剖分重卷檢查生產(chǎn)工藝研究

景群平,任玉成,劉渭苗

(中國重型機(jī)械研究院股份公司，陜西 西安 710032)

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剖分重卷檢查生產(chǎn)工藝研究

景群平,任玉成,劉渭苗

(中國重型機(jī)械研究院股份公司，陜西 西安 710032)

對(duì)剖分重卷生產(chǎn)線中將剖分與重卷的工藝技術(shù)進(jìn)行整合，提出了采用帶鋼并行運(yùn)行分離裝置、雙卷取帶鋼出口轉(zhuǎn)向裝置及雙卷取機(jī)雙卷取工藝等技術(shù)方案，解決了剖分切邊、分卷等工藝集成過程中并行帶鋼運(yùn)行中容易糾纏的痼疾，大大提高了產(chǎn)品成品率，實(shí)現(xiàn)了剖分重卷生產(chǎn)線的國產(chǎn)化。

剖分；重卷；分離輥；轉(zhuǎn)向裝置；雙卷取

0 前言

隨著汽車工業(yè)、家電行業(yè)等的快速發(fā)展，市場在對(duì)寬幅面高品質(zhì)冷軋板材呈現(xiàn)很大需求的同時(shí)也需要部分窄幅面高品質(zhì)冷軋板材[1]。冷連軋機(jī)組為保證其高產(chǎn)量往往生產(chǎn)寬幅面的冷軋卷，若生產(chǎn)過窄的冷軋鋼卷，不僅大大降低了機(jī)組產(chǎn)量，也會(huì)降低冷軋板的品質(zhì)甚至對(duì)生產(chǎn)設(shè)備造成損害，因而窄帶鋼的生產(chǎn)宜放在后續(xù)的精整處理作業(yè)中；現(xiàn)有的縱切機(jī)組能夠完成對(duì)帶鋼的縱向剖分，但由于縱切生產(chǎn)工藝的限制[2,3]，其產(chǎn)量卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于重卷機(jī)組[4]；為減少企業(yè)的總投資，提高生產(chǎn)設(shè)備的綜合利用率，剖分重卷機(jī)組[5]應(yīng)運(yùn)而生，它同時(shí)具備了縱切剖分帶鋼的功能和重卷機(jī)組高產(chǎn)量的優(yōu)勢。

國內(nèi)某鋼廠在本世紀(jì)初從日本引進(jìn)首條剖分重卷生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線是將寬幅鋼板剖分技術(shù)與重卷切邊、檢查、分卷技術(shù)相結(jié)合，在一條生產(chǎn)線上完成剖分、切邊、檢查、分卷的功能。

這種機(jī)組雖然具有生產(chǎn)效率高的優(yōu)點(diǎn)，但由于其生產(chǎn)工藝復(fù)雜有許多關(guān)鍵技術(shù)：剖分后的板帶如何分離的技術(shù)、穿帶時(shí)板帶導(dǎo)向的技術(shù)、雙卷取工藝技術(shù)等。2008年，中國重型院組織專家和技術(shù)人員對(duì)剖分重卷生產(chǎn)線進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)該生產(chǎn)線的國產(chǎn)化。

本文主要分析剖分、切邊、檢查和分卷四種工藝集成過程中的問題及采取的相關(guān)技術(shù)。

1 剖分重卷工藝集成技術(shù)

冷軋鋼卷出廠前一般需要進(jìn)行分卷處理，分卷功能由重卷機(jī)組實(shí)現(xiàn)。重卷機(jī)組的主要生產(chǎn)工藝為：上卷→開卷→切頭→切邊→分卷→卷取→卸卷。

對(duì)高品質(zhì)寬幅冷軋板材的剖分功能整合到重卷機(jī)組中，考慮到需要對(duì)板材上、下表面的精細(xì)檢查，需要設(shè)置有臥式水平檢查站，剖分后并行運(yùn)行的板帶分離設(shè)備、板帶前后進(jìn)入卷取機(jī)的導(dǎo)向裝置等新增功能及設(shè)備，其生產(chǎn)工藝為：上卷→開卷→切頭→焊接→切月牙或/和中間沖孔→糾偏→切邊→穿帶或/和分離→檢查→分卷→(分離及出口導(dǎo)向→1#卷取→1#卸卷)穿帶→出口導(dǎo)向→2#卷取→2#卸卷。

