X—H轧制法立辊锥角的实验研究和控制数学模型的建立
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摘要
X-H轧制法是一种先进的H型钢轧制工艺。它是在三机架可逆连轧机
组上实现，第一架万能轧机的立辊为腰鼓形，第二架万能轧机的立辊为圆柱
形，可直接轧出成品。这样的布置形式，大大缩短了厂房的长度，减少了投
资，给H型钢的生产厂家带来了很大经济效益。
由于在X—H轧制法中第一架万能轧机的立辊为腰鼓形，在轧制H型钢
时立辊锥角的大小直接影响力能参数和H型钢翼缘的宽展，为了给出X—H
轧制法中合适的立辊锥角，本文作者利用上限法分析了立辊锥角对力能参
数的影响；并在腹板和翼缘的延伸率近似相等的前提下，从腹板与翼缘的
理想速度差、侧压量以及水平辊侧面搓轧三个方面定性地分析了立辊锥角
对H型钢翼缘宽展的影响。同时在实验室三机架可逆机组上做了大量的实
验，在相同来料和翼缘与腹板的绝对压下量相等的前提下，改变立辊锥角
的大小，从中分析出立辊锥角对力能参数和翼缘宽展变化的规律。从理论
分析和实验结果可以得出：锥角增大，翼缘的宽展减小，轧制力矩减小。
为了实现X—H轧制法的自动控制，本文作者给出了三机架连轧机组的
程序压下和过程自动控制数学模型。经综合分析，在X-H轧制法中，立辊
锥角取5°是合适可行的。
Abstract
The X桯 rolling method is an advanced rolling technics in the H-beam
production field. It is implemented in the three-stands reversible tandem rolling
set. The vertical rollers are drum form in the first universal stand and they are
columniform in the second universal stand, it can produce finish product. Such
layout form can shorten the length of the workshop and reduce the investment so
that the H-beam manufacturer can make much more profits.
The vertical rollers of the first universal stand are drum form. The affection
of vertical roll cone angle on force parameter and flange spread. To give out
vertical roll cone angle of the X桯 method, the upper bound method is used to
analyze the affection that the vertical roll cone angle pla~抏d on the power
parameters. Under the precondition of approximately equation of web elongation
and flange elongation, the affection of vertical roll cone angle on the H-Beam
flange lateral spreading is also analyzed in three aspects: the ideal speed
difference between web and flange, side depression and horizontal roller side
twist rolling. Many experiments had been done on the three stands reversible
tandem rolling set. Under the precondition of mill bar and absolute gauge
reduction, cone angles changed. The law is given by it. From the theoretical
analysis and experimental result, conclusion is obtained: cone angle augment,
flange spread and rolling torque decrease.
In order to realize auto-control of the X桯 method, this paper gave out the
mathematic model about the procedure cogging and course auto-control of the
three stands reversible tandem rolling set. Comprehensive analysis, It is suitable
that vertical roll cone angle is 5 degree in the X桯 rolling method.
组上实现，第一架万能轧机的立辊为腰鼓形，第二架万能轧机的立辊为圆柱
形，可直接轧出成品。这样的布置形式，大大缩短了厂房的长度，减少了投
资，给H型钢的生产厂家带来了很大经济效益。
由于在X—H轧制法中第一架万能轧机的立辊为腰鼓形，在轧制H型钢
时立辊锥角的大小直接影响力能参数和H型钢翼缘的宽展，为了给出X—H
轧制法中合适的立辊锥角，本文作者利用上限法分析了立辊锥角对力能参
数的影响；并在腹板和翼缘的延伸率近似相等的前提下，从腹板与翼缘的
理想速度差、侧压量以及水平辊侧面搓轧三个方面定性地分析了立辊锥角
对H型钢翼缘宽展的影响。同时在实验室三机架可逆机组上做了大量的实
验，在相同来料和翼缘与腹板的绝对压下量相等的前提下，改变立辊锥角
的大小，从中分析出立辊锥角对力能参数和翼缘宽展变化的规律。从理论
分析和实验结果可以得出：锥角增大，翼缘的宽展减小，轧制力矩减小。
为了实现X—H轧制法的自动控制，本文作者给出了三机架连轧机组的
程序压下和过程自动控制数学模型。经综合分析，在X-H轧制法中，立辊
锥角取5°是合适可行的。
Abstract
The X桯 rolling method is an advanced rolling technics in the H-beam
production field. It is implemented in the three-stands reversible tandem rolling
set. The vertical rollers are drum form in the first universal stand and they are
columniform in the second universal stand, it can produce finish product. Such
layout form can shorten the length of the workshop and reduce the investment so
that the H-beam manufacturer can make much more profits.
