高速線材精整收集設備設計和工藝選型分析

程知松 徐言東 蘇儉華

(1:北京科技大學高效軋制國家工程研究中心 北京100083; 2:太重煤機有限公司設計院 山西太原030000)

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高速線材精整收集設備設計和工藝選型分析

程知松①1徐言東1蘇儉華2

(1:北京科技大學高效軋制國家工程研究中心 北京100083; 2:太重煤機有限公司設計院 山西太原030000)

對高速線材精整區四大類型的設備(摩根型、西馬克型、達涅利型及森德斯型)進行了詳細的描述，指出了每類設備的優缺點，提出了“在新設計生產線時，可考慮采用不同的組合方式”這一觀點，使用戶以較少的投資獲得最佳的線材精整收集效率和收集質量。

高速線材 收集設備 設計 選型

1 概述

高速線材生產線在吐絲機出口處一般設散冷輥道風冷線(輥道下面配大功率軸流風機，輥道上面配保溫罩)，含特殊鋼的生產線設在線淬火水箱或者保溫集卷桶，和吐絲機出口處的散冷輥道及冷卻風機做在一個框架上，通過橫向移動框架切換冷卻工藝。經過冷卻后的線卷進入集卷站，將散落在輥道上的線圈收集成卷，然后送往打捆機進行壓緊打捆，最后稱重，卸卷，由天車吊至成品堆放場。目前，國外的高線成套設備典型代表是三家，即意大利達涅利公司、美國摩根公司(現歸屬SIEMENS-VIA)及德國西馬克公司，收集設備還有瑞典森德斯公司。我國高線設備基本是轉化這些國外公司的技術進行國內制造或者直接引進的。

2 幾種設備工藝特點分析

上述四家公司的線卷收集設備在國內都有使用，各自特點分析如下。

2.1 摩根型

此類型的設備在國內應用最多，工藝流程如下：

集卷—雙芯棒收集—運卷小車上PF線—修剪—臥式打捆—稱重—卸卷收集典型的年產60萬t高速線材精整區設備平面布置如圖1所示。

圖1 摩根型高線精整設備布置

1-散冷輥道; 2-集卷站; 3-運卷小車; 4-PF線; 5-打捆機; 6-稱重裝置; 7-成品卸卷站

摩根型集卷筒帶布料器，其設計目的是將從散冷輥道上拋下的線圈在鼻錐周圍均勻分布，布料器是一截帶舌頭的筒，隨筒旋轉。線圈布置均勻，可以降低線卷高度200mm～300mm，美觀線卷外形，提高打捆質量。由于布料器和鼻錐之間縫隙較小，經常出現卡鋼，尤其是線材尾部不整齊或者軋制大規格產品輥道給力不夠時卡鋼事故突出，因此，許多廠家均將此布料器拆除。

摩根集卷采用由電機驅動旋轉的互成90°的雙芯棒，集卷筒中的鼻錐升降由芯棒內部液壓缸推桿實現，鼻錐容易對中。當集完一根坯料的線卷時，芯棒由垂直狀態旋轉至水平狀態，由運卷小車將線卷從芯棒上托起，送至PF線的C型鉤上。在運卷小車上面有線卷端部壓板，避免線卷頭部亂卷現象的發生。摩根型運卷小車線卷托盤升降行程小，運卷過程平穩，基礎坑淺，小車必須在等待位置上等芯棒旋轉到位后，再運行至芯棒下面，避免旋轉時碰到小車，因此，PF線的中心線距離集卷站中心較遠，約12.2m。芯棒旋轉電機位于地面上，便于維護。集卷站立面圖如圖2所示。線圈進入集卷筒的操作面較高，為+8.521m。

線卷由運卷小車送到PF線的C型鉤上，繼續下一步工序。PF線是一種鏈條牽引的由PLC控制的集散型運輸線，在各工序均有信號通訊實現啟停及運行路線控制。摩根型C型鉤為中心單點懸掛，支架結構簡單，但對線卷對中要求較高，經常出現中心偏離造成C型鉤傾斜甚至脫鉤現象發生。線卷在PF線上邊運行，邊冷卻。在修剪處暫停，由人工剪切線卷頭尾，在C型鉤外側切頭，方便取出，在內側切尾，若剪2～3圈，則不方便取出，剪1圈可能切不完尺寸超差部分，這是摩根型布置的缺點。

