馬鋼新建重型H 型鋼生產(chǎn)工藝特點(diǎn)研究

張文滿，謝石峰，王李生，尹正華

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司 安徽馬鞍山 243000）

馬鋼重型H 型鋼項(xiàng)目是馬鋼“十三五”轉(zhuǎn)型升級(jí)重點(diǎn)工程，是國(guó)內(nèi)首條、世界第五條重型熱軋H型鋼生產(chǎn)線。 該生產(chǎn)線主要引進(jìn)德國(guó)西馬克的先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，總投資16.5 億元，設(shè)計(jì)年產(chǎn)能80萬t。 產(chǎn)品以生產(chǎn)重型、厚壁、寬翼緣H 型鋼為主，具備生產(chǎn)帽型鋼等普通型鋼的能力。 主要應(yīng)用于高層建筑、鐵路橋梁、大跨度場(chǎng)館、航站樓、電力工程和海洋工程等領(lǐng)域。 該項(xiàng)目于2019 年2 月開工建設(shè)，2020 年4 月全線貫通投產(chǎn)。

在H 型鋼方面，馬鋼擁有重型H 型鋼、大H型鋼和小H 型鋼等三條H 型鋼生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了H型鋼產(chǎn)品的無縫對(duì)接，是目前國(guó)內(nèi)外H 型鋼品種規(guī)格最為齊全的公司。

1 產(chǎn)品大綱

馬鋼重型H 型鋼年設(shè)計(jì)成果為80 萬t，其中H 型鋼65 萬t，普通型鋼15 萬t。

1.1 坯料

重型H 型鋼共有5 個(gè)坯料型號(hào)，其中三個(gè)為近終型異型連鑄坯，兩個(gè)為連鑄板坯。 異型坯的斷面尺寸分別為900×510×130 mm、1030×440×130 mm 和1300×510×140 mm 三種，主要用于軋制H型鋼。 板坯的斷面尺寸分別為550×280 mm 和1000×230 mm 兩種，主要用于軋制普通型鋼。

1.2 成品

重型H 型鋼的主要鋼種為碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼、橋梁和船體用結(jié)構(gòu)鋼、耐候鋼、船舶及海洋工程結(jié)構(gòu)鋼。

H 型鋼：最大腹板高度為1118 mm

最大翼緣寬度為476 mm

最大翼緣厚度為115 mm

最大成品米重為1377 kg／m

普通型鋼：帽型鋼、鋼板樁、Z 型鋼、角鋼。

2 工藝流程

重型H 型鋼生產(chǎn)線全長(zhǎng)580 m，總寬117 m，共有5 個(gè)跨，生產(chǎn)線工藝流程如下：

合格異型連鑄坯或板坯→步進(jìn)梁式加熱爐加熱→高壓水除鱗→1 號(hào)開坯機(jī)軋制→2 號(hào)開坯機(jī)軋制→切舌鋸切頭尾→三機(jī)架萬能軋機(jī)連軋→熱鋸切頭尾和取樣→冷床→九輥門式矯直機(jī)矯直→成排收集→兩臺(tái)冷鋸鋸定尺→檢查臺(tái)架→粘貼標(biāo)簽→堆垛→打捆→入庫(kù)生產(chǎn)工藝平面布置如圖1。

圖1 馬鋼重型H 型鋼生產(chǎn)工藝平面布置圖

3 主要工藝特點(diǎn)

馬鋼重型H 型鋼生產(chǎn)線是中國(guó)第一條，世界第五條能夠生產(chǎn)翼緣高度500 mm，翼緣厚度140 mm 的H 型鋼生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線采用目前世界先進(jìn)的1－1－3 的軋機(jī)布置形式，即兩架BD 機(jī)和三架萬能軋機(jī)組成，大大縮短了生產(chǎn)線的長(zhǎng)度。

采用三種異型坯軋制全系列H 型鋼，具有軋制道次少，生產(chǎn)節(jié)奏快，軋件溫降小，有效減小軋制力和降低能耗。

三機(jī)架往復(fù)式可逆萬能軋機(jī)，軋機(jī)剛度高，可承受比國(guó)內(nèi)相類似的軋機(jī)更大的軋制力，有效減少軋制道次，全液壓驅(qū)動(dòng)，定位精度高、時(shí)間短，可精確控制成品尺寸。

