棒材直接轧制打捆工艺及装备

棒材直接轧制打捆工艺及装备
赵辉１，２①　许鑫１，２
（１：北京首钢国际工程技术有限公司　北京１０００４３；
２：北京市冶金三维仿真设计工程技术研究中心　北京１０００４３）
摘　要　棒材直接轧制打捆工艺可以减少设备和土建投资，降低生产成本，提高成材率和作业效率。

分析了达涅利公司棒材直接轧制打捆技术的特点及优势。

同时，介绍了棒材直接轧制打捆技术的典型工艺布置和关键设备。

最后针对该技术在国内的推广应用给出了合理化建议。

关键词　直接轧制打捆；棒材；工艺与装备
中图法分类号　ＴＧ３３５．６ 文献标识码　Ａ
Ｄｏｉ：１０ ３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１－１２６９ ２０２４ ０１ ０１０
ＤｉｒｅｃｔＲｏｌｌｉｎｇａｎｄＢｕｎｄｌｉｎｇＰｒｏｃｅｓｓａｎｄＥｑｕｉｐｍｅｎｔｏｆＢａｒ
ＺｈａｏＨｕｉ１，２　ＸｕＸｉｎ１，２
（１：ＢｅｉｊｉｎｇＳｈｏｕｇａｎｇＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４３；
２：ＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ３ ＤＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＤｅｓｉｇｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＢｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４３）
ＡＢＳＴＲＡＣＴ　Ｔｈｅｄｉｒｅｃｔｒｏｌｌｉｎｇａｎｄｂｕｎｄｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｂａｒｓｃａｎｒｅｄｕｃｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔａｎｄｃｉｖｉｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ，ｒｅｄｕｃｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｃｏｓｔｓ，ａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｙｉｅｌｄａｎｄｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．ＴｈｅｔｅｃｈｎｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｂａｒｄｉｒｅｃｔｒｏｌｌｉｎｇａｎｄｂｕｎｄｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＤａｎｉｅｌｉＣｏｍｐａｎｙａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅｔｙｐｉｃａｌｌａｙｏｕｔａｎｄｋｅｙｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓｏｆｂａｒｄｉｒｅｃｔｒｏｌｌｉｎｇａｎｄｂｕｎｄｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｒｅａｓｏｎａｂｌｅｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓａｒｅｇｉｖｅｎｆｏｒｔｈｅｐｒｏｍｏｔｉｏｎａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｉｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＣｈｉｎａ．
ＫＥＹＷＯＲＤＳ　Ｄｒｉｅｔｒｏｌｌｉｎｇｄｕｎｄｌｉｎｇ；Ｂａｒ；Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｅｑｕｉｐｍｅｎｔ
１　前言
直接轧制打捆工艺（Ｄｉｒｅｃｔｒｏｌｌｉｎｇａｎｄｂｕｎｄｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ（ＤＲＢ））是一种具有革命意义的创新技术，该技术使传统的倍尺棒材冷却用长冷床和相应的冷定尺剪切设备不再需要，使普通钢种直条棒材生产技术发生划时代的巨大变化。

传统生产工艺需要在冷床前将轧件切成倍尺，然后将倍尺棒材送上冷床冷却，并在冷床出口侧编组成排后，利用冷剪切成最终使用的定尺长度，最后将成品棒材输送到最终计数／打捆／收集站。

所有这些工序，都要使用大量设备和相应的备件、消耗件，占用较大的场地和空间，涉及较多的土建施工量。

而直接轧制打捆工艺［１，４］则最大限度地减少这些需求，在精轧机后将轧件进行高速定尺剪切，直接剪切成最终使用长度，然后经过制动／卸料后，将剪成定尺长度的棒材直接送入打捆站进行打捆收集。

不再需要传统的倍尺棒材冷却用长冷床和相应的输入、输出辊道、棒材编组设备、冷剪和定尺机、棒材计数系统以及配套辅助设施、电气
ＴｏｔａｌＮｏ．２８９
Ｆｅｂｒｕａｒｙ２０２４ 冶　金　设　备
ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬＥＱＵＩＰＭＥＮＴ
总第２８９期
２０２４年２月第１期
①作者简介：赵辉，男，１９８４年生，毕业于北京科技大学，高级工程师，硕士，主要从事轧钢工艺方面的设计工作，邮箱：ｚｈａｏｈｕｉ２７９０＠１２６．ｃｏｍ
设备和自动控制系统。

