和机架生产小规格型钢进行了工程设计。并承担了马钢大型钢厂的设计工作，也曾出国进行过考察。包头设计院为秦皇岛设计了生产小规格型钢的轧钢车间。为鞍山市轧钢厂设计了生产小规格型钢的生产线，也为包钢轨粱厂做过增设万能轧机生产型钢和重轨的改造设计。北京设计总院曾为邯郸钢铁总厂改造生产型钢做过设计。鞍钢设计院曾为鞍山市小型轧钢厂设计过型钢生产车
6、间。并参加了出国考察和去美国拆迁旧设备。东北大学年代参与了攀钢轨梁厂的设计方案制定。年代末进行了万能孔型轧制型轧件的实验研究和理论分析。随后又对轧件施加前后张力，研究了在张力作用下，型轧件在万能孔型和轧边孔型中的变形过程，并且用有限元法对其轧制过程进行了分析。以后为配合包钢轨梁厂改造生产型钢，根据其具体条件做了关于开坯的实验研究。在冶金部科技司的支持下，已经在东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室安装、调试运转了型三机架连轧机组，而且成功地进行了机架间张力的检测和控制，直接测量机架间张力，张力可控制在牛顿以下，尤其适用于不能使用活套的复杂断面型钢连轧。东北重型机械学院现燕山大学于年月开始了
7、万能轧机的研制工作，年列为机械工业部科技攻关重点项目。年列为国家经委合同项目，课题名称为“型钢轧机关键技术研究”。重点研制了连接板式型钢轧机，在此基础上由一重加工制造的轧机已用于马钢二轧厂的 车间改造。国内其它学校，如西安冶院、武汉钢院和唐山矿院也做过关于轧制型钢方面的研究，但仅是一般性的，由于条件的限制，以后未能继续进行这方面的研究工作。到目前为止，国内正在建设中的型钢轧机有马钢大型钢轧机，产品的最大规格为，设备来自德国德马克公司，预计年投产。还有鞍山市第一轧钢厂的型钢轧机，产品的最大规格为，设备由美国两家钢厂废弃的英制开坯机和万能轧机拼凑而成，预计投产日期一直处在变化之中。莱芜钢铁总厂从日
8、本引进的一套型钢连轧机也正在建设过程中。拟建型钢轧机的企业还有唐钢、攀钢、武钢等。台湾最近也投产了一套大型型钢轧机。1.3 品种规格分类型钢的品种规格很多，分类方式也有好几种。按边宽分，有宽边（，是边宽，是腰高）、中边和窄边（）。按单位重量区分，有轻型、中型和重型，其中重型之中还有极重型（腰厚）和超重型（腰厚大于，最厚者腰厚为，边厚）。以德国标准为例，腰高都是的型钢，、和的每米重量分别为、和公斤。按用途分类，宽边型钢又叫做拄型型钢，窄边型钢又叫做梁型型钢。另外，型钢和型钢桩也都属于型钢，前者就是将型钢从腰部中间切开。从分类方法上可以看出，型钢的规格数量多。如号以下的产品，普通工字钢只有种，按照
9、德国标准，型钢则有种，按日本标准则更多，公制、英制两个系列，约个规格。不过近年来有逐步减少的趋势。我国原有的标准与德国标准近似，对规格的数量作了适当的简化。现在正在对标准进行修改，建议多靠一些日本标准的意见较多。规格数量多的情况，对新建厂的轧辊储备量提出了较高的要求，占用流动资金的数量可观。1.4 用途和用量1.4.1 用途型钢的用途非常广泛，主要作建筑结构的柱子和梁材。可用于桥梁、涵洞、隧道、厂房，尤其是热加工厂的厂房、车辆、船舰、机械结构、地震多发地区的住宅等等。国内冶金行业中，武钢和宝钢的轧板厂厂房结构都是采用的型钢珩架，没有轧制产品，就采用焊接型钢代替。1.4.2 用量各国的用量根据不
