供稿| 李宏偉，宋利剛，李 智

型鋼矯直原理及矯直缺陷分析

供稿| 李宏偉，宋利剛，李 智

內(nèi)容導(dǎo)讀

矯直工序是整個(gè)型鋼生產(chǎn)的關(guān)鍵工序，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量起著決定性作用。由于型鋼端面形狀的不對(duì)稱(chēng)性，鋼材在冷卻過(guò)程中由于冷卻不均極易產(chǎn)生各種彎曲，此外在運(yùn)輸過(guò)程、矯直過(guò)程中還經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)彎曲、扭轉(zhuǎn)、啃傷、矯痕等缺陷。文章簡(jiǎn)要分析了900矯直機(jī)的矯直原理，并分析了在矯直過(guò)程中上述各種缺陷產(chǎn)生的主要原因，通過(guò)對(duì)輥縫調(diào)整、輥裝配質(zhì)量、矯直溫度、矯直輥磨損情況等矯直條件的摸索，對(duì)上述缺陷提出了有效的解決方法。

由于型鋼端面形狀的不對(duì)稱(chēng)性，軋制后的成品鋼材往往不夠平直，其端面形狀也不夠正確。在鋼材冷卻過(guò)程中，由于冷卻不均會(huì)使鋼材發(fā)生彎曲或瓢曲。在其運(yùn)輸過(guò)程中還會(huì)因頂撞擋板或其他障礙物而造成歪曲或端部扭偏。因此，在型鋼生產(chǎn)中，矯直工序是整個(gè)精整生產(chǎn)工序的關(guān)鍵，對(duì)產(chǎn)品的最終質(zhì)量起著決定性作用。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，用戶(hù)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來(lái)越高。作為型鋼生產(chǎn)廠家，應(yīng)不斷完善矯直工序，減少矯直缺陷，提高矯直質(zhì)量[1]。

工藝概況

唐鋼型鋼生產(chǎn)線是一條生產(chǎn)角鋼、礦用U型鋼、礦用工字鋼、輕軌、槽鋼、圓鋼、方坯的生產(chǎn)線，年產(chǎn)量50多萬(wàn)t。矯直工序包括一臺(tái)800輥式型鋼矯直機(jī)、一臺(tái)900輥式型鋼矯直機(jī)和一臺(tái)型鋼碼垛機(jī)。為滿(mǎn)足型鋼不同規(guī)格對(duì)矯直精度的要求，800矯直機(jī)與900矯直機(jī)并列在線安裝，兩個(gè)矯直機(jī)通過(guò)液壓橫移裝置進(jìn)行交替作業(yè)。其矯直工序工藝流程為：冷卻后的型鋼成品→分鋼機(jī)分鋼→矯直機(jī)矯直→檢驗(yàn)臺(tái)架檢驗(yàn)→碼垛機(jī)碼垛→稱(chēng)重→打捆輥道打捆→成品臺(tái)架吊裝。

矯直機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

圖1 900矯直機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

平行輥矯直機(jī)理論基礎(chǔ)就是金屬材料在較大彈塑性彎曲條件下，不管其原始彎曲程度有多大區(qū)別，在彈復(fù)后所殘留的彎曲程度差別會(huì)顯著減小，甚至?xí)呌谝恢隆ｋS著壓彎程度的減小，其彈復(fù)后的殘留彎曲必然會(huì)一致趨近于零值而達(dá)到矯直目的。對(duì)900矯直機(jī)矯直過(guò)程進(jìn)行理論分析，如圖2。圖中曲線代表工件的彎曲彎矩比 與彎曲曲率比C的關(guān)系。它既包含彎矩與彎曲程度的關(guān)系，也包含彈復(fù)能力與彎曲程度的關(guān)系。首先按最大的原始彎曲C0′來(lái)確定其反彎矯直所需之壓彎曲率比Cw1，即Cw1等值線與M-C曲線交于a′點(diǎn)，由a′彈復(fù)時(shí)必須回到零點(diǎn)0（Cc1′=0），以后的各壓彎值（Cw2-Cw7）都這樣確定。于是C0的M-C曲線由a點(diǎn)彈回，一般沒(méi)有塑性變形，必然彈回到C0點(diǎn)。第一次壓彎彈復(fù)后的彎曲狀態(tài)為0～C0，對(duì)其進(jìn)行第二次反彎所用的Cw2自然是矯直C0所需之壓彎值。這個(gè)壓彎值對(duì)于第一次已經(jīng)矯直的部位必將形成第二次壓彎且與其M-C曲線交于b′點(diǎn)。第二次彎曲后工件由b及b′點(diǎn)彈復(fù)，C0部分被矯直由b點(diǎn)回零，而壓彎部分由b′回到Cc2。第三次反彎要把最大原始彎曲C03（C03= Cc2）矯直而壓到d′點(diǎn)，同時(shí)把已直的部分又壓到d點(diǎn)，矯后彈復(fù)分別回到零點(diǎn)及Cc3點(diǎn)。第四次反彎時(shí)Cc3作為新的最大原始彎曲C04又被矯直而壓到e′點(diǎn)，同時(shí)把已直的部分又壓到e點(diǎn)，矯后彈復(fù)分別回到零點(diǎn)及Cc4點(diǎn)。第五次反彎時(shí)Cc4作為新的最大原始彎曲C05又被矯直而壓到f′點(diǎn)，同時(shí)把已直的部分又壓到f點(diǎn)，矯后彈復(fù)分別回到零點(diǎn)及Cc5點(diǎn)。第六次反彎時(shí)Cc5作為新的最大原始彎曲C06又被矯直而壓到g′點(diǎn)，同時(shí)把已直的部分又壓到g點(diǎn)，矯后彈復(fù)分別回到零點(diǎn)及Cc6點(diǎn)。而由g′點(diǎn)殘留的Cc6作為第七次反彎的原始最大彎曲C07被壓彎到h′點(diǎn)并可以矯直，同時(shí)已直部分被壓彎到h點(diǎn)彈復(fù)后殘留Cc7的彎曲，一般這個(gè)Cc7常在允許精度之內(nèi)，即到達(dá)了矯直要求，則為合格[3]。從這個(gè)矯直過(guò)程看，壓彎量增大時(shí)殘余量的差值減小，當(dāng)壓彎次數(shù)增加時(shí)殘留量的差值也減小，遞減量合適時(shí)殘留量才能趨近于零值。也就說(shuō)明矯直過(guò)程必經(jīng)的兩個(gè)階段，第一段是減少差值，第二階段是消除殘彎。也可以說(shuō)是先統(tǒng)一（殘留彎曲）后矯直。這就是所說(shuō)的逐步矯直法，即過(guò)去常說(shuō)的小變形矯直法[4]。