该工艺可减少设备和土建投资，降低生产成本，棒材计数１００％准确无误，成捆质量好，无扭曲和交叉，还可灵活调整棒材捆尺寸，无需中断生产。

该技术与无头轧制技术相结合，可显著提高设备生产能力、作业效率、金属收得率，并最大限度地降低设备投资和生产成本。

２　打捆工艺
棒材直接轧制打捆工艺可用于生产Φ６～
３２ｍｍ螺纹钢，生产速度最大可达４０ｍ／ｓ，成品棒材定尺长度可在６ｍ～１８ｍ之间。

ＤＲＢ系统一般与裙板上钢系统配合使用，小规格螺纹钢（Φ
２０ｍｍ以下）通过ＤＲＢ系统上冷床，大规格螺纹钢（Φ
２２ｍｍ以上）通过裙板系统上冷床［２］。

常规棒材直接轧制打捆工艺布置如图１
所示。

图１　棒材直接轧制打捆工艺布置图
１－横移小车；２－双路导槽；３－夹送辊；４－切头剪；５－夹送辊；６－分段剪；７－夹送辊；８－夹尾制动器；９－转?上钢装置；
１０－夹送辊；１１－组合剪；１２－冷床入口辊道；１３－裙板辊道；１４－快速运输冷床；１５－冷床；
１６－自动打捆机；１７－称重装置；１８－成品收集台架；
３　工艺流程
导槽运输→夹送辊夹持→切头剪切头（切尾／碎断）→夹送辊夹持→分段剪切定尺→夹送辊夹
持→双通道导槽运输→双转?上钢→冷床→打捆机打捆→称重收集。

４　主要设备与性能
直接轧制打捆系统（ＤＲＢ）由上钢区、冷床区和精整区三部分设备组成。

４．１　上钢区设备
（１）双通道导槽。

引导双线轧件进入剪前夹送辊。

（２）剪前夹送辊。

夹送辊安装于切头剪／分段剪前，夹持轧件送入切头剪／分段剪。

夹送辊保持轧件速度恒定以保证剪切精度。

夹送辊为全长夹送，轧件在轧机中轧制时，夹送辊以成品轧制速度为基准速度，工作于低转矩状态。

轧件一旦离开轧机，夹送辊立即改变转矩，并以实际的轧件速度作为基准速度夹送轧件。

（３）转辙器。

转辙器为电动式，布置于夹送辊和切头剪／分段剪之间，改变轧件路径，导引轧件交替进入剪后导槽或碎断通道。

（４）切头剪（圆盘式）。

切头剪工作时连续运转，其剪刃在任意位置都可加速，转辙器初始位置位于碎断通道，对准剪刃，当控制系统测得轧件完成切头后，切头剪前的转辙器将轧件摆动到导槽通道中心线上（两个转辙器动作方向相反）。

需要碎断轧件时，转辙器从导槽中心线转到碎断通道，剪刃完成碎断。

其结构形式如图２
所示。

图２　切头剪
（５）分段剪（圆盘式）。

分段剪工作时连续运转，其剪刃在任意位置都可加速，剪前转辙器初始位置对准双通道的其中一个通道，当控制系统测得轧件到达设定的剪切长度时，转辙器动作将轧件从双通道导槽的一个通道移至另一个通道（两
２０２３年１２月第６期
总第２８７期 冶　金　设　备
个转辙器动作方向相同），轧件途径剪刃时，根据不同的轧件速度，设定不同的加速度使上下剪刃正好重合将轧件切断，并可以根据具体设定进行优化剪切。