圖2 摩根型集卷站立面圖

1-集卷筒; 2-旋轉雙芯棒; 3-運卷小車; 4-PF線上的C型鉤

線卷經過修剪工序后，進入打捆機進行四道次捆扎。年產60萬t高線，一臺全自動臥式打捆機即可滿足要求，通常備用一臺半自動機械式打捆機或者全自動打捆機。打捆過程如下：

C型鉤停止—線卷壓緊—四槽穿線—打捆頭扭結—剪線—打捆頭退回—壓卷液壓缸退回—C型鉤運行

摩根型打捆機穿線系統不是很合理，經常出現故障，目前市場已逐步被森德斯和西馬克取代。

線卷經過打捆后到達稱重工位，稱重裝置為獨立的液壓缸升降裝置，托盤下面安裝壓力傳感器，線卷停止運行，在靜態下完成稱量工序，精度高。線卷繼續運行至成品卸卷站。年產60萬t高線，設一個四工位的卸卷站即可滿足要求，采用電磁吊車一次吊運四卷成品，也有設兩個雙工位的卸卷站，采用C型鉤吊具，一次吊運兩卷成品。成品卸卷小車有一個液壓缸驅動升降，橫移運行采用電機或者液壓馬達。

2.2 西馬克型

西馬克的精整收集工藝布置和摩根非常相似。設備上的區別分述如下：

集卷筒上部取消了布料器，總高度略低，操作面標高+8.00m。筒內的鼻錐是由筒外側的3個液壓缸托起的，由于3個液壓缸的同步性較難控制，因此，容易造成鼻錐不穩出現亂卷現象。

旋轉雙芯棒的驅動由一個液壓缸完成，液壓缸安裝在地下，不好維護。西馬克運卷小車升降由一個液壓缸驅動，升降行程1.20m，在芯棒下面不影響芯棒旋轉，取消了摩根的等待位，因此，PF線中心和集卷站中心距離可以縮短至7.20m，這是它的優點，但是，由于線卷在運卷小車上重心高，運行過程不如摩根的穩定。

西馬克打捆機吸收了森德斯穿線技術，故障率較低，近幾年得到較多應用。

2.3 森德斯型

此類型的設備近幾年在國內應用較多，工藝流程如下：

集卷—卷芯架收集—滾床運輸—翻卷切尾—滾床運輸—翻卷運卷小車上PF線—切頭—臥式打捆—稱重—卸卷收集

典型的森德斯型精整區設備平面布置如圖3所示。

圖3 森德斯型精整區平面布置

1-散冷輥道; 2-集卷站; 3-滾床; 4-翻卷切尾; 5-翻卷卸卷上PF線; 6-PF線切頭; 7-打捆機; 8-稱重裝置; 9-四工位成品卸卷站

森德斯集卷站包括布料器、集卷筒，配合卷芯架對線圈進行收集。其布料器由于設計的現狀合理及材質耐磨性能好，得到較好應用，比不使用布料器時的線卷高度低200mm～500mm，尤其對螺紋鋼盤卷，可以獲得較小的成品捆高度，便于汽車運輸。集卷筒內的鼻錐是由卷芯架托起的，容易對中，穩定，在卷芯架下面是一個液壓缸機構，提供鼻錐升降動力。森德斯的集卷站立面圖如圖4所示。最高處操作面標高為6.227m，較摩根和西馬克型集卷站低，適合較大卷重如3t的線材生產，特別適合老車間改造由于廠房高度不夠的情況，這是它的優點。

集完線材的卷芯架在輥床上移動，滾床結構分三軸、四軸和六軸，根據需要進行不同組合，每個滾床由一臺交流變頻電機驅動兩側的導輥，中間有導向槽。不同位置的滾床具有不同功能，如集卷站下面的滾床可以升降，拐彎處滾床可以平面旋轉90°，翻卷機處滾床被向下翻轉90°，卷芯架在滾床上的位置及動作全部由PLC控制。卷芯架在升降或者翻轉時需由液壓缸鎖緊。