1.1 剖分切邊圓盤剪

剖分切邊圓盤剪是在切邊圓盤剪的基礎(chǔ)上增加剖分功能。剖分剪主要用于將寬帶鋼等幅縱向剖分，切邊剪用來剪切帶鋼邊部，并使整個(gè)帶鋼的寬度達(dá)到設(shè)定值。剖分切邊圓盤剪是生產(chǎn)線的核心設(shè)備。

剖分剪的下刀座位于設(shè)備底座上，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)升降運(yùn)動(dòng)，上刀座位于設(shè)備架橫梁上，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)升降運(yùn)動(dòng)。側(cè)向間隙的調(diào)整是通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠螺母帶動(dòng)斜楔塊來調(diào)整上刀軸橫向移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。

剖分剪的上、下剪刃重疊量、側(cè)向間隙可自動(dòng)調(diào)整。切邊剪的上下剪刃重疊量、側(cè)向間隙及開口度均為自動(dòng)調(diào)整。在圓盤剪附近設(shè)有一操作臺(tái)，操作工可就近對(duì)圓盤剪進(jìn)行調(diào)整操作。剖分圓盤剪的控制模式分為自動(dòng)和半自動(dòng)兩種：自動(dòng)模式下所有的圓盤剪控制參數(shù)由L3自動(dòng)通過PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)下發(fā)到圓盤剪PLC，圓盤剪接到L3下發(fā)的控制參數(shù)后，按照接收的參數(shù)自動(dòng)調(diào)整寬度、間隙和重疊量。半自動(dòng)模式下圓盤剪的控制參數(shù)可由操作人員手動(dòng)修改或者重新錄入后，圓盤剪按照新修改或新輸入的參數(shù)自動(dòng)調(diào)整寬度、間隙和重疊量。

剖分圓盤剪使用被動(dòng)剪控制模式，保證剖分圓盤剪寬度剪切精度是剖分成功的關(guān)鍵因素。只有剪切精度足夠好，才能在張力分配的時(shí)候，按照剪切寬度匹配卷取機(jī)張力。

1.2 帶鋼并行運(yùn)行分離裝置

經(jīng)過剖分后的帶鋼并行向前運(yùn)行如果沒有專用的分離裝置[6]，并行運(yùn)行的帶鋼就有向一起靠攏運(yùn)行的趨勢，應(yīng)用于剖分重卷生產(chǎn)線的一種新型分離輥應(yīng)運(yùn)而生，當(dāng)不需要對(duì)帶鋼等幅縱向剖分時(shí)，分離輥退出工作位置，生產(chǎn)線作為重卷機(jī)組使用，當(dāng)需要對(duì)帶鋼進(jìn)行等幅剖分時(shí)，分離輥進(jìn)入工作位置，對(duì)剖分后的帶鋼進(jìn)行橫向分離，防止兩窄帶鋼內(nèi)側(cè)邊部發(fā)生刮蹭，影響帶鋼質(zhì)量及損壞設(shè)備，生產(chǎn)線作為剖分機(jī)組使用。

目前的帶鋼縱向分離裝置多采用錐形輥[7]，這類裝置中窄帶鋼的分離程度與錐形輥的錐度及壓下量有關(guān)。這種結(jié)構(gòu)形式缺陷是：由于錐形輥的錐度不可調(diào)，其分離性能只適應(yīng)固定的帶鋼厚度范圍，不能滿足不同厚度規(guī)格的帶鋼對(duì)分離效果的相應(yīng)需求，因此其分離效果一般，適應(yīng)性差，且連續(xù)性不好。本機(jī)組分離裝置的本體采用可連續(xù)性調(diào)節(jié)撓度的弧形輥，它可以產(chǎn)生橫向張力將帶鋼展平并分離。

所謂的分離裝置的分離能力[8]，就是假定帶材在弧形輥面上沒有相對(duì)滑動(dòng)的條件下，帶材從進(jìn)入輥面到脫離輥面的過程中，并行運(yùn)行的帶鋼在寬度方向上能夠向外側(cè)移動(dòng)的最大距離。圖1是分離輥的分離能力圖示。

