剖分重卷檢查生產工藝研究

景群平,任玉成,劉渭苗

(中國重型機械研究院股份公司，陜西 西安 710032)

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剖分重卷檢查生產工藝研究

景群平,任玉成,劉渭苗

(中國重型機械研究院股份公司，陜西 西安 710032)

對剖分重卷生產線中將剖分與重卷的工藝技術進行整合，提出了采用帶鋼并行運行分離裝置、雙卷取帶鋼出口轉向裝置及雙卷取機雙卷取工藝等技術方案，解決了剖分切邊、分卷等工藝集成過程中并行帶鋼運行中容易糾纏的痼疾，大大提高了產品成品率，實現了剖分重卷生產線的國產化。

剖分；重卷；分離輥；轉向裝置；雙卷取

0 前言

隨著汽車工業、家電行業等的快速發展，市場在對寬幅面高品質冷軋板材呈現很大需求的同時也需要部分窄幅面高品質冷軋板材[1]。冷連軋機組為保證其高產量往往生產寬幅面的冷軋卷，若生產過窄的冷軋鋼卷，不僅大大降低了機組產量，也會降低冷軋板的品質甚至對生產設備造成損害，因而窄帶鋼的生產宜放在后續的精整處理作業中；現有的縱切機組能夠完成對帶鋼的縱向剖分，但由于縱切生產工藝的限制[2,3]，其產量卻遠遠低于重卷機組[4]；為減少企業的總投資，提高生產設備的綜合利用率，剖分重卷機組[5]應運而生，它同時具備了縱切剖分帶鋼的功能和重卷機組高產量的優勢。

國內某鋼廠在本世紀初從日本引進首條剖分重卷生產線，該生產線是將寬幅鋼板剖分技術與重卷切邊、檢查、分卷技術相結合，在一條生產線上完成剖分、切邊、檢查、分卷的功能。

這種機組雖然具有生產效率高的優點，但由于其生產工藝復雜有許多關鍵技術：剖分后的板帶如何分離的技術、穿帶時板帶導向的技術、雙卷取工藝技術等。2008年，中國重型院組織專家和技術人員對剖分重卷生產線進行研究，實現該生產線的國產化。

本文主要分析剖分、切邊、檢查和分卷四種工藝集成過程中的問題及采取的相關技術。

1 剖分重卷工藝集成技術

冷軋鋼卷出廠前一般需要進行分卷處理，分卷功能由重卷機組實現。重卷機組的主要生產工藝為：上卷→開卷→切頭→切邊→分卷→卷取→卸卷。

對高品質寬幅冷軋板材的剖分功能整合到重卷機組中，考慮到需要對板材上、下表面的精細檢查，需要設置有臥式水平檢查站，剖分后并行運行的板帶分離設備、板帶前后進入卷取機的導向裝置等新增功能及設備，其生產工藝為：上卷→開卷→切頭→焊接→切月牙或/和中間沖孔→糾偏→切邊→穿帶或/和分離→檢查→分卷→(分離及出口導向→1#卷取→1#卸卷)穿帶→出口導向→2#卷取→2#卸卷。

1.1 剖分切邊圓盤剪

剖分切邊圓盤剪是在切邊圓盤剪的基礎上增加剖分功能。剖分剪主要用于將寬帶鋼等幅縱向剖分，切邊剪用來剪切帶鋼邊部，并使整個帶鋼的寬度達到設定值。剖分切邊圓盤剪是生產線的核心設備。

剖分剪的下刀座位于設備底座上，通過電機驅動升降運動，上刀座位于設備架橫梁上，通過電機驅動升降運動。側向間隙的調整是通過電機驅動絲杠螺母帶動斜楔塊來調整上刀軸橫向移動來實現。

剖分剪的上、下剪刃重疊量、側向間隙可自動調整。切邊剪的上下剪刃重疊量、側向間隙及開口度均為自動調整。在圓盤剪附近設有一操作臺，操作工可就近對圓盤剪進行調整操作。剖分圓盤剪的控制模式分為自動和半自動兩種：自動模式下所有的圓盤剪控制參數由L3自動通過PROFIBUS網絡下發到圓盤剪PLC，圓盤剪接到L3下發的控制參數后，按照接收的參數自動調整寬度、間隙和重疊量。半自動模式下圓盤剪的控制參數可由操作人員手動修改或者重新錄入后，圓盤剪按照新修改或新輸入的參數自動調整寬度、間隙和重疊量。

