万能轧机轧制钢板桩的发展

LIU1018

万能轧机轧制钢板桩的发展

    钢板桩主要用于土木建筑，和H型钢及钢轨相同，属于主要型钢产品之一。通常，钢板桩采用两辊轧机、孔型法轧制，通过多组孔型反复轧制而成。因此，主要用于生产H型钢的万能轧机生产钢板桩非常困难。轧制钢板桩时，万能轧机需更换为两辊轧机。本文介绍了为改变这种不足，成功地以万能轧机开发出钢板桩的技术。该技术已用于和歌山型钢厂及鹿岛大型厂。
    1.导言
    钢板桩可在港口、河流治理中永久使用或在土木建筑中回收使用。钢板桩有U型、 Z型和平板型等类别。日本主要使用U型钢板桩，年消费量约40万t。
    图1列出了典型的U型钢板桩尺寸。400mm宽钢板桩主要供可回收反复使用，600mm宽钢板桩则属永久使用。日本标准仅规定了钢板桩的厚度t、有效宽度B和高度h。锁口部位尺寸未做规定，由各钢铁企业自行确定。
    本文将阐述400mm宽钢板桩轧制的技术开发。
    2.传统轧制方法
    传统的钢板桩轧制是以BD、S1和SF三架配有孔型的轧机生产 。图2是欧洲与俄罗斯轧制钢板桩的典型孔型布置。BD辊配有一个箱型孔与K-9、K-8和K-7三个成型孔， K-9孔被称为“闭口孔”，它可调整锁口部位的高度；K-8孔被称为“开口孔”，可以扩大锁口高度。S1辊有K-6、K-5和K–4三个成型孔。SF辊也有K-3、K- 2和K-1三个孔。从K-7孔至K-2孔交替使用开口孔和闭口孔，以形成良好的截面形状。 K-1孔则是将锁口部分向内弯曲的专用孔。
    关于K-1成品孔，还有一些其他的设计方法。在图2中，锁口形状主要由K–1孔下轧辊成形，也可以采用立辊或轧辊的上轧槽使锁口部分弯曲成型。
    为了形成良好的锁口形状，如前述所说，采用8或9孔是必不可少的。钢板桩的轧制辊耗远比轧制H型钢大，主要原因是图2中闭口孔K-4和K-2箭头所示位置的局部磨损。据作者的经验，钢板桩的轧辊消耗费用大概是H型钢的3倍，这是轧制钢板桩的一大难题。此外，在轧件尾部有大的过充满金属被压入辊环，这是造成断辊的主要原因。
    近来，在同一组轧机上可分别轧制钢板桩和H型钢。在BD-RU/E-UF布置形式下，通过将机架从万能方式更换为两辊方式，实现钢板桩轧制。所以，至少必须配置4个机架（ S1×2和SF×2 ）。在BD-UR/E/UF布置形式下，辊道宽度基本小于1.5m，所有的两辊机架均无法配置三个孔且轧件不能进行横移，因此必须安装机架横移系统。轧件在同一轧制线往复3个道次。在第3道次，S1、S2和SF机架需要横移约1m。
    3.轧制方法的发展
    为了改进上述缺陷，对减少孔型数量进行了调研。轧制钢板桩之所以需要较多孔型是为了形成K-2 孔合适的锁口形状，从K- 6到K–2孔中只有一个道次具此功能。为减少道次数，试验了在闭口孔K–4中运用往复轧制。在K–3、K-2和K-1孔中不可能应用往复轧制。往复轧制的问题是轧件的尾部会过充满。为了防止这种过充满，孔型必须设计在K–4孔的辊环上。图3针对传统方法和改进方法进行了对比。
    通过模拟轧制试验和热钢坯的适当轧制，确定了合理的K-6、K-5和K-4孔型，K-3、K-2和K-1孔型则保持原状。
    4.合理轧制的应用
    这项技术在鹿岛大型厂以及和歌山中型厂得到了实施。图4列出了H型钢与钢板桩轧制的生产线布置图及孔型配置图。鹿岛厂的BD辊辊身长度3m、辊径为1.5m，S1辊辊身长度2.5m、辊径为1.1m。据此，在BD机架与S1机架安排了1个箱型孔及6个成形孔，而SF机架则空过。轧辊局部磨损发生在K–4孔和K–2孔的锁口部位 。由于BD辊直径较S1辊大得多，BD辊和S1辊的轧辊寿命与以往相当。因此，辊耗可降低1/3，即与SF辊消耗相当，钢板桩生产成本得以大幅降低。此外按照传统方法生产，S1轧机和SF轧机中的轧件容易发生头尾相撞，故SF轧制结束后，S1轧机方可进行轧制，其中所发生的待轧时间超过60s。但在改进后的方法中，不再担心有轧件相撞且轧件待轧时间可缩短至10s，其结果是，轧制效率可提高15%。
    另一方面，BD-UR/E/UF布置的和歌山中型厂（世界上H型钢生产线最流行的布置），其BD辊辊身长度与鹿岛大型厂相同，BD辊孔型布置与大型厂一致。K–3、K-2和K–1孔分别布置于UR水平辊、轧边辊和UF水平辊。在此三机架连轧机组，仅轧制一个道次。但这种轧机布置有一个缺点，三机架连轧单道次的延伸率约2.0，受BD辊轧后的轧件长度限制，最终成品轧件的轧出长度有限。
    5.结论
    400mm宽的钢板桩可用连铸方坯通过6个成型孔轧制出。针对各种轧机布置形式，孔型配置十分容易。采用BD-UR/E-UF形式布置的常规H型钢生产线，借助BD和S1机架可以轧制出钢板桩，使轧制成本减少30％以上且轧制效率也可提高15％以上。
    另一方面，针对最通行的BD-UR/E/UF的轧机布置形式，轧制钢板桩已不必要投资两辊轧机和轧机横移系统。此外，也不再需要进行万能方式至两辊方式的转换，轧机的开动率可以保持良好的水平。在任何布置形式的型钢生产线上，该技术对降低钢板桩的轧制生产成本非常有益。