热轧带钢强力地下卷取机概述

2015-01-13黄焕江田小刚胡昌宗

冶金设备 2015年2期

黄焕江田小刚胡昌宗

(中冶赛迪工程技术股份有限公司重庆401120)

由于石化管线输送、工程机械、建筑及桥梁、海洋装备等高强度钢的强烈使用需求，热轧带钢产品的生产正不断向高强度宽厚规格方向发展;同时，热轧高强钢的生产由通过添加合金元素来提高产品性能指标转向通过低(微)合金化+高效冷却的低温生产工艺(即“以水代金”低成本)的长足发展，导致卷取带钢温度越来越低。因此，热连轧生产线地下卷取机必须满足对高强度钢宽厚规格低温卷取的强烈需求。

热轧高强钢(以管线钢、高强结构钢和热轧相变钢为典型)宽厚规格低温卷取生产，直接导致带钢弯曲穿带成卷困难、卷不紧易松卷、卷取冲击振动强烈等问题，普通地下卷取机无法解决，因此必须采用卷取能力和抗冲击振动能力更强的强力地下卷取机来满足生产。

2 强力卷取机的特点

2.1 强力卷取机必须具备的特点

1)能使高强度宽厚规格带钢头部顺利弯曲穿带卷取;

2)能提供足够强的卷取能力，使各种规格带钢卷取紧密不松卷;

3)能承受高强厚规格带钢的冲击(厚规格生产不采用热头热尾以减少损失)。

2.2 强力卷取机与普通卷取机的区别

目前，对强力卷取机还没有统一的定义，从国内外参考文献和相关实际工程应用可以初步归纳总结为以下几点:

1)卷取典型高强钢种范围

从表1 可见，强力卷取机与普通卷取机比较，除了完成普通卷取机所能卷取的产品规格外，在高强度钢宽厚规格的卷取生产还具有明显的优势，表现为:

表1 强力卷取机与普通卷取机卷取范围

(1)卷取产品强度级别更高:卷取温度下带钢屈服强度可达到1200MPa 甚至更高。

(2)卷取产品规格范围更广:卷取厚度可达到25.4mm甚至32mm，卷取宽度可达到2150mm 甚至3200mm。

(3)卷取温度更低:管线钢可低至300℃左右卷取，双(多)相钢和高强直接淬火钢低至100℃左右卷取。

2)卷取机的综合能力指标

经初步统计分析，强力卷取机与普通卷取机的综合能力衡量指标如下:

(1)可成卷的卷取能力指数ICC［=带钢宽度b ×(带钢厚度h)2×卷取温度下的屈服强度σst］:强力卷取机一般均在350kN·m 以上，而普通卷取机一般在200kN·m以下，部分可接近350kN·m。

(2)卷取机的卷取总张力大小

为保证卷取钢卷紧密不松卷、无层间滑移等钢卷品质缺陷，钢卷质量好，强力卷取机的卷取总张力一般在200kN 以上，目前最高需求可达近400kN，而普通卷取机卷取总张力一般小于200kN。

(3)卷筒传动力矩大小

强力卷取机的卷筒传动额定力矩一般可达200kN·m以上，而普通卷取机卷筒传动额定力矩最大约180kN·m。

3)抗冲击能力

强力卷取机在机架的强度和刚度、夹送辊的夹持能力、助卷辊的助卷能力、卷筒承载能力、卷筒传动系统抗冲击振动能力等方面明显比普通卷取机要强。

3 强力卷取机开发设计要点

针对高强钢种宽厚规格低温卷取的要求和特点，强力卷取机的开发设计必须要有针对性的解决措施，具体表现为:

1)针对弯曲穿带成卷困难的特点，需要采取的措施为:

(1)进行卷取穿带分析，优化确定合理的上下夹送辊的偏心距、夹送辊与卷筒之间的水平距离和垂直距离;

(2)夹送辊的夹持能力必须满足卷取极限规格带钢的弹塑性弯曲变形［1］和提供最大卷取张力的需要;

(3)夹送辊的入口需要增设辅助穿带装置，比如压紧辊和入口穿带导板等;

(4)助卷辊装置的结构及位置优化设计，助卷辊助卷能力要足以承受带钢头部冲击和弯曲变形抗力;

(5)夹送辊和助卷辊的位置和力的控制须采用液压伺服动态控制。

2)针对卷紧困难易松卷的特点，需要采取的措施为:

