卷取夹送辊作用分析及其辊型配置

摘要:为寻找合适的卷取机夹送辊的辊型配置, 对卷取机卷钢过程中夹送辊的受力情况, 从带钢刚进入而又未到达卷筒时开始( 包括缠绕在卷筒上卷取3～ 5 圈后) 以及卷钢的中期, 进行了详细分析, 全面阐述了夹送辊在卷取带钢中所起的重要作用, 并结合生产实际情况给出了合适的夹送辊辊型配置, 即上夹送辊凸度为3.5 mm, 下夹送辊凸度为2mm。

地下卷取机夹送辊装置, 属于地下卷取机的重要组成部分 。其主要功能是将带钢头部预先弯曲, 便于带钢导向卷取机卷筒, 同时压紧带钢, 使夹送辊与卷取机卷筒之间形成一定的张力, 将带钢卷紧并 保证成品卷的塔形小于规定的范围。

笔者详细分析了夹送辊在卷取机卷钢过程中的受力情况, 即从带钢刚被咬入而又未达到卷筒时开始( 包括缠绕在卷筒上卷取3～5 圈后) 以及卷钢的中期和精轧机抛钢前 、后夹送辊的工作状况并结合实际生产情况优化了夹送辊辊型配置。

1 夹送辊在卷钢全过程中的受力分析

图1为夹送辊在卷钢全过程中的受力示意图。夹送辊的受力状况可按以下几个阶段分别讨论。

1.1 带钢刚进入夹送辊时

带钢刚进入夹送辊时所受的力由两部分组成: 一部分是由于夹送辊速度与带钢速度不同步而产生的摩擦力 ;另外一部分是使带钢产生塑性弯曲变形所施加的力 。可用弹塑性力矩方程来计算夹送辊的压紧力。

1.2 带钢卷到 3 ～ 5 圈时

带钢进入卷取机卷筒, 卷到3～5圈时, 卷筒二 次扩张到卷取直径, 这时夹送辊与卷筒之间产生张力, 夹送辊应该夹紧带钢, 不让带钢打滑( 如图 2 所 示) 。如图 3 所示, 设带钢张力为T, 夹送辊对带钢的夹持力为 N1 、N2, 带钢对夹送辊的反力为 P1 、P2, 二者大小相等, 方向相反 。在带钢张力的作用下, 夹送辊的压紧力应保证在拉应力的作用下夹送辊不打滑, 以此为条件可以得到下式[ 2] :

1.3 卷钢中期

在卷钢的中期, 夹送辊速度随精轧机和卷筒逐步提高, 夹送辊间隙调整到位后, 张力分配值趋于稳定值10%, 上 、下夹送辊速度几乎相同。同时, 夹送辊电流值趋近于零, 即俗称的“零电流控制” 。此时夹送辊受力比较小, 带钢平稳通过夹送辊缠绕在卷筒上 。卷取带钢的张力计算公式为[ 2] :

1.4 精轧机抛钢前后

在精轧滞后机架( F3 、F4 、F5) 抛钢后, 夹送辊进入第 1 次减速过程, 即精轧机与卷筒之间的张力逐 渐被夹送辊与卷筒之间产生的张力所取代的一个过程。当精轧机完全抛钢( 即F7抛钢) 后, 从计算机给定的减速点开始, 夹送辊进入第2 次减速过程, 夹送辊与卷筒形成的张力保证尾部带钢绷紧并平直地进入卷筒。

2 夹送辊辊型的配置

夹送辊辊型配置是热带钢卷取机重要的工艺参数之一, 它直接影响热轧成品带钢的质量。夹送辊在工作过程中受诸多因素的影响, 通过分析其中主要的影响因素, 确定辊型配置的基本原则, 然后修正实际应用情况, 可得到最适合的辊型配置。

2.1 夹送辊辊型的使用现状

夹送辊在带钢宽度方向上的磨损是导致夹送辊辊型改变从而降低夹送辊作用的主要原因。原技术规程中只对上夹送辊作了辊型要求( 见图 4) , 对上、 下夹送辊的硬度和辊径的要求分别是[ 3] :

上夹送辊硬度HS40～60, 920～880mm

下夹送辊硬度HS60～70, 460～450mm

但是在实际使用过程中, 夹送辊的使用寿命和 中期平稳工作期过短, 限制了热轧厂薄料的排程轧制量, 不利于充分发挥轧机的生产能力 。

2.2 夹送辊辊型配置分析

跟踪生产中使用的夹送辊, 记录其总轧制量以 及轧制薄料( h <2.5 mm) 的吨位, 同时测量上 、下夹送辊下机后的辊径 。辊型测量结果列于表1。夹送辊总轧制量及薄料轧制量见表 2 。

分析夹送辊的多条磨损曲线( 图 5) 得出以下两点:

①上夹送辊凸度偏小, 在轧制薄料1 500 t 后, 其 中部磨损部位的直径比其边部磨损部位的平均直径 小3 ～ 5 mm 。此时, 夹送辊已经起不到压紧夹持带钢的作用, 难以实现工艺上要求的夹送辊“零电流” 控制, 锯齿卷和塔形卷出现频繁, 产品质量明显下 降, 此时必须更换夹送辊 ;

②下夹送辊也有相当程度的磨损。由此可见, 下夹送辊的作用不仅仅局限于辊道传递。在轧制薄料时, 上、下夹送辊之间合理的速度匹配及对带钢施加适当的夹持力是保持良好卷形的保证。所以下夹送辊的作用不容忽视 。

薄料的轧制量增加造成夹送辊磨损量相应增大。适当增加上 、下夹送辊的辊型凸度, 可延长夹送 辊的使用寿命, 减少换辊次数, 同时使上、下夹送辊 的凸度具有更合理的分配 。其原因如下 :①夹送辊 凸度过大致使夹送辊与带钢之间的接触由面接触变为线接触, 从而增大了夹送辊与带钢间的压力, 造成带钢跑偏;②考虑到夹送辊受热膨胀的影响, 夹送辊 凸度不宜过大[ 4] 。

2.3 推荐的夹送辊辊型配置

基于以上分析, 经过试验和调整, 最终选用如图 6 所示的夹送辊辊型配置 。即上夹送辊凸 度 为 3.5mm, 下夹送辊凸度为 2 mm。调整上、下夹送辊辊型 后, 薄料生产顺利, 卷形良好, 卷取薄料吨位平均达 3 150 t( 如表3 所示) , 夹送辊更换周期也比原来延长 了2 倍, 夹送辊使用寿命得到大幅度提高 。

3 结 语

实践证明, 采用作者推荐的夹送辊辊型配置, 在保持良好卷形的前提下, 大幅度提高了夹送辊的使用寿命, 减少了换辊次数, 从而可提高产能、降低辊耗。