全球最大的九輥門式矯直機(jī)，采用長(zhǎng)尺矯直，冷床利用率高，矯直咬入次數(shù)少，有效減少軋件頭尾的盲矯區(qū)，可獲得最佳矯直效果。

4 主要設(shè)備

4.1 加熱爐

加熱爐為步進(jìn)梁式，由中冶南方設(shè)計(jì)和安裝。加熱爐有效長(zhǎng)度為36.2 m，有效寬度為12 m，爐底強(qiáng)度為555 kg／m2·h。 該加熱爐具有以下特點(diǎn)：

1）加熱能力為240 t／h，大于同行業(yè)其它加熱爐，更好的滿足最大異型坯的加熱，使其滿足軋制要求。

2）該加熱爐配有汽化冷卻系統(tǒng)，能更好的加熱鋼坯并降低能源消耗。

3）爐前輥道帶有先進(jìn)的測(cè)量坯料長(zhǎng)度和坯料定位系統(tǒng)，確保坯料進(jìn)爐的不出現(xiàn)歪斜現(xiàn)象。

4.2 開坯機(jī)

開坯機(jī)為可逆往復(fù)式結(jié)構(gòu)，主電機(jī)功率7000 kW，軋輥直徑?1400 mm，輥身長(zhǎng)度2600 mm，最大軋制力15000 kN，最大軋制速度5 m／s。 其特點(diǎn)如下：

1）上輥采用電動(dòng)壓下，并帶有過載自動(dòng)保護(hù)裝置。

2）下輥固定不動(dòng)，有效減少設(shè)備投入和維護(hù)費(fèi)用，其位置通過加減墊片進(jìn)行調(diào)整。

3）下輥軸向通過液壓驅(qū)動(dòng)斜楔塊調(diào)整，調(diào)整范圍±5mm，精度高，速度快，有利于普通型鋼軋制時(shí)孔型的調(diào)整。

4）輥系更換由電機(jī)和液壓缸組合方式驅(qū)動(dòng)，并帶有橫移臺(tái)架裝置，大大減少換輥時(shí)間。

4.3 萬能軋機(jī)

萬能軋機(jī)為可逆往復(fù)式結(jié)構(gòu)，由兩架萬能軋機(jī)和一架軋邊機(jī)組成，萬能軋機(jī)的主電機(jī)功率為7000 kW，水平輥直徑?1600 mm，輥身最大軋制力15000kN；立輥高度有三種，分別為380 mm、450 mm和520 mm，立輥?zhàn)畲笾睆綖?1080 mm，立輥?zhàn)畲筌堉屏?0000 kN；軋邊機(jī)的主電機(jī)功率為4500 kW，軋輥直徑1350 mm，最大軋制力10000 kN。 萬能機(jī)組的最大軋制速度6 m／s。 其特點(diǎn)如下：

1）萬能機(jī)組的軸向調(diào)整由安裝在下輥軸承座上的液壓馬達(dá)傳動(dòng)的螺旋式調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)整，調(diào)整范圍為±5 mm。

2）機(jī)前機(jī)后布置了翼緣選擇冷卻和下腹板冷卻裝置，有效減少軋件的各部位的溫度差。

3）該套軋機(jī)的動(dòng)作機(jī)構(gòu)全部為液壓驅(qū)動(dòng)，定位速度快，精度高。

4）西馬克核心技術(shù)TCS 控制系統(tǒng)，響應(yīng)速度快，安全系數(shù)高，一旦出現(xiàn)過載或過流等現(xiàn)象，能快速停機(jī)，有效保護(hù)設(shè)備和軋輥的損壞。

5）導(dǎo)衛(wèi)固定在軋輥軸承座上，隨輥縫的變化而變化，有效減少了導(dǎo)衛(wèi)的磨損和軋件表面的劃傷缺陷，提高軋件表面質(zhì)量和尺寸精度。

4.4 鋸機(jī)

重型生產(chǎn)線布置了5 臺(tái)鋸機(jī)，其中1 臺(tái)熱鋸用于切頭尾、1 臺(tái)熱鋸用于取樣和分段、1 臺(tái)固定冷鋸、1 臺(tái)移動(dòng)冷鋸和1 臺(tái)改尺鋸。 鋸片直徑均為?2200－2400 mm，鋸片厚度16 mm。 其特點(diǎn)如下：