(1)对高强条件下的卷取品质进行分析，优化确定合理的卷取张力，确保带钢卷紧不松;

(2)钢卷卸卷和打捆前的钢卷运输须考虑辅助压卷装置，避免散卷或钢卷侧翻发生;

(3)须考虑采用强力打捆机及打捆带，确保钢卷打捆后不断带松卷。

3)针对卷取冲击振动大的特点，需要采取以下措施:

(1)夹送辊和卷取机机架整体的强度、刚度要足够大，抗冲击和倾翻能力强;

(2)夹送辊的出口活门装置须特殊设计，以减轻高强厚规格带钢对夹送辊的冲击，提高夹送辊有载辊缝的稳定性;

(3)针对卷取机传动系统的振动分析，设计中要充分考虑系统的振动固有频率、轴系临界转速，以避免产生破坏性振动。

4)卷取机传动参数的确定，要确保提供足够强的传动力矩，以满足带钢弯曲和最大卷取张力矩的需要。

5)卷筒结构及材质优化与加强，卷筒胀缩液压缸的能力加强，以提高卷筒的承载能力，必要时，须采用变规格卷筒生产。

4 强力卷取机的技术现状及发展趋势

为解决高强度钢宽厚规格低温卷取穿带成形困难、卷取生产冲击振动强烈等问题，强力卷取机技术于2006 年左右开始在国外钢厂得到实际应用。

国内强力卷取机的发展，从2008 年12 月投产的本钢2300 热轧3 号卷取机具有部分强力特点，到2011 年12 月由中冶赛迪自主开发设计的强力地下卷取机在攀西2050热轧成功投产应用开始，后续新增(新建)的太钢2250、包钢2250、八钢1750 和燕钢1780 的3 号卷取机，升级改造的武钢2250 热轧3 号卷取机，建设中的湛江2250 卷取机，以及筹建中的防城港2050 和某3352 热轧新建卷取机，都相继采用了强力卷取机技术，使得强力卷取机的应用呈现出快速发展的趋势。

目前，国内外具有自主知识产权的强力地下卷取机技术主要包括西马克的UNI PLUS 三助卷辊强力卷取机、西门子奥钢联和三菱日立的四助卷辊强力卷取机［2］［3］，以及中冶赛迪自主开发的3.5 辊助卷强力地下卷取机，都具有卷取管线钢X80、X100 等高强度钢的生产能力。不同技术在本质上都是从解决高强度带钢头部如何预弯曲并顺利穿带、强化夹送辊的夹持力及辊缝控制稳定性、助卷辊的助卷及辊缝控制能力、以及卷取机的抗冲击振动能力等方面作出重大改进和创新，提高卷取机的卷取能力。但不同的强力卷取机技术在具体实现方式上都具有各自不同的特点。

中冶赛迪针对高强钢卷取特点，通过对高强条件下的卷取张力与卷取钢卷品质的研究、卷取穿带分析、卷取传动参数的分析和卷取机传动系统振动等的理论研究，自主开发设计并成功应用于攀西2050 热轧的强力地下卷取机具有以下主要特点:

1)采用了一种具有分规格出口活门控制技术、液压伺服辊缝控制的强力封闭式牌坊夹送辊装置的专利技术，整体强度、刚度好，抗冲击和倾翻能力更强，与卷取机之间的相互位置关系布置更灵活;厚薄规格带钢生产活门控制更灵活，可减小厚规格穿带对活门的冲击;夹送辊的辊缝控制稳定性和夹送能力更强，满足高强钢的生产需要。

2)采用了整体式强力机架并具有高低速自动换挡功能、3.5 辊助卷技术和AJC 自动踏步功能的全液压伺服控制强力地下卷取机，有利于品种规格变化范围较大的带钢卷取时主电机能力的充分发挥，有效降低装机容量，同时保证对高强钢厚规格带钢的可靠卷取。

3)采用液压伺服控制的同步强力侧导板，可保证带钢卷取的对中和塔形控制。

4)卷取能力和技术水平达到国际先进水平，是目前国内自主开发设计卷取能力最强的地下卷取机，可卷取X100:20mm×1900mm。

从马钢2250、邯郸2250 热轧等提出对原3 号卷取机改造为更强力卷取机的需求，以及中冶赛迪承接的国内某3352 热轧强力地下卷取机的生产要求看，强力卷取机技术正向卷取生产高强度特宽特厚超低温(近乎冷态)的卷取方向发展。