The vertical rollers of the first universal stand are drum form. The affection
of vertical roll cone angle on force parameter and flange spread. To give out
vertical roll cone angle of the X桯 method, the upper bound method is used to
analyze the affection that the vertical roll cone angle pla~抏d on the power
parameters. Under the precondition of approximately equation of web elongation
and flange elongation, the affection of vertical roll cone angle on the H-Beam
flange lateral spreading is also analyzed in three aspects: the ideal speed
difference between web and flange, side depression and horizontal roller side
twist rolling. Many experiments had been done on the three stands reversible
tandem rolling set. Under the precondition of mill bar and absolute gauge
reduction, cone angles changed. The law is given by it. From the theoretical
analysis and experimental result, conclusion is obtained: cone angle augment,
flange spread and rolling torque decrease.
In order to realize auto-control of the X桯 method, this paper gave out the
mathematic model about the procedure cogging and course auto-control of the
three stands reversible tandem rolling set. Comprehensive analysis, It is suitable
that vertical roll cone angle is 5 degree in the X桯 rolling method.
引文
1 钱键清．H型钢生产进展综述．马钢技术．1992：10～15
2 北京钢铁设计研究总院．评述国外H型钢的发展概况和对我国发展这种轧机的意见．1995：1～5
3 许秀梅．万能型钢轧机机架结构优化设计和有限元模拟计算．燕山大学硕士学位论文．1998：1～18
4 胡国栋．轧钢生产工艺及设备．燕山大学．2000：262～276
5 西安重型机械研究所．H型钢生产技术的发展．当代世界先进冶金工艺装备技术情报研．1998：1～6
6 陈瑛．我国H型钢供需预测．轧钢．1996：44～49
7 北京钢铁设计研究总院．评述国外H型钢轧机的发展概况和对我国发展这种轧机的意见．1995：10～24
8 马钢股份有限公司H型钢生产线情况介绍．1996：5～8
9 邹家祥，施东成．轧钢机械理论与结构设计．冶金工业出版社，1994：11～13
10 张慧生，翁绳厚．国内外工槽钢生产技术发展现状．北京钢铁设计研究总院信息室，1996：14～17
11 董志洪．世界H型钢与钢轨生产技术．冶金工业出版社，1999：56～59
12 赵文才．型钢轧制技术进步．燕山大学，1994：1～6
13 刘鸿文．材料力学．第二版．高等教育出版社，1992：25～68
14 谢红飙．万能型钢轧机压下机构优化设计和弹性接触有限元模拟分析研究．燕山大学硕士学位论文．1999：9～11
15 朱一民译．小型钢厂轧制大型和中型型钢的办法．1996：40～45
16 李振中，赵文才．轧钢设备及工艺．东北重型机械学院，1985：1～20
17 卜勇力．H型钢三机架热轧过程有限元模拟．燕山大学工学博士学位论文．1999：1～11
18 藤本洋二薄肉压延H型钢制造水冷技术．CAMPISIJ．1992：549～554
19 Armand Frantz．先进的大型钢梁控轧技术．田华新译．国外钢铁．1990：51～57
20 江口直记．制御压延制造H型钢材质．铁钢．1976: 652～650
21 Takeshi Yonei et al. Development of Controlled Rolling Process for Low-Temperature Wide-Flange Beams. Nippon Steel Technical Report. 1980: 120～141
22 Yu I NYASHIN et al. Residual Stresses in hot-rolled H-beams Communication. Steel in the USSR. 1978:633-636
