習中革，俞鋼強，仲海峰，劉燦樓
（北京鋼研新冶工程設(shè)計有限公司，北京?。保埃埃埃福保?/span>
摘 要：介紹了自主設(shè)計制造的碳鋼和不銹鋼兩用拉矯修邊機組的工藝布局、機械設(shè)備、電控系統(tǒng)的特點，該機組設(shè)有兩彎兩矯型拉矯機、窄搭接電阻焊機和鈹青銅焊輪、二輥式大輥徑張力輥、卷紙機、烘干機、墊紙機、涂油機、張力分區(qū)控制系統(tǒng)和ＣＰＣ糾偏控制系統(tǒng)等先進裝備。同時指出，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。
關(guān)鍵詞：拉矯機組；工藝布置；圓盤剪；窄搭接電阻焊機；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)精整機組，如連續(xù)熱鍍鋅［１，２］、連續(xù)退火機組以及連續(xù)平整拉矯機組等，作為核心工序可設(shè)立獨立的拉矯機組。拉矯結(jié)合運用拉伸和矯直，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；通過拉矯可以使材料內(nèi)部的纖維組織趨于同長［２］，避免縱剪分條后長短不一；對于有明顯屈服平臺的材料，可通過控制延伸率，消除屈服平臺，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組和縱剪機組等。該機組可處理厚度為０．２～１．０ｍｍ、最大寬度為１２５０ｍｍ的帶鋼，機組最高速度可達１８０ｍ／ｍｉｎ，最高年產(chǎn)量可達１５萬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拉矯修邊機組的工藝布置
該機組采用先拉矯后修邊的工藝，通過圓盤剪對拉矯后的帶鋼進行修邊來保證成品帶鋼的寬度，其工藝流程見圖１。原料鋼卷被開卷機從上方打開帶頭，帶鋼經(jīng)過穿帶臺、夾送輥至入口剪，切掉損壞的帶頭帶尾；帶鋼前行至焊機與上一卷的帶尾焊接在一起，焊機后設(shè)夾送輥，用于反向拉回帶尾至焊機，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，機組正常運行時，５＃張力輥牽引帶鋼實現(xiàn)修邊，圓盤剪前設(shè)ＣＰＣ對中控制糾偏裝置，以使高速運行的帶鋼能夠?qū)χ羞M入圓盤剪，剪切廢邊由廢邊卷取機卷繞成卷，拉矯過的帶鋼在檢查臺由操作人員進行外觀檢查。如果需要，由涂油機對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拉矯修邊機組的設(shè)備特性
３．１設(shè)有卷紙機、烘干機、墊紙機和涂油機
圖１中的卷紙機、烘干機和墊紙機是專門為不銹鋼帶鋼拉矯設(shè)置的，拉矯機內(nèi)設(shè)噴管和噴嘴，帶鋼矯過程中可以噴灑拉矯液。烘干機采用循環(huán)熱風以烘干濕拉矯后的帶鋼，卷紙機跟隨機組運行將包裝紙從帶鋼層間拉出，墊紙機位于卷取機卷筒上方，可以跟隨卷取機ＥＰＣ（對邊控制）進行浮動。對于不銹鋼，必須在卷取的同時在層間墊紙，以防止摩擦導(dǎo)致不銹帶鋼表面損傷，涂油機僅用于碳鋼拉矯。
３．２張力分區(qū)控制和糾偏控制
該機組針對入口段、工藝段和出口段３個區(qū)段實現(xiàn)分區(qū)段張力控制。設(shè)置有５套張力輥，其中開卷機和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，拉矯機位于這兩個張力輥之間，５＃張力輥和卷取機構(gòu)成出口段張力。
在５＃張力輥的拉動下，帶鋼的兩邊可以在圓盤刀旋切下實現(xiàn)修邊，通過ＰＬＣ電控系統(tǒng)可以實現(xiàn)主動 剪 和 被 動 剪 的 切 換。為 開 卷 機 設(shè) 置 了ＣＰＣ糾偏控制系統(tǒng)，在圓盤剪前設(shè)置ＣＰＣ糾偏控制系統(tǒng)，為卷取機設(shè)置對邊ＥＰＣ控 制系統(tǒng)，ＣＰＣ控制精度為±１ｍｍ，ＥＰＣ控制精度可達±０．５ｍｍ，每個工藝區(qū)段設(shè)置一個操作臺，操作臺
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控制或聯(lián)合控制，在拉矯機、剪切機、圓盤剪和廢邊卷取機等關(guān)鍵設(shè)備旁設(shè)有機旁操作箱。
３套糾偏系統(tǒng)與張力控制的協(xié)同作用可使機組高速、穩(wěn)定、對中地連續(xù)運行。
３．３選用窄搭接電阻焊型焊機和鈹青銅焊輪
選用窄搭接電阻焊型焊機和鈹青銅焊輪，鈹青銅具有高導(dǎo)電性、高強高彈性、高耐磨性，可以承受火花、腐蝕及應(yīng)力松弛。焊輪工作時內(nèi)通循環(huán)冷卻水，所以內(nèi)部通過大電流時其不會產(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馬達，用砂布拋光圓柱工作面。但應(yīng)注意，對于不同材質(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)，大輥徑可保證當帶鋼包繞在張力輥上時，即使是抗拉強度和屈服強度高的不銹鋼，最外層也不會產(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)致對軸承座的損壞，每個輥子由交流變頻電機通過減速箱驅(qū)動。
３．５拉矯機
連續(xù)拉矯機組正常工作時，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。帶鋼通過拉矯機時，會發(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性能。根據(jù)帶鋼板形和材質(zhì)，通過適當控制彎曲輥系和矯直輥系的切入量以及拉矯機前后的張力設(shè)定值，可以控制帶鋼拉矯效果。主操作臺上設(shè)有手動操作，可以在焊縫到來時快速抬起上彎曲輥，使焊縫快速通過。
