唐钢1700热轧线卷取机组能力

2018年第5期
32唐钢1700热轧线卷取机组能力
Power of Tanggang 1700 Hot Rolled Coil Unit
供稿|吕耀强，张毅勃 / LV Yao-qiang, ZHANG Yi-bo
DOI: 10.3969/j.issn.1000–6826.2018.05.009
作者单位：唐钢一钢轧厂，河北 唐山 063000
唐钢第一条热轧线是连铸连轧生产线，由于生产的产品品种和规格不能满足需求，因此唐钢又建成了第二条1700热轧线以提升产品质量和拓展产品品种和规格，设计年产量300万t ，初期以供应下游冷轧厂冷轧原料为主，兼顾周边市场的普通中碳结构钢、低合金结构钢等。

随着市场的拓展和产品的开发，高强钢、高级别热轧汽车结构钢、薄规格等高附加值产品的生产逐步加强，生产强度逐渐达到了生产线设备能力的极限且成为生产高强度大断面厚规格产品的障碍。

1700热轧生产线产品定位：产品最大抗拉强度700 MPa ，卷取温度500~700℃。

由此参数可以看出设备能力已成为开发高强度大断面厚规格产品的瓶颈。

产品
产品品种
1700热轧生产线产品以冷轧原料为主，钢种除
低碳钢、碳素结构钢、低合金钢、管线钢外还包括不锈钢(Cr 系)等。

产品规格
普钢产品规格：厚度1.5~12.7mm ，宽度850~ 1550 mm ，钢卷内径φ759 mm ，钢卷外径φ1200~2025 mm ，最大卷重27 t 。

不锈钢产品规格：厚度2.5~6.0 mm ，宽度850~ 1550 mm ，钢卷内径φ759 mm ，钢卷外径φ1200~2025 mm ，最大卷重20 t 。

卷取机组能力分析
根据热轧产品的卷取工艺，卷取机组的能力主要取决于夹送辊和卷取机主体设备，且这些设备的能力参数将决定产品的极限规格。

因此，依据1700热轧生产线的产品设计极限规格(表1)对卷取机组能力进行具体的计算和分析。

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产品拓展
企业论坛
Enterprise Forum
表1
产品设计极限规格
夹送辊能力分析
夹送辊组的作用主要是在夹送辊咬入带钢时克服带钢的弹塑性弯曲变形力矩，使带钢产生向下弯的弹塑性弯曲变形，以引导带钢通过导向板顺利地进入卷取机；另外，在F7精轧机抛钢后，使带钢在夹送辊与卷筒之间保持足够的卷取张力，确保卷取成功。

它的能力主要体现为夹紧力的大小和电机的输出力矩。

◆ 夹送辊夹紧力分析
足够的夹送辊夹紧力能够保证带钢具有良好的咬入状态和卷取所需要的张力，这是卷取成功与否的关键。

(1) 带钢咬入时，夹送辊主要是克服带钢的弹塑性弯曲变形力矩，使带钢产生向下弯的弹塑性弯曲变形，以引导带钢通过导向板顺利地进入卷取机，带钢受力分析如图1所示。

F —上夹送辊压力；N —夹送辊对带钢的正压力；θ—上下夹送辊
的偏移角；e —上下夹送辊偏移量
图1
带钢咬入时的受力分析
根据唐钢1700热轧生产线的极限产品规格，上下夹送辊的偏移角θ、带钢的弹塑性弯曲变形力矩M 、夹送辊的夹紧力F ，可用如下公式进行计算：
θ=arcsin[e /(R +r )] (1)M =0.97(bh 2/4)σs (2)F =M /[(R +r )tan θ] (3)
式中，M 为带钢的弯曲变形力矩，N·m ；b 为带钢宽度，mm ；h 为带钢厚度，mm ；σs 为当时温度下带钢的屈服强度，MPa ；R 为上夹送辊半径，445~ 450 mm ；r 为下夹送辊半径，245~250 mm ，e 为上下夹送辊偏移量，219 mm 。

根据唐钢1700热轧生产线的极限产品规格及卷取工艺参数计算出夹送辊所需的夹紧力，其中规格为12.7 mm ×1500 mm 的碳素结构钢的最大夹紧力为155 kN 。