剖分圓盤剪使用被動剪控制模式，保證剖分圓盤剪寬度剪切精度是剖分成功的關鍵因素。只有剪切精度足夠好，才能在張力分配的時候，按照剪切寬度匹配卷取機張力。

1.2 帶鋼并行運行分離裝置

經過剖分后的帶鋼并行向前運行如果沒有專用的分離裝置[6]，并行運行的帶鋼就有向一起靠攏運行的趨勢，應用于剖分重卷生產線的一種新型分離輥應運而生，當不需要對帶鋼等幅縱向剖分時，分離輥退出工作位置，生產線作為重卷機組使用，當需要對帶鋼進行等幅剖分時，分離輥進入工作位置，對剖分后的帶鋼進行橫向分離，防止兩窄帶鋼內側邊部發生刮蹭，影響帶鋼質量及損壞設備，生產線作為剖分機組使用。

目前的帶鋼縱向分離裝置多采用錐形輥[7]，這類裝置中窄帶鋼的分離程度與錐形輥的錐度及壓下量有關。這種結構形式缺陷是：由于錐形輥的錐度不可調，其分離性能只適應固定的帶鋼厚度范圍，不能滿足不同厚度規格的帶鋼對分離效果的相應需求，因此其分離效果一般，適應性差，且連續性不好。本機組分離裝置的本體采用可連續性調節撓度的弧形輥，它可以產生橫向張力將帶鋼展平并分離。

所謂的分離裝置的分離能力[8]，就是假定帶材在弧形輥面上沒有相對滑動的條件下，帶材從進入輥面到脫離輥面的過程中，并行運行的帶鋼在寬度方向上能夠向外側移動的最大距離。圖1是分離輥的分離能力圖示。

圖1 分離輥分離能力圖示Fig.1 The separating function of separating roller

假設帶材進入輥面時與弧形輥軸線所決定的平面間夾角為α，離開輥面時的夾角為β，如圖1所示。帶材在輥面上的包角為α+β，帶材從A點進入輥面，B點離開，則弧長AB=R(α+β),式中R為輥身半徑，而直線AB=R(sinα+sinβ)。當輥面變彎時，由于輥面各點均繞軸線旋轉，則輥上的A點將沿著AC前進，如果帶材與輥面之間無相對滑動，板帶將沿著A點進入輥面，由C點離開，BC即為弧形輥所能實現的單邊分離量，由幾何關系可得：

BC=ABtgθ=R(sinα+sinβ)tgθ

(1)

式中,θ為鋼帶邊緣與輥身弧面線接觸的切線方向與鋼帶運行方向所成的夾角。

從上式可以看出，分離輥的分離能力與輥身直徑、軸線曲率及帶材進入和脫離分離輥時的角度有關。一般來說，輥身直徑是固定的，軸線曲率也是很小的，兩個夾角α與β能夠改變。在本生產線中，分離輥的前后支撐輥的位置固定，采用電機通過減速裝置驅動軸線擺動來實現調整夾角α與β，從而達到改善分離效果的目的。

1.3 雙卷取帶鋼出口轉向裝置

當機組進行剖分生產時，需要在分切剪處進行切除頭尾或者分卷處理完畢后，機組夾送帶材前進喂入卷取機。由于我們采用了雙卷取工藝，需要在分切剪后設置一臺能夠對剖分后并行運行的帶材分別導入兩臺卷取機的設備：雙卷取出口轉向裝置[9]。

考慮到雙卷取工藝中兩臺卷取機的布置及生產可靠穩定，將1#卷取機用來卷取剖分時操作側的半幅板帶，2#卷取機用來卷取剖分時傳動側的半幅板帶。對于并行運行的雙卷取帶鋼出口轉向裝置，需要完成以下的動作與功能：

