纵切钢卷宽高比研究及应用

上海宝钢股份公司热轧精整分厂 韩永健

纵切钢卷宽高比研究及应用

上海宝钢股份公司热轧精整分厂 韩永健

某热轧厂一精整分厂的纵切线，是拥有纵切开条和分切重卷等功能的多用途卷线机组。随着公司一体化进程的推进，纵切开条卷在内部供料中的比重逐步攀升，同时也带来了新的生产要求，即要求纵切后单条单独成捆包，这给纵切生产带来了成品储运的倾翻问题。本文，笔者通过研究物体倾翻原理，结合现实情况确定钢卷宽高比，并按照用户的不同需求，确定解决纵切带储运倾翻问题的生产组织方案。

一、物体倾翻原理

根据物理学原理，一个物体或一个系统要想保持平衡状态，就必须满足物理学的守恒原则，即共点力作用下的平衡（静止或匀速运动），则有∑F＝0；有固定转动轴物体的平衡，则有∑M＝0;物体既没有固定转动轴，又不是受共点力作用，而要保持平衡，则有∑F＝0 和∑M＝0。

当物体处在斜面时，要保持其静态平衡，则要满足∑F＝0。根据力学分解图（图1）所示，支撑力N和重力G的合力应该同静摩擦力大小相等，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°间为单调递增函数，所以只要静摩擦系数μ大于或等于tgα，斜面上的物体就处于静态平衡状态。

当倾斜面角度增大时，单调递增函数tgα也增大。当tgα大于静摩擦系数μ时，斜面上物体的静态平衡状态被打破，物体开始下滑。由于动态的摩擦系数要小于静摩擦系数，所以打破静态平衡状态的物体处于匀加速下滑状态。

在斜面上的物体被打破静态平衡状态，处于匀加速下滑状态时，∑F≠0，重力G已大于支撑力N和动摩擦力f的合力G ′，也就是说，在重心垂线方向上有一大小为G－G ′、方向向下的合力。如果此时重心垂线偏于物体几何形状之外，即如图2所示的偏于A点的左侧，则∑M＝（G－G ′）L≠0，物体绕A点发生逆时针旋转而引发倾翻。如果此时重心垂线没有偏于物体几何形状之外，则∑M＝0，物体仍处于匀加速下滑状态。

虽然重心垂线没有偏于物体几何形状之外时，物体可以保持匀加速下滑状态。但如果此时遇到障碍物，则有两种情况发生。如图3所示，障碍物高度低于重心L，此时重力G和支撑力N的合力F大于动摩擦力f，则∑M＝（F－f）L≠0，物体绕B点发生逆时针旋转而发生倾翻。 障碍物高度高于重心，则∑M＝0，物体不倾翻，但可能发生其他运动（如停止、减速或者冲量过大而反向运动等）。

一个静态的简单倾翻过程，就是物体发生倾斜至arctgμ角度以上，静态平衡被打破，物体加速下滑，最后发生倾翻。

纵切生产的成品钢卷是一个几何形状规则的匀质物体，所以其重心处于几何形状的中心位置。根据前面的力学分析，当倾斜角度大于arctgμ角度时，物体静态平衡被打破，就有倾翻的可能，关键看这时的∑M是否为0。所以，笔者以打破平衡状态的临界角度arctgμ为倾翻临界点，来确定钢卷的宽高比。钢与钢的静摩擦系数为0.7，结合图1和图2，临界点的宽高比就等于tgα，也就是静摩擦系数μ，所以钢卷的宽高比为7∶10 。

二、宽高比应用

1. 冷轧薄板用料。冷轧薄板厂的用料（磁屏蔽用钢和荫罩带钢）规格通常为2.5×700L，由于有活套的限制，其带钢长度希望在300m以上。以300m为例，通过质量公式m=ρν，计算得到捆包单重重量应该在4.2t以上，外径在1 120mm以上。这样就不能满足宽高比7∶10的要求。

结合实际，笔者从下工序需求出发，取保证下工序要求的最低界限，这样可尽量减小可能发生倾翻时∑M值。那么，即使在达到倾翻界限时，由于还有装车时固定绳索提供的外力，∑M值还是能保证在达到倾翻界限时，不会发生倾翻。

为了使一线操作人员能更加直观地操作，通常把投料板坯的质量限定在25t左右，精整只需按照两条两分切组织生产，也就是经过精整纵切后可形成4个捆包，这样除去切损等后,每个正品捆包重量在5t左右，即外径在1 180mm左右。

2. ERW用料。同样受到活套的限制，ERW希望使用大卷，即只开条不分切。为此，笔者设计了运输车辆专用鞍座，并在某内部运输车辆中使用专用鞍座结构。

由于ERW开条卷高度都会在1 800mm以下，所以如图4所示，当车辆发生倾斜而打破钢卷的平衡体系时，900mm高的鞍座壁可以给钢卷在摩擦力方向提供支撑力，保证了∑F＝0。同时，900mm高的鞍座壁高出钢卷重心的高度，这样也保证了∑M＝0。钢卷的平衡体系得到恢复，钢卷不发生倾翻。

三、结论

通过理论分析并结合现实情况，确定了钢卷的宽高比界限为7∶10。根据现状需求，把宽高比灵活应用于纵切生产实际中，确定了如下生产原则：冷轧薄板料，投料板坯在25t左右，纵切生产两条两分切；ERW料，纵切不分切，用专用器具运输。