1 580 mm拉伸彎曲矯直機在泰鋼冷軋廠的應用

朱叢貴，張恒偉，王永明

（1山東泰山鋼鐵集團有限公司，山東萊蕪271100；2煙臺新科鋼結(jié)構(gòu)有限公司，山東煙臺264006）

1 580 mm拉伸彎曲矯直機在泰鋼冷軋廠的應用

朱叢貴1，張恒偉1，王永明2

（1山東泰山鋼鐵集團有限公司，山東萊蕪271100；2煙臺新科鋼結(jié)構(gòu)有限公司，山東煙臺264006）

介紹了拉彎矯直機組的工作原理、結(jié)構(gòu)組成、機組控制方式及可實現(xiàn)的功能。通過確定矯直板帶材的延伸率及壓下深度等關(guān)鍵工藝參數(shù)，實現(xiàn)板形的精整，矯直后，改善了大的板形缺陷，消除了帶材邊浪、中浪及瓢曲等。

拉伸彎曲矯直機；延伸率控制；張力控制；壓下深度

為了獲得良好的板形并改善帶鋼的機械性能，在冷軋帶鋼廠精整作業(yè)工序廣泛采用拉伸彎曲矯直機進行帶材板形的精整，達到高質(zhì)量板帶材板形的要求。為此，泰鋼冷軋薄板廠采用1 580 mm拉伸彎曲矯直機用于高精度板帶材產(chǎn)品的矯直。該生產(chǎn)線由開卷機、窄搭接焊機、圓盤剪、張力輥組、拉伸彎曲矯直機本體、靜電涂油機、卷取機等組成。

1 拉伸彎曲矯直機原理及組成

1.1 工作原理

板帶材板形缺陷產(chǎn)生的實質(zhì)是由于帶材的內(nèi)在纖維在縱向上存有很小的長度差和內(nèi)應力，使板帶材在寬度方向上相互作用形成外觀不平的板形缺陷，如瓢曲、邊浪、中間浪。

拉伸彎曲矯直機是根據(jù)帶材的彈塑變形延伸理論對帶材進行矯直的。連續(xù)拉伸彎曲矯直機綜合了連續(xù)張力矯直機與輥式矯直機的特點，其基本原理是：帶材在張力輥的拉伸應力和彎曲輥連續(xù)交替反復的彎曲應力的聯(lián)合作用下，產(chǎn)生塑性延伸而獲得板帶矯直。矯直過程是帶材在彎曲應力和拉伸應力的聯(lián)合作用下，帶材的長、短纖維同時產(chǎn)生一定的彈塑性延伸變形，從而使帶材內(nèi)部縱向纖維的長度和內(nèi)應力趨于相同，且方向一致，使三元形狀缺陷得以消除，再經(jīng)矯直輥將殘余曲率矯平［1］。

由于板帶材通過第1個彎曲輥時產(chǎn)生塑性變形而做功，第1個彎曲輥出口外加張力將有所增大，在經(jīng)過第2個彎曲輥時，其外加張力也是增大的。當帶材經(jīng)過第2個彎曲輥時，板帶材經(jīng)受相當于第1個彎曲輥的彎曲變形過程，但彎曲方向與第1次彎曲的方向相反。每個彎曲輥使得板帶材單側(cè)面受到塑性延伸變形，并且造成整個橫截面厚度上的應力分布不均。板帶材通過兩個相反方向的彎曲輥，使對應于第1次彎曲變形的大變形與第2次彎曲變形的小變形在相同板面上相應地疊加，達到整個板面均勻地延伸，因此要設置兩組彎曲輥。

板帶材經(jīng)過兩次不同彎曲方向彎曲，延伸后存在殘余彎曲應力，需用同第1個彎曲輥對帶材施加的彎曲方向相同的第3個輥來消除，使板帶材留下對稱的、平衡的殘余應力，否則帶材就不會平直。帶材經(jīng)連續(xù)拉彎矯正后，最終的永久延伸變形在帶材橫截面高度方向上是對稱的，其板帶材各部分的合成延伸變化的范圍實際上是很小的。

