習(xí)中革，俞鋼強(qiáng)，仲海峰，劉燦樓
（北京鋼研新冶工程設(shè)計(jì)有限公司，北京?。保埃埃埃福保?/span>
摘 要：介紹了自主設(shè)計(jì)制造的碳鋼和不銹鋼兩用拉矯修邊機(jī)組的工藝布局、機(jī)械設(shè)備、電控系統(tǒng)的特點(diǎn)，該機(jī)組設(shè)有兩彎兩矯型拉矯機(jī)、窄搭接電阻焊機(jī)和鈹青銅焊輪、二輥式大輥徑張力輥、卷紙機(jī)、烘干機(jī)、墊紙機(jī)、涂油機(jī)、張力分區(qū)控制系統(tǒng)和ＣＰＣ糾偏控制系統(tǒng)等先進(jìn)裝備。同時(shí)指出，帶鋼拉矯精整技術(shù)有向?qū)捓C范圍、高的板材平直度和最小的內(nèi)部殘余應(yīng)力方向發(fā)展的趨勢(shì)。
關(guān)鍵詞：拉矯機(jī)組；工藝布置；圓盤(pán)剪；窄搭接電阻焊機(jī)；張力控制；糾偏控制
１概述
拉矯工序經(jīng)常被集成應(yīng)用于帶鋼連續(xù)精整機(jī)組，如連續(xù)熱鍍鋅［１，２］、連續(xù)退火機(jī)組以及連續(xù)平整拉矯機(jī)組等，作為核心工序可設(shè)立獨(dú)立的拉矯機(jī)組。拉矯結(jié)合運(yùn)用拉伸和矯直，以較小的張力使帶鋼產(chǎn)生較大的塑性變形，可以提高板帶的力學(xué)性能和改善板形；可以消除帶鋼的邊浪、中浪、鐮刀彎和瓢曲等三維板形缺陷，改善材料的各向異性［１］，均勻應(yīng)力，消除內(nèi)部蠕變，提高材料的深沖性能；通過(guò)拉矯可以使材料內(nèi)部的纖維組織趨于同長(zhǎng)［２］，避免縱剪分條后長(zhǎng)短不一；對(duì)于有明顯屈服平臺(tái)的材料，可通過(guò)控制延伸率，消除屈服平臺(tái)，有利于消除滑移線。
某新投建的不銹鋼、普碳鋼兩用拉矯修邊機(jī)組原料為不銹鋼冷軋板帶，也可以是冷軋、退火或平整后的普碳帶鋼，拉矯后的板帶流向電鍍錫機(jī)組和縱剪機(jī)組等。該機(jī)組可處理厚度為０．２～１．０ｍｍ、最大寬度為１２５０ｍｍ的帶鋼，機(jī)組最高速度可達(dá)１８０ｍ／ｍｉｎ，最高年產(chǎn)量可達(dá)１５萬(wàn)ｔ，最大卷 重２５ｔ，碳 鋼 原 料 卷 材 質(zhì) 主 要 為ＳＰＣＣ、ＳＰＣＤ、ＳＰＣＥ、Ｓｔ１３、Ｓｔ１４和ＭＲ等，不銹鋼卷材質(zhì)主 要 為０Ｃｒ１３、１Ｃｒ１３、０Ｃｒ１８Ｎｉ９、００Ｃｒ１８Ｎｉ９、０Ｃｒ１７Ｎｉ１２Ｍｏ２、
００Ｃｒ１７Ｎｉ１４Ｍｏ２。
２拉矯修邊機(jī)組的工藝布置
該機(jī)組采用先拉矯后修邊的工藝，通過(guò)圓盤(pán)剪對(duì)拉矯后的帶鋼進(jìn)行修邊來(lái)保證成品帶鋼的寬度，其工藝流程見(jiàn)圖１。原料鋼卷被開(kāi)卷機(jī)從上方打開(kāi)帶頭，帶鋼經(jīng)過(guò)穿帶臺(tái)、夾送輥至入口剪，切掉損壞的帶頭帶尾；帶鋼前行至焊機(jī)與上一卷的帶尾焊接在一起，焊機(jī)后設(shè)夾送輥，用于反向拉回帶尾至焊機(jī)，１＃張力輥也協(xié)助反向拉帶，上下兩片焊輪將帶鋼頭尾夾在中間，完成焊接。１＃和４＃張力輥形成所需的拉矯張力，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，５＃張力輥牽引帶鋼實(shí)現(xiàn)修邊，圓盤(pán)剪前設(shè)ＣＰＣ對(duì)中控制糾偏裝置，以使高速運(yùn)行的帶鋼能夠?qū)χ羞M(jìn)入圓盤(pán)剪，剪切廢邊由廢邊卷取機(jī)卷繞成卷，拉矯過(guò)的帶鋼在檢查臺(tái)由操作人員進(jìn)行外觀檢查。如果需要，由涂油機(jī)對(duì)普碳帶鋼涂以防銹油。在皮帶助卷器協(xié)助下，合格的帶鋼被重新卷繞為成品卷，不銹鋼卷層間墊以包裝紙以防出現(xiàn)層間劃傷。
３拉矯修邊機(jī)組的設(shè)備特性
３．１設(shè)有卷紙機(jī)、烘干機(jī)、墊紙機(jī)和涂油機(jī)