(2) F7精轧机抛钢后，夹送辊负责承担带钢与卷曲芯轴之间的张力，确保稳定地完成卷取。

这时候卷取张力靠夹送辊的夹紧力来保证，带钢的受力如图2所示。

T —卷取张力；F —上夹送辊压力；N —夹送辊对带钢的正压力
图2
精轧机抛钢后带钢受力分析
根据带钢与夹送辊辊面之间不打滑的条件可知，带钢表面的正压力N ≥T /(2μ)，再根据图2的受力分析，夹送辊夹紧力F 可用公式(4)进行计算。

F = N /cos θ≥T /(2μ cos θ) = bhT 0/(2μ cos θ) (4)式中，T 0为带钢单位张力，μ为带钢与夹送辊之间的摩擦因数，一般取值0.15。

根据极限规格来计算GRADE50(T 0取10 M Pa)夹送辊需要的夹紧力，厚度为12.7 mm 的GRADE50夹紧力为640 kN ，该钢种的最大卷取张力为190.5 kN 。

◆ 夹送辊电机过载力矩计算
(1) 夹送辊电机最大负载力矩计算。

夹送辊电机负载力矩M z 主要由张力矩M T 、系统的摩擦力矩M f 和惯性力矩M a 组成。

而M f 和M a 相对于张力矩M T 来说，一般都很小，在粗略计算时忽略不计。

则夹送辊电机最大负载力矩M z 主要取决于卷取张力T 的大小。

本机组的额定最大卷取张力T 为
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1986—
2018
产品拓展
114.6 kN 。

计算上下夹送辊电机最大负载力矩M z ：
M z 上=M T +M f +M a ≈ T /2·i ·R = 14.324 kN·m (5)M z 下=M T +M f +M a ≈ T /2·r = 14.324 kN·m (6)额定功率下，夹送辊对规格为12.7 mm ×1500 mm 的带钢可产生最大单位张力3.0047 MPa ，在最大允许过载系数200%的情况下，夹送辊对规格为12.7 mm × 1500 mm 的带钢可产生最大为6.0094 MPa 的单位 张力。

(2) 夹送辊电机过载力矩计算。

唐钢1700热轧生产线卷取机上下夹送辊电机参数相同，均为225 kW ，转速为300/830 r/min ，上夹送辊采用减速机驱动，减速比1:1.8。

忽略减速机的传动效率η，则上下夹送辊的额定输出力矩相同：M e = 9549 P /n = 9549×225/300 = 7.162 kN·m (7)针对12.7 mm ×1500 mm 带钢，按照10 MPa 的带钢卷取单位张力，上、下夹送辊电机最大过载系数： k = M z /M e =14.324/7.162= 2，夹送辊电机能力不足。

卷取机本体能力分析
唐钢1700热轧生产线带钢设计规格最大厚度 12.7 mm ，带钢在助卷辊处的二次弯曲所需的压紧力不是限制因素，因此卷取机本体设备的能力主要取
决于卷取机芯轴电机的能力，也就是芯轴电机的选型及卷取机减速机速比的参数选择是否合理，因而对卷取机芯轴电机的过载力矩进行计算。

唐钢1700轧线卷取机电机功率P 为1000 kW ，电机转速为320/840 r/min ，电机的额定力矩为：M e ′ =9549 P /n = 9549×1000/320 = 29.84 kN·m (8)卷取机在卷取过程中，芯轴承受的总负载力矩M Z ′主要由四部分组成：克服卷取张力的张力矩M T ′，克服带钢塑性变形的弯曲力矩M w ′，克服系统摩擦的摩擦力矩M f ′，芯轴的惯性力矩M a ′。

同样，由于M f ′和M a ′相对于M T ′和M w ′比较小可以忽略不计，因此计算卷取机芯轴电机的负载力矩M Z ′：
M Z ′= (M T ′+ M w ′+ M f ′+ M a ′)/i ≈ (M T ′+ M w ′)/i =
[bhT 0·(D m /2)+(b·h 2)/4·σs ]/i (9)
式中，D m 为钢卷最大直径mm ，i 为卷取机芯轴减速比，i =1.529。

