熱軋帶鋼強力地下卷取機概述

黃煥江 田小剛 胡昌宗

(中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司 重慶401120)

由于石化管線輸送、工程機械、建筑及橋梁、海洋裝備等高強度鋼的強烈使用需求，熱軋帶鋼產(chǎn)品的生產(chǎn)正不斷向高強度寬厚規(guī)格方向發(fā)展;同時，熱軋高強鋼的生產(chǎn)由通過添加合金元素來提高產(chǎn)品性能指標轉(zhuǎn)向通過低(微)合金化+高效冷卻的低溫生產(chǎn)工藝(即“以水代金”低成本)的長足發(fā)展，導(dǎo)致卷取帶鋼溫度越來越低。因此，熱連軋生產(chǎn)線地下卷取機必須滿足對高強度鋼寬厚規(guī)格低溫卷取的強烈需求。

熱軋高強鋼(以管線鋼、高強結(jié)構(gòu)鋼和熱軋相變鋼為典型)寬厚規(guī)格低溫卷取生產(chǎn)，直接導(dǎo)致帶鋼彎曲穿帶成卷困難、卷不緊易松卷、卷取沖擊振動強烈等問題，普通地下卷取機無法解決，因此必須采用卷取能力和抗沖擊振動能力更強的強力地下卷取機來滿足生產(chǎn)。

2 強力卷取機的特點

2.1 強力卷取機必須具備的特點

1)能使高強度寬厚規(guī)格帶鋼頭部順利彎曲穿帶卷取;

2)能提供足夠強的卷取能力，使各種規(guī)格帶鋼卷取緊密不松卷;

3)能承受高強厚規(guī)格帶鋼的沖擊(厚規(guī)格生產(chǎn)不采用熱頭熱尾以減少損失)。

2.2 強力卷取機與普通卷取機的區(qū)別

目前，對強力卷取機還沒有統(tǒng)一的定義，從國內(nèi)外參考文獻和相關(guān)實際工程應(yīng)用可以初步歸納總結(jié)為以下幾點:

1)卷取典型高強鋼種范圍

從表1 可見，強力卷取機與普通卷取機比較，除了完成普通卷取機所能卷取的產(chǎn)品規(guī)格外，在高強度鋼寬厚規(guī)格的卷取生產(chǎn)還具有明顯的優(yōu)勢，表現(xiàn)為:

表1 強力卷取機與普通卷取機卷取范圍

(1)卷取產(chǎn)品強度級別更高:卷取溫度下帶鋼屈服強度可達到1200MPa 甚至更高。

(2)卷取產(chǎn)品規(guī)格范圍更廣:卷取厚度可達到25.4mm甚至32mm，卷取寬度可達到2150mm 甚至3200mm。

(3)卷取溫度更低:管線鋼可低至300℃左右卷取，雙(多)相鋼和高強直接淬火鋼低至100℃左右卷取。

2)卷取機的綜合能力指標

經(jīng)初步統(tǒng)計分析，強力卷取機與普通卷取機的綜合能力衡量指標如下:

(1)可成卷的卷取能力指數(shù)ICC［=帶鋼寬度b ×(帶鋼厚度h)2×卷取溫度下的屈服強度σst］:強力卷取機一般均在350kN·m 以上，而普通卷取機一般在200kN·m以下，部分可接近350kN·m。

(2)卷取機的卷取總張力大小

為保證卷取鋼卷緊密不松卷、無層間滑移等鋼卷品質(zhì)缺陷，鋼卷質(zhì)量好，強力卷取機的卷取總張力一般在200kN 以上，目前最高需求可達近400kN，而普通卷取機卷取總張力一般小于200kN。

(3)卷筒傳動力矩大小

強力卷取機的卷筒傳動額定力矩一般可達200kN·m以上，而普通卷取機卷筒傳動額定力矩最大約180kN·m。

3)抗沖擊能力

強力卷取機在機架的強度和剛度、夾送輥的夾持能力、助卷輥的助卷能力、卷筒承載能力、卷筒傳動系統(tǒng)抗沖擊振動能力等方面明顯比普通卷取機要強。

3 強力卷取機開發(fā)設(shè)計要點

針對高強鋼種寬厚規(guī)格低溫卷取的要求和特點，強力卷取機的開發(fā)設(shè)計必須要有針對性的解決措施，具體表現(xiàn)為:

1)針對彎曲穿帶成卷困難的特點，需要采取的措施為:

(1)進行卷取穿帶分析，優(yōu)化確定合理的上下夾送輥的偏心距、夾送輥與卷筒之間的水平距離和垂直距離;

(2)夾送輥的夾持能力必須滿足卷取極限規(guī)格帶鋼的彈塑性彎曲變形［1］和提供最大卷取張力的需要;

(3)夾送輥的入口需要增設(shè)輔助穿帶裝置，比如壓緊輥和入口穿帶導(dǎo)板等;

(4)助卷輥裝置的結(jié)構(gòu)及位置優(yōu)化設(shè)計，助卷輥助卷能力要足以承受帶鋼頭部沖擊和彎曲變形抗力;

(5)夾送輥和助卷輥的位置和力的控制須采用液壓伺服動態(tài)控制。

2)針對卷緊困難易松卷的特點，需要采取的措施為:

(1)對高強條件下的卷取品質(zhì)進行分析，優(yōu)化確定合理的卷取張力，確保帶鋼卷緊不松;

(2)鋼卷卸卷和打捆前的鋼卷運輸須考慮輔助壓卷裝置，避免散卷或鋼卷側(cè)翻發(fā)生;

(3)須考慮采用強力打捆機及打捆帶，確保鋼卷打捆后不斷帶松卷。

3)針對卷取沖擊振動大的特點，需要采取以下措施:

(1)夾送輥和卷取機機架整體的強度、剛度要足夠大，抗沖擊和傾翻能力強;

(2)夾送輥的出口活門裝置須特殊設(shè)計，以減輕高強厚規(guī)格帶鋼對夾送輥的沖擊，提高夾送輥有載輥縫的穩(wěn)定性;

(3)針對卷取機傳動系統(tǒng)的振動分析，設(shè)計中要充分考慮系統(tǒng)的振動固有頻率、軸系臨界轉(zhuǎn)速，以避免產(chǎn)生破壞性振動。

4)卷取機傳動參數(shù)的確定，要確保提供足夠強的傳動力矩，以滿足帶鋼彎曲和最大卷取張力矩的需要。

5)卷筒結(jié)構(gòu)及材質(zhì)優(yōu)化與加強，卷筒脹縮液壓缸的能力加強，以提高卷筒的承載能力，必要時，須采用變規(guī)格卷筒生產(chǎn)。

4 強力卷取機的技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

為解決高強度鋼寬厚規(guī)格低溫卷取穿帶成形困難、卷取生產(chǎn)沖擊振動強烈等問題，強力卷取機技術(shù)于2006 年左右開始在國外鋼廠得到實際應(yīng)用。

國內(nèi)強力卷取機的發(fā)展，從2008 年12 月投產(chǎn)的本鋼2300 熱軋3 號卷取機具有部分強力特點，到2011 年12 月由中冶賽迪自主開發(fā)設(shè)計的強力地下卷取機在攀西2050熱軋成功投產(chǎn)應(yīng)用開始，后續(xù)新增(新建)的太鋼2250、包鋼2250、八鋼1750 和燕鋼1780 的3 號卷取機，升級改造的武鋼2250 熱軋3 號卷取機，建設(shè)中的湛江2250 卷取機，以及籌建中的防城港2050 和某3352 熱軋新建卷取機，都相繼采用了強力卷取機技術(shù)，使得強力卷取機的應(yīng)用呈現(xiàn)出快速發(fā)展的趨勢。

目前，國內(nèi)外具有自主知識產(chǎn)權(quán)的強力地下卷取機技術(shù)主要包括西馬克的UNI PLUS 三助卷輥強力卷取機、西門子奧鋼聯(lián)和三菱日立的四助卷輥強力卷取機［2］［3］，以及中冶賽迪自主開發(fā)的3.5 輥助卷強力地下卷取機，都具有卷取管線鋼X80、X100 等高強度鋼的生產(chǎn)能力。不同技術(shù)在本質(zhì)上都是從解決高強度帶鋼頭部如何預(yù)彎曲并順利穿帶、強化夾送輥的夾持力及輥縫控制穩(wěn)定性、助卷輥的助卷及輥縫控制能力、以及卷取機的抗沖擊振動能力等方面作出重大改進和創(chuàng)新，提高卷取機的卷取能力。但不同的強力卷取機技術(shù)在具體實現(xiàn)方式上都具有各自不同的特點。

