滾盤式冷床本體的設計與改進

熊金猛， 徐景秀

（1.中冶南方工程技術有限公司，武漢430223；2.鄂東職業技術學院，湖北黃岡438000）

1 引 言

目前我國建成投產和在建的中厚板生產線上，配備了不同型式和不同面積的冷床。冷床主要作用有兩方面：一是冷卻軋后鋼板，二是在軋制線和剪切線之間形成一個緩沖區域，匹配前后生產區域的能力。冷床的確定過程是對其寬度、面積、設置數量和布置型式等的選擇過程。在這個過程中，首先應根據總圖條件、物流安排、廠房設計和預留發展等要求提出初步方案，在此基礎上，再綜合軋機產量和軋制鋼板的規格及比例等因素進一步調整、完善和優化，并最終確定其參數和布置［1，2］。

中厚板生產采用冷床型式主要有步進（運載格板）式、滾盤式、鏈子格板式、滾動爪子式及載鏈式等5 種。目前國內外用得最多的是步進式和盤輥式冷床。

步進式冷床由具有良好平面性的多組固定托架和多組移動托架組成。這種冷床具有鋼板下表面不被劃傷、散熱好、冷卻效率高、面積利用率高、冷卻均勻、便于操作的優點，但存在結構復雜、一次性投資大、使用維護要求較高、故障多的缺點。一般中大型冷床使用步進式較多。

滾盤式冷床：它由若干根電機單傳的軸組成，軸上安裝一定數量的滾盤，并通過滾盤的旋轉帶動鋼板橫移。這種冷床具有鋼板下表面不被劃傷、散熱好、冷卻效率高、面積利用率高、冷卻均勻、內應力小、鋼板不平度小、便于操作的優點，結構比步進式冷床簡單，一次性投資比步進式冷床小。一般中小型冷床使用滾盤式較多［1，2］。本文就滾盤式冷床本體設計流程與一些改進辦法做簡要介紹。

2 關鍵參數的確定

圖1 滾盤式冷床本體結構

以筆者設計過的一套中小型冷床為例，來料鋼板厚度規格12～32mm，寬度規格800～1600mm，年產量20 萬t。鋼板長度：3～13mm，鋼板溫度：200℃～700℃，鋼板最大重量：6.5t。冷床結構如圖1 所示。

受工廠布置的限制。冷床寬度取13m，根據冷床冷卻能力的參考文獻［3-5］，以及與別的寬厚板廠生產能力及冷床面積的比對，冷床的長度取55m。在冷床的位置和形式確定后，即可進行冷床的詳細設計。

2.1 滾盤軸間距

滾盤軸間距必須小于鋼板最小寬度的1/2。本例中必須小于400mm，考慮到該廠鋼板規格較薄且材料密度分布均勻，可選擇滾盤軸間距為390mm。滾盤軸間距越大，對鋼板下表面散熱越有利。

2.2 滾盤外徑

滾盤主要承受高溫鋼板的壓力以及與鋼板之間的摩擦力，故要求滾盤耐高溫、耐磨。滾盤外徑大小的選取主要考慮如下方面：（1）滾盤的半徑不得大于滾盤軸間距與滾盤軸隔熱套筒半徑之差。（2）滾盤外徑越大，鋼板離滾盤軸越遠，對鋼板的散熱越有利，對滾盤軸的受熱變形有利。（3）托輪裝置潤滑點非常多，離高溫鋼板距離越遠對潤滑系統越有利。（4）滾盤是冷床的主要易損件，滾盤越大，備件成本越高。

因此在經濟允許的情況下選擇大直徑滾盤。本項目中滾盤外徑取為500mm。

2.3 滾盤軸直徑

滾盤軸主要承受滾盤傳遞過來的壓力和電動機傳來的扭矩。故要求滾盤軸要有足夠的強度和剛度。滾盤軸的強度和剛度復核需考慮彎曲和扭轉，一般情況下。強度都可以滿足要求，而剛度需要復核。