10、同的国情有较大的区别，但总的来说，占钢材总产量的。其中日本的用量最大，产量也最大，年产量为万吨，年接近千万吨，除了板卷外，这是最大宗的产品。美国和德国的用量次之，韩国的产量也远超过万吨。连我国的台湾，产量也达到几十万吨。我国长期以来，由于用钢政策的限制，在建筑行业没有型钢的使用规范，用量一直没有大幅度上升。某些需要型钢的用户在国内不能提供配套货源的情况下，也就不再考虑使用国产轧制型钢。焊接型钢在国内还有一定的市场，仅鞍山市就有两条焊接型钢生产线还在运行中。我国型钢市场正在缓慢地扩大着，型钢使用规范也正在编制过程中。2. 凸缘型钢的轧制特点及使用万能孔型轧制的优点2.1 两辊孔型轧制凸缘型钢的轧
11、法及轧不出平行边的原因由轧辊形状和轧件的变形特性所决定，两银孔型轧制凸缘型钢，最大的困难在于轧出薄而且高的边（腿），因为边和辊面是相互垂直的。为了轧出来，只有采用带所谓开、闭口边的孔型，见图开口边闭口边腰图两辊轧机轧制普通工字钢的孔型这种孔型在轧制过程中存在以下问题：1) 孔型横断面上各处变形程度不同；2) 轧件的边部必须带有一定的斜度，不能轧出内外侧均无斜度的平行边；3) 轧辊消耗大，原因，一是辊环直径大，二是斜度小时轧辊的车修量大，三是辊面上线速度差大；4) 动力消耗大；5) 产品尺寸精度低；6) 轧制效率低，对轧边部来说，两道才能顶一道；7) 闭口边的楔卡使轧件边宽拉缩严重。这种孔型是轧
12、不出来带平行边、宽边的薄腰型钢的。轧不出平行边的原因主要是由于孔型的侧壁不能无斜度，无斜度则轧辊不能车修，轧件难以脱槽。轧不出宽边的原因是辊径差太大。例如，轧机轧制边宽的产品，最大的辊径为，而最小的辊径才，对于生产，使用直径的大轧辊，可强度却只能按计算，工具费用消耗很大。辊径差大的另外二个后果一是沿着轧件的边部上轧辊的线速度差太大，轧辊磨损严重，二是边高拉缩严重。轧不出薄腰的原因主要在于两辊轧机总是要多配几个孔型，辊身长度大，弹跳大，腰部不可能轧薄。要轧制出带薄而高的边的凸缘型钢，从孔型方面来考虑，使用万能孔型是最有效的措施。2.2 使用万能孔型轧制的优点1) 立辊从左右方向直接压下，可直接轧
13、制薄而高的边，可以轧出平行边。2) 轧制过程中轧件的边高拉缩小，因此要求的坯料高度小，可以不用或少用异形坯。粗轧的道次数可以减少，在万能孔型中轧制时可以直接对边部施加以较大的压下量，得到较大的延伸，减少总道次数。3) 只简单地改变压下规程（辊缝），就可以轧出厚度不同的产品。另外通过轧边端孔型的调整，可以同时改变边部的宽度。4) 孔型中特有的辊面线速度差小，轧辊的磨损较小并且均匀。另外由于轧辊的几何形状简单，容易使用具有高耐磨性能的新型材料轧辊。轧辊的加工和组装也比较简单。5) 轧制过程一般是在对称压下的情况下进行，变形相对较均匀。6) 不依靠孔型的侧压和楔卡使轧件变形，轧件的表面划伤较小，轧制
14、时的动力消糙也小。3. 在万能孔型中和轧边端孔型中轧件的变形特点型钢的轧制要使用万能孔型和轧边端孔型，见图。前者的作用是将边部和腰部轧薄，使轧件延伸。后者的作用是加工边端。在这两种孔型中轧件的变形特点如下：图万能孔型和轧边端孔型的示意图3.1 在万能孔型中轧件的变形特点1) 腰部和边部的变形区形状近似于平辊轧板。水平辊轧腰的变形区形状就是平辊轧板，但轧件的变形受到边部的影响。边部变形区，水平辊侧面是一个半径极大的双曲面，接近于平板，立辊是一个椭圆，该椭圆与圆相差很小，相当于在一个平板和圆辊之间轧板。由变形区形状所决定，在万能孔型中轧件的变形较均匀，远远好于两辊孔型轧制工字钢。所以辊耗、能耗都比
15、较小，是一种较经济的轧制方式。2) 边部和腰部之间的变形互相影响。边部的变形大，将对腰部产生拉延作用；反之，则腰部拉延边部。对于宽边产品，边部拉腰部的现象明显，因为边部的断面积、远大于腰部用y 和分别表示腰部和边部的断面积式中：是边厚，是边宽。考虑到腰厚一般是边厚的以下，并且不小于腰高，于是这种情况下，如果边部的压下大，则腰部很容易拉薄，甚至不接触轧辊，腰部的表面质量很差。反之，腰部也拉边部，虽然情况不会有边部拉腰部那么严重，但也不可忽略。尤其是对于窄边的产品，腰部压下大将把边宽拉小，边宽是很不容易轧出来的，除非是特殊情况，应避免拉小。在孔型设计时应充分考虑这一点。3) 腰部全后滑。推导非常麻
