剖分重卷检查生产工艺研究

景群平,任玉成,刘渭苗

(中国重型机械研究院股份公司，陕西 西安 710032)



剖分重卷检查生产工艺研究

景群平,任玉成,刘渭苗

(中国重型机械研究院股份公司，陕西 西安 710032)

对剖分重卷生产线中将剖分与重卷的工艺技术进行整合，提出了采用带钢并行运行分离装置、双卷取带钢出口转向装置及双卷取机双卷取工艺等技术方案，解决了剖分切边、分卷等工艺集成过程中并行带钢运行中容易纠缠的痼疾，大大提高了产品成品率，实现了剖分重卷生产线的国产化。

剖分；重卷；分离辊；转向装置；双卷取

0 前言

随着汽车工业、家电行业等的快速发展，市场在对宽幅面高品质冷轧板材呈现很大需求的同时也需要部分窄幅面高品质冷轧板材[1]。冷连轧机组为保证其高产量往往生产宽幅面的冷轧卷，若生产过窄的冷轧钢卷，不仅大大降低了机组产量，也会降低冷轧板的品质甚至对生产设备造成损害，因而窄带钢的生产宜放在后续的精整处理作业中；现有的纵切机组能够完成对带钢的纵向剖分，但由于纵切生产工艺的限制[2,3]，其产量却远远低于重卷机组[4]；为减少企业的总投资，提高生产设备的综合利用率，剖分重卷机组[5]应运而生，它同时具备了纵切剖分带钢的功能和重卷机组高产量的优势。

国内某钢厂在本世纪初从日本引进首条剖分重卷生产线，该生产线是将宽幅钢板剖分技术与重卷切边、检查、分卷技术相结合，在一条生产线上完成剖分、切边、检查、分卷的功能。

这种机组虽然具有生产效率高的优点，但由于其生产工艺复杂有许多关键技术：剖分后的板带如何分离的技术、穿带时板带导向的技术、双卷取工艺技术等。2008年，中国重型院组织专家和技术人员对剖分重卷生产线进行研究，实现该生产线的国产化。

本文主要分析剖分、切边、检查和分卷四种工艺集成过程中的问题及采取的相关技术。

1 剖分重卷工艺集成技术

冷轧钢卷出厂前一般需要进行分卷处理，分卷功能由重卷机组实现。重卷机组的主要生产工艺为：上卷→开卷→切头→切边→分卷→卷取→卸卷。

对高品质宽幅冷轧板材的剖分功能整合到重卷机组中，考虑到需要对板材上、下表面的精细检查，需要设置有卧式水平检查站，剖分后并行运行的板带分离设备、板带前后进入卷取机的导向装置等新增功能及设备，其生产工艺为：上卷→开卷→切头→焊接→切月牙或/和中间冲孔→纠偏→切边→穿带或/和分离→检查→分卷→(分离及出口导向→1#卷取→1#卸卷)穿带→出口导向→2#卷取→2#卸卷。

1.1 剖分切边圆盘剪

剖分切边圆盘剪是在切边圆盘剪的基础上增加剖分功能。剖分剪主要用于将宽带钢等幅纵向剖分，切边剪用来剪切带钢边部，并使整个带钢的宽度达到设定值。剖分切边圆盘剪是生产线的核心设备。

剖分剪的下刀座位于设备底座上，通过电机驱动升降运动，上刀座位于设备架横梁上，通过电机驱动升降运动。侧向间隙的调整是通过电机驱动丝杠螺母带动斜楔块来调整上刀轴横向移动来实现。

剖分剪的上、下剪刃重叠量、侧向间隙可自动调整。切边剪的上下剪刃重叠量、侧向间隙及开口度均为自动调整。在圆盘剪附近设有一操作台，操作工可就近对圆盘剪进行调整操作。剖分圆盘剪的控制模式分为自动和半自动两种：自动模式下所有的圆盘剪控制参数由L3自动通过PROFIBUS网络下发到圆盘剪PLC，圆盘剪接到L3下发的控制参数后，按照接收的参数自动调整宽度、间隙和重叠量。半自动模式下圆盘剪的控制参数可由操作人员手动修改或者重新录入后，圆盘剪按照新修改或新输入的参数自动调整宽度、间隙和重叠量。