芯轴电机的过载系数：
K = M Z ′/(η·M e ′) (10)
式中，η为传动效率，一般取值0.9。

将极限产品规格及卷取工艺参数代入公式(9)和(10)，计算出电机负载力矩及过载系数，见表2。

表2
极限产品规格与芯轴电机的负载力矩及过载系数
注：受最大卷重27 t 限制，宽断面最大卷径受限制。

额定输出情况下，芯轴上产生的额定转矩41.062824 kN·m ，在卷径为2000 mm 时，可产生的总张力为T = M e /R m = 41.062824 kN 。

针对带钢极限规格12.7 mm×1500 mm ，产生的单位张力T 0=T/(bh )= 2.1555 MPa 。

即使按照芯轴电机200%过载系数进行计算，在生产带钢极限规格12.7 mm×1500 mm 钢卷时，卷取机在卷径2 m 时卷取张力实际最大(200%过载)可产生张力4.3111 MPa 。

从计算结果可知，卷取机芯轴电机生产厚规
格宽断面不能满足卷取能力要求。

夹送辊可建立 6.0094 MPa 张力，卷取机可建立4.3111 MPa 张力，因此卷取机组张力瓶颈在芯轴张力的建立上。

卷取机芯轴电机选用交流电机，过载能力200%，可持续60 s ，因此轧制厚规格时，尤其带卷在精轧机抛钢后，随着卷径的增加，卷取张力已经不能满足卷取需求。

因此在生产厚规格、宽断面的高屈服强度钢种时，卷形易发生层错及外塔缺陷。

应对此缺陷目前可行的方案是继续使用卷取机
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冷轧工艺
工艺与装备
Apparatus and Equipments
两项指标。

拉伸性能检验按GB/T 228标准测定，技术条件中的拉伸性能要求按JIS G4305—2005标准执行。

由检验结果可知各项指标均满足技术条件要求，如表5。

表5
力学性能检验结果
结束语
采用20辊森吉米尔轧机一次轧制→冷带退火酸洗机组→二次轧制→脱脂清洗→拉矫→检验→包装缴库→发货的工艺流程，试制0.30 mm ×1219 mm
的SUS304(1/2H)不锈钢冷轧产品的各项技术指标完全满足技术条件要求，而且工艺性能良好，表面质量、力学性能均得到用户的认可。

SUS304(1/2H)的试制成功为完善本钢不锈钢品种结构，开拓不锈钢市场，提高本钢不锈钢市场竞争力奠定了坚实的基础。

参考文献
[1] 李登超．不锈钢板带材生产技术. 第1版. 北京：化学工业出版
社，2008
作者简介：王飞(1981—)，男，辽宁本溪人，主任工程师，毕业于沈阳大学材料加工工程专业，就职于于本钢集团不锈钢项目部，从事新产品研发工作，通信地址：118300辽宁省丹东市临港产业园区临港工业东区本钢街1号，E-mail ：ekin55@ 。

芯轴电机，但是需要采用双速比减速机，通过使用大速比来提高卷取力矩，从而提高卷取张力，改善卷形缺陷问题。

以卷取机芯轴减速机减速比为3.61 进行计算(见表3)与减速机减速比为1.529的计算结果(表2)进行对比。

表3 减速机减速比为3.61
时芯轴电机的负载力矩及过载系数
通过表3和表2对比可以看出，采用大速比减速机能有效提高芯轴转矩，在不改变其他生产设备参数的情况下，卷取机芯轴电机过载系数完全分布在2.0以内，满足芯轴电机200%过载持续60 s 的安全
范围。

结束语
唐钢1700热轧生产线卷取机组卷取机芯轴电机参数不能满足生产厚规格宽断面的高屈服强度产品的需求。

因此在不改变卷取机芯轴电机及其他生产设备参数的情况下，采用双速比减速机，通过使用大速比来提高卷取力矩，从而提高卷取张力，满足生产需求。

参考文献
[1] 廖永锋，江光彪. 宝钢三热轧卷取机组能力研究. 宝钢技术，
2006(4)：69
[2] 廖永锋. 2050热轧卷取机夹送辊咬入带钢状态分析及改进. 宝钢技
术，1998(6)：11
[3] 黄焕江，田小刚，胡昌宗. 热轧带钢强力地下卷取机概述. 冶金设
备，2015(s2) ：47
作者简介：吕耀强(1978—)，男，河北唐山人，轧钢工程师。

2001年毕业于河北理工学院金属压力加工专业，主要研究方向：轧钢。

E-mail ：lyqts@ 。

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