高速棒材生產(chǎn)線工藝及設(shè)備的應(yīng)用

吳 杰，宋端陽

（1.首鋼長治鋼鐵有限公司設(shè)備處，山西 長治 046031；2.首鋼長治鋼鐵有限公司軋鋼廠，山西 長治 046031）

隨著軋鋼設(shè)備的更新，高速上鋼系統(tǒng)在高速棒材生產(chǎn)線得到了應(yīng)用。高速上鋼系統(tǒng)的轉(zhuǎn)轂裝置取代了原有的冷床托架，棒材生產(chǎn)線的軋制速度突破了36 m/s，極大地提高了棒材生產(chǎn)線的生產(chǎn)率，降低了棒材軋制廢品的產(chǎn)生率，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)減少了能源消耗，實(shí)現(xiàn)了集中化操作和節(jié)約化生產(chǎn)，為行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步起到了很好的示范作用[1]。

1 高速棒材生產(chǎn)線

首鋼長治鋼鐵有限公司高速棒材生產(chǎn)線主軋線共有22架軋機(jī)，其中粗軋機(jī)組6架、中軋機(jī)組6架、預(yù)精軋機(jī)組6架、精軋機(jī)組4架，呈連續(xù)布置。高速棒材主軋線工藝布置如圖1所示。

圖1 高速棒材主軋線工藝布置圖

2 高速上鋼系統(tǒng)

2018年8月首鋼長治鋼鐵有限公司棒材生產(chǎn)線增加了高速上鋼系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了高速成品倍尺上冷床的目標(biāo)，同時(shí)具有倍尺優(yōu)化功能，并成功填補(bǔ)了國內(nèi)全連續(xù)式36 m/s高速棒材軋制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)依賴進(jìn)口的空白。高速上鋼系統(tǒng)由剪前的夾送裝置、伺服擺桿、高速飛剪、剪后的制動(dòng)裝置和轉(zhuǎn)轂裝置等設(shè)備組成。軋件由夾送裝置夾持并保持穩(wěn)定速度向冷床輸送，高速飛剪配合伺服擺桿對(duì)軋件進(jìn)行倍尺剪切并且對(duì)尾鋼進(jìn)行優(yōu)化。倍尺剪切后的軋件交替進(jìn)入高速飛剪后的A、B兩條管式通道，制動(dòng)裝置對(duì)軋件尾部制動(dòng)，使軋件速度降低到5 m/s后自由滑動(dòng)到轉(zhuǎn)轂的A、B槽內(nèi)。高速上鋼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 高速上鋼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.1 夾送裝置和制動(dòng)裝置

高速上鋼系統(tǒng)的夾送裝置布置在高速飛剪前，用于夾持軋件，使軋件保持一定的張力并穩(wěn)定地向冷床輸送；制動(dòng)裝置布置在冷床的落料槽前，用于夾持軋件并控制軋件減速。夾送裝置和制動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖3 夾送裝置和制動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2.1.1 技術(shù)參數(shù)

夾送裝置和制動(dòng)裝置的技術(shù)參數(shù)：最大夾送斷面為Φ10～20 mm；夾送材質(zhì)為普碳鋼、優(yōu)質(zhì)碳結(jié)鋼和低合金鋼等；夾送速度為36 m/s，可調(diào)速；夾送軋件溫度為不大于850℃；夾送輥中心距為310 mm；夾送輥?zhàn)畲箝_口為40 mm；夾送輥直徑為300 mm；夾送輥寬度為38 mm；電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Z4-200-31；電動(dòng)機(jī)功率為90 kW；電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1700 r/min；鼓型齒式聯(lián)軸器型號(hào)為GⅡCL8。

2.1.2 工作原理

夾送裝置和制動(dòng)裝置分別由上、下兩個(gè)夾持輥片組成，輥片安裝在一對(duì)懸臂軸上，可方便拆卸磨損后的舊輥片。由一臺(tái)直流電機(jī)通過齒輪分配箱和萬向聯(lián)軸器帶動(dòng)夾送裝置與制動(dòng)裝置輥片的轉(zhuǎn)動(dòng)；由一個(gè)氣缸通過連桿機(jī)構(gòu)完成夾送裝置和制動(dòng)裝置輥片的夾緊與打開，上、下輥片同步動(dòng)作以保證其中心線的固定。夾送裝置和制動(dòng)裝置可以根據(jù)棒材的規(guī)格與表面溫度采用比例閥對(duì)其壓力進(jìn)行調(diào)整，既能保證棒材質(zhì)量，又能靈敏設(shè)置夾送裝置壓力；由氣壓系統(tǒng)施加足夠的壓力將棒材降速，又可避免其產(chǎn)生壓痕和變形。