23 M.I.FEDEROV et al. Straightening Parallel-Flange H-beams in Laboratory and Shop Conditions. Steel in the User Steel. 1978: 478～480
24 吉田 博．压延H型钢残余应力解析．铁钢．1981：301～325
25 吉田 博．压延H型钢残余应力轻减．铁钢．1983：1623～1629
26 今村巨城．移动垂直平板均一冷却冷却能向上方法．CAMPISIJ．1993：486～492
27 中内一朗．H型钢波发生界限检讨．铁钢．1981：300～320
28 中内一朗．H型钢上下曲制御．铁钢．1982：1161～1173
29 藤本武．轿正中变形履历计算式开发．铁钢．1978：228～245
30 藤本武．综合计算法开发．铁钢．1978：229～231
31 角野康治．H型钢热间角度矫正方法开发．CAMPISIJ．1991：510～512
32 赵文才．H型钢立辊轴心可变式万能轧制法的立辊轴心偏移量的确定．钢铁．1997：9～13
33 Kazushige IKUTA AOYAGI. Calculation Method of Loads on Skew Roll Mill for Web Expansion of H-beam. 1996:27～42
34 林镇钟．马钢H型钢厂生产线的新工艺和新技术．马钢技术．1998：1～20
35 贺秀芳．日本开发提高H型钢尺寸精度的技术．轧钢．1998：62～63
36 Norman L samway. Nucor-Yamato-largest Producer of Structural Shapes in the U.S. Iron and Steel Engineer. 1994:85～93
37 J D Jennings et al. Quality Improvement Using Process Control Model at British Steel Lackenby Universal Beam Mill. Ironmaking and Steelmaking. 1993:280～282
38 Charles R O'Keefe et al. Installation and Start-up of the Nucor-Yamato Wide Flange Beam Mill. Iron and Steel Engineer. 1995:28～31
39 高桥一成．H型钢压延变形特性．铁钢．1985：1117～1123
40 平尺猛志压延变形特性．铁钢．1979：295～34
41 平尺猛志．H型钢压延特性．铁钢．1980：15～20
42 中川吉左卫门．H型钢压延材料变形．铁钢．1981：288～234
43 中川吉左卫门．H型钢压延材料变形举动．铁钢．1980：275～280
44 中川吉左卫门．H型钢压延间移动．铁钢．1978：748～750
45 矢吹丰．H型钢压延解析．塑性加工．1976：45～120
46 矢吹丰．试验压延解析．塑性加工．1976：108～116
47 志田茂．铅用热间压延．塑性加工．1978：796～803
48 赵松筠等．在万能孔型中轧制H型钢轧件时凸缘变形的研究．钢铁．1985：25～31
49 王祖唐，关廷栋等．金属塑性成型理论．机械工业出版社，1989：45～60
50 五弓永雄，木原諄二等．中程度摩擦状态压下関数软钢热间润滑压延．塑性加工．1975：18～24
51 五弓永雄，木原諄二等．高速压延及合金冷间变形抵抗．塑性加工．1975：249～254
52 W.Johnson. Upper Bound Loads for Extrusion Circular Idies. App ce Res. 1958:401～437
53 W.Johndson. Estimation of Upper Loads for Extrusion Circular and Coiling Operation. Proc Inst Mech Egnrs. 1959:173～201
54 H. Kudo. An Upper Bound Approach for Plane-strain Forging and Extrudsion. Ⅰ.bⅡ.Ⅲ Int J. Mech. 1960: 40～54
55 W.Johndson, H. Kudo. The Mechanics of Metal Extrusion. Manchester University Press. 1962: 45～78
56 曹鸿德，张文志．塑性力学基础及轧制原理．东北重型机械学院，1991：93～97
57 周纪华，管克智．金属塑性变形阻力．机械工业出版社，1989：208～218
58 高智慧．万能钢梁轧机立轧辊轴与轴承座接触应力分析．燕山大学硕士学位论文．1997：20～60
59 谭浩强．Fortran 77结构化程序设计．青华大学出版社，1985：45～89
60 许士良．Fortran常用算法程序集．青华大学出版社，1992：3～25
61 金晓光．H型钢万能连轧过程的综合试验研究．燕山大学学报．1998：101～120
62 王哲．轧制H型钢的变形特性及力能参数．燕山大学硕士学位论．1984：65～73
63 白光润．型钢孔型设计．冶金工业出版社，1995：104～116
2 北京钢铁设计研究总院．评述国外H型钢的发展概况和对我国发展这种轧机的意见．1995：1～5
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6 陈瑛．我国H型钢供需预测．轧钢．1996：44～49
7 北京钢铁设计研究总院．评述国外H型钢轧机的发展概况和对我国发展这种轧机的意见．1995：10～24
