热轧带钢卷取中卷筒负荷的计算

赖宏 胡昌宗 闫立超

(中冶赛迪工程技术股份有限公司轧钢事业部，重庆 401122)

1 热轧带钢卷取工艺过程分析

地下卷取机是热轧带钢生产线上核心装备之一。近年来，高强度钢已经成为当前市场的强烈需求，而卷取机能力是制约高强度钢生产的重要环节之一，各钢铁公司对卷取机的卷取能力也愈加重视，因此有必要对热轧带钢卷取全工艺过程进行充分研究并准确计算卷取机卷取过程的力能参数，以便为现有热轧带钢生产线卷取机升级改造提供理论计算支撑。

热轧带钢卷取过程是一个比较复杂的工艺过程，带钢往往在精轧机和卷取机之间形成连轧关系，卷取机与精轧机之间的位置关系如图1所示。

图1 精轧机与卷取机间设备布置示意图

一个完整的热轧带钢卷取周期应包括从带钢头部出精轧末架机架开始，直到带钢尾部到达卷取机完成卷取并卸卷整个动态工艺过程［1］。在这个过程中，带钢的速度、张力、钢卷直径均有变化，因此要获得准确的卷筒主传动的负荷情况，必须对卷取过程整个周期按阶段逐时间节点进行动态分段模拟计算。

热轧带钢卷取过程各工艺阶段带钢速度与时间关系曲线见图2。卷取过程各阶段说明见表1。

2 卷筒负荷动态模拟计算模型

2.1 卷筒上的钢卷卷径计算

随着带钢在卷筒上不断地卷取，卷筒上的钢卷直径时刻都在发生变化，从而导致卷筒速度、卷筒上的钢卷重量和转动惯量也时刻发生变化，因此卷筒负荷动态计算的前提是要根据各时刻卷入带钢的长度来计算钢卷直径。

图2 卷取过程各工艺阶段分段示意图

表1 卷取过程各阶段说明

式中:L—各时刻卷入卷筒的带钢长度;D卷筒—卷筒涨开后的直径，一般为762 mm;n— 卷入卷筒钢卷的带钢圈数;h—带钢厚度。

2.2 卷筒电机传动力矩计算

带钢卷取过程电机传动需要的力矩M电机主要包括传动系统摩擦力矩Mf、带钢张力力矩Mz、带钢弯曲力矩和卷筒加减速力矩

M电机=(Mz+Mb+Mf)/η卷筒+Md折算到卷筒电机上的带钢张力力矩为

折算到卷筒电机上的带钢弯曲力矩为

折算到电机上的摩擦力矩为

式中:B—带钢宽度;h—带钢厚度;σ0—带钢卷取过程中张应力;σs—带钢在卷取温度时的变形抗力;μ—卷筒支承轴承摩擦系数;d—卷筒支承轴承直径;P—卷筒支承轴承上承受的压力，包括钢卷重量和卷筒重量;i— 卷筒传动装置减速比;η卷筒—卷筒传动装置机械效率。

带钢在卷筒上不断地卷取，卷筒上的钢卷直径逐渐增大，同时卷筒速度有变化，卷筒上的钢卷转动惯量也在发生变化，且由于钢卷重量较大，导致卷筒电机承受的动态加减速力矩相应较大，因此，在进行卷筒负荷动态计算时不能忽略。

卷筒动态加减速力矩计算公式如下:

式中:t—相邻计算时间节点时刻差值;nt—计算时间节点时对应的卷筒电机转速;Gt—计算时间节点对应的折算到卷筒电机轴上转动惯量。式中的微分计算可通过对相邻时间节点进行有限差分计算获得。

2.3 计算方法

为真实准确地计算卷取机的有关参数，对卷取过程中的11个阶段分别进行计算，且每个阶段划分为4个时间小节，根据各工艺阶段逐时间小节对卷取过程卷筒负荷进行动态模拟计算。

3 卷筒负荷动态模拟计算实例

根据上述计算模型编制了卷筒负荷动态模拟计算软件，选择某2050热轧新建强力卷取机进行卷筒动态负荷模拟计算，该卷取机布置主要工艺参数见表2，卷取机主要工艺设备参数见表3，对某规格带钢卷取工艺过程参数见表4。

表2 卷取机布置主要工艺参数

表3 卷取机主要工艺设备参数

表4 带钢卷取工艺过程参数

根据以上条件对卷取工艺全过程进行了动态模拟计算，结果见表5;带钢1和2的卷筒电机负载力矩曲线计算值和实际生产IBA数据曲线见图3和图4，计算值与实际生产值吻合较好。

表5 卷取过程卷筒负荷动态模拟计算结果

图3 带钢1卷筒负荷计算结果

图4 带钢2卷筒负荷计算结果

4 结语

根据卷取工艺过程基本数学模型，结合工程设计和卷取机设备设计需要，编制了一套卷取动态过程卷筒负荷模拟计算软件。与某厂实际生产过程的IBA数据进行比较验证，计算值和实际生产数据吻合较好，能够满足有关工程设计的计算要求。

［1］宋佩莼.板带钢生产工艺学［M］.西安:西安交通大学出版社，1989:69-73.

［2］邹家祥.轧钢机械［M］.北京:冶金工业出版社，1989:416-417.