圖１中的卷紙機(jī)、烘干機(jī)和墊紙機(jī)是專門為不銹鋼帶鋼拉矯設(shè)置的，拉矯機(jī)內(nèi)設(shè)噴管和噴嘴，帶鋼矯過(guò)程中可以噴灑拉矯液。烘干機(jī)采用循環(huán)熱風(fēng)以烘干濕拉矯后的帶鋼，卷紙機(jī)跟隨機(jī)組運(yùn)行將包裝紙從帶鋼層間拉出，墊紙機(jī)位于卷取機(jī)卷筒上方，可以跟隨卷取機(jī)ＥＰＣ（對(duì)邊控制）進(jìn)行浮動(dòng)。對(duì)于不銹鋼，必須在卷取的同時(shí)在層間墊紙，以防止摩擦導(dǎo)致不銹帶鋼表面損傷，涂油機(jī)僅用于碳鋼拉矯。
３．２張力分區(qū)控制和糾偏控制
該機(jī)組針對(duì)入口段、工藝段和出口段３個(gè)區(qū)段實(shí)現(xiàn)分區(qū)段張力控制。設(shè)置有５套張力輥，其中開(kāi)卷機(jī)和１＃張力輥構(gòu)成入口段張力，２＃和４＃張力輥構(gòu)成拉矯工藝段張力，拉矯機(jī)位于這兩個(gè)張力輥之間，５＃張力輥和卷取機(jī)構(gòu)成出口段張力。
在５＃張力輥的拉動(dòng)下，帶鋼的兩邊可以在圓盤(pán)刀旋切下實(shí)現(xiàn)修邊，通過(guò)ＰＬＣ電控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)主動(dòng) 剪 和 被 動(dòng) 剪 的 切 換。為 開(kāi) 卷 機(jī) 設(shè) 置 了ＣＰＣ糾偏控制系統(tǒng)，在圓盤(pán)剪前設(shè)置ＣＰＣ糾偏控制系統(tǒng)，為卷取機(jī)設(shè)置對(duì)邊ＥＰＣ控 制系統(tǒng)，ＣＰＣ控制精度為±１ｍｍ，ＥＰＣ控制精度可達(dá)±０．５ｍｍ，每個(gè)工藝區(qū)段設(shè)置一個(gè)操作臺(tái)，操作臺(tái)
有聯(lián)鎖設(shè)置，各區(qū)段的速度、跑偏和張力由操作者單獨(dú)控制或聯(lián)合控制，在拉矯機(jī)、剪切機(jī)、圓盤(pán)剪和廢邊卷取機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備旁設(shè)有機(jī)旁操作箱。
３套糾偏系統(tǒng)與張力控制的協(xié)同作用可使機(jī)組高速、穩(wěn)定、對(duì)中地連續(xù)運(yùn)行。
３．３選用窄搭接電阻焊型焊機(jī)和鈹青銅焊輪
選用窄搭接電阻焊型焊機(jī)和鈹青銅焊輪，鈹青銅具有高導(dǎo)電性、高強(qiáng)高彈性、高耐磨性，可以承受火花、腐蝕及應(yīng)力松弛。焊輪工作時(shí)內(nèi)通循環(huán)冷卻水，所以內(nèi)部通過(guò)大電流時(shí)其不會(huì)產(chǎn)生變形。一旦焊輪發(fā)生氧化影響焊接質(zhì)量，操作人員可啟用氣動(dòng)馬達(dá)，用砂布拋光圓柱工作面。但應(yīng)注意，對(duì)于不同材質(zhì)的原料應(yīng)選用不同的焊接工藝參數(shù)。
３．４選用大輥徑張力輥
張力輥采用二輥式大輥徑結(jié)構(gòu)，大輥徑可保證當(dāng)帶鋼包繞在張力輥上時(shí)，即使是抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度高的不銹鋼，最外層也不會(huì)產(chǎn)生塑性變形。張力輥軸承座采用背靠背布置，以便使張力輥軸端內(nèi)部軸承只承受壓力，避免因承受拉力導(dǎo)致對(duì)軸承座的損壞，每個(gè)輥?zhàn)佑山涣髯冾l電機(jī)通過(guò)減速箱驅(qū)動(dòng)。
３．５拉矯機(jī)
連續(xù)拉矯機(jī)組正常工作時(shí)，１＃和２＃張力輥提供后張力，３＃和４＃張力輥提供拉矯的前張力。
拉矯機(jī)設(shè)有兩套彎曲單元和兩套矯直單元，即為兩彎兩矯型式。帶鋼通過(guò)拉矯機(jī)時(shí)，會(huì)發(fā)生橫向和縱向的塑性變形，其瓢曲、鐮刀彎和浪形等缺陷可以得到很好的消除，從而改善板形和力學(xué)性能。根據(jù)帶鋼板形和材質(zhì)，通過(guò)適當(dāng)控制彎曲輥系和矯直輥系的切入量以及拉矯機(jī)前后的張力設(shè)定值，可以控制帶鋼拉矯效果。主操作臺(tái)上設(shè)有手動(dòng)操作，可以在焊縫到來(lái)時(shí)快速抬起上彎曲輥，使焊縫快速通過(guò)。