剖分圆盘剪使用被动剪控制模式，保证剖分圆盘剪宽度剪切精度是剖分成功的关键因素。只有剪切精度足够好，才能在张力分配的时候，按照剪切宽度匹配卷取机张力。

1.2 带钢并行运行分离装置

经过剖分后的带钢并行向前运行如果没有专用的分离装置[6]，并行运行的带钢就有向一起靠拢运行的趋势，应用于剖分重卷生产线的一种新型分离辊应运而生，当不需要对带钢等幅纵向剖分时，分离辊退出工作位置，生产线作为重卷机组使用，当需要对带钢进行等幅剖分时，分离辊进入工作位置，对剖分后的带钢进行横向分离，防止两窄带钢内侧边部发生刮蹭，影响带钢质量及损坏设备，生产线作为剖分机组使用。

目前的带钢纵向分离装置多采用锥形辊[7]，这类装置中窄带钢的分离程度与锥形辊的锥度及压下量有关。这种结构形式缺陷是：由于锥形辊的锥度不可调，其分离性能只适应固定的带钢厚度范围，不能满足不同厚度规格的带钢对分离效果的相应需求，因此其分离效果一般，适应性差，且连续性不好。本机组分离装置的本体采用可连续性调节挠度的弧形辊，它可以产生横向张力将带钢展平并分离。

所谓的分离装置的分离能力[8]，就是假定带材在弧形辊面上没有相对滑动的条件下，带材从进入辊面到脱离辊面的过程中，并行运行的带钢在宽度方向上能够向外侧移动的最大距离。图1是分离辊的分离能力图示。

图1 分离辊分离能力图示Fig.1 The separating function of separating roller

假设带材进入辊面时与弧形辊轴线所决定的平面间夹角为α，离开辊面时的夹角为β，如图1所示。带材在辊面上的包角为α+β，带材从A点进入辊面，B点离开，则弧长AB=R(α+β),式中R为辊身半径，而直线AB=R(sinα+sinβ)。当辊面变弯时，由于辊面各点均绕轴线旋转，则辊上的A点将沿着AC前进，如果带材与辊面之间无相对滑动，板带将沿着A点进入辊面，由C点离开，BC即为弧形辊所能实现的单边分离量，由几何关系可得：

BC=ABtgθ=R(sinα+sinβ)tgθ

(1)

式中,θ为钢带边缘与辊身弧面线接触的切线方向与钢带运行方向所成的夹角。

从上式可以看出，分离辊的分离能力与辊身直径、轴线曲率及带材进入和脱离分离辊时的角度有关。一般来说，辊身直径是固定的，轴线曲率也是很小的，两个夹角α与β能够改变。在本生产线中，分离辊的前后支撑辊的位置固定，采用电机通过减速装置驱动轴线摆动来实现调整夹角α与β，从而达到改善分离效果的目的。

1.3 双卷取带钢出口转向装置

当机组进行剖分生产时，需要在分切剪处进行切除头尾或者分卷处理完毕后，机组夹送带材前进喂入卷取机。由于我们采用了双卷取工艺，需要在分切剪后设置一台能够对剖分后并行运行的带材分别导入两台卷取机的设备：双卷取出口转向装置[9]。

考虑到双卷取工艺中两台卷取机的布置及生产可靠稳定，将1#卷取机用来卷取剖分时操作侧的半幅板带，2#卷取机用来卷取剖分时传动侧的半幅板带。对于并行运行的双卷取带钢出口转向装置，需要完成以下的动作与功能：

