H型钢生产工艺的选择 近几十年来,随着连铸技术的进步和在线计算机控制轧制自动化程度的提高,H型钢生产工艺也日益成熟。根据所采用的坯料、所采用的孔型系统和轧机种类的不同,可以有多种不同的工艺组合,当代H型钢生产工艺共有5种可供选择。 **种生产工艺是采用传统的钢锭做原料。首先在初轧机上把钢锭轧成矩形坯或方坯,然后将这些矩形坯或方坯加热后送到开坯机轧制。开坯机有两种不同的孔型系统,即闭口式孔型与开口式孔型。在闭口式孔型中,材料变形均匀,但这需要较多的孔型个数和较长的辊身长度,基于这种原因,闭口式孔型广泛应用于生产中等断面的型钢;而开口式孔型则主要应用于生产具有更大腰宽和腿宽的大断面型钢。若欲采用闭口式孔型轧制大号型钢,则需要两架开坯机才能在技术上取得令人满意的效果。 钢坯在开坯机上被轧成似“狗骨头”状的异形坯,然后被送到由1~2架**可逆粗轧机所组成的**粗轧机组上轧制。**轧机水平轧辊的碾轧和立辊的侧压,使异形坯腰厚进一步减薄,腿部变得更加尖扁。通常腿厚的压缩量比腰部厚度压缩量大,这可用在轧辊变形区轧件与轧辊接触长度来解释,因为从动立辊与轧件的接触长度比水平辊与轧件的接触长度要长。在**精轧机架,轧件承受水平辊和立辊很小的压缩,以及轧边机对腿端部的矫正。 *二种生产工艺是采用连铸矩形坯。它与**种生产工艺的不同之处,在于不需要初轧机,而且*二种工艺生产H型钢可以获得比**种工艺更高的收得率、更好的成品质量和更好的经济效益。这种工艺一受到的限制是所生产的H型钢腿较宽,因为所用连铸坯的厚度要受连铸机设备条件的限制。连铸坯在型钢厂的轧制工艺与**种是相同的。 *三种生产工艺是采用连铸异形坯。其优势是采用一种或少量几种连铸异形坯就可以生产全部尺寸的H型钢,这要在开坯机上采用宽展法才能达到,其孔型可用闭口式,也可用开口式。与前两种工艺相比,这种生产工艺的孔型数目更少。这种工艺的不足是受连铸异形坯腿宽的限制。开坯后的轧制工艺也与前两种方法相同,需经过**粗轧机组粗轧和**精轧机组精轧而成形。 *四种生产工艺是采用连铸板坯。以连铸板坯为原料生产H型钢比用初轧坯及连铸异形坯更为经济,但这需要在开坯机上设计一个专门孔型。这个孔型与轧钢轨的孔型类似,它是有一定角度的切楔,用以辗轧板坯形成类似“狗骨头”状的异形断面。为此板坯要首先在**孔进行立轧,以形成所需的腿宽,然后在下一个异形孔中(开口孔或闭口孔均可)轧成类似“狗骨头”状的异形坯。这种生产工艺比**种变形更均匀,其优点是仅用一台开坯机加**粗轧机组加**精轧机组就可以生产大号H型钢。在开坯机上还有一种改造工艺,就是开坯机采用一架**板坯开坯机,利用其水平辊与立辊成一定角度所形成的侧压可直接轧出“狗骨头”状的异形断面。后面工序与**种工艺相同。 *五种生产工艺是采用具有很薄腰厚的连铸异形坯为原料。这种薄连铸异形坯已接近成品H型钢尺寸,因此它可以直接在**机组上进行粗轧和精轧,而不再需要开坯机。在这种情况下,提高产量的方向是要求连铸机具有更高的铸速,能铸造出更薄的异形断面。其轧制特点是整个轧制过程变形更加均匀。