出口轉向輥在剖分模式和重卷模式下，有不同的控制工藝。剖分模式下，出口轉向輥需要將剖分后的帶材導向不同的卷取機，所以出口轉向輥剖分模式下，需要抬起轉向夾送輥，擺起剖分導板，壓下剖分壓輥，等剖分后的帶材經過出口夾送輥后，再將轉向夾送輥壓下，輔助帶材進入卷取機。重卷模式下，出口轉向輥需要將帶材導向地上的卷取機，所以出口轉向輥重卷模式下，只需要打開轉向夾送輥，等帶材經過出口轉向輥后，再將轉向夾送輥壓下即可。以自動剖分模式為例，說明一下控制操作流程；L3將穿帶工藝參數下發給機組，機組接到下發參數后自動進行帶頭定位并按照下發參數自動設定出口轉向輥工作模式、穿帶速度和助卷長度等參數，等帶頭進入出口轉向輥區域后，出口轉向夾送輥打開，剖分擺動導板抬起，剖分壓輥壓下，等帶頭離開出口轉向輥區域后，出口轉向夾送輥壓下，給帶材一個穿帶張力，輔助帶材分別進入兩個卷取機。

1.4 雙卷取工藝

中重院開發的剖分重卷機組在剖分模式生產時成品板帶的卷取采用了雙卷取生產工藝[10]，即1#卷取機用來卷取剖分時操作側的半幅板帶，2#卷取機用來卷取剖分時傳動側的半幅板帶。在進行重卷生產時采用2#卷取機進行成品卷的卷取生產。

與雙卷取相關的重要設備有雙卷取出口轉向輥、(地下)1#卷取機、(地下)1#助卷器、導向板、出口轉向輥、(地上)2#卷取、(地上)2#助卷器等。雙卷取時，相關設備的操控工藝性非常強，圖2為雙卷取工藝流程圖。

圖2 雙卷取工藝流程圖Fig.2 Technological process of double coiler

對于卷取機采用張力控制模式[11]，使用驅動電機自帶測速增量型編碼器和機組速度檢測增量型編碼器進行卷徑計算。兩個卷取機的張力分配依據剖分寬度按比例進行分配。張力開環和電流內環構成了卷取機的張力控制方式。兩臺卷取機尋邊EPC浮動油缸在對齊的時候，采用剖分邊對齊的方式。

1.5 剖分重卷生產線工藝及設備

圖3是具有剖分與重卷功能的新生產線的基本工藝布置示意圖，其主要設備包括上卷小車、開卷機、開頭直頭機、切頭剪、焊機、月牙剪及沖孔器、糾偏夾送輥、剖分切邊剪、分離輥、水平檢查站、分切剪、雙卷取出口轉向裝置、1#卷取機、1#卸卷小車、導板臺、出口轉向輥、2#卷取機、2#卸卷小車等近40臺設備。

圖3 剖分重卷檢查機組工藝示意圖Fig.3 Technological process diagram of splitting and recoiling line

2 結束語

中國重型機械研究院設計研制的剖分重卷生產線于2011年5月在廣州JFE鋼板有限公司調試成功進入工業化大生產階段。該生產線運行兩年來，設備運行可靠，生產的產品質量高，達到了引進機組的水平。

該剖分重卷機組生產工藝達到世界先進水平

并成功應用于實際生產中，打破了國外同類設備在國有大型鋼鐵企業的市場壟斷，實現了剖分重卷機組的國產化。

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·設計計算·

Production research on splitting and recoiling

JING Qun-ping，REN Yu-cheng，LIU Wei-miao

(China National Heavy Machinery Research Institute Co., Ltd., Xi’an 710032, China)

The paper shows the technological integration of splitting and recoiling process. Through the technical application of such as strip parallel separation device, double coiling strip export steering and double coiling process technology dual coiler, it is resolved that parallel strip is easily entangled, when the splitting and edge trimming and coil dividing are integrated. So that greatly improved the product yield, and realized the nationalization of the splitting and recoiling line.

splitting；recoiling；separating roller；steering device；double coiling

2016-05-08；

2016-06-18

科技部2013年度科研院所技術開發研究專項資金(2013EG119117)；陜西省2013年度重大科技創新項目專項資金(2013KG(=)01-01)

景群平(1974-)，男，高級工程師，主要從事板帶精整設備的研制。

TG333

A

1001-196X(2016)05-0052-04