1.2 拉伸彎曲矯直機的組成

拉伸彎曲矯直機主要由拉伸彎曲矯直機本體和張力輥組組成，拉伸彎曲矯直機本體產(chǎn)生拉矯時的彎曲應力，而張力輥組形成拉矯時的拉伸應力。

拉矯機本體由導向輥、彎曲輥組、矯直輥組、壓下調(diào)整機構(gòu)、快速打開機構(gòu)等組成。兩個導向輥分別布置在拉矯機本體入口的鋼帶上方及出口的鋼帶下方，作用是建立矯直板帶材的包角。兩組彎曲輥組：每組彎曲輥組由三重式輥子重疊而成，有工作輥1根、中間輥2根、分段式支承輥等，用以調(diào)整輥子的包角。兩組矯直輥組：分布為上下各1組，第1組輥系上輥為2個固定的直徑為Φ250 mm的工作輥，以之與下矯直輥形成矯直輥的固定包角。下輥系結(jié)構(gòu)如同彎曲輥系，只是工作輥輥徑增大，下輥系用以調(diào)整輥子的包角。第2組輥系同第1組輥系相反，下輥入口采用第1組輥系的出口上輥，出口下輥為固定直徑Φ250 mm的工作輥，形成固定包角，并兼導向輥的作用。

壓下調(diào)整機構(gòu)用以調(diào)整彎曲輥的壓下深度，提供合理的彎曲輥包角，實現(xiàn)彎曲應力的調(diào)節(jié)作用。每組彎曲輥、矯直輥調(diào)整的機構(gòu)都是一樣的，只是位置不同。

快速打開機構(gòu)采用液壓缸快速打開機構(gòu)，實現(xiàn)輥系的快速打開，防止焊接焊縫經(jīng)過輥系時劃傷工作輥輥面。

1.3 控制方式

機組控制方式分為張力控制和延伸率控制。延伸率控制分調(diào)節(jié)速度差的延伸率控制和調(diào)節(jié)張力的延伸率控制。機組中張力分配有3段張力，分別是開卷張力、工藝段張力、卷取張力。其中，最主要的是工藝段張力。

1.3.1 張力控制方式

張力控制方式是以確定的卷取張力為基準比對值，調(diào)節(jié)拉矯段張力值，以便于實際延伸率與理論確定的延伸率接近，但是控制的方式并不是以延伸率為基準的調(diào)節(jié)。泰鋼冷軋薄板廠的調(diào)節(jié)方式即是此種。這種控制方式的優(yōu)點是卷取張力穩(wěn)定，有利于卷取機卷取帶卷平齊不塌卷，且利于調(diào)節(jié)穩(wěn)定。但是因為是穩(wěn)定調(diào)節(jié)張力，延伸率不穩(wěn)定，所以矯直帶材的平直度就有波動，除非延伸率的確定值大于來料板帶材不平度。

1.3.2 延伸率控制方式

延伸率控制方式以延伸率為控制基準。帶材的延伸率λ為：式中VS5為出口段5號張力輥的速度，VS4為入口段4號張力輥的速度。

1）調(diào)節(jié)速度差的延伸率控制方式。延伸率控制的調(diào)節(jié)以速度作為基準，并以速度作為調(diào)節(jié)值進行調(diào)節(jié)控制。延伸率的控制是以速度運算方程來計算的，并不是直接實測數(shù)值，是監(jiān)控控制方式，但對信號取樣處理的方式得當，其精度是能滿足要求的。2）調(diào)節(jié)張力的延伸率控制方式。調(diào)節(jié)張力的延伸率控制方式以速度作為基準，并以張力作為調(diào)節(jié)值進行調(diào)節(jié)控制。其他同于速度差延伸率控制方法。以上兩種調(diào)節(jié)方式都以入口段4號張力輥的速度作為基準速度進行調(diào)節(jié)控制。

1.4 主要功能

該機組采用現(xiàn)代先進的技術(shù)進行裝備，自動化程度比較高，可實現(xiàn)的功能有：1）自動上卷。2）板帶材的自動對中。3）焊機采用自動窄搭接電阻焊焊接，焊后帶鋼自動回火。4）彎曲輥在過板帶材時，可自動打開。5）板帶材進入圓盤剪實現(xiàn)自動對中，以便于自動對中鋼帶，切邊良好。6）板帶材邊部的自動糾偏，卷齊板帶材。7）帶材自動甩尾，到達焊縫自動停車。8）圓盤剪自動間隙調(diào)節(jié)。

2 關(guān)鍵控制參數(shù)

延伸率是拉伸彎曲矯直機最重要的工藝參數(shù)。該機組設計提供0～3%的延伸率，能夠矯直各種板形缺陷的板帶材，但是入口板帶材要求具有一定的板形，否則不能矯直出高精度板材。

一般生產(chǎn)操作工藝參數(shù)的確定：根據(jù)來料板形情況，確定矯直板帶材的延伸率，并輸入所確定的延伸率值。同時根據(jù)來料板帶材的厚度與寬度規(guī)格，設定開卷張力與卷取張力值，即從已有的不同材質(zhì)的矯直帶材規(guī)格程序表列中選擇固定程序應用的工藝參數(shù)值，應用此選項工藝參數(shù)控制生產(chǎn)，根據(jù)板形情況進行提速降速的控制。