16、烦，在此略去。从定性上说，立辊是被动的，从边根向上立辊辊面上各点的线速度越来越小，所以轧件的出口速度低于水平辊的名义线速度。4) 边部的变形区长，立辊先接触轧件。如果轧件咬入端是一个平断面，腰部无舌头，则咬入将出现困难。在生产中要注意切头后是否影响万能孔型的咬入。日本最要建设的万能轧机，曾经将轧边端机放在万能轧机之前，以保证咬入。设计万能孔型时，最好使来料的内腔比水平辊的宽度小，以保证咬入。轧制后边端不齐，外侧宽展大，见图。造成这种现象的主要原因如下：一水平辊侧面对边部内侧的金属质点作用有向下的摩擦力；二边部内侧轧辊的线速度差大，轧件出辊时要保持是一个整体，边端受到边根的拉缩，类似于轧件闭口边
17、的拉缩；三是边部外侧立辊的压下量大，宽展量也大。由于边端不齐，为了保证产品质量，轧边端孔型是必不可少的。图轧后边端的形状3.2 在轧边端孔型中轧件的变形特点1) 从变形区形状参数可知（是变形区投影长度，是变形区的平均高度），轧边端过程是典型的高件轧制。轧制时变形深入不下去，宽展集中在轧辊接触面附近，形成明显的双鼓变形，造成轧件边端局部增厚。双鼓局部增厚的边部都在后续的万能孔型中产生不均匀压下，一是造成强迫宽展，边宽又得到恢复，二是造成水平辊侧面和立辊的不均匀磨损，对应双鼓局部增厚处出现槽沟。因此，轧边端的压下量应尽量小，只要轧平边端即可。2) 轧边端时变形区内轧件的断面形状是窄而且高，边根不能
18、横向移动，边端受到摩擦力的约束，压下量一旦过大，轧件边部将出现塑性失稳弯曲，达不到轧边端的目的。由于这一原因，轧边端压下量也不能大，一般情况下，轧边端道次的压下率不应大于。3) 由于轧边端时轧件与轧辊的接触面很窄，压下量又小，接触面积很小，所以在万能 轧边端往复可逆轧制时存在着张力饱和现象。张力一旦加大，轧边端孔型中的轧件将被拉住或者拨出。可以自动调节张力。由变形特点所决定，轧制型钢时孔型设计一般应遵守以下原则：1) 在万能孔型中，轧件边部的压下率应略大于腰部。原因是边部的断面积大于腰部，边部的变形所产生的影响大于腰部，也可避免出现拉缩边宽的现象。但。不能相差太多，在之间，如果差值较大，将影响
19、腰部表面的质量。2) 轧边端的压下量应尽量小，只要轧平即可。3) 为保证咬人，万能孔型前的来料内腔应略小于水平辊的宽度，差值为毫米。4) 一般常规轧制，成品孔型侧面的斜度在之间，其它万能孔型侧壁的斜度在度之间。4. 型钢轧机的布置形式4.1 机架布置形式世界上型钢轧机的套数虽然很多，归纳一下，其机架的布置形式主要有四种形式。4.1.1 往复可逆连轧这种布置形式一般是一架或两架两架开坯机（机架）万能轧边端可逆连轧机组（机组）万能精轧机（）。这种布置形式一般在两辊开坯机上轧制道次，若使用连铸板坯作原料，轧制道次有多达道者，轧成“犬骨状”异形坯。然后在万能轧边端可逆连轧机组上轧制多道次，多者亦可达多
20、道次，有的工厂为平衡轧制节奏，提高产量，布置了两组万能轧边端可逆连轧机组。最后在万能精轧机上轧制一道。这种布置形式的特点是设备简单，操作容易，投资较小，适用于生产大号的型钢。若用这种轧机生产日以下的型钢，则产量较低。4.1.2 往复可逆连轧这种布置形式一般是一架或两架两辊开坯机（机架）万能轧边端机万能可逆连轧机组（机组）万能精轧机（）。该布置形式与前一种布置形式的区别主要是在往复可逆连轧机组上，多加一架万能轧机，提高了轧制效率，提高了产品质量，由于有万能孔型之间的连轧，连轧的控制有一定的难度。其特点在于，与连轧机相比，机架数量少，操作容易，投资较小。这种轧机的适应面比较广。4.1.3 万能连轧
