熱軋不銹鋼退火酸洗線中活套的設(shè)計(jì)

姜榮昌，宋智良

我公司設(shè)計(jì)制造的酸洗連軋機(jī)組已經(jīng)有多臺(tái)套投產(chǎn)運(yùn)行。但是現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中，在活套設(shè)備部分總存在帶鋼跑偏的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響機(jī)組的生產(chǎn)效率。為此在設(shè)計(jì)50萬(wàn)噸1320不銹鋼退火酸洗線退火段活套時(shí)，在設(shè)備結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn)創(chuàng)新，以求徹底解決上述問(wèn)題。

該生產(chǎn)線來(lái)料為寬度800～1 300 mm、厚度2～6 mm的熱軋不銹鋼帶。活套的帶鋼存儲(chǔ)量大，為四層活套，最大儲(chǔ)量為480 m。機(jī)組出入口速度120 m/min，軋制速度60 m/min，鋼卷內(nèi)徑入口?760 mm，出口?610 mm，外徑?2 200 mm。

為確保帶鋼在活套內(nèi)不跑偏，此次設(shè)計(jì)的活套車部分增加了伺服對(duì)中機(jī)構(gòu)，并采用電纜滑車移動(dòng)配電。

1 活套整體布置

該退火段的臥式活套設(shè)置在退火爐下方，由活套卷?yè)P(yáng)機(jī)、活套車、活套中間車、伺服糾偏系統(tǒng)、鋼絲繩轉(zhuǎn)向滑輪等部分組成（見(jiàn)圖1）。當(dāng)活套充套時(shí)，活套卷?yè)P(yáng)機(jī)通過(guò)鋼絲繩轉(zhuǎn)向滑輪組帶動(dòng)活套車和活套中間車移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)充套；當(dāng)活套放套時(shí)，由鋼絲繩拉動(dòng)活套車及中間車實(shí)現(xiàn)放套。新增加的伺服糾偏系統(tǒng)安裝在活套車上，實(shí)時(shí)控制活套段帶材的運(yùn)行。

圖1 臥式活套整體布置圖

2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 活套車

活套車由車體、平臺(tái)、伺服對(duì)中液壓站、伺服對(duì)中液壓缸、糾偏輥及車體連接鉤等組成。在活套車的車體上固定有兩個(gè)動(dòng)滑輪組，用于牽引活套車。活套車的車頭部裝有凸輪，連接活套中間車。

針對(duì)帶鋼在活套輥上跑偏的問(wèn)題，此次設(shè)計(jì)中在活套車平臺(tái)上增加了由伺服對(duì)中液壓站控制的液壓缸對(duì)帶鋼實(shí)時(shí)糾偏，并且由于該退火段的活套是四層活套，所以采用的是雙糾偏技術(shù)；其中一套糾偏系統(tǒng)是將?1 500 mm活套輥的一端鉸接，另一端由伺服對(duì)中液壓缸控制，并且通過(guò)剛性連接與?400 mm的轉(zhuǎn)向輥聯(lián)動(dòng)。另一套糾偏系統(tǒng)不與轉(zhuǎn)向輥連接聯(lián)動(dòng)。

本次采用的對(duì)中檢測(cè)儀器是電容式探測(cè)器，其優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)帶材寬度發(fā)生變化時(shí)，無(wú)需重調(diào)探測(cè)器的位置，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中板帶運(yùn)行的波動(dòng)、板型翹曲以及波浪形帶邊缺陷等也不敏感；由于測(cè)量電路采用了先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，消除了寄生電容的影響，而且使用時(shí)無(wú)需再進(jìn)行標(biāo)定及其它人工調(diào)節(jié)，大大節(jié)省操作準(zhǔn)備時(shí)間；探測(cè)器采用鎧裝式結(jié)構(gòu)，能將傳感部件屏蔽保護(hù)起來(lái)，不會(huì)受到環(huán)境因素干擾，而且由于探測(cè)器以積木式架構(gòu)裝配成一體，易拆易裝，即使在現(xiàn)場(chǎng)穿帶時(shí)進(jìn)行安裝也十分方便且無(wú)需切斷或移去帶材，從此省卻以往需重新穿帶的麻煩。

