H型钢孔型设计的基本原则 H型钢是一种凸缘型钢,因此其孔型设计也要遵循凸缘型钢孔型设计的基本原则。 对于大号工字钢,因其腰部面积大于腿部面积,故其腰部对腿部的拉伸能力大。为获得标准所要求的成品腿高,在全部孔型设计中都应使腿部的延伸系数大于腰部的延伸系数,为此必须采用异形坯,而小号工字钢,虽然其腰部面积小于腿部面积,但为保证腿部正确充满,也应遵循腿部延伸系数大于腰部延伸系数的原则。 上述孔型设计的基本原则,对采用轧机轧制的H型钢也一样适用,即应使轧件腰部与腿部的延伸相等。若腰部延伸系数比腿部延伸系数大,则腰部会出现波浪。在实际设计时为保证腿长,往往让腿部延伸系数稍大于腰部延伸系数,即相对压下量腿部要略大于腰部2%~4%。若腿部延伸系数比腰部延伸系数过大,会造成撕裂。在轧机中,为保证H型钢轧制过程正常,应使腰部面积和腿部面积相对变化相同。 H型钢坯料尺寸确定与不同工艺之间的关系 日本钢管公司等有关公司的研究表明,高度大于400mm的大型H型钢,其成品尺寸与钢坯尺寸有如下关系: (1)用矩形坯直接轧制时,其钢坯宽度与成品宽度之比为1.2∶1.4,钢坯高度与成品高度之比为1.8∶2.4。 (2)采用初轧异形坯轧制时,钢坯高度与成品高度之比为1.6∶2.0。 (3)采用连铸异形坯轧制时,钢坯高度与成品高度之比为1.0∶1.2。 (4)采用板坯轧制H型钢时,钢坯高度与成品高度之比为0.5∶1.0,宽厚比为1.4∶2.0。 采用多机架连轧H型钢时其连轧常数的确定 目前,为提高产量H型钢的生产多采用连轧方式。为保证产品质量和生产的正常进行,首先要对各道次轧件断面变化进行准确计算,合理确定延伸系数与轧机转速,否则会使轧件在机架间产生过大的张力或推力,这不仅会引起轧件尺寸变化,也会造成堆钢或拉钢事故。因此,要实现H型钢连轧,就必须遵循连轧的基本原则。 (1)为保证轧制正常,必须满足轧件在轧线上通过每一轧机的秒流量体积不变这一条件。若这一条件被破坏,就会造成拉钢或堆钢。 (2)还必须保持轧件在前一机架的出口速度等于后一机架的速度。若这一条件被破坏,也必然产生张力或推力。 (3)要求在轧制过程中应保持使前机架的前张力等于后机架的后张力,即应保持恒张力。 实际生产过程是处在一种动态平衡状态中,尤其是高速下的连轧生产要完全在一种平衡状态下生产是困难的,平衡是相对的,有条件的,而不平衡则是的,因为无论是外扰量还是调节量的微小变动,都会导致平衡的破坏。 由于H型钢在轧制过程中其张力测定装置不如带钢的张力测定装置那样容易安装和调整,为实现H型钢连轧,并保持轧件在机架间为无张力或微张力,就需有一合理的控制方法。现在常用的控制方法有两种:一种是用数字计算机或模拟数字计算机在线控制;一种是采用简单电参数控制。前一种方法准确、迅速、合格率高,但投资大、管理复杂。后一种方法简单可行,但控制精度低。 目前不少厂采用后一种控制方法,即用电流储存方法控制(AMTC法)。其基本原理是不直接测张力,而是直接测定轧机电机的电流值,根据电流的变化确定张力,反过来再据张力变化,控制调节轧制速度。据日本川崎公司水岛厂经验,当机架间轧件上产生的张力为40MPa时,H型钢腿尖就会出现圆弧状;当张力为2~3MPa时,腿宽和腿厚皆产生变窄变薄的倾向,故为保证产品质量,张力不宜大,一般应控制在0.5MPa以下。
H型钢的种类 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)利用一架轧机的轧制法; (3)利用多机架轧机的轧制法。 现代化H型钢生产方法 用多机架轧机轧制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孔型,腰和腿部的加工是在开口式孔型中同时进行的。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,然后把异形坯送往粗轧机和轧边机进行往复连轧,并在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的轧机所组成。每一架轧机包括一架机架和一架轧边机。 现代化的H型钢厂也广泛采用格林法设计。 萨克法 萨克法采用闭口式孔型,在此孔型中腿是倾斜配置的,为能后轧出平直腿部,必须在后一道中安置圆柱立辊的机架。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,后在一架机架上轧出成品。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 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孔型,精轧采用格林法开口式孔型,在精轧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,后在第二架精轧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机架进行轧制,这架机架的水平辊带有7%的斜度,立辊锥度也为7%。在精轧轧机中,因工字钢品种的不同,孔型斜度也不一样,一般为1.5%~9%。在轧件通过第二个机架道次时,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。在后一架轧机上用水平辊和立辊对轧件进行全面加工成形。
H型钢的种类
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。
工字型钢不论是普通型还是轻型的,由于截面尺寸均相对较高、较窄,故对截面两个主袖的惯性矩相差较大,因此,一般仅能直接用于在其腹板平面内受弯的构件或将其组成格构式受力构件。对轴心受压构件或在垂直于腹板平面还有弯曲的构件均不宜采用,这就使其在应用范围上有着很大的局限。 H型钢属于经济裁面型材(其它还有冷弯薄壁型钢、压型钢板等),由于截面形状合理,它们能使钢材更高地发挥效能,提高承载能力。不同于普通工字型的是h型钢的翼缘进行了加宽,且内、外表面通常是平行的,这样可便于用高强度螺栓和其他构件连接。其尺寸构成系列合理,型号齐全,便于设计选用。
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