21、机这种布置形式一般是一架或两架两辊开坯机（机架）一组或两组万能连轧机组，每组个机架，每组中有一或两架轧边端机万能精轧机（）。这种布置形式的特点在于，产量高，产品质量好，可生产轻型薄壁的产品，轧机建设投资大。由于多机架的连轧，微张力控制有很高的技术难度，要求操作水平很高，目前都是采用计算机控制。该布置形式适用于中、小号型钢的大批量生产，一般用于轧制以下的产品。4.1.4 孔型往复可逆连轧这种布置形式一般是一架或两架两辊开坯机（机架）侧壁带斜度的万能孔型，又称孔型轧边端机侧壁不带斜度的万能孔型，又称孔型，在这三个机架之间进行往复可逆连轧。此种布置形式称为轧法，不设成品万能机架，直接由孔型出成品。这
22、种布置形式是第二种布置形式的变种，发明人公司认为，其优点在于取消了成品万能机架，缩短轧制线米，对于轧制小规格的型钢有利。不过它也有孔型磨损快，产品质量不易保证的缺点。4.2 机架形式现代化的型钢轧机大都是万能孔型和两辊孔型可转换式，一般都采用快速换辊装置。国内已有的几种万能轧机机架形式如下：1) 连接板式。马钢二轧厂的万能轧机是这种形式，该机形适用于连轧生产线，使用偏心轴调整压下，轴转动的角度与辊缝的大小非线性关系，压下调整困难。在线装卸轧辊非常困难，快速换辊需要整体更换机架。设备投资较大。设计单位是东北重机学院，制造厂是第一重型机器厂。2) 开轭式。鞍山市轧钢厂装备的是这种万能轧机，该机形的
23、立辊是开口牌坊，快速换辊使用换辊小车更换辊系。上、下水平辊和左、右立辊依靠电气装置进行同步压下。该轧机的适应面较广，在现场使用后，使用者的反映良好。这种轧机的设计和制造者都是沈阳重型机器厂。3) 式机架。东北大学轧钢实验室装备的是这种万能轧机，该机形的立辊是闭口牌坊，水平辊是开口牌坊。机架的布置形式是，采用轧法。上、下水平辊和左、右立辊均有传动轴连接，可以同步调节压下。可以进行各种模拟轧制实验，轧机的设计者是东北大学型钢研究所和机械工程学院冶金设备教研室，制造者是鞍钢北部机修厂。4.3 坯料轧制型钢传统上是使用初轧坯，坯料的形状有矩形坯和异形坯。近年来由于连铸的发展与普及，减少了所用钢坯的断面
24、规格尺寸数。使用的连铸坯有板坯、异型坯和矩型坯。有的厂使用钢坯为种，有的厂仅使用种异型坯。4.4 坯料的轧制方式在轧制方式上，过去常用扩宽的开坯方式，现在对压窄的开坯方式颇为重视。因为前者的开坯道次多，后一种轧法的开坯道次大为减少，为进一步适应压窄的开坯方式，增大压窄量，新建的型钢轧机，有的在开坯机架与第一个机组之间增设了立辊机架。4.4.1 连铸板坯立式切分法将板坯立起来进入带切分楔的立式切分孔，见图。由于轧件很高，变形不能深入，集中在轧辊接触面附近，在切分和双鼓变形的双重作用下，矩形断面的板坯形成犬骨状异形坯。在轧制过程中，须防止腰部压弯，为此要采用合适的压下制度，小压下多道次。这种方法开
25、坯的道次多者可达道次以上，为平衡轧制节奏，需要二架开坯机。4.4.2 腰部中间切分法矩形坯进入切分孔，直接压下坯料的中间对应型钢腰部的位置，见图。适应厚坯轧制窄边产品的情况。由于切分轧制对边高的拉缩作用很明显，所以采用这种开坯方式，坯抖的高度应是轧件腰高的倍以上。4.4.3 腰高扩展轧法轧制腰高尺寸大的型钢，用对称的工字形孔型，使孔型的楔宽大于犬骨状坯料的内侧宽度，见图。适应窄坯轧制大号型钢的情况。采用这种开坯方式，应注意轧件的左右侧弯。4.4.4 腰部压窄轧法腰高尺寸小的型钢，为减少坯料的规格数，采用腰高压窄的轧法，见图。采用这种开坯方式，应注意防止轧件腰部的压弯。在腰高方向上轧制几道次后，