其结构形式如图３
所示。

图３　分段剪
（６）分段剪后夹送辊。

夹送辊安装于分段剪后，夹持轧件送入夹尾制动器。

该夹送辊的作用是在剪切过程中保持轧件速度恒定，以保证剪切的精度。

夹送辊为全长夹送，轧件在轧机中轧制时，夹送辊以成品轧制速度为基准速度，工作于低转矩状态。

轧件一旦离开轧机，夹送辊立即改变转矩，并以实际的轧件速度作为基准速度夹送轧件。

（７）双通道导槽。

双线轧件经过分段剪后各自又分成两线进入双通道输送，导送轧件分别进入相应的夹尾制动器。

其结构形式如图４
所示。

图４　双通道导槽
（８）夹尾制动器。

夹尾制动器安装于双转?入口侧，与成品轧件速度级联，夹持轧件进入转，当轧件到达制动位置时，对轧件尾部进行夹持使其停止。

通过辊环上刻槽和夹持力的设定控制轧件表面质量。

根据轧件尺寸和表面温度，用比例阀对夹送辊进行压力调节，保证夹送辊的平稳制动和无振动运行。

（
９）转?上钢装置。

上钢系统由２个转?（Ａ、Ｂ转?）组成，每个转?由１８个运输槽（６个大槽＋１２个小槽）组成，每２个大槽中间布置２
个小槽。

转?通过电机驱动旋转，将运输槽内的轧件逐根落到矫直板上。

当双线切分生产小规格螺纹钢时，制动后的轧件先后进入Ａ转?和Ｂ转?，每个转鼓处于初始位置（９０°相位）的２小槽最先接收轧件，当每个转?进入４支轧件后，转?旋转６０°，等待接收下２支轧件。

Ａ、Ｂ转?交叉接收轧件。

当单线生产大规格螺纹钢时，制动后的轧件先后进入Ａ转?和Ｂ转?，每个转?处于初始位置（９０°相位）的１个大槽先接收轧件，当每个转?进入２支轧件后，转?旋转６０°，等待接收下一支轧件。

Ａ
、Ｂ转?交叉接收轧件。

待导槽旋转到底部（２７０°相位）位置，轧件跌落到冷床矫直板上。

其结构形式如图５
所示。

图５　转?
４．２　冷床区设备
采用步进齿条式冷床，冷床尺寸１４ ７×２７ ６ｍ，齿距８０ｍｍ。

冷床由快速运输冷床（３×２７ ６ｍ）和冷床（１１ ７×２７ ６ｍ）两部分组成。

对
于Φ２０ｍｍ以下小规格轧件，能够实现每个齿槽运送２根轧件；对于Φ２２ｍｍ以上大规格轧件，每个齿槽运送１根轧件。

下料区由垂直升降机、码垛机和冷床输出辊道组成，成排轧件由码垛机设备逐层码垛，码垛过程中垂直升降机上的托臂逐步下降，当码垛完成后，垂直升降机带动托臂快速下降，将码垛好的轧件放到下部带垂直侧辊的输出辊道上，由辊道运送轧件至打捆机打捆。

轧件放到辊道上后，液压缸驱动托臂旋转９０°收缩至等待位，垂直升降机快速起升至接料位，完成一个循环周期。

冷床区剖面示意图如图６所示。

赵辉等：棒材直接轧制打捆工艺及装备２０２３年１２月第６期
图６　冷床剖面示意图
１－快速冷床；２－快速冷床的传动装置；３－冷床的蜗杆减速齿轮；４－冷床的传动装置；５－固定／活动齿条；６－对齐辊道；
７－链条传送装置；８－冷床输出辊道；９－垂直升降机；１０－码垛器单元；
４．２．１　快速运输冷床
快速运输冷床主要由矫直板、活动齿条、齿条传动装置、对齐辊道等组成，接收来自转?跌落下来的轧件，并通过对齐辊道对齐后输送至冷床。

活动齿条的步进通过电机驱动偏心机构来实现。

其结构形式如图７
所示。

图７　快速运输冷床剖面示意图
４．２．２　冷床
冷床主要由活动齿条、固定齿条、齿条传动装置、对齐辊道等组成。

活动齿条的步进通过电机驱动偏心轮来实现。

４．２．３　垂直升降机
垂直升降机的托臂垂直运动，托臂处于上位（接料位）时，接收码垛机放置的轧件，轧件在托臂上逐层码放，收集的轧件达到设定数量后，托臂下降到下位，将物料放置到辊道上。

