200×240(mm)坯轧制宽翼缘HW175×175型钢的研究

2022-01-01宋维兆

新疆钢铁 2022年3期

宋维兆,李强

(1.新疆八一钢铁股份有限公司制造管理部;2.新疆八一钢铁股份有限公司轧钢厂)

前言

万能轧机轧制H型钢的轧制方法主要有:格林法、萨克法、杰普泼法、X-H轧制法和X-X轧制法。目前格林法、萨克法和杰普泼法应用较少,各国的H型钢主要以X—H轧制法和X—X轧制法为主。在H型钢孔型设计中坯料高度的选择尤其重要,坯型直接影响到H型钢成品质量和轧制稳定性。

H型钢开坯机孔型类型分为直轧孔型系统、直腿斜轧系统和角式斜轧系统三种。后两种在三辊劳特士轧机上为常用孔型系统,已逐步被淘汰。直轧孔型系统要求钢坯高度为成品腿宽的2.0～2.2倍,即:H坯≥(2.0～2.2)H成。

随着近代H型钢万能轧机轧制技术的发展,在坯型的选择上,大H型钢采用“H”形的异性坯,中小H型钢的钢坯高度与成品腿宽的比例也降到了1.6～1.8倍,是目前国内常用的钢坯高度计算的经验公式为H坯≥(1.6～1.8)H成。

八钢公司小型H型钢生产线工艺布置为半连续式,工艺设备采用一架Φ750两辊可逆式轧机和精轧机组(6架万能轧机+3架轧边机)组成。初期H型钢生产技术为“X—X轧制法”,后经过多年的研究实践,目前H型钢轧制全部采用自研的“H—H轧制法”。

H型钢孔型设计关键是选择钢坯高度,按照钢坯高度经验计算,轧制宽翼缘H型钢HW175所需的最小钢坯高度为280mm。而八钢最大连铸矩形坯截面尺寸为200×240(mm),坯材比只有1.37,钢坯高度不满足H型钢孔型设计要求,若采用板坯切割成200×280(mm)的矩形坯可以满足设计要求,但是板坯切割的效率极低,加工成本高,无法满足大批量连续生产的要求。

通过近两年的研究和试验,八钢公司H型钢厂用200×240(mm)矩形坯成功轧制HW175产品,并实现了批量生产。

1 H型钢开坯机孔型对腿部伸缩的研究

H型钢开坯机直轧孔型系统中孔型类型分为:切深孔型、闭口孔型和控制孔型,这三种孔型安装孔型大类均属于蝶形孔。

在H型钢工艺设计中,这三种孔型对腿的拉缩和增长是工艺设计的关键点,研究腿部拉缩与增长非常重要。轧件进入开坯机蝶形孔型中轧制时,在腿部高向无直压的条件下,轧后腿长比轧前腿长缩短的现象称为拉缩。如图1所示,虚线为轧前轧件尺寸,实线为轧后轧件尺寸,△hb为拉缩值。同样条件下,如果轧后腿长增长了,则称为增长,如图1中的△hk即为增长值。

图1 H型钢轧制拉缩与增长示意图

影响腿的拉缩和增长的主要因素有:复杂断面孔型的速度差的影响;不均匀变形的影响;腿部侧压的作用;不对称变形等因素的影响。

(1)不均匀变形的影响。复杂断面孔型各部分速度不同是复杂断面变形的一个重要特点。由于孔型各部分具有不同轧辊直径,因而各部分的速度也不同,这必须会对轧件在孔型中的变形带来严重的影响。在一般的二辊孔型中轧制H型钢时,可以认为轧件时按照腰部的延伸而延伸的,也就是不论边部的自然延伸有多大,轧件也将按腰部的延伸而延伸。

(2)腿部侧压的作用。在复杂断面型钢中,一般的腰部和腿部是相互垂直的。当腰部放平时,腿部即直放,而腿部的减薄主要靠的是侧压,孔型的侧壁斜度越大,侧压量也越大。

(3)不对称变形等因素的影响。在一个蝶形孔型中,由于闭口槽和开口槽中的作用力条件不同,结果使轧件在孔型中的变形不对称,这主要表现为轧件的开口边和闭口边的边高不等,尤其在切深孔中轧制矩形断面钢坯时,这种不对称变形特别明显。

根据研究,由于受到外摩擦,速度差,变形不均匀即延伸差和开口腿侧压的影响,都将引起开口腿的增长和闭口腿的拉缩。正确计算拉缩量与增长量是保证成品腿高的关键。但是,由于开闭口腿金属流动复杂,影响因素很多,到目前为止还没有精确计算拉缩量与增长量的公式,一般都选取经验值。将三种孔型对腿部总高减缩量归纳经验公式如下:

切深孔内腿总高减缩量为腰部压下量的30%～40%:H1-H2=(0.3～0.4)(d1-d2)

闭口孔内腿总高减缩量为腰部压下量的10%～20%:H1-H2=(0.1～0.2)(d1-d2)

控制孔内腿总高减缩量为腰部压下量的50%～70%:H1-H2=(0.5～0.7)(d1-d2)

2 开坯机孔型系统的选择

从经验公式可以看出,闭口孔的腿部拉缩最小,所以在选择开坯机孔型组合的形式上尽量增加闭口孔,减少切深孔和控制孔的数量,同时闭口孔型还有降低轧件宽展的作用,避免开坯机终轧料型宽度过大,超过精轧机组轧制能力。采用DEFORM有限元模拟计算分析,对开坯机中三种孔型的腿部拉缩和增量进行模拟验证:采用1道切深孔+4道闭口型,确定了配辊图和轧制程序表分别见图2和表1,开坯机通过五道次轧制后的终轧料型成倒梯形的“H”状,如图3所示。

图2 开坯机配辊图

图3 开坯机第5道轧制模拟

表1 开坯机轧制程序表

3 精轧孔型设计

考虑到开坯机轧制7道次对产能的影响,减少开坯机轧制道次,合理利用精轧机组第一道次轧边机的作用,将前5道布置在开坯机上,最后一道确保开坯机终轧料型对称均匀的控制孔放到精轧第一道轧边机上,让精轧第一道具备控制孔和轧边孔两种特性,采用DEFORM有限元模拟计算分析,对精轧机第一道孔型作为控制孔和轧边孔两功能进行模拟验证,并确定孔型,其孔型见图4。

图4 精轧第1道轧制模拟图

万能轧机采用自研的“H—H轧制法”,孔型布置顺序为:E-H-H-H-E-H-H-E-H;其中精轧机组的6架万能轧机中最后两架万能轧机(5U、6U)的电机功率只有800KW,且传动速比较小,前两架万能轧机(1U、2U)电机功率最大(1300KW),其次为中间两架(3U、4U)为1000kW。根据万能轧机的电机功率和传动速比,确定万能轧机延伸系数:

1U、2U的延伸系数范围为1.30～1.35;

3U的延伸系数范围为1.2～1.25;

4U、5U的延伸系数范围为<1.2;

6U的延伸系数范围为<1.16;

确定精轧轧制程序表,见表2。