圖4 森德斯集卷站立面圖

如果需要對線材進行切頭尾，可在滾床上設計一個切尾工位，安裝一個翻卷機即可。翻卷動作由一個液壓缸完成，翻卷機的結構如圖5所示。

圖5 線卷翻轉上PF線示意圖

1-翻卷機; 2-卷芯架; 3-PF線的C型鉤; 4-運卷小車

森德斯的精整后部工序還是將線卷送至PF線進行臥式打捆，如圖5。線材切頭可以在PF線的C型鉤上操作。線卷上PF線動作過程類似于摩根和西馬克型，首先由翻卷機將卸卷翻轉成水平狀態，由運卷小車托臂伸進線卷內部舉起線卷橫移上C型鉤，再下降退出C型鉤位置，比西馬克型多了一個等待位。森德斯的運卷小車托臂較單薄，導致卷芯架底部的幾圈線材經常脫鉤，不如摩根型運卷小車端部帶壓板的結構好，這是它的缺點。但是森德斯的PF線C型鉤吊掛方式比摩根好，其巧妙地將滾床結構反向朝下，兩個掛點使得C型鉤即使在線卷不對中情況下也不至于傾斜，這是它的優點，但結構復雜一些，拐彎處均為直角旋轉，不像摩根型的弧形彎道，投資稍高。

森德斯打捆機是目前世界上最好的打捆機，結構設計合理，打捆質量好。應用較多的是臥式打捆機配合PF線使用，也有立式打捆機產品，配合卷芯架和滾床使用，應用較少。

線卷打捆后，沿PF線分別進入稱重工位和卸卷工位，和摩根型相同。

2.4 達涅利型

達涅利早期產品為全部卷芯架收集，配套立式打捆機，其典型的精整收集設備布置如圖6所示。

圖6 達涅利卷芯架收集布置圖

1-散冷輥道; 2-集卷站; 3-滾床; 4-運卷小車; 5-翻卷機; 6-立式打捆機; 7-成品卸卷站

達涅利的集卷站和森德斯類似，線材收集在卷芯架上，卷芯架在滾床上運行。滾床中間沒有導向槽，結構比森德斯的簡單。線卷切頭尾需要通過四個翻卷機及一個運卷小車實現。如圖6中修剪區，線卷首先在第一個翻卷機處翻轉成水平狀態，人工切尾，然后返回移至第二個翻卷機處翻轉成水平狀態，同時有一液壓升降的運卷小車將線卷托上對面空的卷芯架上，相當于對線卷調頭，然后將第三個翻卷機轉成立式狀態，移至第四個翻卷機處，進行線材切頭操作。翻卷機結構和森德斯類似。完成切頭尾的線卷隨著卷芯架進入立式打捆機，進行壓緊，四道次打捆，再移出打捆機，由滾床送至成品卸卷站，此處設第五個翻卷機將線卷翻轉成水平狀態，由液壓升降的卸卷小車將線卷移至成品臺架上。卸卷小車上安裝了壓力傳感器對線卷進行稱重。

此種工藝布置占地面積小，適合改造項目場地不夠的情況，由于翻卷機數量多，操作節奏慢，不適合產量高的生產線。近期的達涅利工藝布置也大多引進了森德斯的設備。

2.5 特點比較

綜合前面描述，總結四家公司高線收集設備特點列于表1。

表1 四家公司高線收集設備特點比較

3 結束語

1)高速線材精整收集設備四大類型，各有特點，設計時應根據現場情況進行合理布置，同時，應從投資、維護、生產能力及成品收集外觀質量四個方面綜合考慮。

2)針對四大類型的優缺點，設計時可考慮揚長避短，采取不同的組合，如將西馬克的運卷小車經過加固后和摩根集卷站組合，縮短PF線中心線與集卷站中心的距離。再如將摩根的運卷小車與森德斯卷芯架結合，避免上PF線時線卷端部幾圈易發生的脫鉤現象。目前將摩根的PF線和森德斯的集卷站及卷芯架結合的生產線較多。

[1]《高速軋機線材生產》編寫組.高速軋機線材生產.北京:冶金工業出版社，1995.

Design and Technological Selection of High-speed Wire Rod Finishing and Collecting Equipment

Cheng Zhisong1Xu Yandong1Su Jianhua2

(1:NERCAR of Beijing University of Science and Technology, Beijing 100083; 2:Design Institute of Taiyan Heavy Coal Mine Machinery Co., Ltd, Taiyuan 030000)

This paper has given out a detailed description on four type of equipment (Morgan type, and SMS type, and Danieli type and the Sund Birsta type) in high-speed wire rod product line finishing area, meanwhile pointed out their advantages and disadvantages of each type equipment, and put forward a view that during the design of new product line, the different type equipment combination should be considered, to make user to obtain the best wire rod collection efficiency and products quality by less investment.

High-speed wire rod Collecting equipment Design Selection

程知松，男，1967年出生，畢業于北京科技大學，碩士，副研究員,從事防線軋鋼新工藝新技術方面的研究

TG333.62

B

10.3969/j.issn.1001-1269.2014.01.017

2013-07-15)