熱卷箱在熱連軋機(jī)組中的應(yīng)用

□ 郜振興

上海電氣上重碾磨特裝設(shè)備有限公司 上海 200245

1 應(yīng)用背景

在板帶熱連軋機(jī)組中,為了減小輸送輥道上的溫降以節(jié)約能耗,常在輸送輥道上安裝絕熱保溫罩、溫度補(bǔ)償加熱爐,或在軋件出粗軋機(jī)組之后設(shè)置熱卷箱進(jìn)行熱卷取。熱卷箱于20世紀(jì)70年代發(fā)明,目前已由第一代單工位有芯卷取、第二代雙工位有芯卷取發(fā)展至第三代雙工位無(wú)芯卷取。筆者主要對(duì)雙工位無(wú)芯卷取熱卷箱在熱連軋機(jī)組中的應(yīng)用進(jìn)行介紹。

2 熱卷箱工作原理

熱卷箱在板帶熱連軋機(jī)組中位于粗軋機(jī)與精軋機(jī)之間,布置在粗軋延伸輥道之后,切頭飛剪或邊部加熱器之前。

熱卷箱的工作過(guò)程為:粗軋機(jī)軋制的中間坯通過(guò)熱卷箱前側(cè)導(dǎo)板對(duì)中后,經(jīng)入口導(dǎo)輥抬起頭部,進(jìn)入彎曲輥輥縫,在頭部彎曲后由成形輥形成卷眼,如圖1所示;隨著中間坯持續(xù)進(jìn)入彎曲輥輥縫,中間坯頭部在1號(hào)托卷輥上繼續(xù)進(jìn)行卷取,如圖2所示;卷取完成后,中間坯的帶尾變?yōu)閹ь^,如圖3所示;用開(kāi)卷機(jī)構(gòu)對(duì)中間坯進(jìn)行反向開(kāi)卷,如圖4所示;中間坯通過(guò)矯直輥矯直后,送入切頭剪、除鱗機(jī)和精軋機(jī)組。

圖1 中間坯在成形輥處形成卷眼

圖3 中間坯卷取完成

圖4 中間坯反向開(kāi)卷

熱卷箱有卷取和直通兩種工作模式,當(dāng)中間坯不需要卷取時(shí),將熱卷箱的入口導(dǎo)輥、成形輥、托卷輥等降至低位,可作為輥道使用。中間坯直通模式如圖5所示。

圖5 中間坯直通模式

一般而言,成品帶鋼厚度大于5.0 mm時(shí),粗軋軋出的中間坯較厚,變形抗力較大,板坯溫度均勻性較易控制,適宜選用直通模式。生產(chǎn)特殊短坯料時(shí),若選擇熱卷方式,則卷徑較小,信號(hào)難以跟蹤,因此一般也選擇直通模式。除此以外,都可以選擇卷取模式。

3 熱卷箱優(yōu)勢(shì)

熱卷箱的優(yōu)勢(shì)如下:

(1) 粗軋后在進(jìn)入精軋機(jī)之前進(jìn)行熱卷取,可以保存熱量,減小溫降,保溫率可達(dá)90%以上;

(2) 首尾倒置開(kāi)卷,以尾為頭進(jìn)入軋機(jī),可均化板帶的頭尾溫度,不用升速軋制,從而增大厚度,提高精度;

(3) 起到儲(chǔ)料作用,可增大卷重,提高產(chǎn)量;

(4) 可增加事故處理時(shí)間8～9 min,從而可減少?gòu)U品及鐵皮損失,提高成材率;

(5) 可使中間輥道縮短30～40%,節(jié)省廠(chǎng)房和基建投資;

(6) 降低板坯加熱與出爐溫度,一般可由1 250 ℃降至1 150 ℃,節(jié)約能耗。

4 熱卷箱不足

應(yīng)用熱卷箱,在軋制質(zhì)量、節(jié)能降耗等方面有諸多優(yōu)勢(shì),但同時(shí)也存在不足。

(1) 中間坯經(jīng)過(guò)熱卷箱進(jìn)入精軋機(jī)后,為了確保終軋溫度波動(dòng)范圍較小,無(wú)法升速軋制,反而需要降速,直接影響軋線(xiàn)產(chǎn)能。