圖2 9輥矯直與小變形壓彎M(mǎn)

矯直缺陷原因分析與解決措施

上下彎曲缺陷

上下彎曲超標(biāo)是矯直過(guò)程中首先要保證消除的缺陷。其產(chǎn)生原因是：(1)軋件在冷床冷卻過(guò)程中由于冷卻水不能均勻分布在型鋼表面，頭部冷卻速度較快，先行彎曲，形成浴盆狀，使腹板上的積水不能流出，導(dǎo)致上表面收縮率明顯大于型鋼下表面，產(chǎn)生上彎。(2)萬(wàn)能機(jī)組上下軋輥的輥徑差過(guò)大，軋件上下表面溫度不同，導(dǎo)致軋制時(shí)型鋼上下表面的延伸率不同，產(chǎn)生上下彎曲缺陷。(3)矯直輥各輥輥徑超出公差范圍，各輥壓下分配不合理。

解決措施：(1)為消除不均勻變形，首先應(yīng)該使2輥壓下量足夠大，滿(mǎn)足型鋼塑變要求。消除型鋼原有變形，達(dá)到統(tǒng)一的變形的目的。(2)保證合理有序的過(guò)鋼節(jié)奏，加大矯直測(cè)量次數(shù)，確保矯直中心在一條直線上。制定矯直輥裝配標(biāo)準(zhǔn)，保證安裝正確，有據(jù)可查。(3)建立BH值與矯直輥間距的關(guān)系，做到合理配輥，保證輥縫在1～3 mm之間；

左右彎曲缺陷

型鋼左右彎曲也叫側(cè)彎。型鋼側(cè)彎的形成主要有三個(gè)方面：(1)軋機(jī)兩側(cè)壓下量不同，使來(lái)料一側(cè)延伸率大于另一側(cè)，直接導(dǎo)致兩側(cè)翼緣厚度不一致。由于軋輥兩側(cè)的磨削量不同，軋制過(guò)程中，兩側(cè)腿的延伸率亦不同，造成延伸率大的一側(cè)腿薄，延伸率小的腿厚，矯直過(guò)程中，在同等的受力條件下，自然出現(xiàn)側(cè)彎。(2)來(lái)料在冷卻過(guò)程中，冷床長(zhǎng)度方向存在溫差，空氣在冷床底部形成一個(gè)自下向上，自北向南的循環(huán)，導(dǎo)致軋件向北彎曲。(3)矯后的彎曲主要原因?yàn)檩S向零位標(biāo)定不準(zhǔn)，立輥壓力過(guò)大或過(guò)小造成的。

解決措施：(1)優(yōu)化水量，優(yōu)化步距。盡可能的使型鋼完整進(jìn)入水區(qū)，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)通風(fēng)，保證型鋼進(jìn)入水區(qū)前溫度小于400℃。水冷時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，因?yàn)槔鋮s時(shí)翼緣為拉伸—壓縮—拉伸過(guò)程，腹板為壓縮—拉抻—壓縮過(guò)程，所以過(guò)長(zhǎng)時(shí)間冷卻會(huì)引起較大的側(cè)彎并伴隨下彎、上彎現(xiàn)象的出現(xiàn)。如H250×250規(guī)格，步距選取560 mm，各區(qū)水量為20%、30%、60%、90%、100%。這樣冷卻后的型鋼基本平直，為矯直打下良好基礎(chǔ)。水量控制也是我們未來(lái)總結(jié)的重點(diǎn)。(2)做好矯直機(jī)軸向零位標(biāo)定，合理利用軸向。經(jīng)常觀察立輥和型鋼之間的間隙，做到準(zhǔn)確調(diào)整。