H型钢在工业钢结构件中的应用 冶金行业中烧结机的钢结构是用钢板焊接成H形,其尺寸为400mm×300mm,完全可以用轧制H型钢代替。再如火力发电站大型锅炉承重结构,全都是采用普通工字钢与钢板焊接而成的。其消耗钢材占电站所用钢材总量的30%,若用H型钢代替普通工字钢,可以大大减少其钢材用量。火力发电站锅炉承重结构一般采用(320~560)mm×(200~300)mm的H型钢。在大型铁路车辆上,其车体承重主梁大多采用工字钢或乙字钢,如我国铁路平板车车体主梁就曾用日本进口H型钢制作,其尺寸为512mm×202mm。铁路自卸车车体主梁过去是采用钢板焊接成H形,其尺寸为(120~850)mm×(100~300)mm,这也完全可以用轧制H型钢代替。起重行业过去单梁吊车、门形吊车主梁主要用18~30号普通工字钢,这部分规格的钢材完全可以采用H型钢代替。 H型钢在地下铁路、矿山巷道建设中的使用情况 我国城市发展地下铁路方兴未艾,北京、天津、广州、上海等城市地下铁路建设资料表明,在地下铁路挖掘过程中需要大量支护钢材保护堤坝以防止塌落,过去是用普通工字钢,规格主要为36~63号,H型钢也完全可以取代这些规格的普通工字钢。 根据我国煤炭建设实践,每开采1万t煤需用钢材26t,其中支护钢材主要采用11~12号矿用工字钢、U29~36及18~56号普通工字钢。我国每年产煤10多亿吨,需要支护钢材30万t左右。这些也完全可以用H型钢取代,而且H型钢比原普通矿工钢性能更好、质量更轻。 H型钢在石油化工行业的使用情况 石油工业中的采油井架全部是铆焊结构的,一台井架需要钢材30t,我国每年要生产70~100台井架,用钢量约2500~3000t,其中H型钢规格为(200~250)mm×(100~150)mm,用量要占50%左右。另外石油抽油机也要用H型钢,其规格多为690mm×250mm,每年全国需抽油机达3000~4000台,其钢材用量也是相当大的。 H型钢在我国高层建筑上的使用情况 我国自**以来,高层建筑已从无到有,从电视塔到摩天大楼,全国各大中城市已建成数百座高层建筑。其中高层钢结构建筑有11座,比较*的有北京国贸中心、北京京广中心、上海浦东金茂大厦等。计划在建的高层建筑还约有几十座之多,如已开工建设的上海浦东金融中心,全高460m,居世界*二。这些摩天大厦主要采用钢结构或钢+混凝土复合结构设计,H型钢用量约占其总钢材用量的40%~60%左右。如浦东金茂大厦共用各类钢材2.1万t,其中,H型钢、T型钢、L型钢达1.33万t,占61%。 H型钢在隧道工程中的应用情况 随着高速铁路、高速公路、大型输水工程、煤矿、地下铁路等隧道工程的大型化,H型钢作为主要支护材料获得了广泛应用。H型钢在断面稳定性、安全性,以及施工的方便性和缩短工期等方面,明显优于普通工字钢和矿用工字钢,尤其是在地下隧道、海底隧道或地质结构复杂区域施工,它是理想的支护材料,因此被**施工设计部门普遍采用。 钢拱支撑架由支承架本体、连接板、剪力杆、拉杆螺栓、抗侧推架及底板几部分组成。要根据施工现场地质情况和所支护隧道尺寸来选择支撑架部件尺寸。钢拱支撑架的部件可以在地面上做好,到地下进行组装。常用支撑架根据用途分为供巷道用、供铁路用、供公路用、供输水用、供环形截面用几种。 用H型钢做支撑架有以下优点: (1)采用H型钢做支撑架,可使隧道作业空间宽阔,便于大型机械施工,有利于缩短施工周期。 (2)由于H型钢支撑架是组装件,所以容易拆卸更换,另外增加额外支撑架补强也很方便。 (3)H型钢抗弯断面模数大,这样可以减小混凝土覆盖厚度,减少土方挖掘量和混凝土用量,降低工程费用。 焊接H型钢的生产工艺 H型钢是一种经济断面钢材。H型钢有热轧和焊接H型钢两大类。一般认为,当H型钢的断面模数**过10000时,再用轧制方法生产,就不如用焊接方法生产经济。还有不少种类的H型钢尽管断面模数不算大,但由于其断面是不对称的,如两腿具有不同的长度或不同的厚度等,则这种H型钢也是难以轧制的,而常常采用焊接方法生产。与轧制方法相比,焊接方法的优点是:可以生产各种难以轧制的H型钢断面,生产操作灵活,适合小批量、多品种的市场需求。焊接方法的缺点是:金属消耗高,生产成本高,产量低。 焊接H型钢生产工艺可分为两种:一种为连续式,它以钢卷为原料;另一种为间断式,它以钢板为原料。 连续式工艺流程为:钢带纵切→开卷→打坡口→定位→焊接→矫直→剪切→包装。 间断式工艺流程为:切割下料→干燥喷丸→预弯→对正预焊→喂进焊接→翻转再焊→切成定尺→矫直→标志防锈→包装。 连续式工艺大多采用高频焊接,其产量大约为2万~5万t/a,它可以生产高度为200~500mm的窄边、中边及宽边H型钢、T型钢、L型钢等,其焊速可达30m/min。间断式工艺大多采用埋弧焊接,其产量约为1万~3万t/a,它可以生产高度为200~1500mm的各种宽度的H型钢、T型钢等,其焊速可达1.8m/min左右。 连续式焊接机组较早发明于美国,以后日本、瑞典、意大利、德国等国也先后建设了连续式焊接H型钢机组。间断式焊接机组要早于连续式焊接机组,目前**几乎都有。我国无锡华联焊割设备厂生产的这种机组不仅大量供应国内各单位,还出口到不少国家。
H型钢分为热轧H型钢 和焊接H型钢(H)两种,热轧H型钢又分为宽翼缘H型钢(HW) 中翼缘H型钢(HM)和窄翼缘H型钢(HN)三种。。 HW 是H型钢高度和翼缘宽度基本相等;主要用于钢筋砼框架结构柱中钢芯柱,也称劲性钢柱;在钢结构中主要用于柱 HM 是H型钢高度和翼缘宽度比例大致为1.33~~1.75 主要在钢结构中:用做钢框架柱在承受动力荷载的框架结构中用做框架梁;例如:设备平台 HN 是H型钢高度和翼缘宽度比例大于等于2,主要用于梁;工字钢的用途相当于HN型钢; H型钢的主要材质有Q235B、SM490、SS400、Q345 、Q345B等.
H型钢常用于要求承载能力大,截面稳定性好的大型建筑如:厂房、高层建筑以及桥梁、船舶、起重运输机械、设备基础、支架、基础桩等工程,H型钢能替代工字钢使用吗? H型钢和工字钢存在一些差别,H型钢做为一种新型经济建筑用材,因截面形状经济合理、力学性能好;轧制时截面上各点延伸较均匀、内应力小;与普通工字钢相比,具有截面模数大、重量轻、节省金属的优点。可使建筑结构减轻30-40%;又因为H型钢腿内侧平行,腿端是直角,拆装组合成构件。可大大的节约焊接、铆接工作量。 所以H型钢可以代替工字钢使用,但是工字钢不能代替H型钢,因为工字钢的边长小,高度大,只能承受单方向的力。H型钢槽深,厚度大,可以承受两个方向的力。 随着钢结构建筑的发展需要,只有工字钢是不行的,就是加厚工字钢,用于承重柱容易失稳。工字钢只能用于横梁,而H型钢才能用于结构的承重柱。