(2) 中間坯經(jīng)過(guò)熱卷箱后,頭尾溫度較為均勻,但進(jìn)入精軋機(jī)的軋件溫度相較于不使用熱卷箱降低了30～40 ℃。精軋機(jī)開(kāi)軋溫度降低,將會(huì)影響帶鋼強(qiáng)度。

(3) 熱卷箱設(shè)備結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,卷取及開(kāi)卷機(jī)構(gòu)共有20多個(gè)液壓缸,屬于高故障率設(shè)備。為滿(mǎn)足連續(xù)正常生產(chǎn),需要大量維護(hù)工作和充足的備品備件。

(4) 熱卷箱不適宜軋制高強(qiáng)度鋼或難以變形的鋼種。

5 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

熱卷箱問(wèn)世初期,不少企業(yè)認(rèn)為主要是起縮短中間輥道長(zhǎng)度的作用,加之結(jié)構(gòu)復(fù)雜,故障率高,在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi),國(guó)內(nèi)新上的軋線(xiàn)為了減少故障點(diǎn),保證穩(wěn)定生產(chǎn),寧愿加長(zhǎng)產(chǎn)線(xiàn)長(zhǎng)度,增加投資,也很少選擇熱卷箱,影響了人們對(duì)熱卷箱的正確評(píng)價(jià),進(jìn)而影響了熱卷箱在國(guó)內(nèi)帶鋼熱連軋生產(chǎn)線(xiàn)的使用和推廣。經(jīng)過(guò)三代熱卷箱技術(shù)改進(jìn)后,熱卷箱的優(yōu)勢(shì)得到了廣泛認(rèn)可。隨著控制手段的發(fā)展,熱卷箱在使用上的難度也日趨降低。1992年,攀鋼熱軋廠(chǎng)應(yīng)用了國(guó)內(nèi)第一臺(tái)熱卷箱。近年來(lái),在新建熱連軋生產(chǎn)線(xiàn)中,熱卷箱的使用已經(jīng)越來(lái)越普遍。2018年新建的樂(lè)亭2 050 mm熱連軋機(jī)組中采用了SMS型熱卷箱,如圖6所示。許多舊生產(chǎn)線(xiàn)為了提高產(chǎn)品質(zhì)量,開(kāi)發(fā)產(chǎn)品種類(lèi),也陸續(xù)通過(guò)技術(shù)改造增設(shè)了熱卷箱。2019年遷鋼1 580 mm熱連軋機(jī)組改造,新增了HATCH型熱卷箱,如圖7所示。

圖6 SMS型熱卷箱

圖7 HATCH型熱卷箱

6 熱卷箱結(jié)構(gòu)

一臺(tái)完整的熱卷箱可以分為入口輥道及入口側(cè)導(dǎo)板、卷取區(qū)域、開(kāi)卷區(qū)域、出口輥道及出口側(cè)導(dǎo)板等部分。其中,卷取區(qū)域包含主機(jī)架、入口導(dǎo)輥、彎曲輥、成形輥、1號(hào)托卷輥、穩(wěn)定器,開(kāi)卷區(qū)域包含2號(hào)托卷輥、3號(hào)托卷輥、開(kāi)卷器、開(kāi)卷側(cè)導(dǎo)板、保溫罩、開(kāi)尾銷(xiāo)、夾送輥、矯直輥、阻擋輥等。熱卷箱截面如圖8所示。

圖8 熱卷箱截面

筆者以遷鋼1 580 mm熱連軋機(jī)組熱卷箱為例,對(duì)主要部件進(jìn)行詳細(xì)介紹。

中間坯厚度為20～45 mm,中間坯寬度為700～1 450 mm,最大單位寬度卷質(zhì)量為23 kg/mm,最大卷質(zhì)量為28 t,卷外徑為2 050 mm,卷眼直徑為650 mm,最大穿帶速度為4.5 m/s,最大卷曲速度為5.5 m/s,最大開(kāi)卷速度為2.5 m/s,最大切頭速度為2.0 m/s,直通時(shí)最高速度為6.28 m/s。

入口輥道及入口側(cè)導(dǎo)板布置在熱卷箱入口區(qū)域,用于運(yùn)輸中間坯進(jìn)入入口導(dǎo)輥,同時(shí)對(duì)中間坯進(jìn)行對(duì)中,入口側(cè)導(dǎo)板每側(cè)由一個(gè)液壓缸驅(qū)動(dòng)。出口輥道及出口側(cè)導(dǎo)板布置在熱卷箱出口區(qū)域,功能、結(jié)構(gòu)與入口輥道及入口側(cè)導(dǎo)板類(lèi)似。