26、需要使用对称的工字形孔型对坯抖进行整形。4.4.5 留边轧法轧制时为尽量保持边高，对称的工字形孔型的边部槽深大于轧件的边部高度，轧制过程中只压下犬骨状坯料的腰部，见图。尽管边都没有承受压下，但由于延伸边高还是要减小。4.4.6 压边轧法边高尺寸大的坯料轧制边高小的型钢，为减少坯料的规格数，可采用边高压下的轧法，见图。有只压下边高和边高腰厚同时压两种轧法。5. 万能轧机所能轧制的钢材品种5.1 万能轧机所能轧制的钢材品种万能轧机在轧制型钢时，尤其是轧制复杂断面型钢有许多优点，近年来万能轧机所轧制的钢材品种在不断地扩大，除型钢和型钢以外，所生产的型钢品种举例如下：1) 重轨，轧制方法见图。用万能轧
27、机轧制重轨的优点在于：一可以明显增大轨头、轨底的压下量，提高重轨的使用寿命。二可以提高轨头的尺寸精度，这一点对高速铁路有很大的意义。2) 型钢桩，轧制方法见图（）和图（）。3) 直线型钢桩，轧制方法见图（）。4) 型钢桩，轧制方法见图（）。5) 槽钢和平行边槽钢，轧制方法见图。6) 普通工字钢，轧制方法与型钢基本相同。7) 型钢，轧制方法见图。8) 等边角钢和不等边角钢，轧制方法见图。9) 型钢，轧制方法见图。10) 钢枕木，轧制方法见图。11) 叉车立用型钢，轧制方法见图。12) 其它机械零件用钢，如汽车货箱顺梁、拖拉机底梁、梅花铀等等。5.2 用万能轧机轧制异形断面型钢的优越性1) 可以轧
28、制尺寸精度较高的产品。因为水平辊的辊身长度相对较短，弹跳较小，并且不均匀变形也比较小。2) 产品的表面较两辊孔型轧制的产品更光洁。因为孔型内各处的辊径差相对较小，工具与轧件之间的滑动较小，表面划痕小。3) 可以轧制两辊孔型根本不能轧或很难轧制的产品。如型钢和型钢。4) 三向压应力状态较强、有利于低塑性金属的变形。5) 产品收得率高。例如由于不均匀变形较小，切头和切尾的损失小。6) 变形效率高。对于边部（凸缘），一道的压下效果大于或等于两辊孔型的两道次。7) 可以轧制尺寸精度较高的产品。因为水平辊的辊身长度相对较短，弹跳较小，并且不均匀变形也比较小。8) 少扭转、少翻钢、导卫简单。9) 可简化辅
29、助设备。10) 轧制力相对较小，能耗小。11) 轧辊形状较简单，不均匀变形小，轧辊磨损轻。同样材质的铸铁辊轧工字钢单孔寿命可提高倍。12) 调整方便13) 由于孔型形状简单，秒流量的计算较准确，易于实现连轧。6. 型钢生产技术展望6.1 产量和市场现有的型钢生产国中，日本的产量最大，产量最高接近万吨年。从开始连续在万吨年以上，年最低为万吨年，年产量最高。其在生产上采用的新技术多，新产品也多。我国目前的年需要量在万吨左右。的需要量各种预测的说法不一，多者万，少者万。我国的型钢主要市场应在国内，当然也可能会有出口。在出口上比前些年拟建型钢轧机时要困难一些，原因之一是马钢拟建型钢轧机时，韩国也在拟建
30、，马钢至今仍在建设中，而韩国已有套型钢轧机投产，台湾也有套型钢轧机投产，东南亚诸国也有正在筹建型钢轧机的，其轧机型式和产品规格，与马钢相近。原因之二，有日本的外部尺寸不变的型钢，其使用条件优越。在国内市场方面，建筑行业是我国钢材消费的大户，年用钢材约占钢材消费总量的左右。但是，国家计委于年月日印发一份“在建筑结构中合理使用钢材的暂行规定”，其中有对“单层厂房各构件的结构选型”，和对“煤炭、电力工业构筑物和送变电线路剧结构选型”，为节约钢材，对使用钢结构作了一些限制。尽管由于我国为节材对钢结构的应用有一定的限制，但型钢本身是一种经济断面型钢，其用途是广泛的，市场也是广阔的。问题是由于我国过去不生