必須合理確定彎曲輥的壓下深度，以達到設定的延伸率進行拉彎矯直。拉伸應力一般為45～150 MPa。卷取張力確定了，則其出口的最大拉伸張力根據(jù)歐拉公式，約為卷取張力的5～6倍。拉矯的延伸全靠拉矯張力提供，如果壓下深度過小，彎曲應力增大不足，而拉矯段張力經(jīng)卷取張力擴大到最大時，還不能滿足延伸率的控制要求，則不能矯直好板帶材。因此還需要確定合理的板帶材壓下深度，即彎曲輥包角的大小與拉矯張應力的適當配合矯直鋼帶。

3 應用效果

拉矯機可生產(chǎn)鍍錫基板等高檔高精度板材。在實際的板材生產(chǎn)中，軋制板材工藝控制不當，易產(chǎn)生邊浪、中間浪和瓢曲等，若不能在平整工序加以完全改善，可在拉矯機組中改善板形缺陷。如最初因卷板板形缺陷等質(zhì)量問題造成產(chǎn)品積壓，后來加強軋制質(zhì)量控制，才得以改善。板材經(jīng)拉矯生產(chǎn)后可基本杜絕板形缺陷。

該機組自2008年3月投產(chǎn)后，拉矯機組實際生產(chǎn)了0.2～1.5 mm厚、1 000～1 450 mm寬的板帶。生產(chǎn)0.9 mm×1 150 mm的帶材時，根據(jù)來料，帶材延伸率控制在0.5%，彎曲輥的壓下深度為4.5 mm和2.5 mm，入口張力18 kN，出口張力24.8 kN，生產(chǎn)中觀察，原帶材邊浪和中間浪，在矯直后板形平直。經(jīng)抽檢，原板材的板形由14 I改善為5 I。

4 問題及建議

該機組采用的是張力控制方式，對于不同規(guī)格、材質(zhì)的帶材，由于選取的張力不盡合適，部分帶材出現(xiàn)不能消除浪形及張力輥打滑現(xiàn)象。打滑現(xiàn)象主要發(fā)生在張力輥上，張力輥上的張力因帶鋼與輥面的摩擦系數(shù)與實際包角變化的影響而改變。當包角的電機傳遞動力大于實際摩擦力時，即產(chǎn)生打滑。打滑的危害包括：影響拉矯產(chǎn)品的質(zhì)量，產(chǎn)生帶鋼板面劃傷，嚴重的致使鋼卷報廢；影響張力輥的輥面，降低張力輥的使用壽命［2］；影響機組運行的穩(wěn)定性。

拉矯打滑的主要原因是拉伸彎曲矯直機的自動控制問題，消除的主要措施：1）開卷與卷取的張力適當增大至最大張力值，使張力輥的放大倍數(shù)降低，以減小張力輥包角與摩擦系數(shù)的影響程度。2）張力輥輥面粗化或留有通氣微槽，減少張力輥實際摩擦系數(shù)變化的影響。3）提高張力輥加工的尺寸精度與形位精度。

在現(xiàn)階段的控制方法中，出口板形的不平度控制都是憑借人的操作經(jīng)驗，根據(jù)最后出口板形，調(diào)節(jié)出口矯直輥的壓下深度。為了達到自動控制的效果，應該在系統(tǒng)上增加板形檢測系統(tǒng)以及板形自動控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)軟件進行自動調(diào)節(jié)。

［1］胡高舉，王勤，王宇，等.拉伸彎曲矯直機組設備關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.鋼鐵技術(shù)，2004（1）：19-23.

［2］張京誠.張力輥打滑與設計分析［J］.有色金屬加工，2003，32（3）：25.

Application of 1 580 mm Stretching-bending Straightener in Taishan Steel’s Cold-rolling Plant

ZHU Cong-gui1,ZHANG Heng-wei1,WANG Yong-ming2
（1 Shandong Taishan Iron and Steel Group Corporation,Laiwu 271100,China; 2 Yantai Xinke Steel Structure Co.,Ltd.,Yantai 264006,China）

This article introduced the principle,structure composition,control mode and realizable functions.The finishing of the shape was realized by confirming the key process parameters such as the elongation and reduction depth of the sheet strip.After straightening,large shape defects were improved and the edge wave,center wave and buckle of the strip etc were dispelled.

stretching-bending straightener;elongation contral;tension control;reduction depth

TG333.2+3

B

1004-4620（2010）03-0035-03

2009-11-30

朱叢貴，男，1973年生，1995年畢業(yè)于山東工業(yè)大學機電一體化專業(yè)?，F(xiàn)為山東泰山鋼鐵集團有限公司冷軋薄板廠助理工程師，從事軋鋼工藝技術(shù)工作。