萊鋼大H型鋼矯直工藝研究

摘 要：本文對萊鋼大H型鋼生產線矯直工藝進行了研究，重點就矯直輥R角和裝配寬度對矯直質量的影響進行了分析，給出了各規格矯直輥裝配寬度的理論公式，為生產提供了理論指導，從而提高了矯直質量。

關鍵詞：H型鋼；矯直輥 ；R角；裝配寬度

0 前言

萊鋼型鋼廠大型H型鋼生產線CRS（Compact Roller Straightener）輥式矯直機是當時世界最先進的大型H型鋼矯直機，2005年7月份投入使用。與傳統的絲杠五輥壓上懸臂式九輥H型鋼矯直機相比，該矯直機采用雙牌坊支撐，四輥液壓壓下設計，具有很好的矯直效果（如圖1和圖2）及最小的殘余應力，并且實現了快速換輥。

1 H型鋼矯直原理介紹

目前H型鋼的矯直形式主要有三種，分別是腹板矯直、翼緣矯直和翼緣腹板同時矯直。其中，最常見的矯直方式是腹板矯直。通過水平輥接觸H型鋼腹板，使腹板發生彎曲變形，從而帶動翼緣發生彎曲變形的一種矯直方式。CRS2000/9H矯直機就是采用這種方式進行矯直。

H型鋼的矯直原理（如圖3），原始曲率為0～±1/ro的軋件通過第一輥時，未受彎曲力矩作用，原始曲率無變化。當軋件進入第二輥時，軋件的最大原始曲率為±1/ro。第二輥的反彎曲率1/ρ2按照上凸曲率-1/ro得到矯直的原則選擇。經第二輥矯直后，使-1/ro變為0，也使0～-1/ro間的曲率由于過分彎曲變為下凹曲率，原0～+1/ro間的曲率仍然存在無變化，此時的殘余曲率范圍為0～+1/ro。當軋件進入第三輥時，軋件原始率為0～+1/ro。第三輥的反彎曲率1/ρ3（與1/ρ2大小相等，符號相反）是按照+1/ro的彎曲部分得到矯直原則選擇的。經過第三輥彎曲后，+1/ro 變為0，并使0～+1/ro間的曲率由于過分彎曲變為上凸曲率，此時的殘余曲率范圍為0～-1/r3（1/r3<1/r0）

依次類推，以后各輥的反彎曲率均使前前一輥的最大殘余曲率得到矯直為原則選擇，即1/ρi<1/ri-1，使1/ri-1變為0，殘余曲率范圍為0～1/ri（1/ri<1/ri-1）。直至使1/r8變為0，最終殘余曲率為0～1/r9。當n值足夠大時，1/r8≈0，符合國家標準或用戶要求，就達到矯直的目的。

由此可見，矯直軋件的基本原則：欲使原始曲率為1/r0的軋件得到矯直（1/r=0），必須選擇適當的外力矩，使反彎曲率在數值上等于彈復曲率1/ρy（即1/ρy=1/ρ）。

在9輥矯直機上，1-6號輥塑性變形較大，從7號輥開始，塑性減小，彈性增加。8號輥和6號輥之間的壓力有明顯的變化。在入口的幾個變形三角區，壓下量較大，變形半徑較小。隨著軋件的逐漸向后移動，壓下量逐漸減小，變形半徑逐漸增大，直至變形半徑無窮大，軋件完成矯直。

2 矯直輥對矯直質量的影響分析

2.1矯直輥R角對矯直質量的影響

當矯直輥R角較小時，矯直輥片與腹板貼合點與翼緣之間的距離增加（如圖4（1）），矯直輥水平段與H型鋼的R角腹板切點之間的水平段間距距離為7.3mm，即矯直輥與H型鋼腹板貼合段偏小，相對懸臂量過大。這樣在矯直輥在工作過程中，由于垂直方向和軸向上的壓力較大，所矯型鋼的腹板在受壓力的同時另一側沒有相應的壓力，（如圖4（2）），就會造成H型鋼腹板的塌陷。減少了腹板彎曲帶動翼緣彎曲的效率，增加了腹板靠近R處出現彎曲的空間，易出現R角塌陷。

2.2矯直輥裝配寬度對矯直質量的影響

矯直輥裝配寬度（如圖5），由L=UFBH/1.007-2計算而來，其中UFBH為UF軋輥的BH值，1.007為熱縮系數，當這些參數選擇不合適時，會出現矯直輥裝配寬度較大或者較小的情況；

當矯直輥裝配寬度較大時，矯直輥與軋件之間間隙小，矯直壓力較正常寬度時小，易產生X型腿（即翼緣外擴），軋件擴腰量大；

當矯直輥裝配寬度較小時，矯直輥與軋件之間間隙大，矯直壓力較正常寬度時大，易出現R角壓痕，形成內并，軋件擴腰量小。

3 矯直輥工藝優化

針對矯直輥軋矯直質量的影響，有針對性地進行了工藝優化改進。

3.1 矯直輥R角的優化

將矯直輥R角優化為比軋件R角大3mm（如圖6）。通過該設計可以進一步改善矯直輥R角和軋件R角在矯直時的嚙合情況，矯直輥R角既不過分擠壓軋件，又減少了矯直時的懸臂量。進一步減少了矯直輥片與腹板貼合點與翼緣之間的距離，單側減少量達到了4.2mm，大大增加了腹板彎曲帶動翼緣彎曲的效率，減少了腹板靠近R處出現彎曲的空間，R角塌陷缺陷徹底解決。

3.2 矯直輥裝配寬度

現場實際測算熱縮系數。

通過尺寸測量計算法計算軋件矯前腹板寬度，矯前腹板寬度=軋件高度（H）-翼緣厚度（t1+t2）（如圖7）

通過測量結論如下：

H600以下規格熱縮系數為：1.006～1.01；H600-H700規格熱縮系數為：1.006～1.007；H600-H1000規格熱縮系數為：1.004～1.005。

隨即在H600×300等規格進行了實驗。H600×300規格矯直輥的裝配寬度修改表見表1.

根據表1的計算，在H600×300規格進行矯直輥寬度加大1.1的一輪次實驗，發現進行較小的軸向調整就可以起到調整翼緣斜度、側彎的效果，R角塌陷有所減輕實驗效果較好。

由于矯直輥寬度加大，矯直輥對H型鋼腹板的的矯直力更靠近了翼緣側，加大了腹板彎曲帶動翼緣彎曲的變形力，矯直時出現了下彎和矯直力增大的問題。因此，在矯直時的矯直壓力需要進行調整，在原有矯直壓力的基礎上，矯直壓力要降低1-2mm。

4 結論

通過對矯直輥工藝及裝配參數進行逐一研究，明確了矯直輥工藝參數對矯直質量的影響，提出了解決方案，并進行了實驗驗證，有效的解決了矯直缺陷，解決了長期以來困擾大H型鋼生產線產品質量的一大難題，提高了大H型鋼產品的市場競爭力。

參考文獻：

[1] 崔甫.矯直機械與矯直原理[M].北京，冶金工業出版社，2002

作者簡介：

徐成軍（1984.9- ），男，2008年畢業于內蒙古科技大學材料成型及控制工程專業。工程師，主要從事軋鋼工藝技術工作.