圖1 分離輥分離能力圖示Fig.1 The separating function of separating roller

假設(shè)帶材進(jìn)入輥面時(shí)與弧形輥軸線所決定的平面間夾角為α，離開輥面時(shí)的夾角為β，如圖1所示。帶材在輥面上的包角為α+β，帶材從A點(diǎn)進(jìn)入輥面，B點(diǎn)離開，則弧長AB=R(α+β),式中R為輥身半徑，而直線AB=R(sinα+sinβ)。當(dāng)輥面變彎時(shí)，由于輥面各點(diǎn)均繞軸線旋轉(zhuǎn)，則輥上的A點(diǎn)將沿著AC前進(jìn)，如果帶材與輥面之間無相對(duì)滑動(dòng)，板帶將沿著A點(diǎn)進(jìn)入輥面，由C點(diǎn)離開，BC即為弧形輥所能實(shí)現(xiàn)的單邊分離量，由幾何關(guān)系可得：

BC=ABtgθ=R(sinα+sinβ)tgθ

(1)

式中,θ為鋼帶邊緣與輥身弧面線接觸的切線方向與鋼帶運(yùn)行方向所成的夾角。

從上式可以看出，分離輥的分離能力與輥身直徑、軸線曲率及帶材進(jìn)入和脫離分離輥時(shí)的角度有關(guān)。一般來說，輥身直徑是固定的，軸線曲率也是很小的，兩個(gè)夾角α與β能夠改變。在本生產(chǎn)線中，分離輥的前后支撐輥的位置固定，采用電機(jī)通過減速裝置驅(qū)動(dòng)軸線擺動(dòng)來實(shí)現(xiàn)調(diào)整夾角α與β，從而達(dá)到改善分離效果的目的。

1.3 雙卷取帶鋼出口轉(zhuǎn)向裝置

當(dāng)機(jī)組進(jìn)行剖分生產(chǎn)時(shí)，需要在分切剪處進(jìn)行切除頭尾或者分卷處理完畢后，機(jī)組夾送帶材前進(jìn)喂入卷取機(jī)。由于我們采用了雙卷取工藝，需要在分切剪后設(shè)置一臺(tái)能夠?qū)ζ史趾蟛⑿羞\(yùn)行的帶材分別導(dǎo)入兩臺(tái)卷取機(jī)的設(shè)備：雙卷取出口轉(zhuǎn)向裝置[9]。

考慮到雙卷取工藝中兩臺(tái)卷取機(jī)的布置及生產(chǎn)可靠穩(wěn)定，將1#卷取機(jī)用來卷取剖分時(shí)操作側(cè)的半幅板帶，2#卷取機(jī)用來卷取剖分時(shí)傳動(dòng)側(cè)的半幅板帶。對(duì)于并行運(yùn)行的雙卷取帶鋼出口轉(zhuǎn)向裝置，需要完成以下的動(dòng)作與功能：

出口轉(zhuǎn)向輥在剖分模式和重卷模式下，有不同的控制工藝。剖分模式下，出口轉(zhuǎn)向輥需要將剖分后的帶材導(dǎo)向不同的卷取機(jī)，所以出口轉(zhuǎn)向輥剖分模式下，需要抬起轉(zhuǎn)向夾送輥，擺起剖分導(dǎo)板，壓下剖分壓輥，等剖分后的帶材經(jīng)過出口夾送輥后，再將轉(zhuǎn)向夾送輥壓下，輔助帶材進(jìn)入卷取機(jī)。重卷模式下，出口轉(zhuǎn)向輥需要將帶材導(dǎo)向地上的卷取機(jī)，所以出口轉(zhuǎn)向輥重卷模式下，只需要打開轉(zhuǎn)向夾送輥，等帶材經(jīng)過出口轉(zhuǎn)向輥后，再將轉(zhuǎn)向夾送輥壓下即可。以自動(dòng)剖分模式為例，說明一下控制操作流程；L3將穿帶工藝參數(shù)下發(fā)給機(jī)組，機(jī)組接到下發(fā)參數(shù)后自動(dòng)進(jìn)行帶頭定位并按照下發(fā)參數(shù)自動(dòng)設(shè)定出口轉(zhuǎn)向輥工作模式、穿帶速度和助卷長度等參數(shù)，等帶頭進(jìn)入出口轉(zhuǎn)向輥區(qū)域后，出口轉(zhuǎn)向夾送輥打開，剖分?jǐn)[動(dòng)導(dǎo)板抬起，剖分壓輥壓下，等帶頭離開出口轉(zhuǎn)向輥區(qū)域后，出口轉(zhuǎn)向夾送輥壓下，給帶材一個(gè)穿帶張力，輔助帶材分別進(jìn)入兩個(gè)卷取機(jī)。

