熱軋帶鋼卷取中卷筒負(fù)荷的計(jì)算

賴宏 胡昌宗 閆立超

(中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司軋鋼事業(yè)部，重慶 401122)

1 熱軋帶鋼卷取工藝過程分析

地下卷取機(jī)是熱軋帶鋼生產(chǎn)線上核心裝備之一。近年來，高強(qiáng)度鋼已經(jīng)成為當(dāng)前市場的強(qiáng)烈需求，而卷取機(jī)能力是制約高強(qiáng)度鋼生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)之一，各鋼鐵公司對卷取機(jī)的卷取能力也愈加重視，因此有必要對熱軋帶鋼卷取全工藝過程進(jìn)行充分研究并準(zhǔn)確計(jì)算卷取機(jī)卷取過程的力能參數(shù)，以便為現(xiàn)有熱軋帶鋼生產(chǎn)線卷取機(jī)升級(jí)改造提供理論計(jì)算支撐。

熱軋帶鋼卷取過程是一個(gè)比較復(fù)雜的工藝過程，帶鋼往往在精軋機(jī)和卷取機(jī)之間形成連軋關(guān)系，卷取機(jī)與精軋機(jī)之間的位置關(guān)系如圖1所示。

圖1 精軋機(jī)與卷取機(jī)間設(shè)備布置示意圖

一個(gè)完整的熱軋帶鋼卷取周期應(yīng)包括從帶鋼頭部出精軋末架機(jī)架開始，直到帶鋼尾部到達(dá)卷取機(jī)完成卷取并卸卷整個(gè)動(dòng)態(tài)工藝過程［1］。在這個(gè)過程中，帶鋼的速度、張力、鋼卷直徑均有變化，因此要獲得準(zhǔn)確的卷筒主傳動(dòng)的負(fù)荷情況，必須對卷取過程整個(gè)周期按階段逐時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分段模擬計(jì)算。

熱軋帶鋼卷取過程各工藝階段帶鋼速度與時(shí)間關(guān)系曲線見圖2。卷取過程各階段說明見表1。

2 卷筒負(fù)荷動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算模型

2.1 卷筒上的鋼卷卷徑計(jì)算

隨著帶鋼在卷筒上不斷地卷取，卷筒上的鋼卷直徑時(shí)刻都在發(fā)生變化，從而導(dǎo)致卷筒速度、卷筒上的鋼卷重量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也時(shí)刻發(fā)生變化，因此卷筒負(fù)荷動(dòng)態(tài)計(jì)算的前提是要根據(jù)各時(shí)刻卷入帶鋼的長度來計(jì)算鋼卷直徑。

圖2 卷取過程各工藝階段分段示意圖

表1 卷取過程各階段說明

式中:L—各時(shí)刻卷入卷筒的帶鋼長度;D卷筒—卷筒漲開后的直徑，一般為762 mm;n— 卷入卷筒鋼卷的帶鋼圈數(shù);h—帶鋼厚度。

2.2 卷筒電機(jī)傳動(dòng)力矩計(jì)算

帶鋼卷取過程電機(jī)傳動(dòng)需要的力矩M電機(jī)主要包括傳動(dòng)系統(tǒng)摩擦力矩Mf、帶鋼張力力矩Mz、帶鋼彎曲力矩和卷筒加減速力矩

M電機(jī)=(Mz+Mb+Mf)/η卷筒+Md折算到卷筒電機(jī)上的帶鋼張力力矩為

折算到卷筒電機(jī)上的帶鋼彎曲力矩為

折算到電機(jī)上的摩擦力矩為

式中:B—帶鋼寬度;h—帶鋼厚度;σ0—帶鋼卷取過程中張應(yīng)力;σs—帶鋼在卷取溫度時(shí)的變形抗力;μ—卷筒支承軸承摩擦系數(shù);d—卷筒支承軸承直徑;P—卷筒支承軸承上承受的壓力，包括鋼卷重量和卷筒重量;i— 卷筒傳動(dòng)裝置減速比;η卷筒—卷筒傳動(dòng)裝置機(jī)械效率。

帶鋼在卷筒上不斷地卷取，卷筒上的鋼卷直徑逐漸增大，同時(shí)卷筒速度有變化，卷筒上的鋼卷轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也在發(fā)生變化，且由于鋼卷重量較大，導(dǎo)致卷筒電機(jī)承受的動(dòng)態(tài)加減速力矩相應(yīng)較大，因此，在進(jìn)行卷筒負(fù)荷動(dòng)態(tài)計(jì)算時(shí)不能忽略。

卷筒動(dòng)態(tài)加減速力矩計(jì)算公式如下:

式中:t—相鄰計(jì)算時(shí)間節(jié)點(diǎn)時(shí)刻差值;nt—計(jì)算時(shí)間節(jié)點(diǎn)時(shí)對應(yīng)的卷筒電機(jī)轉(zhuǎn)速;Gt—計(jì)算時(shí)間節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的折算到卷筒電機(jī)軸上轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。式中的微分計(jì)算可通過對相鄰時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有限差分計(jì)算獲得。

2.3 計(jì)算方法

為真實(shí)準(zhǔn)確地計(jì)算卷取機(jī)的有關(guān)參數(shù)，對卷取過程中的11個(gè)階段分別進(jìn)行計(jì)算，且每個(gè)階段劃分為4個(gè)時(shí)間小節(jié)，根據(jù)各工藝階段逐時(shí)間小節(jié)對卷取過程卷筒負(fù)荷進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算。

3 卷筒負(fù)荷動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算實(shí)例

根據(jù)上述計(jì)算模型編制了卷筒負(fù)荷動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算軟件，選擇某2050熱軋新建強(qiáng)力卷取機(jī)進(jìn)行卷筒動(dòng)態(tài)負(fù)荷模擬計(jì)算，該卷取機(jī)布置主要工藝參數(shù)見表2，卷取機(jī)主要工藝設(shè)備參數(shù)見表3，對某規(guī)格帶鋼卷取工藝過程參數(shù)見表4。

表2 卷取機(jī)布置主要工藝參數(shù)

表3 卷取機(jī)主要工藝設(shè)備參數(shù)

表4 帶鋼卷取工藝過程參數(shù)

根據(jù)以上條件對卷取工藝全過程進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算，結(jié)果見表5;帶鋼1和2的卷筒電機(jī)負(fù)載力矩曲線計(jì)算值和實(shí)際生產(chǎn)IBA數(shù)據(jù)曲線見圖3和圖4，計(jì)算值與實(shí)際生產(chǎn)值吻合較好。

表5 卷取過程卷筒負(fù)荷動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算結(jié)果

圖3 帶鋼1卷筒負(fù)荷計(jì)算結(jié)果

圖4 帶鋼2卷筒負(fù)荷計(jì)算結(jié)果

4 結(jié)語

根據(jù)卷取工藝過程基本數(shù)學(xué)模型，結(jié)合工程設(shè)計(jì)和卷取機(jī)設(shè)備設(shè)計(jì)需要，編制了一套卷取動(dòng)態(tài)過程卷筒負(fù)荷模擬計(jì)算軟件。與某廠實(shí)際生產(chǎn)過程的IBA數(shù)據(jù)進(jìn)行比較驗(yàn)證，計(jì)算值和實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)吻合較好，能夠滿足有關(guān)工程設(shè)計(jì)的計(jì)算要求。

［1］宋佩莼.板帶鋼生產(chǎn)工藝學(xué)［M］.西安:西安交通大學(xué)出版社，1989:69-73.

［2］鄒家祥.軋鋼機(jī)械［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1989:416-417.