入口導(dǎo)輥由升降機(jī)架、輥?zhàn)?、過(guò)渡護(hù)板組成。入口導(dǎo)輥在下工作位時(shí),熱卷箱處于直通模式。入口導(dǎo)輥在上工作位時(shí),熱卷箱處于卷取模式。入口導(dǎo)輥在上工作位時(shí),升降導(dǎo)輥上的輥?zhàn)雍瓦^(guò)渡護(hù)板可以平穩(wěn)地將中間坯的頭部送至彎曲輥中。入口導(dǎo)輥在下工作位時(shí),入口導(dǎo)輥的作用相當(dāng)于熱卷箱輸入輥道的延長(zhǎng)段。

彎曲輥由兩根上彎曲輥和一根下彎曲輥組成,下彎曲輥固定在熱卷箱主機(jī)架上,上彎曲輥可以通過(guò)液壓缸擺動(dòng)以調(diào)節(jié)輥縫。在頭部成卷過(guò)程中,彎曲輥推送中間坯成卷。為了控制后部帶坯彎曲后的曲率和形狀,保持已經(jīng)成卷部分的穩(wěn)定性,兩根上彎曲輥隨卷取過(guò)程逐步抬升。熱卷箱上彎曲輥設(shè)計(jì)為雙回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu),可以單獨(dú)調(diào)節(jié)入口和出口的兩個(gè)彎曲輥輥縫,這樣可以控制帶坯頭部的彎曲曲率,以及帶坯頭部最初接觸成形輥上護(hù)板的位置。此類(lèi)結(jié)構(gòu)的彎曲輥可以保證在高速卷取各種鋼種時(shí),得到圓度很好的卷眼和卷形。

成形輥主要包括上成形輥?zhàn)o(hù)板、成形輥、下成形輥?zhàn)o(hù)板。護(hù)板表面為弧形,幫助中間坯頭部彎曲并形成卷眼。成形輥由液壓缸驅(qū)動(dòng)擺動(dòng),在上工作位時(shí),熱卷箱處于卷取模式,在下工作位時(shí),熱卷箱處于直通模式。隨著帶卷直徑的增大,帶卷由成形輥和1A號(hào)托卷輥支撐。1號(hào)托卷輥由兩根輥?zhàn)咏M成,通常分別命名為1A號(hào)和1B號(hào)。成形輥表面設(shè)計(jì)為凹槽形,與上下護(hù)板的導(dǎo)齒交錯(cuò)布置,可消除間隙,防止鉆鋼。

1A號(hào)托卷輥的軸承直接安裝在熱卷箱主機(jī)架上,1B號(hào)托卷輥安裝在以1A號(hào)托卷輥為回轉(zhuǎn)軸的機(jī)架上,并由液壓缸驅(qū)動(dòng)機(jī)架回轉(zhuǎn)。在卷取過(guò)程中,1B號(hào)托卷輥隨著帶卷直徑的增大逐漸從抬起的位置降落,給逐漸增大的帶卷留出足夠的空間。最終,1B號(hào)托卷輥降低至開(kāi)卷頭開(kāi)卷和準(zhǔn)備開(kāi)卷反轉(zhuǎn)的位置高度。在啟動(dòng)帶卷強(qiáng)制移送時(shí),1B號(hào)托卷輥會(huì)逐漸抬起至傳送位置,完成帶卷的強(qiáng)制傳送。在直通狀態(tài)下,1B號(hào)托卷輥處于軋制線(xiàn)的高度位置。

穩(wěn)定器固定在熱卷箱主機(jī)架的側(cè)板上,傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)對(duì)稱(chēng)布置,每側(cè)由一個(gè)液壓缸推動(dòng),作用是防止帶卷跑偏,產(chǎn)生橫向竄動(dòng)或塔形卷。在卷取結(jié)束時(shí),穩(wěn)定器起到保證帶卷中心和軋制中心對(duì)中的作用。在帶卷開(kāi)卷過(guò)程中,穩(wěn)定器還要起到防止帶卷橫向竄動(dòng)的作用。