1）鋸機(jī)帶有軋件夾緊裝置，防止在鋸切過程中軋件移動(dòng)，保護(hù)鋸片，提高鋸切斷面的精度。

2）熱鋸和冷鋸使用不同的鋸齒形狀，提高鋸片使用壽命和軋件鋸切斷面質(zhì)量。

3）自動(dòng)識(shí)別鋸切電流的大小來調(diào)節(jié)進(jìn)鋸速度，降低鋸齒的磨損。

4）當(dāng)鋸切電流達(dá)到額定電流時(shí)，鋸機(jī)自動(dòng)退鋸，有效保護(hù)鋸機(jī)本體設(shè)備和鋸片。

4.5 冷床

冷床為步進(jìn)和鏈條組合式，冷床長(zhǎng)度40 m，寬度為102 m，其中步進(jìn)機(jī)構(gòu)長(zhǎng)度10.5 m，鏈條部分長(zhǎng)度29.5 m。 其特點(diǎn)如下：

1）冷床沿寬度方向分成17 組，各組可單獨(dú)動(dòng)作，也可任意組合進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，可根據(jù)軋件的長(zhǎng)度選擇合適的組合。

2）冷床下面沿寬度方向布置有兩排風(fēng)機(jī)，主要用于截面較大規(guī)格的冷卻，確保軋件下冷床溫度在80 ℃以下。

3）在冷床步進(jìn)與鏈條方式的結(jié)合位置，設(shè)有H 型鋼翻鋼裝置，可將H 型鋼翻轉(zhuǎn)90°，呈立式在冷床上冷卻，以減少翼緣方向的變形和不均勻冷卻產(chǎn)生的應(yīng)力。 對(duì)于超厚翼緣不需要采取立冷的H型鋼，該翻鋼裝置可以向下翻轉(zhuǎn)90°，使軋件平躺上鏈條。

4）冷床的出口側(cè)設(shè)有出口翻鋼機(jī)，可將冷卻后的軋件重新由立式翻成臥式。5）鏈?zhǔn)嚼浯膊糠值囊苿?dòng)距離根據(jù)需要可任意調(diào)整，來適應(yīng)不同規(guī)格H 型鋼冷卻時(shí)的間距，提高冷卻效率和冷床利用率。

4.6 矯直機(jī)

矯直機(jī)為9 輥門式，上4 下5 布置，矯直輥直徑最大為?1420 mm，最大矯直速度為3 m／s。 l－3輥節(jié)距為2400 mm、3－5 輥節(jié)距為2800 mm、5－7 輥節(jié)距為2600 mm、7－9 輥節(jié)距為2200 mm。 矯直軋件的截面模量為2500 cm3。 該矯直機(jī)具有以下特點(diǎn)：

1）該矯直機(jī)的9 根軸一端固定在傳動(dòng)側(cè)牌坊上，另一端穿過操作側(cè)牌坊，并由液壓鎖緊裝置固定，能有效防止矯直輥的軸向串動(dòng)，大大提高矯直機(jī)的剛度和矯直效果。

2）每個(gè)矯直輥均電機(jī)驅(qū)動(dòng)且軸向均可調(diào)整，調(diào)整行程為±30 mm。

3）矯直機(jī)入口側(cè)設(shè)有對(duì)中裝置，左右部分為一對(duì)立輥，確保頭部側(cè)彎的軋件能進(jìn)入矯直機(jī)；上部位置有一塊液壓驅(qū)動(dòng)的斜擋板，高度可調(diào)，能有效保證頭部上翹的軋件進(jìn)入矯直機(jī)。

4）矯直機(jī)出口側(cè)也設(shè)有一對(duì)立輥，可有效控制矯后軋件的側(cè)彎。

5）矯直輥更換由液壓缸驅(qū)動(dòng)，并帶有橫移臺(tái)架裝置，換輥時(shí)間僅須20 min。

6）矯直機(jī)前后設(shè)有擺動(dòng)輥道，高度可調(diào)，以適應(yīng)不同翼緣高度的H 型鋼。

7）由于矯直輥的節(jié)距不同且不可調(diào)整，會(huì)對(duì)部分規(guī)格的矯直效果產(chǎn)生一定的影響。

5 結(jié)語

馬鋼繼1998 年建成投產(chǎn)中國(guó)第一條H 型鋼生產(chǎn)線之后，2020 年馬鋼又創(chuàng)造了一個(gè)“中國(guó)第一”。 第一條重型H 型鋼生產(chǎn)線建成投產(chǎn)，標(biāo)志著中國(guó)能自己生產(chǎn)重型、厚壁、寬翼緣H 型鋼產(chǎn)品，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，打破了國(guó)外的壟斷，成為世界上小、中、大、厚和超寬翼緣等最為齊全的H 型鋼生產(chǎn)廠家。 后續(xù)，馬鋼將不斷開發(fā)新產(chǎn)品，為中國(guó)的鋼結(jié)構(gòu)提供強(qiáng)有力的保障。