拉矯機(jī)的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖２，主機(jī)架由前后牌坊和上下橫梁等組成，機(jī)架具有良好的剛度，保證了輥系及其輔助裝置在安裝后的精度、剛度及使用功能。拉矯機(jī)設(shè)有４個(gè)彎曲輥盒和２個(gè)矯直輥盒，這６個(gè)輥盒都是三重式，彎曲輥盒各工作輥、中間輥和支撐輥的輥徑稍小，而矯直輥盒的各工作輥、中間輥和支撐輥輥徑則稍大。兩個(gè)上彎曲輥盒分別由油缸驅(qū)動(dòng)沿導(dǎo)軌垂直上下運(yùn)動(dòng)，下彎曲輥盒、下矯直輥盒由升降機(jī)或油缸實(shí)現(xiàn)升降。
拉矯工藝的特點(diǎn)是低循環(huán)變形，其中包辛格效應(yīng)起了重要作用，帶鋼在拉矯過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生冷作硬化［３－５］。如果用作電鍍錫或手工藝品的基板，則帶鋼表面的顯微硬度是一項(xiàng)重要指標(biāo)，需要測(cè)量ＨＲＴ３０［６］或ＨＲＢ硬度值，通過(guò)調(diào)整兩個(gè)彎曲單元和兩個(gè)矯直單元的切入量，以及張力匹配的運(yùn)用，可以控制拉矯后鋼板的表面顯微硬度、板形以及抬頭紋。
主操作臺(tái)設(shè)有延伸率開(kāi)環(huán)和閉環(huán)控制（延伸率不超過(guò)３％），在主操作臺(tái)的ＨＭＩ屏幕上可以設(shè)定延伸率目標(biāo)值，ＰＬＣ程序從編碼器取得拉矯機(jī)前后帶鋼的速度值，調(diào)整帶鋼進(jìn)出拉矯機(jī)的速度，使得延伸率圍繞設(shè)定的目標(biāo)值波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)延伸率的閉環(huán)控制。通過(guò)調(diào)節(jié)主操作臺(tái)上的張力推桿，可以調(diào)節(jié)拉矯區(qū)的拉伸張力值，實(shí)現(xiàn)對(duì)延伸率的開(kāi)環(huán)控制。
３．６圓盤(pán)剪
為使高速運(yùn)行的帶鋼對(duì)中地進(jìn)入圓盤(pán)剪，兩側(cè)廢邊剪切量相等，在圓盤(pán)剪前設(shè)有Ｐ型ＣＰＣ對(duì)中糾偏控制系統(tǒng)，其后設(shè)置三輥式穩(wěn)定輥。如果圓盤(pán)剪前的帶鋼位置檢測(cè)裝置檢測(cè)出帶鋼跑偏，ＣＰＣ對(duì)中糾偏控制系統(tǒng)就會(huì)控制油缸運(yùn)動(dòng)，把跑偏的帶鋼糾正到預(yù)先設(shè)定的位置上來(lái)。
圓盤(pán)剪設(shè)有先進(jìn)的ＰＬＣ控制系統(tǒng)，操作者可以根據(jù)帶鋼厚度和成品帶鋼寬度在觸摸屏上精準(zhǔn)設(shè)置開(kāi)口度、重疊量和側(cè)隙等參數(shù)，以保證帶鋼修邊質(zhì)量。一個(gè)帶絕對(duì)值編碼器的交流變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)正反絲杠，正反絲杠的打開(kāi)和閉合程度決定圓盤(pán)剪刀軸開(kāi)口度的大小，從而決定成品帶鋼的剪切寬度。側(cè)隙調(diào)整：帶絕對(duì)值編碼器的交流變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)減速機(jī)，減速機(jī)驅(qū)動(dòng)楔形滑道，楔形滑道與上圓盤(pán)刀軸連接，楔形滑道的位移量影響圓盤(pán)剪上刀軸的軸向位移，從而達(dá)到調(diào)整側(cè)隙的目的；適當(dāng)選取楔形滑道的斜度，使修邊過(guò)程中刀軸能夠保持自鎖。刀盤(pán)重疊量的調(diào)整過(guò)程為：帶絕對(duì)值編碼器的交流變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)減速機(jī)，減速機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿，蝸輪驅(qū)動(dòng)偏心套，偏心套與圓盤(pán)剪下刀軸相連，通過(guò)調(diào)節(jié)偏心量，就可以調(diào)整圓盤(pán)刀的