2.2 活套中間車

由于此次設(shè)計(jì)活套的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，所以需要根據(jù)帶鋼的懸垂量設(shè)計(jì)活套中間車。活套中間車由托輥、車體、連接裝置等部分組成。

活套中間車的連接裝置由凸輪、連接鉤和定位裝置等部分組成。當(dāng)活套車充套時(shí)，各活套中間車依次通過(guò)車體上的凸輪與另一個(gè)車體讓連接鉤的連接付一同運(yùn)動(dòng)。當(dāng)中間車到達(dá)限位裝置時(shí)，由機(jī)械裝置將凸輪和連接鉤脫開(kāi)并實(shí)現(xiàn)活套中間車的定位，直到充套結(jié)束。

在中間車設(shè)計(jì)中，針對(duì)以往現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的托輥損壞問(wèn)題，對(duì)損壞托輥現(xiàn)場(chǎng)勘查研究后，發(fā)現(xiàn)根本原因在于托輥兩端的孔用彈性擋圈承載能力有限，當(dāng)帶鋼對(duì)托輥的拉力超過(guò)一定值時(shí)，擋圈就會(huì)斷裂。重新設(shè)計(jì)后，在新結(jié)構(gòu)中每層共設(shè)置2排4個(gè)托輥，當(dāng)帶鋼通過(guò)托輥時(shí)，可以大大地降低托輥彈簧卡環(huán)的受力，保證生產(chǎn)線的順利運(yùn)行。

2.3 活套移動(dòng)電纜車

由于在活套中設(shè)置了伺服對(duì)中系統(tǒng)，所以移動(dòng)供電成為設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的問(wèn)題。在該活套設(shè)備中采用了移動(dòng)滑車攜帶并存儲(chǔ)電纜（見(jiàn)圖2），當(dāng)活套車移動(dòng)時(shí)，也帶動(dòng)滑車在工字鋼軌道上移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)供電。應(yīng)用該結(jié)構(gòu)可以不受信號(hào)量的影響，且安裝拆卸都十分方便。

圖2 移動(dòng)電纜車

2.4 活套卷?yè)P(yáng)機(jī)

活套卷?yè)P(yáng)機(jī)是活套車的驅(qū)動(dòng)裝置。卷?yè)P(yáng)機(jī)由交流變頻電機(jī)通過(guò)齒輪箱傳動(dòng)卷筒牽引活套車運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將活套卷?yè)P(yáng)機(jī)安置在遠(yuǎn)離活套轉(zhuǎn)向滑輪組的位置，這樣可以保證卷?yè)P(yáng)鋼絲繩在繞進(jìn)和繞出卷筒時(shí)偏離螺旋繩槽兩側(cè)的角度不大于3°。鋼絲繩卷筒上帶有接近開(kāi)關(guān)，可以防止鋼絲繩纏繞。

卷?yè)P(yáng)電機(jī)上裝有檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速的增量型編碼器和380 V電磁制動(dòng)器，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制。

2.5 活套鋼絲繩裝置

活套部分有兩個(gè)滑輪組，分別用地腳螺栓把在地基上，通過(guò)滑輪組使鋼絲繩轉(zhuǎn)向。在鋼絲繩的固定端設(shè)有高性能緩沖器（見(jiàn)圖3），當(dāng)鋼絲繩過(guò)張力時(shí)，由相關(guān)接近開(kāi)關(guān)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