拉矯機的結(jié)構(gòu)見圖２，主機架由前后牌坊和上下橫梁等組成，機架具有良好的剛度，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。拉矯機設(shè)有４個彎曲輥盒和２個矯直輥盒，這６個輥盒都是三重式，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。兩個上彎曲輥盒分別由油缸驅(qū)動沿導(dǎo)軌垂直上下運動，下彎曲輥盒、下矯直輥盒由升降機或油缸實現(xiàn)升降。
拉矯工藝的特點是低循環(huán)變形，其中包辛格效應(yīng)起了重要作用，帶鋼在拉矯過程中會產(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重要指標，需要測量ＨＲＴ３０［６］或ＨＲＢ硬度值，通過調(diào)整兩個彎曲單元和兩個矯直單元的切入量，以及張力匹配的運用，可以控制拉矯后鋼板的表面顯微硬度、板形以及抬頭紋。
主操作臺設(shè)有延伸率開環(huán)和閉環(huán)控制（延伸率不超過３％），在主操作臺的ＨＭＩ屏幕上可以設(shè)定延伸率目標值，ＰＬＣ程序從編碼器取得拉矯機前后帶鋼的速度值，調(diào)整帶鋼進出拉矯機的速度，使得延伸率圍繞設(shè)定的目標值波動，實現(xiàn)對延伸率的閉環(huán)控制。通過調(diào)節(jié)主操作臺上的張力推桿，可以調(diào)節(jié)拉矯區(qū)的拉伸張力值，實現(xiàn)對延伸率的開環(huán)控制。
３．６圓盤剪
為使高速運行的帶鋼對中地進入圓盤剪，兩側(cè)廢邊剪切量相等，在圓盤剪前設(shè)有Ｐ型ＣＰＣ對中糾偏控制系統(tǒng)，其后設(shè)置三輥式穩(wěn)定輥。如果圓盤剪前的帶鋼位置檢測裝置檢測出帶鋼跑偏，ＣＰＣ對中糾偏控制系統(tǒng)就會控制油缸運動，把跑偏的帶鋼糾正到預(yù)先設(shè)定的位置上來。
圓盤剪設(shè)有先進的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設(shè)置開口度、重疊量和側(cè)隙等參數(shù)，以保證帶鋼修邊質(zhì)量。一個帶絕對值編碼器的交流變頻電機驅(qū)動正反絲杠，正反絲杠的打開和閉合程度決定圓盤剪刀軸開口度的大小，從而決定成品帶鋼的剪切寬度。側(cè)隙調(diào)整：帶絕對值編碼器的交流變頻電機驅(qū)動減速機，減速機驅(qū)動楔形滑道，楔形滑道與上圓盤刀軸連接，楔形滑道的位移量影響圓盤剪上刀軸的軸向位移，從而達到調(diào)整側(cè)隙的目的；適當選取楔形滑道的斜度，使修邊過程中刀軸能夠保持自鎖。刀盤重疊量的調(diào)整過程為：帶絕對值編碼器的交流變頻電機驅(qū)動減速機，減速機驅(qū)動蝸輪蝸桿，蝸輪驅(qū)動偏心套，偏心套與圓盤剪下刀軸相連，通過調(diào)節(jié)偏心量，就可以調(diào)整圓盤刀的
重疊量。蝸輪蝸桿機構(gòu)可保證修邊過程下刀軸的自鎖。開口度、側(cè)隙、重疊量這３個剪切參數(shù)的調(diào)整精度分別可達到０～０．２ｍｍ、±０．００５ｍｍ以下、±０．０３ｍｍ以下。
操作側(cè)和驅(qū)動側(cè)４個圓盤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，用于安裝圓盤刀，可保證換刀后上下圓盤刀的平行度，省去了操作人員對平行度的繁瑣調(diào)整。裝配后的圓盤刀端面跳動不大于０．００３ｍｍ，徑向跳動不大于０．０３ｍｍ。
在圓盤刀后設(shè)有兩套去毛刺裝置以壓平毛刺。
機組正常運行時，圓盤剪為被動剪，圓盤剪也可以用作主動剪，通常機組速度低于穿帶速度時用作主動剪。主動剪和被動剪的切換是通過超越離合器實現(xiàn)的：超越離合器的閉合與打開決定交流變頻電機對圓盤剪下刀軸的驅(qū)動與脫開，主動剪與被動剪切換的速度設(shè)定值可以通過ＰＬＣ電控系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)交流變頻電機調(diào)頻予以調(diào)整。
３．７其他設(shè)備
帶鋼出圓盤剪后進入出口段，由５＃張力輥牽引帶鋼經(jīng)過檢查臺、涂油機到卷取機，從檢查臺下方的鏡子里，可以檢查帶鋼的下表面。涂油機僅用于碳鋼防銹。為卷取機設(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端，以防止大卷卷取時卷筒耷頭?？紤]到不銹鋼拉矯的需要，在卷筒正上方設(shè)置墊紙機，用于在卷取的同時把包裝紙墊入不銹帶鋼層間，墊紙機可以跟隨卷取機進行ＥＰＣ浮動。
４結(jié)語
該碳鋼和不銹鋼兩用拉矯修邊機組工藝布局合理，機械設(shè)備配置恰當，電控系統(tǒng)先進，通過對張力、跑偏和速度的適當控制，連續(xù)拉矯機組可以高速地生產(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，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)系方面做更細致的工作，需要進一步提高拉矯機及圓盤剪的設(shè)計及制造裝配水平，提高設(shè)備運行的魯棒性（ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ）和操作的便捷性。
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