中冶賽迪針對高強鋼卷取特點，通過對高強條件下的卷取張力與卷取鋼卷品質(zhì)的研究、卷取穿帶分析、卷取傳動參數(shù)的分析和卷取機傳動系統(tǒng)振動等的理論研究，自主開發(fā)設(shè)計并成功應(yīng)用于攀西2050 熱軋的強力地下卷取機具有以下主要特點:

1)采用了一種具有分規(guī)格出口活門控制技術(shù)、液壓伺服輥縫控制的強力封閉式牌坊夾送輥裝置的專利技術(shù)，整體強度、剛度好，抗沖擊和傾翻能力更強，與卷取機之間的相互位置關(guān)系布置更靈活;厚薄規(guī)格帶鋼生產(chǎn)活門控制更靈活，可減小厚規(guī)格穿帶對活門的沖擊;夾送輥的輥縫控制穩(wěn)定性和夾送能力更強，滿足高強鋼的生產(chǎn)需要。

2)采用了整體式強力機架并具有高低速自動換擋功能、3.5 輥助卷技術(shù)和AJC 自動踏步功能的全液壓伺服控制強力地下卷取機，有利于品種規(guī)格變化范圍較大的帶鋼卷取時主電機能力的充分發(fā)揮，有效降低裝機容量，同時保證對高強鋼厚規(guī)格帶鋼的可靠卷取。

3)采用液壓伺服控制的同步強力側(cè)導(dǎo)板，可保證帶鋼卷取的對中和塔形控制。

4)卷取能力和技術(shù)水平達到國際先進水平，是目前國內(nèi)自主開發(fā)設(shè)計卷取能力最強的地下卷取機，可卷取X100:20mm×1900mm。

從馬鋼2250、邯鄲2250 熱軋等提出對原3 號卷取機改造為更強力卷取機的需求，以及中冶賽迪承接的國內(nèi)某3352 熱軋強力地下卷取機的生產(chǎn)要求看，強力卷取機技術(shù)正向卷取生產(chǎn)高強度特寬特厚超低溫(近乎冷態(tài))的卷取方向發(fā)展。

5 結(jié)束語

強力地下卷取機是熱軋卷取生產(chǎn)裝備發(fā)展的方向，尤其是開發(fā)屈服強度1000MPa 及以上鋼種，同時，對于卷取厚度達32mm，寬度達3200mm 的特寬特厚高強鋼的卷取生產(chǎn)，卷取機的能力要求更高，目前世界上還沒有先例。除了強化卷取機的能力外，同時還需要進一步研究的問題有:

1)在鋼卷卸卷、運輸和存儲過程中如何防止松卷，需要開發(fā)防松卷裝置和強力打捆機及打捆帶;

2)卷筒的承載能力必須大幅提高，目前直徑762mm卷筒難以滿足要求(必須開發(fā)新型的更高強度卷筒材料)，需要考慮采用直徑更大的卷筒并對變規(guī)格卷筒切換生產(chǎn)進行研究，以實現(xiàn)對不同規(guī)格高強鋼的卷取生產(chǎn)和卷筒強度壽命的兼顧需要;

3)高強鋼卷取后下游開卷裝備的開發(fā)亟待加強，尤其是當采用大直徑卷筒卷取生產(chǎn)的鋼卷帶來的下游工序如何開卷的問題更需要研究解決。

［1］廖永峰等. 寶鋼三熱軋卷取機組能力研究［J］. 寶鋼技術(shù)，2006(4):69－72.

［2］萬險峰等. 新一代熱軋強力地下卷取機［J］. 重型機械，2011(5):6－8.

［3］王軍等. 熱軋高強度厚板強力地下卷取機［J］. Baosteel BAC，2013:K199－202.