重疊量。蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)可保證修邊過(guò)程下刀軸的自鎖。開(kāi)口度、側(cè)隙、重疊量這３個(gè)剪切參數(shù)的調(diào)整精度分別可達(dá)到０～０．２ｍｍ、±０．００５ｍｍ以下、±０．０３ｍｍ以下。
操作側(cè)和驅(qū)動(dòng)側(cè)４個(gè)圓盤(pán)刀主軸采用合金鋼材質(zhì)并經(jīng)整體滲氮處理，以保證良好的綜合性能；高精度的主軸軸承配置、合理的公差配合可保證主軸具有良好的剛性和旋轉(zhuǎn)精度；主軸上設(shè)有特定的經(jīng)硬化處理的軸肩，用于安裝圓盤(pán)刀，可保證換刀后上下圓盤(pán)刀的平行度，省去了操作人員對(duì)平行度的繁瑣調(diào)整。裝配后的圓盤(pán)刀端面跳動(dòng)不大于０．００３ｍｍ，徑向跳動(dòng)不大于０．０３ｍｍ。
在圓盤(pán)刀后設(shè)有兩套去毛刺裝置以壓平毛刺。
機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，圓盤(pán)剪為被動(dòng)剪，圓盤(pán)剪也可以用作主動(dòng)剪，通常機(jī)組速度低于穿帶速度時(shí)用作主動(dòng)剪。主動(dòng)剪和被動(dòng)剪的切換是通過(guò)超越離合器實(shí)現(xiàn)的：超越離合器的閉合與打開(kāi)決定交流變頻電機(jī)對(duì)圓盤(pán)剪下刀軸的驅(qū)動(dòng)與脫開(kāi)，主動(dòng)剪與被動(dòng)剪切換的速度設(shè)定值可以通過(guò)ＰＬＣ電控系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)交流變頻電機(jī)調(diào)頻予以調(diào)整。
３．７其他設(shè)備
帶鋼出圓盤(pán)剪后進(jìn)入出口段，由５＃張力輥牽引帶鋼經(jīng)過(guò)檢查臺(tái)、涂油機(jī)到卷取機(jī)，從檢查臺(tái)下方的鏡子里，可以檢查帶鋼的下表面。涂油機(jī)僅用于碳鋼防銹。為卷取機(jī)設(shè)置了皮帶助卷器、外支撐和壓輥，皮帶助卷器協(xié)助前３～５圈帶鋼不松散地包繞至卷筒上，外支撐支撐卷筒的遠(yuǎn)端，以防止大卷卷取時(shí)卷筒耷頭。考慮到不銹鋼拉矯的需要，在卷筒正上方設(shè)置墊紙機(jī)，用于在卷取的同時(shí)把包裝紙墊入不銹帶鋼層間，墊紙機(jī)可以跟隨卷取機(jī)進(jìn)行ＥＰＣ浮動(dòng)。
４結(jié)語(yǔ)
該碳鋼和不銹鋼兩用拉矯修邊機(jī)組工藝布局合理，機(jī)械設(shè)備配置恰當(dāng)，電控系統(tǒng)先進(jìn)，通過(guò)對(duì)張力、跑偏和速度的適當(dāng)控制，連續(xù)拉矯機(jī)組可以高速地生產(chǎn)高質(zhì)量的產(chǎn)品，可滿足下游電鍍錫、連續(xù)焊管等機(jī)組的高要求。
為適應(yīng)帶鋼生產(chǎn)向多元化、多品種、高附加值發(fā)展的趨勢(shì)，拉矯精整技術(shù)也不斷朝著寬拉矯范圍、高的板材平直度和最小的內(nèi)部殘余應(yīng)力方向發(fā)展，為此，需要結(jié)合上游退火、平整等工序，從拉矯工藝的原理、帶鋼彈塑性變形、變形帶鋼的微觀結(jié)構(gòu)［７－９］等方面進(jìn)行深入研究，需要在延伸率控制精度、延伸率與張力和切入量的關(guān)系方面做更細(xì)致的工作，需要進(jìn)一步提高拉矯機(jī)及圓盤(pán)剪的設(shè)計(jì)及制造裝配水平，提高設(shè)備運(yùn)行的魯棒性（ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ）和操作的便捷性。
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