扭轉(zhuǎn)與側(cè)壁斜度超差

扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的主要原因?yàn)椋?矯直機(jī)各輥軸向相差太大或出入口的水平輥位置不當(dāng)。如3輥偏北，5輥偏南，使型鋼存在一對(duì)力偶作用，產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。扭轉(zhuǎn)出現(xiàn)的時(shí)候，我們會(huì)看到型鋼剛出矯直機(jī)時(shí)頭部明顯劇烈擺動(dòng)，過(guò)矯直后能夠明顯看到扭轉(zhuǎn)。

側(cè)壁斜度超差產(chǎn)生的原因?yàn)椋?1)輥型不正；壓力過(guò)大，型鋼與矯直輥間隙過(guò)小。(2)輥?zhàn)幽p、矯直機(jī)軸竄動(dòng)過(guò)大，液壓螺母沒(méi)有鎖緊或者止推軸承磨損過(guò)大都會(huì)引起側(cè)壁斜度超差。

解決措施：明確軸向位置，加大矯直壓力。不要單獨(dú)打8輥軸向，調(diào)整側(cè)彎時(shí)應(yīng)以每相臨的3個(gè)輥為一個(gè)調(diào)整單元，保證矯直穩(wěn)定性。側(cè)壁斜度的處理措施是經(jīng)常注意檢查各輥軸向位置，竄動(dòng)情況。注意在不同間隙情況下，最大矯直力的選取。對(duì)H2與H3的測(cè)量做到每批抽查，以做到及時(shí)調(diào)整。

啃傷、矯裂、矯痕缺陷

產(chǎn)生啃傷缺陷的主要原因是輥型不正確，輥?zhàn)颖砻嬗辛?，輥型磨損嚴(yán)重等原因。另外，由于操作不慎，入口導(dǎo)板過(guò)寬或偏斜，輥型設(shè)計(jì)不當(dāng)，鋼材偏過(guò)等情況均能引起鋼材啃傷。

矯裂產(chǎn)生的主要原因是多次回矯，產(chǎn)生加工硬化；矯直力過(guò)大；冷卻不均勻，出現(xiàn)驟冷的情況；腹板與翼緣金屬延伸比嚴(yán)重不平衡；型鋼BH值與矯直輥間距過(guò)大，直接壓到圓角上都會(huì)形成矯裂、矯痕。

解決措施：經(jīng)常檢查相應(yīng)輥面磨損情況，有積瘤的要及時(shí)清理；觀察進(jìn)鋼情況，保證入口導(dǎo)位位置正確；經(jīng)?？砍C直盤(pán)圓角與成品圓角；制定合理的矯直力，盡量避免回矯；合理控制冷卻過(guò)程；保證型鋼低于80℃進(jìn)入矯直機(jī)；注意觀察各輥軸向、垂直竄動(dòng)量，做到及時(shí)應(yīng)對(duì)[2]。

結(jié)束語(yǔ)

型鋼廠從投產(chǎn)至今，現(xiàn)場(chǎng)操作人員的熟練程度和缺陷原因判斷水平不斷提高，通過(guò)不斷地對(duì)輥縫調(diào)整、輥裝配質(zhì)量、矯直溫度、矯直輥磨損情況等進(jìn)行摸索，矯直缺陷發(fā)生次數(shù)不斷減少，型鋼產(chǎn)品質(zhì)量得到很大提高，滿(mǎn)足了用戶(hù)要求，大大增強(qiáng)了型鋼產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

[1] 馬保振，李慶敏. 型鋼矯直中產(chǎn)生缺陷的原因及改進(jìn). 冶金設(shè)備，2007,(3):77-78

[2] 崔甫. 矯直原理與矯直機(jī)械. 北京：冶金工業(yè)出版社，2005

[3] 李忠富，臧勇，王會(huì)剛. 型鋼九輥矯直力能參數(shù)與壓彎撓度關(guān)系解析. 北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2004(5)

[4] 于鳳琴，杜鳳山，解恒坤. 輥式型鋼矯直機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)研究. 重型機(jī)械，2007(3)：24-26

The Principle and Defect Analysis in Section Steel straightening

LI Hong-wei, SONG Li-gang, LI Zhi

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李宏偉（1984—），男，2007年畢業(yè)于武漢科技大學(xué)，現(xiàn)在河北鋼鐵集團(tuán)唐鋼第二鋼軋廠型鋼車(chē)間工作

河北鋼鐵集團(tuán)唐鋼第二鋼軋廠，河北 唐山，063016