31、产型钢，国外进口的数量不多，因此目前实际使用还较少，这就显得开拓市场对型钢更为重要。为此，一方面要用国产的型钢取代进口，用型钢取代工字钢，另一方面要寻求用户，开拓市场。开拓市场的工作与筹建轧机同样重要，应尽早在原有市场调查的基础上，落实用户使用型钢和拟产其它型钢的品种规格与数量，以避免压库现象的发生。从各国的型钢总产量和占钢材总产量的比重，用型钢取代工字钢以及由工、槽、角钢组成的组合构件来看，型钢的市场是广阔的。但实现这一广阔的市场将有一个过程，要缩短这一过程，这将取决于生产厂、用户、设计部门以及有关管理部门的共同努力。6.2 今后的发展方向1) 改善钢质，提高内部质量。2) 发展新品种，例如
32、：耐候型钢、表面带涂层的耐腐蚀型钢、外表面带凸棱的型钢、小残余应力型钢、外部尺寸一定的型钢，这种产品在使用上的优越性见图。内部尺寸一定外部尺寸一定两种厚度块垫片一种厚度块垫片图外部尺寸一定的型钢及其在佛接时的情况3) 以低屈服比和屈服点变化小为特征的高性能型钢。4) 腰厚与边厚之比小于的薄腰型钢。5) 高焊接性能的产品。6) 控制轧制和控制冷却。为提高产品性能质量和发挥钢的性能潜力，在成品机架后设有控制冷却系统，在冷床上根据型钢的规格尺寸进行立冷或平冷。7) 高尺寸精度和形状精度。8) 高度自动化，实现无人化控制。6.3 坯料与轧制的衔接1) 连铸坯提高热装率，进一步实现直轧。2) 整个生产线
33、的多规格型钢用一种坯料。3) 改进异形坯的形状，提高成材率。6.4 轧制成型技术的发展1) 外部尺寸一定的型钢的轧制技术，采用宽度可调的水平辊，有扩腰轧法，见图，缩腰轧法，见图。使用宽度可调的水平棍，有如下优点：(1) 备辊数量少。(2) 换辊时间少，作业率高。(3) 水平辊磨损，尺寸出现波动，可通过调整辊宽的方法解决。2) 边偏和腰部偏心的纠正技术。一种方法是可动导板与轧边端机相结合，见图。另一种方法是采用可变动辊环高度的轧边端机，见图。6.5 尺寸检测及厚度为对成品尺寸进行控制，先进的型钢轧机，在万能机架的出口装设了成品尺寸自动检测控制系统。边宽的检测系统示意图见图。厚度的检测系统示意图见
34、图。6.6 矫直技术为提高矫直质量，在欧共体的资助下，德国生产技术研究所与英国合作，研究矫直型钢，为减小矫直后腰部的内应力，使矫直辊不与腰部（腹板）接触，矫直辊与型钢的边端接触，试矫基本成功，但有时边端有局部变形。6.7 轧辊在轧辊方面，万能机架的轧辊是由辊圈与辊轴组合而成。既注意材质能耐磨损，也注意通过合理的变形和速度制度减小其磨损。1) 轧辊辊圈的材质使用离心铸造的热加工工具钢，例如18 V。2) 装配时令辊轴表面受一定的压应力。3) 为防止辊面龟裂，使用多片辊圈。7. 我国目前型钢生产要注意的几个主要问题为了能使新建的型钢轧机顺利投产或达产应注意和解决如下几个问题：7.1 产品标准和规范
35、我国已有热轧型钢尺寸、外形、重量和允许偏差，即国家标准。主要是参考了和制定的。现在要开始大量生产型钢了，因此有必要调查型钢可能的买主，究竟需要什么样的型钢，再根据大多数用户的意见重新审查或修改标准。这是大批量生产型钢之前应给予注意的问题，否则就会出现销售上的困难，既影响到生产，也会造成生产厂的经济损失。规范是使用的依据，仅有产品标准，没有使用规范，产品难以应用，这也将影响产品的销售，从而影响生产。在这方面冶金企业曾有过经验与教训，如冷轧带肋钢筋，国家计委给南京轧钢厂贷款，买了进口设备，也轧出了产品，但用户管理部门因为没有使用规范，具在校大节材效益的冷轧带肋钢筋长期在江苏和南方难以使用，也难以生