1.4 雙卷取工藝

中重院開發(fā)的剖分重卷機(jī)組在剖分模式生產(chǎn)時(shí)成品板帶的卷取采用了雙卷取生產(chǎn)工藝[10]，即1#卷取機(jī)用來卷取剖分時(shí)操作側(cè)的半幅板帶，2#卷取機(jī)用來卷取剖分時(shí)傳動(dòng)側(cè)的半幅板帶。在進(jìn)行重卷生產(chǎn)時(shí)采用2#卷取機(jī)進(jìn)行成品卷的卷取生產(chǎn)。

與雙卷取相關(guān)的重要設(shè)備有雙卷取出口轉(zhuǎn)向輥、(地下)1#卷取機(jī)、(地下)1#助卷器、導(dǎo)向板、出口轉(zhuǎn)向輥、(地上)2#卷取、(地上)2#助卷器等。雙卷取時(shí)，相關(guān)設(shè)備的操控工藝性非常強(qiáng)，圖2為雙卷取工藝流程圖。

圖2 雙卷取工藝流程圖Fig.2 Technological process of double coiler

對(duì)于卷取機(jī)采用張力控制模式[11]，使用驅(qū)動(dòng)電機(jī)自帶測速增量型編碼器和機(jī)組速度檢測增量型編碼器進(jìn)行卷徑計(jì)算。兩個(gè)卷取機(jī)的張力分配依據(jù)剖分寬度按比例進(jìn)行分配。張力開環(huán)和電流內(nèi)環(huán)構(gòu)成了卷取機(jī)的張力控制方式。兩臺(tái)卷取機(jī)尋邊EPC浮動(dòng)油缸在對(duì)齊的時(shí)候，采用剖分邊對(duì)齊的方式。

1.5 剖分重卷生產(chǎn)線工藝及設(shè)備

圖3是具有剖分與重卷功能的新生產(chǎn)線的基本工藝布置示意圖，其主要設(shè)備包括上卷小車、開卷機(jī)、開頭直頭機(jī)、切頭剪、焊機(jī)、月牙剪及沖孔器、糾偏夾送輥、剖分切邊剪、分離輥、水平檢查站、分切剪、雙卷取出口轉(zhuǎn)向裝置、1#卷取機(jī)、1#卸卷小車、導(dǎo)板臺(tái)、出口轉(zhuǎn)向輥、2#卷取機(jī)、2#卸卷小車等近40臺(tái)設(shè)備。

圖3 剖分重卷檢查機(jī)組工藝示意圖Fig.3 Technological process diagram of splitting and recoiling line

2 結(jié)束語

中國重型機(jī)械研究院設(shè)計(jì)研制的剖分重卷生產(chǎn)線于2011年5月在廣州JFE鋼板有限公司調(diào)試成功進(jìn)入工業(yè)化大生產(chǎn)階段。該生產(chǎn)線運(yùn)行兩年來，設(shè)備運(yùn)行可靠，生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量高，達(dá)到了引進(jìn)機(jī)組的水平。

該剖分重卷機(jī)組生產(chǎn)工藝達(dá)到世界先進(jìn)水平

并成功應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，打破了國外同類設(shè)備在國有大型鋼鐵企業(yè)的市場壟斷，實(shí)現(xiàn)了剖分重卷機(jī)組的國產(chǎn)化。

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·設(shè)計(jì)計(jì)算·

Production research on splitting and recoiling

JING Qun-ping，REN Yu-cheng，LIU Wei-miao

(China National Heavy Machinery Research Institute Co., Ltd., Xi’an 710032, China)

The paper shows the technological integration of splitting and recoiling process. Through the technical application of such as strip parallel separation device, double coiling strip export steering and double coiling process technology dual coiler, it is resolved that parallel strip is easily entangled, when the splitting and edge trimming and coil dividing are integrated. So that greatly improved the product yield, and realized the nationalization of the splitting and recoiling line.

splitting；recoiling；separating roller；steering device；double coiling

2016-05-08；

2016-06-18

科技部2013年度科研院所技術(shù)開發(fā)研究專項(xiàng)資金(2013EG119117)；陜西省2013年度重大科技創(chuàng)新項(xiàng)目專項(xiàng)資金(2013KG(=)01-01)

景群平(1974-)，男，高級(jí)工程師，主要從事板帶精整設(shè)備的研制。

TG333

A

1001-196X(2016)05-0052-04