縱切鋼卷寬高比研究及應用

上海寶鋼股份公司熱軋精整分廠 韓永健

縱切鋼卷寬高比研究及應用

上海寶鋼股份公司熱軋精整分廠 韓永健

某熱軋廠一精整分廠的縱切線，是擁有縱切開條和分切重卷等功能的多用途卷線機組。隨著公司一體化進程的推進，縱切開條卷在內部供料中的比重逐步攀升，同時也帶來了新的生產要求，即要求縱切后單條單獨成捆包，這給縱切生產帶來了成品儲運的傾翻問題。本文，筆者通過研究物體傾翻原理，結合現實情況確定鋼卷寬高比，并按照用戶的不同需求，確定解決縱切帶儲運傾翻問題的生產組織方案。

一、物體傾翻原理

根據物理學原理，一個物體或一個系統要想保持平衡狀態，就必須滿足物理學的守恒原則，即共點力作用下的平衡（靜止或勻速運動），則有∑F＝0；有固定轉動軸物體的平衡，則有∑M＝0;物體既沒有固定轉動軸，又不是受共點力作用，而要保持平衡，則有∑F＝0 和∑M＝0。

當物體處在斜面時，要保持其靜態平衡，則要滿足∑F＝0。根據力學分解圖（圖1）所示，支撐力N和重力G的合力應該同靜摩擦力大小相等，而方向相反，即 f′=G sinα= f。而N= G cosα，又有f=μN ，所以最后得到μ=tgα。由于tgα在0～90°間為單調遞增函數，所以只要靜摩擦系數μ大于或等于tgα，斜面上的物體就處于靜態平衡狀態。

當傾斜面角度增大時，單調遞增函數tgα也增大。當tgα大于靜摩擦系數μ時，斜面上物體的靜態平衡狀態被打破，物體開始下滑。由于動態的摩擦系數要小于靜摩擦系數，所以打破靜態平衡狀態的物體處于勻加速下滑狀態。

在斜面上的物體被打破靜態平衡狀態，處于勻加速下滑狀態時，∑F≠0，重力G已大于支撐力N和動摩擦力f的合力G ′，也就是說，在重心垂線方向上有一大小為G－G ′、方向向下的合力。如果此時重心垂線偏于物體幾何形狀之外，即如圖2所示的偏于A點的左側，則∑M＝（G－G ′）L≠0，物體繞A點發生逆時針旋轉而引發傾翻。如果此時重心垂線沒有偏于物體幾何形狀之外，則∑M＝0，物體仍處于勻加速下滑狀態。

雖然重心垂線沒有偏于物體幾何形狀之外時，物體可以保持勻加速下滑狀態。但如果此時遇到障礙物，則有兩種情況發生。如圖3所示，障礙物高度低于重心L，此時重力G和支撐力N的合力F大于動摩擦力f，則∑M＝（F－f）L≠0，物體繞B點發生逆時針旋轉而發生傾翻。 障礙物高度高于重心，則∑M＝0，物體不傾翻，但可能發生其他運動（如停止、減速或者沖量過大而反向運動等）。

一個靜態的簡單傾翻過程，就是物體發生傾斜至arctgμ角度以上，靜態平衡被打破，物體加速下滑，最后發生傾翻。

縱切生產的成品鋼卷是一個幾何形狀規則的勻質物體，所以其重心處于幾何形狀的中心位置。根據前面的力學分析，當傾斜角度大于arctgμ角度時，物體靜態平衡被打破，就有傾翻的可能，關鍵看這時的∑M是否為0。所以，筆者以打破平衡狀態的臨界角度arctgμ為傾翻臨界點，來確定鋼卷的寬高比。鋼與鋼的靜摩擦系數為0.7，結合圖1和圖2，臨界點的寬高比就等于tgα，也就是靜摩擦系數μ，所以鋼卷的寬高比為7∶10 。

二、寬高比應用

1. 冷軋薄板用料。冷軋薄板廠的用料（磁屏蔽用鋼和蔭罩帶鋼）規格通常為2.5×700L，由于有活套的限制，其帶鋼長度希望在300m以上。以300m為例，通過質量公式m=ρν，計算得到捆包單重重量應該在4.2t以上，外徑在1 120mm以上。這樣就不能滿足寬高比7∶10的要求。

結合實際，筆者從下工序需求出發，取保證下工序要求的最低界限，這樣可盡量減小可能發生傾翻時∑M值。那么，即使在達到傾翻界限時，由于還有裝車時固定繩索提供的外力，∑M值還是能保證在達到傾翻界限時，不會發生傾翻。

為了使一線操作人員能更加直觀地操作，通常把投料板坯的質量限定在25t左右，精整只需按照兩條兩分切組織生產，也就是經過精整縱切后可形成4個捆包，這樣除去切損等后,每個正品捆包重量在5t左右，即外徑在1 180mm左右。

2. ERW用料。同樣受到活套的限制，ERW希望使用大卷，即只開條不分切。為此，筆者設計了運輸車輛專用鞍座，并在某內部運輸車輛中使用專用鞍座結構。

由于ERW開條卷高度都會在1 800mm以下，所以如圖4所示，當車輛發生傾斜而打破鋼卷的平衡體系時，900mm高的鞍座壁可以給鋼卷在摩擦力方向提供支撐力，保證了∑F＝0。同時，900mm高的鞍座壁高出鋼卷重心的高度，這樣也保證了∑M＝0。鋼卷的平衡體系得到恢復，鋼卷不發生傾翻。

三、結論

通過理論分析并結合現實情況，確定了鋼卷的寬高比界限為7∶10。根據現狀需求，把寬高比靈活應用于縱切生產實際中，確定了如下生產原則：冷軋薄板料，投料板坯在25t左右，縱切生產兩條兩分切；ERW料，縱切不分切，用專用器具運輸。