出口转向辊在剖分模式和重卷模式下，有不同的控制工艺。剖分模式下，出口转向辊需要将剖分后的带材导向不同的卷取机，所以出口转向辊剖分模式下，需要抬起转向夹送辊，摆起剖分导板，压下剖分压辊，等剖分后的带材经过出口夹送辊后，再将转向夹送辊压下，辅助带材进入卷取机。重卷模式下，出口转向辊需要将带材导向地上的卷取机，所以出口转向辊重卷模式下，只需要打开转向夹送辊，等带材经过出口转向辊后，再将转向夹送辊压下即可。以自动剖分模式为例，说明一下控制操作流程；L3将穿带工艺参数下发给机组，机组接到下发参数后自动进行带头定位并按照下发参数自动设定出口转向辊工作模式、穿带速度和助卷长度等参数，等带头进入出口转向辊区域后，出口转向夹送辊打开，剖分摆动导板抬起，剖分压辊压下，等带头离开出口转向辊区域后，出口转向夹送辊压下，给带材一个穿带张力，辅助带材分别进入两个卷取机。

1.4 双卷取工艺

中重院开发的剖分重卷机组在剖分模式生产时成品板带的卷取采用了双卷取生产工艺[10]，即1#卷取机用来卷取剖分时操作侧的半幅板带，2#卷取机用来卷取剖分时传动侧的半幅板带。在进行重卷生产时采用2#卷取机进行成品卷的卷取生产。

与双卷取相关的重要设备有双卷取出口转向辊、(地下)1#卷取机、(地下)1#助卷器、导向板、出口转向辊、(地上)2#卷取、(地上)2#助卷器等。双卷取时，相关设备的操控工艺性非常强，图2为双卷取工艺流程图。

图2 双卷取工艺流程图Fig.2 Technological process of double coiler

对于卷取机采用张力控制模式[11]，使用驱动电机自带测速增量型编码器和机组速度检测增量型编码器进行卷径计算。两个卷取机的张力分配依据剖分宽度按比例进行分配。张力开环和电流内环构成了卷取机的张力控制方式。两台卷取机寻边EPC浮动油缸在对齐的时候，采用剖分边对齐的方式。

1.5 剖分重卷生产线工艺及设备

图3是具有剖分与重卷功能的新生产线的基本工艺布置示意图，其主要设备包括上卷小车、开卷机、开头直头机、切头剪、焊机、月牙剪及冲孔器、纠偏夹送辊、剖分切边剪、分离辊、水平检查站、分切剪、双卷取出口转向装置、1#卷取机、1#卸卷小车、导板台、出口转向辊、2#卷取机、2#卸卷小车等近40台设备。

图3 剖分重卷检查机组工艺示意图Fig.3 Technological process diagram of splitting and recoiling line

2 结束语

中国重型机械研究院设计研制的剖分重卷生产线于2011年5月在广州JFE钢板有限公司调试成功进入工业化大生产阶段。该生产线运行两年来，设备运行可靠，生产的产品质量高，达到了引进机组的水平。

该剖分重卷机组生产工艺达到世界先进水平

并成功应用于实际生产中，打破了国外同类设备在国有大型钢铁企业的市场垄断，实现了剖分重卷机组的国产化。

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·设计计算·

Production research on splitting and recoiling

JING Qun-ping，REN Yu-cheng，LIU Wei-miao

(China National Heavy Machinery Research Institute Co., Ltd., Xi’an 710032, China)

The paper shows the technological integration of splitting and recoiling process. Through the technical application of such as strip parallel separation device, double coiling strip export steering and double coiling process technology dual coiler, it is resolved that parallel strip is easily entangled, when the splitting and edge trimming and coil dividing are integrated. So that greatly improved the product yield, and realized the nationalization of the splitting and recoiling line.

splitting；recoiling；separating roller；steering device；double coiling

2016-05-08；

2016-06-18

科技部2013年度科研院所技术开发研究专项资金(2013EG119117)；陕西省2013年度重大科技创新项目专项资金(2013KG(=)01-01)

景群平(1974-)，男，高级工程师，主要从事板带精整设备的研制。

TG333

A

1001-196X(2016)05-0052-04