2號(hào)托卷輥緊挨著1號(hào)托卷輥,由2A號(hào)托卷輥和2B號(hào)托卷輥組成。與1號(hào)托卷輥相反,2B號(hào)托卷輥直接安裝在固定底座上,2A號(hào)托卷輥以2B號(hào)托卷輥為中心,通過(guò)液壓缸驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)。2號(hào)托卷輥和1號(hào)托卷輥配合完成帶卷在開(kāi)卷過(guò)程中的移送。

3號(hào)托卷輥、開(kāi)卷側(cè)導(dǎo)板和開(kāi)尾銷(xiāo)安裝布置在2號(hào)托卷輥之后,一般固定在底座上。3號(hào)托卷輥也可以稱(chēng)為支撐輥和過(guò)渡輥,在開(kāi)卷過(guò)程接近結(jié)束時(shí),帶卷會(huì)被拉拽至3號(hào)托卷輥上,抵靠在阻擋輥上完成最后幾卷的開(kāi)卷。此時(shí)開(kāi)尾銷(xiāo)會(huì)插入卷眼,防止塌卷,確保帶卷完全打開(kāi)。開(kāi)卷側(cè)導(dǎo)板和開(kāi)尾銷(xiāo)都由液壓缸驅(qū)動(dòng)伸縮。還安裝有保溫罩,能夠減少鋼卷邊部和整個(gè)開(kāi)卷過(guò)程中的熱量損失。操作側(cè)的保溫罩可以通過(guò)液壓缸打開(kāi),便于觀(guān)察開(kāi)卷過(guò)程及吊運(yùn)廢卷。

夾送輥布置在3號(hào)托卷輥之后,在開(kāi)卷過(guò)程中采用較低的夾送壓力進(jìn)行控制,目的是協(xié)助中間坯進(jìn)入精軋機(jī)。在處理卡鋼反轉(zhuǎn)時(shí),采用較高的夾送壓力。矯直輥、夾送輥和輥道輥配合在一起,可以消除開(kāi)卷過(guò)程中的中間坯起浪。當(dāng)中間坯頭部進(jìn)入精軋機(jī)后,夾送輥從夾送壓力控制模式切換至矯直位置控制模式,從而消除夾送力對(duì)中間坯運(yùn)行的影響。阻擋輥的作用是擋住被拉進(jìn)來(lái)的帶卷,并協(xié)助完成最后的開(kāi)卷。上夾送輥和矯直輥安裝在一個(gè)焊接機(jī)架上,焊接機(jī)架繞安裝夾送輥和出口輥道的固定底座回轉(zhuǎn)軸擺動(dòng)。阻擋輥通過(guò)一組彈簧吸收帶卷對(duì)機(jī)架造成的沖擊力。當(dāng)熱卷箱處于直通狀態(tài)時(shí),夾送輥和矯直輥參與控制,起到帶卷防翹頭和頭部矯平的作用,滿(mǎn)足中間坯進(jìn)入后續(xù)設(shè)備時(shí)對(duì)平直度的要求。

開(kāi)卷器安裝在主機(jī)架的頂部,由開(kāi)卷大臂、開(kāi)卷小臂、開(kāi)卷鏟頭組成,作用是在開(kāi)始開(kāi)卷時(shí)將帶卷的尾部打開(kāi),并一直向下壓至中間坯,以便1號(hào)托卷輥推動(dòng)中間坯送至精軋機(jī)。工作時(shí),開(kāi)卷大臂從開(kāi)卷器檢修位置下落至開(kāi)卷位置。在開(kāi)卷位置設(shè)有機(jī)械阻擋塊,安裝在熱卷箱主機(jī)架上。開(kāi)卷大臂的回轉(zhuǎn)軸安裝在熱卷箱主機(jī)架的側(cè)板上,通過(guò)兩個(gè)齒條液壓缸驅(qū)動(dòng)。開(kāi)卷小臂的回轉(zhuǎn)軸安裝在開(kāi)卷大臂的頭部,由一個(gè)液壓缸驅(qū)動(dòng)。

7 結(jié)束語(yǔ)

熱卷箱在現(xiàn)代熱連軋生產(chǎn)線(xiàn)中,是一種控制中間坯溫降、降低廢品率的成熟高效設(shè)備,結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,控制難度和維護(hù)成本較高。在后續(xù)的熱卷箱設(shè)計(jì)、制造、使用過(guò)程中,需要優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝,提高控制手段,揚(yáng)長(zhǎng)避短,以更好地發(fā)揮熱卷箱的功能。