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12 赵文才．型钢轧制技术进步．燕山大学，1994：1～6
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16 李振中，赵文才．轧钢设备及工艺．东北重型机械学院，1985：1～20
17 卜勇力．H型钢三机架热轧过程有限元模拟．燕山大学工学博士学位论文．1999：1～11
18 藤本洋二薄肉压延H型钢制造水冷技术．CAMPISIJ．1992：549～554
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24 吉田 博．压延H型钢残余应力解析．铁钢．1981：301～325
25 吉田 博．压延H型钢残余应力轻减．铁钢．1983：1623～1629
26 今村巨城．移动垂直平板均一冷却冷却能向上方法．CAMPISIJ．1993：486～492
27 中内一朗．H型钢波发生界限检讨．铁钢．1981：300～320
28 中内一朗．H型钢上下曲制御．铁钢．1982：1161～1173
29 藤本武．轿正中变形履历计算式开发．铁钢．1978：228～245
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31 角野康治．H型钢热间角度矫正方法开发．CAMPISIJ．1991：510～512
32 赵文才．H型钢立辊轴心可变式万能轧制法的立辊轴心偏移量的确定．钢铁．1997：9～13
33 Kazushige IKUTA AOYAGI. Calculation Method of Loads on Skew Roll Mill for Web Expansion of H-beam. 1996:27～42
34 林镇钟．马钢H型钢厂生产线的新工艺和新技术．马钢技术．1998：1～20
35 贺秀芳．日本开发提高H型钢尺寸精度的技术．轧钢．1998：62～63
36 Norman L samway. Nucor-Yamato-largest Producer of Structural Shapes in the U.S. Iron and Steel Engineer. 1994:85～93
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38 Charles R O'Keefe et al. Installation and Start-up of the Nucor-Yamato Wide Flange Beam Mill. Iron and Steel Engineer. 1995:28～31
39 高桥一成．H型钢压延变形特性．铁钢．1985：1117～1123
40 平尺猛志压延变形特性．铁钢．1979：295～34
41 平尺猛志．H型钢压延特性．铁钢．1980：15～20
42 中川吉左卫门．H型钢压延材料变形．铁钢．1981：288～234
43 中川吉左卫门．H型钢压延材料变形举动．铁钢．1980：275～280
44 中川吉左卫门．H型钢压延间移动．铁钢．1978：748～750
45 矢吹丰．H型钢压延解析．塑性加工．1976：45～120
46 矢吹丰．试验压延解析．塑性加工．1976：108～116
47 志田茂．铅用热间压延．塑性加工．1978：796～803
48 赵松筠等．在万能孔型中轧制H型钢轧件时凸缘变形的研究．钢铁．1985：25～31
49 王祖唐，关廷栋等．金属塑性成型理论．机械工业出版社，1989：45～60
50 五弓永雄，木原諄二等．中程度摩擦状态压下関数软钢热间润滑压延．塑性加工．1975：18～24
51 五弓永雄，木原諄二等．高速压延及合金冷间变形抵抗．塑性加工．1975：249～254
52 W.Johnson. Upper Bound Loads for Extrusion Circular Idies. App ce Res. 1958:401～437
53 W.Johndson. Estimation of Upper Loads for Extrusion Circular and Coiling Operation. Proc Inst Mech Egnrs. 1959:173～201
54 H. Kudo. An Upper Bound Approach for Plane-strain Forging and Extrudsion. Ⅰ.bⅡ.Ⅲ Int J. Mech. 1960: 40～54
55 W.Johndson, H. Kudo. The Mechanics of Metal Extrusion. Manchester University Press. 1962: 45～78
56 曹鸿德，张文志．塑性力学基础及轧制原理．东北重型机械学院，1991：93～97
57 周纪华，管克智．金属塑性变形阻力．机械工业出版社，1989：208～218
58 高智慧．万能钢梁轧机立轧辊轴与轴承座接触应力分析．燕山大学硕士学位论文．1997：20～60
59 谭浩强．Fortran 77结构化程序设计．青华大学出版社，1985：45～89
60 许士良．Fortran常用算法程序集．青华大学出版社，1992：3～25
61 金晓光．H型钢万能连轧过程的综合试验研究．燕山大学学报．1998：101～120
62 王哲．轧制H型钢的变形特性及力能参数．燕山大学硕士学位论．1984：65～73
63 白光润．型钢孔型设计．冶金工业出版社，1995：104～116