3 活套設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算

3.1 活套電機(jī)轉(zhuǎn)矩確定

活套電機(jī)的轉(zhuǎn)矩給定由多個(gè)變量決定，其公式如下：

式中，TM—活套電機(jī)轉(zhuǎn)矩（N·m）；TF—張力力矩（N·m）；T1—慣性力矩 （N·m）；TB—帶鋼彎

圖3 鋼絲繩固定裝置

曲力矩 （N·m）；TH—摩擦力矩 （N·m）；

△TF—張力力矩修正值（N·m）。其中：

式中，F(xiàn)—鋼絲繩設(shè)定張力（N）；D—卷筒直徑（mm）；i—速比。

慣性力矩T1主要考慮在充放套過(guò)程中卷?yè)P(yáng)機(jī)自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在加減速過(guò)程中產(chǎn)生的力矩，其值和加速度、卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)慣量有關(guān)。

式中，J0—卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg·m2）；a—加速度（m/s2）。

TB和帶鋼厚度H的二次方、帶鋼寬度W、帶鋼屈服強(qiáng)度σs成正比。

式中，W—帶鋼寬度（mm）；H—帶鋼厚度 (mm)；σs—帶鋼屈服強(qiáng)度 （N/mm2）。

TH一般視為常量，補(bǔ)償電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩2%以下。

活套建張完成后，將計(jì)算出電機(jī)轉(zhuǎn)矩做為給定值傳送至傳動(dòng)裝置。

3.2 緩沖器壓縮量選取

鋼絲繩固定端的高性能緩沖器是活套正常運(yùn)行的重要組成部分。應(yīng)根據(jù)鋼絲繩張力選擇高性能緩沖器（見(jiàn)圖4）。在機(jī)組正常工作的情況下，其壓縮量應(yīng)為147 mm。

3.3 活套帶鋼懸垂量分析

活套的中間車數(shù)量是通過(guò)帶鋼的懸垂量和帶鋼的材質(zhì)等因素確定的。

圖4 緩沖器力能曲線

式中，H—帶鋼的懸垂量（mm），ρ—帶鋼的密度（kg/mm3）；L—兩托輥之間的距離（mm）；T—帶鋼的張力（N/mm2）

可以看出，帶鋼的懸垂量與帶鋼的密度，兩托輥之間的距離和帶鋼的張力有關(guān)，對(duì)于本文的活套設(shè)備，則主要考慮帶鋼的張力和兩托輥之間的距離。帶鋼的張力和帶鋼的材質(zhì)有關(guān)，本文中的帶鋼張力T=7 N/mm2。活套中間車中兩托輥之間的距離L=16 800 mm。帶入公式（5） 中，經(jīng)計(jì)算H=4 mm。滿足帶鋼生產(chǎn)過(guò)程中的要求，活套的中間車設(shè)計(jì)合理。

4 結(jié) 語(yǔ)

該50萬(wàn)噸熱軋不銹鋼退火酸洗線是我公司第一條自主開(kāi)發(fā)的大型連續(xù)自動(dòng)化生產(chǎn)線。本文在解決以往生產(chǎn)線中出現(xiàn)的問(wèn)題的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出該新型活套設(shè)備。目前，該機(jī)組已經(jīng)投產(chǎn)，糾偏系統(tǒng)工作正常，沒(méi)有發(fā)生帶鋼跑偏和托輥損壞等問(wèn)題。

[1]電氣傳動(dòng)自動(dòng)化技術(shù)手冊(cè)/天津電氣傳動(dòng)設(shè)計(jì)研究所編著.2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.6.

[2]曲克.軋鋼工藝學(xué)【M】.北京.冶金工業(yè)出版社.1991.

[3]崔朋.1420mm冷連軋入口活套控制【J】.一重技術(shù).2011第1期（總139期） .

[4]馬桂敏等.板帶酸洗線臥式螺旋活套的設(shè)計(jì)分析.河北冶金,2007.

[5]孫業(yè)華、王珩.萊鋼1500 mm熱連軋活套控制技術(shù).中國(guó)鋼鐵業(yè),2007.