2.2 伺服擺桿

2.2.1 技術(shù)參數(shù)

伺服擺桿的技術(shù)參數(shù)：伺服擺桿型號(hào)為TYSC110-L100-B20E-H1K1；伺服電機(jī)型號(hào)為SMH2-50C30CD-U231Y；伺服電缸行程為372.5 mm；伺服電缸長度為782.5 mm。

2.2.2 工作原理

伺服擺桿位于高速飛剪前，可水平左右擺動(dòng)，由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)伺服電缸對(duì)擺桿作推拉的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。伺服擺桿工作時(shí)有兩個(gè)工位，當(dāng)高速飛剪剪切軋件后伺服擺桿被推動(dòng)到另一個(gè)工位，此時(shí)高速飛剪再進(jìn)行剪切，周而復(fù)始。

2.3 高速飛剪

高速飛剪布置在精軋機(jī)組后，由電動(dòng)機(jī)、鼓型齒式聯(lián)軸器、飛剪箱體、剪刃和圓盤、出口分鋼導(dǎo)槽等設(shè)備組成。高速飛剪為回轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。

圖4 高速飛剪結(jié)構(gòu)示意圖

2.3.1 技術(shù)參數(shù)

高速飛剪的技術(shù)參數(shù)：最大剪切斷面為Φ10～20 mm；金鋼等；剪切速度為不大于40 m/s；剪切溫度為不小于450℃；刀軸中心距為812 mm；兩剪刃上下重合量為0.5～1 mm；兩剪刃側(cè)隙為0.2～0.25 mm；圓盤回轉(zhuǎn)半徑為406 mm；剪刃寬度為45 mm；電動(dòng)機(jī)型號(hào)為ZFQZ-315-32；功率為360 kW；轉(zhuǎn)速為1200 r/min。飛剪減速機(jī)構(gòu)速比為1；鼓型齒式聯(lián)軸器型號(hào)為GⅡCL10。

2.3.2 工作原理

高速飛剪的剪刃安裝在回轉(zhuǎn)刀架上，由一臺(tái)直流電機(jī)通過齒輪傳動(dòng)裝置進(jìn)行傳動(dòng)。高速飛剪為連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)軸末端裝有編碼器，用于電機(jī)的加速和減速，以及剪刃位置與倍尺精度的控制。高速飛剪上下剪刃的重合量和側(cè)向間隙可進(jìn)行調(diào)整。為了防止軋件剪切彎曲，設(shè)計(jì)時(shí)剪刃的剪切速度（水平分速度）必須大于或等于軋件速度。高速飛剪前后設(shè)有出口分鋼導(dǎo)槽，其上下軸的齒輪嚙合實(shí)現(xiàn)同比減速，并驅(qū)動(dòng)上下圓盤反向旋轉(zhuǎn)以剪切軋件。

高速飛剪通過背墊片調(diào)整上下剪刃之間的間隙，通過底墊片調(diào)整上下剪刃之間的重合量，并在調(diào)整好后用楔形塊壓緊剪刃。高速飛剪出口分鋼導(dǎo)槽上有A、B兩條管式通道，當(dāng)不同速度的軋件通過時(shí)可通過分鋼導(dǎo)槽管式通道上的導(dǎo)板來調(diào)節(jié)軋件通過的位置。

2.4 轉(zhuǎn)轂裝置

高速上鋼系統(tǒng)的轉(zhuǎn)轂裝置布置在冷床輸入側(cè)，主要由支架、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、減速機(jī)和電機(jī)等設(shè)備組成。轉(zhuǎn)轂裝置包括多個(gè)首尾銜接的轉(zhuǎn)轂，轉(zhuǎn)轂具有空心軸和外側(cè)的連接端，空心軸中具有水冷通道，帶孔圓柱銷連接在相鄰的兩個(gè)轉(zhuǎn)轂之間，鎧裝金屬軟管密封連接在相鄰轉(zhuǎn)轂的空心軸之間并且連通相鄰轉(zhuǎn)轂的水冷通道。圓柱銷尾部通過彎折開口銷鎖死，軸向預(yù)留有受熱膨脹的余量。轉(zhuǎn)轂裝置與冷床位置如下頁圖5所示。