第一是軸的扭轉，要求電機端與非電機端的扭轉角越小越好，以防止冷卻過程中，鋼板在滾盤上發生跑偏事故；第二是軸的彎曲，即撓度問題，要求在冷床寬度方向上的撓度越小越好。最后，滾盤軸在長期高溫受熱輻射情況下易發生變形：（1）容易造成滾盤間有速度差，從而易造成鋼板下表面劃傷；（2）影響滾盤頂面標高，造成滾盤更易受鋼板撞擊、損壞。因此軸越粗越好，但是軸徑過大，會使設備投入增加，且會增加電機功率。本項目中滾盤軸為φ152mm 階梯軸，軸的最大撓度約為0.39mm，最大扭轉角度約為0.35°。

2.4 電機的選擇

滾盤軸電機可參照輥道電機的計算公式來選擇［6］。

則啟動力矩為：M＝M1＋M2

本設計中滾盤軸電機啟動力矩為M＝M1＋M2＝85.9＋1956.7=2042.6N·m，工藝要求鋼板運動速度為0.2m/s，最終選擇的電機為SEW R97DRE90M4，P=1.1kW；Na=8r/min；Ma=1310N·m；啟動最大扭矩過載能力為3.6 倍。最大靜力矩、啟動力矩均滿足要求。

3 冷床的改進

3.1 滾盤軸間聯軸器的改進

圖2 改進型套筒聯軸器

以往冷床滾盤軸間的聯軸器有凸緣聯軸器、夾殼聯軸器、滑塊聯軸器等，現采用改進型套筒聯軸器，如圖2 所示。采用該種聯軸器的好處是：（1）套筒聯軸器中間軸四個弧形面與套筒四個平面的接觸面積大，同時受力面積也大，所以承載能力比一般聯軸器大。（2）結構簡單，造價比其他聯軸器都低。（3）兩邊的套筒有一定的角度補償，對滾盤軸的安裝精度誤差有補償作用，抗沖擊性能好。（4）中間軸能串動，因此對滾盤軸的安裝也是相當有利的，且能補償滾盤軸的熱膨脹。（5）套筒分為兩部分，中間用鉸制孔螺栓聯接。使得滾盤軸的更換更便利。

3.2 滾盤軸的改進

滾盤軸一般用調質后的圓鋼加工而成，直徑越大則抗扭截面系數越大，但是也會導致設備投資費用增大，本項目中滾盤軸為φ152mm 階梯軸，經過初略計算，滾盤軸電機在啟動時，滾盤軸非電機側與電機側扭轉角度為0.35°，因滾盤外徑為500mm，鋼板運動時，非電機側比電機側滯后1.5mm。且每根滾盤軸裝配還有兩個套筒聯軸器，這樣鋼板運動時兩側滯后會更大?？紤]到冷床長度較長，有可能造成鋼板運動時傾斜而造成事故。故將電機布置改為以下形式：即相鄰兩根滾盤軸裝配電機朝向不同，這樣鋼板兩側的運動滯后就可以相互補償。

此外，此種設計還有一個好處，以前各種參考資料中滾盤軸A 和滾盤軸B 是不同的，改進后，滾盤軸A 和滾盤軸B可以設計為相同，這對滾盤軸的制造安裝都是有利的。

圖3 滾盤軸電機布置的改進示意圖

4 結 語

通過精密的計算與改進后，不僅減小了加工難度，也使該滾盤式冷床設計得更加合理，制造，安裝費用都有所降低，修改后的滾盤式冷床在實際使用中也取得了不錯的效果，現場鋼板無跑偏，下表面無劃傷。

［1］ 張景進.寬厚板生產［M］.北京：冶金工業出版社，2005.

［2］ 馬少飛.寬厚板冷床的技術特點分析［J］.軋鋼，2009，26（6）：43－45.［3］ 陳瑛.中厚鋼板冷床的選擇［J］.寬厚板，2002，8（4）：27－30.

［4］ 李龍，胡小卓.寬厚板生產線上冷床長度的優化方案［J］.寬厚板，2010，16（2）：9-12.

［5］ COLAS R，et al.Computed Temperature Profiles of Hot Rolled Plate and Strip during Accelerated Cooling［C］//Proceedings of the International Symposium on Accelerated Cooling of Rolled Steel，Winnipeg，Canada，Pergamon press，London，1987：121-130.

［6］ 鄒家祥.軋鋼機械［M］.北京：冶金工業出版社，2004：436-438.

［7］ 李曉紅，郭靖.滾盤式冷床的設計與應用［J］.山東冶金，2002，24（5）：20-22.