活套器結構設計與優化

潘振華

(山東鋼鐵股份有限公司濟南分公司，山東 濟南 250101)

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活套器結構設計與優化

潘振華

(山東鋼鐵股份有限公司濟南分公司，山東 濟南 250101)

針對生產中活套器出現的問題，從活套器設計、尺寸調整等方面著手進行整體結構改進，并對特定軋件采取形態優化，滿足高精度產品對活套器無張力調控的要求。

無張力軋制； 結構設計； 活套器輪改進

1 設備布局和工藝特點

山東鋼鐵股份有限公司濟南分公司第一小型軋鋼廠采用空、煤氣雙蓄熱步進式加熱爐，方坯尺寸為150 mm×150 mm×10 m，粗軋機組六架閉口式軋機平、立交替布置，中、精軋機組各六架高剛度短應力軋機全水平布置，11#～18#軋機間留有活套器安裝平臺，120 m×10 m步進式冷床。主要產品為Φ10～40 mm熱軋帶肋鋼筋，Φ20～32 mm精軋螺紋鋼，Φ16～22 mm錨桿鋼，設計年生產能力85萬t。

2 活套器結構改進設計

2.1 問題分析

活套器套型呈三角狀，使用架次少，存在拉鋼現象等問題一直是困擾第一小型廠生產的難題?；钐渍{節時套高不穩，波動大，影響產品質量；活套起套時速度調節慢，易出現鋼材頭部一段距離內拉瘦?；钐灼鞑荒芡耆龔埩斐绍埣俺善房v向差，軋件頭、尾大沖擊導衛件，引起生產事故；成品縱向差大，影響負差控制，超出標準范圍引發質量異議，還會影響產品美觀。針對以上問題，提出對活套器結構設計優化以及在扭轉架次后增加活套器。

2.2 整體結構改進

在結構改進的過程中，結合其他設備的先進經驗，全面改變起套機構，起套輥由逆向起套改為順向起套。改造后減小了起套阻力，縮短了套型弧頂點與起套輥之間的距離，利于形成圓弧套。在活套器中加入壓套輥高度調節絲桿和起套輥限位絲桿，可以現場隨時調節壓套輥和起套輥的高度，保證圓弧套的形成。

2.3 關鍵尺寸參數選擇與調整

活套器尺寸參數選擇的正確與否將對活套控制的動態性能產生很大的影響，活套尺寸及形態示意圖如圖1所示。

圖1 活套示意圖

a)活套控制過程中不穩定的一個重要原因就是由于設計的不合理造成的。設L為兩個壓套輥之間的距離，即活套臺的有效長度，S為機架間多余出來的物料，H為多余物料所形成的活套高度，則有經驗公式

(1)

從公式(1)可知，活套位置高時，由活套器引起的增益小，反之，當活套位置低時，由活套器引起的增益大，可見活套器結構參數對套型控制的影響。

為得到飽滿圓弧套，在活套結構設計、參數計算中提出利用正弦曲線作為活套形狀的近似，推導出活套中活套長度L與活套高度Hm的關系公式

(2)

公式(2)中L0為軋機出口至活套器進口壓套輥的長度。針對不同規格產品活套器設定Hm高度不同，可計算出L的取值范圍，活套長度L的具體選取需要再綜合軋件面積、軋制速度、壓套輥及起套輥表面狀態和軸承的靈活性、活套的形狀等諸多因素進行多次計算和現場驗證，最終確定。

b)起套輥的位置設計：起始位置距軋制線有一定距離，并且到達最終位置時距軋制線不能過高或過低。起套輥高度H0按下式計算：H0=k1L，通過現場試驗，修正系數k1按0.07～0.12取值比較合理。起套輥過高或過低時，都會發生嚴重事故：當起套輥過高時，起套輥處于較大的壓力狀態下，磨損量大，而且活套的最高點不處于活套中心線上，出現不對稱的三角套，活套使軋件產生拉張力,拉張力過大時嚴重影響軋件尺寸，并且，活套極不穩定，在套高調整過程中，其位于活套中心線上的高度上、下振蕩；當起套輥過低時,則出現“平活套”，在套高調整中，軋件無規則擺動。