圖5 轉(zhuǎn)轂裝置與冷床位置示意圖

2.4.1 技術(shù)參數(shù)

轉(zhuǎn)轂裝置的技術(shù)參數(shù)：軋件規(guī)格為不小于Φ20mm；轉(zhuǎn)轂長度為108 m；軋件速度為12～40 m/s；轉(zhuǎn)轂直徑為230 mm；轉(zhuǎn)轂機(jī)構(gòu)數(shù)量為兩套；轉(zhuǎn)轂鼓溜鋼槽內(nèi)徑為35 mm；轉(zhuǎn)動(dòng)角度為90°/次；轉(zhuǎn)動(dòng)頻次為60次/min；每次轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間為1 s；減速器速比為9；電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Z4-180-11；功率為16.5 kW；轉(zhuǎn)速為670 r/min；垂直安裝鼓形齒式聯(lián)軸器型號(hào)為WGC255×112-II。

2.4.2 工作原理

兩套轉(zhuǎn)轂裝置分別由4臺(tái)直流電機(jī)帶4臺(tái)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)轂心軸，轉(zhuǎn)轂心軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)槽轉(zhuǎn)動(dòng)。為方便旋轉(zhuǎn)導(dǎo)槽轉(zhuǎn)動(dòng)，更換為剖分式結(jié)構(gòu)。為防止轉(zhuǎn)轂心軸及橫梁受熱變形，對(duì)部分轉(zhuǎn)轂進(jìn)行水冷，軸承為油氣潤滑。兩個(gè)平行轉(zhuǎn)轂懸掛于冷床輸入側(cè)，每個(gè)轉(zhuǎn)轂由單獨(dú)的減速機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)，交替動(dòng)作，以將經(jīng)過倍尺的軋件輸送到冷床上。每個(gè)轉(zhuǎn)轂上均勻分布4個(gè)受料槽，間隔90°。轉(zhuǎn)轂旋轉(zhuǎn)90°，軋件即從轉(zhuǎn)轂落入冷床，然后轉(zhuǎn)到準(zhǔn)備接鋼位置，等待下一個(gè)經(jīng)過倍尺的軋件進(jìn)入轉(zhuǎn)轂。工作時(shí)軋件交替向兩個(gè)轉(zhuǎn)轂輸送。轉(zhuǎn)轂落料通道順序依次為A1、B1、A2、B2、A3、B3、A4、B4。兩個(gè)平行轉(zhuǎn)轂4個(gè)受料槽接送軋件情況如圖6所示。

圖6 平行轉(zhuǎn)轂接送軋件情況示意圖

3 應(yīng)用效果

首鋼長治鋼鐵有限公司高速棒材生產(chǎn)線設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為4.6萬t/月，隨著高速上鋼系統(tǒng)的投入使用，該條生產(chǎn)線設(shè)備的作業(yè)率達(dá)到83%，Φ12 mm的圓鋼和螺紋鋼的軋制速度超過36 m/s，最高產(chǎn)量達(dá)到6.2萬t/月；熱軋帶肋鋼筋頭、中、尾縱肋質(zhì)量的偏差控制在0.3 mm以內(nèi)；熱軋圓鋼不圓度質(zhì)量的偏差控制在0.15 mm以內(nèi)，負(fù)差控制穩(wěn)定，實(shí)際成材率達(dá)到98%，高于傳統(tǒng)切分軋制的成材率。同時(shí)，冷床周期步進(jìn)及棒材定位的精確保證了每個(gè)齒槽只下一支倍尺鋼筋，可靠的軋件計(jì)數(shù)減輕了軋鋼生產(chǎn)線操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)為生產(chǎn)管理和設(shè)備維護(hù)提供了便利。

4 結(jié)語

高速上鋼系統(tǒng)極大地提高了棒材生產(chǎn)線的生產(chǎn)率，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，為行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步起到了很好的示范作用。