36、产。在辽宁省由于一开始就注意了这一问题，所以冷轧带肋钢筋的生产和使用较为顺利。此外，还应制定平行边槽钢的产品标准与规范。7.2 人员培训尽管在马钢二轧厂和鞍山市轧钢厂的生产线上有机架和机架，但由于其主要产品不是型钢，而且生产型钢时，有的仅通过一次，最多往复通过三次，轧制过程比较简单。马钢拟建的型钢轧机是从德国引进，比较先进，为了尽快掌握引进的设备与技术，以便顺利投产与达产，应注意人员的培训。在型钢生产线上的最主要岗位是轧机，对轧机有关人员进行培训较为理想的地点是东北大学轧制技术和连轧自动化国家重点实验室，因为该实验室有三机架实验连轧机，可以进行与实际生产相似的往复连轧和往复连轧，既可以实际操作
37、，也可以进行必要的理论学习。既可以进行工程技术人员培训，也可以进行操作技术工人培训。东北大学金属塑性加工与型钢生产技术研究所曾为马钢二轧厂型钢生产线建设和马钢大型钢建设项目培训过孔型设计人员。经培训后的工程技术人员均能较好地承担起任务，成为核专业工作上的骨干力量。在东北大学轧制技术和连轧自动化国家重点实验室培训的范围可有轧机的设备部分，操作技术培训，轧件尺寸缺陷的产生原因及补救措施，各种控制系统软件的检验等等。7.3 消化吸收消化吸收主要是引进的设备和技术。对引进设备的消化主要是掌握其性能，正确的操作与维修。特别是生产线上设备的薄弱环节，如立辊轴承，不仅耍了解其性能，使用寿命，同时还要了解其正
38、常使用中的维护，以及正确的安装和拆卸的的注意事项，必要的备件数量。各种控制系统软件的正确使用及其程序的编制，在这方面不仅要知道其当然，还要了解其所以然。对引进技术的消化主要是开坯技术，型钢的往复连轧技术，各种型钢的往复连轧技术，控轧控冷技术，统称为工艺技术。工艺技术与设备不同，前者是可变的，而且可变的因素较多，后者仅是运转速度和方向有的可以在一定范围内变动。在与外商签定的合同中，规定对若干个典型产品进行验收是保证能轧出合格产品的必要措施，可保证轧机顺利投产。但这仅能保证轧出合格产品，而正常的生产不仅是能轧出合格的产品，还有生产率和消耗的问题。在开坯轧制方面，如果利用两种异型连铸坯轧制多种规格的
39、型钢，则有些规格，既可以用扩展轧法，也可以使用压窄的轧法。也就是既可以用窄的异型坯，在开坯时使轧件逐道次扩宽，再通过和轧出成品，也可以使用宽的异型坯，在开坯时将轧件逐道次轧窄，再通过和轧出成品，两种轧法都能轧出合格的产品。但轧机生产能力大不相同。轧件出开坯机和进和机架的温度不同，对轧辊磨损和立混轴承的寿命都会有不同的影响，甚至对轧件表面质量也有一定的影响。至于对其它异型钢，则还有一个开坯机的合理孔型设计与最佳压下规程制定的问题。在机组上往复连轧型钢时，由于存在张力饱和现象，故只耍采用张力，保证正常的轧制过程是没有问题的，轧件尺寸也能合格。尽管如此，还是应该保持轧件在机架所受张力最小的速度制度以
40、及轧边机架的合理压下制度，因为这将影响到轧辊的磨损。若处理不当将使轧辊磨损加快，既影响轧辊寿命，也将影响产品的表面质量。异型钢往复连轧时，由于无张力饱和现象，采用合理的速度制度以保持轧件在微张力作用下轧制要比型钢复杂。若不能保持微张力轧制，即使轧制过程能够维持，轧件尺寸也可能合格，但合格率将下降，或产品的后处理工作量加大，成材率下降。异型钢的往复连轧，可行的孔型系统和孔型设计可能有几种，这就有一个选择最佳方案的问题。还有连轧常数的合理计算问题。由于多道次轧制，各道次的轧件变形不同，每道次中轧件各处的变形特点也不同，故轧辊辊磨损是不一样的，因此车修轧辊时各轧辊车修量不相同，为使车修后的轧辊仍能保