通過現場反復試驗，結合上述理論經驗公式，優化前、后壓套輥的間距L和設定高度H，調整檢測光頭位置，保證最高點檢測，可形成最佳套型，消除軋制張力。

2.4 針對扭轉架次后的活套器改進

為了進一步提高無張力軋制控制水平，準備在13#軋機扭轉架次后新增3#活套器和15#軋機后新增5#活套器。由于第一小型廠建成時精軋區沒有立輥軋機，通過13#軋機的軋件要經過90°扭轉后再進入14#軋機，軋件在13#與14#軋機之間的扭轉角度是隨軋件所處的位置點的距離變化成比例漸變的。起套時存在張力，扭轉軋件會產生復雜的受力狀態，14#軋機進口導輥夾持軋件時受到側向翻轉力，容易損壞，造成生產事故。因此13#與14#軋機之間一直未使用活套器。

針對13#軋機后部增加活套器后，扭轉軋件在活套器中的狀態以及相關疑難點進行分析：無扭轉軋件在形成活套時，在同一個豎直平面上浮動，軋件本身無變化，只受到壓套輥的壓力和起套輥的支持力，可以簡化為二維平面受力狀態；扭轉軋件在活套器中起套時，軋件本身還會旋轉變化，形成了三維動態變化的復雜受力狀態。因此在活套結構設計和參數設定時，要盡量消除軋件復雜受力帶來的影響、軋件漸變的扭轉角度帶來的套型變化、起套后壓套輥與起套輥對軋件產生側向分力所造成的扭轉角度變化。要達到活套既能形成飽滿圓弧型套型，又能在軋件到達進口導輥時，滿足設定的扭轉角度，同時起套后減少壓套輥、起套輥對軋件扭轉力的影響。

為了滿足扭轉軋件起套的復雜要求，構思了扭轉軋件活套器設計的思路，通過現場試驗形成了一套行之有效的設計方法。首先通過簡化軋件截面模型，根據軋件尺寸計算出起套后正弦弧的尺寸，根據正弦弧尺寸和各輥在活套器上的相對位置及輥徑計算出起套時，壓套輥、起套輥與軋件的接觸位置，如圖2所示。

圖2 扭轉軋件示意圖

結合軋件扭轉角度公式

(3)

計算出軋件與前、后壓套輥及起套輥接觸時的扭轉角度。通過軋件在接觸點的角度，計算出軋件截面與各輥外圓相交的點。根據點的位置尺寸計算出壓套輥與起套輥需要再調節的高度，再根據扭轉角度設計出帶斜面的活套器輪，如圖3所示。

圖3 與扭轉角度匹配的斜面起套輪

通過現場試驗表明，使用新設計的斜面起套輪，根據計算結果調節后，能保證軋件與各輥充分接觸，各輥轉動靈活，軋件與各輥的摩擦保持在最低限度內，即所受附加力最小，可以滿足扭轉軋件起套的復雜要求。

在完成扭轉軋件活套設計基礎上，進一步提出在3#活套器后設計壓頭輪，控制軋件進入14#軋機進口導輥的角度，增加軋件運行的穩定性。經過精心設計和改進，增添3#活套器后，成品縱肋差有了明顯改善。

3 結束語

活套器設計優化完成后，套型呈飽滿圓弧狀，基本實現了精軋無張力軋制，軋件及成品縱向一致性有了明顯的改善，精軋軋制事故下降，為精軋螺紋鋼、錨桿鋼等高精度產品的生產打下了堅實基礎。

[1] 李曼云．小型型鋼連軋生產工藝與設備[M]．北京：冶金工業出版社，1999．

2016-07-18

潘振華(1981—)，男，高級工程師。電話18660159169

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