托臂在收料及下降（工作位）时，处于水平状态；从下位上升到上位过程中（等待位），处于垂直状态，由液压缸驱动托臂旋转９０°，完成工作和等待位的切换。

其结构形式如图８所示。

４．２．４　码垛机
电机驱动曲柄摇杆机构，带动托板（标枪机构）沿滑道往复运动，完成从冷床收料到放置在升降机托臂上的码垛过程。

其结构形式如图９
所示。

图８　
垂直升降机
图９　码垛机
４．２．５　冷床输出辊道
在垂直升降机下方，辊道组包括辊道架、水平辊道、立式侧辊等。

水平辊道电机单独驱动，立辊为惰辊，用于保持物料捆状。

其剖面示意如图１０所示。

２０２３年１２月第６期
总第２８７期 冶　金　设　备
图１０　冷床输出辊道
４．３　精整区设备
精整区设备由打捆辊道、自动打捆机、棒捆成型器、料捆运输辊道、称重装置、成品收集台架等组成。

该区域设备的结构形式与常规棒材精整区设备相同，本文不再赘述。

５　裙板上钢系统
裙板上钢系统一般与ＤＲＢ系统配合使用，当生产大规格螺纹钢（Φ２２ｍｍ以上）时，轧制速度较低，通常采用裙板上钢系统上冷床。

裙板上钢系统由曲柄／回转组合剪及其剪前夹送辊、入口辊道和升降裙板辊道组成。

为减少轧件制动距离，采用带磁力的升降裙板。

与传统棒材不同的是，由于轧制速度低（＜９ｍ／ｓ），制动距离只有１０ｍ左右。

６　结论
棒材直接轧制打捆系统主要上钢区、冷床区和精整区三部分设备组成。

该工艺更适合与无头轧制工艺相结合，单机单流高拉速铸机对应单条年产量５０－７０万吨的棒材螺纹钢轧钢生产线，具有流程短，占地面积小，投资低等特点。

因此，该工艺更适合钢材需求量不高的国家和地区，在我国大面积推广的可能性不大。

参考文献
［１］端和健，谭玉双．棒材打捆机特点分析［Ｃ］．／／２０１４年第三届线棒材高效能工艺技术研讨会论文集，２０１４：１４９－１５２．
［２］ＡｌｄｏＴｅｌｌａｔｉｎ，ＪｏｚｉＳｈｕｌｉ．双ＭＩ．ＤＡ．工厂理念的产业化应用［Ｎ］．世界金属导报，２０２０－０６－０２（Ｂ０６）．［３］杨茂麟．棒线材无头轧制综述［Ｃ］．全国金属制品信息网，《金属制品》编辑部，中国金属学会轧钢分会金属制品学术委员会，全国金属制品信息网第２３届年会暨２０１３金属制品行业技术信息交流会论文集，全国金属制品信息网，２０１３：３２２－３２６．
［４］赵文成．简述棒材打捆机的发展现状及方向［Ｊ］．冶金设备，２０１８（０６）：７３－７７．
（收稿日期：２０２３－０５－０４
檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱
）
（接６８页）
（２）将高速轴部件的ＳＫＦ２３２３０ＣＣ／Ｗ３３轴承替换成ＦＡＧ的Ｆ－６７４５７２．２３１３０轴承，该轴承上线运行至今未再损坏。

参考文献
［１］姚建斌．轧钢机主减速机轴承的失效分析及改进［Ｊ］．现代制造技术与装备，２０１６（３）：９８－９９＋１０１．［２］李兵，李友荣，刘昌明．轧机主传动减速机轴承的应力分析［Ｊ］．冶金设备，２０１０（４）：１６－１９＋７７．
［３］吴通．基于应力波技术的棒材轧机减速机故障诊断研究［Ｊ］．涟钢科技与管理，２０２０，（６）：２８－３２．［４］张雪荣，熊雯，张俊，等．ＣＳＰ精轧机组主减速机轴承承载能力分析及优化设计［Ｊ］．宝钢技术，２０２１（６）：５３－６０．
［５］李拔智，史俊峰．棒材轧钢线立轧减速机轴承损坏原因分析及改进方法研究［Ｊ］．中国金属通报，２０１８（６）：２０４－２０５．
［６］贾维龙；简彦成．棒材轧机减速机轴承故障诊断［Ｊ］．设备管理与维修，２０２２，（３）：１３１－１３２．
［７］王晓青，夏水华．滚动轴承失效影响因素与影响机制［Ｊ］．轴承，２０１０（１１）：１８－２２．
（收稿日期：２０２３－０８－０６）
赵辉等：棒材直接轧制打捆工艺及装备２０２３年１２月第６期 。