41、持徽张力轧制，还要重新计算连轧常数，以此为依据重新设定轧辊转数。若计算不当，轻者使轧件的头中尾尺寸差加大，超差段的长度加大，重者将导致轧制过程矢常，甚至造成人身和设备事故。在工艺方面的消化与吸收，不仅是按外商的图纸车轧辊，按外商规定的压下规程和速度制度进行轧制，而且要在知其当然的基础上，分析其所以然。但外商对所以然一般是不提供的，要依靠自己的分析来获得。特别应指出的是：由于在工业先进国家将孔型设计方面的技术通常视为“诀窍” ，孔型设计者本人和单位对其“诀窍” 都是保密的。般仅供图纸，不提供设计方法和计算过程，这样的设计使用上局限性很大。虽然有计算机辅助孔型设计的出现，但它仅是孔型设计工程师的得
42、力工具，还远不能取代孔型设计者的经验，特别是对于轧制型钢的前几道次异型孔。按公司的介绍，即使是规律性较强的后几道次，他们是先用计算机设计后，再找有经验的孔型设计师审查修改后才能使用。因此在工艺方面的消化与吸收，应从外商提供的图纸和资料中知其当然，再经分析掌握其所以然。在这一过程中，既有吸收也有修正和改进，这样才能掌握引进的技术，保证轧机稳定而正常的生产。东北大学金属塑性加工与型钢生产技术研究所曾有过这方面的经验。如承担大连二轧厂审查由美国著名孔型设计者 为该厂设计的异型钢连轧孔型， 当时是多岁的老孔型设计者，与其子共同开办孔型设计公司，其设计都是根据他长期为轧钢厂设计孔型并轧成型钢的试样，在计
43、算机上画出孔型图。我们根据图纸分析，找出其存在的问题，他大都接受并进行了修改，我们也了解与掌握了他的设计特点。此外我们为上钢一厂修改过从德国引进的连轧机工字钢孔型，也为大连一轧修改过引进的连续式小型轧机的孔型。东北大学轧制技术和连轧自动化国家重点实验室有三机架实验连轧机及预张力式智能化微张力控制系统，有引进的三维坐标测量仪和其它轧机，是消化引进技术与探讨各种异型钢轧制技术的好场所，希望能为引进轧机的轧制技术和控制技术消化服好务。在此进行厂校合作，将使生产厂可以更好更快地掌握新轧机和新品种的轧制，生产厂可以少浪费钢材，加快投产与达产的速度，其经济效益是巨大的。7.4 轧辊的使用由于万能轧机的水平
44、辊实际上用于与轧件接触进行轧制的辊身长度不大，但整根轧辊的长度较大。轧辊磨损车修到一定程度，整根轧辊废弃的消耗很大。为节约轧辊一方面要使轧件的变形合理，冷却水的使用合理，选用耐磨的轧辊材质。另方面要使用由辊圈和辊铀组合的轧辊，一般使用红装或粘结。这种技术需引进或自行解决，应在投产之前作好准备。否则轧辊的消耗很大，将影响轧机的作业率和成品表面质量。轧边机架同样也可考虑采用由辊圈与辊轴组合的轧辊。7.5 控轧控冷控轧控冷既是改善钢材组织性能和提高其机械性能的措施，也是对不对称型钢如型钢轧后控制冷却弯曲程度的手段。为使厚度和长度左右不对称的异型钢，轧后成品在冷床上的弯曲减小，以便于移动和矫直，必需在
45、成品机架的出口处或在冷床的入口处，对轧件左右两侧采用不同冷却强度的冷却措施。外商若已提供这种冷却方式则可保证其典型产品的顺利生产，但由于产品规格尺寸的不同，虽然冷却方式相同，具体的冷却强度也应不同，所以在这方面也有消化吸收的问题。若外商未提供这种冷却方式或措施，则生产厂应在轧机建设的同时，考虑落实冷却措施。7.6 对轧制力能参数的验算在马钢大型钢的初步设计中已有对各主辅设备生产能力的计算，从中找出了“瓶颈”生产能力。此外也需要对主要典型产品的变形与力能参数进行必要的验算，从中找出设备的“瓶颈”环节，以及“瓶颈” 所允许的变形量。一般可认为万能轧机的立辊轴承强度和使用寿命为轧机的“瓶颈 ”环节。这就应对立辊承裁量大的道次进行立辊最大允许压下量的计算，以便为压下规程的设计及轧机调整提供依据，甚至需要寻求减小立辊轧制力的轧制方式。
