潘振華

(山東鋼鐵股份有限公司濟(jì)南分公司，山東 濟(jì)南 250101)

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活套器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

潘振華

(山東鋼鐵股份有限公司濟(jì)南分公司，山東 濟(jì)南 250101)

針對(duì)生產(chǎn)中活套器出現(xiàn)的問題，從活套器設(shè)計(jì)、尺寸調(diào)整等方面著手進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)改進(jìn)，并對(duì)特定軋件采取形態(tài)優(yōu)化，滿足高精度產(chǎn)品對(duì)活套器無張力調(diào)控的要求。

無張力軋制； 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 活套器輪改進(jìn)

1 設(shè)備布局和工藝特點(diǎn)

山東鋼鐵股份有限公司濟(jì)南分公司第一小型軋鋼廠采用空、煤氣雙蓄熱步進(jìn)式加熱爐，方坯尺寸為150 mm×150 mm×10 m，粗軋機(jī)組六架閉口式軋機(jī)平、立交替布置，中、精軋機(jī)組各六架高剛度短應(yīng)力軋機(jī)全水平布置，11#～18#軋機(jī)間留有活套器安裝平臺(tái)，120 m×10 m步進(jìn)式冷床。主要產(chǎn)品為Φ10～40 mm熱軋帶肋鋼筋，Φ20～32 mm精軋螺紋鋼，Φ16～22 mm錨桿鋼，設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力85萬t。

2 活套器結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)

2.1 問題分析

活套器套型呈三角狀，使用架次少，存在拉鋼現(xiàn)象等問題一直是困擾第一小型廠生產(chǎn)的難題。活套調(diào)節(jié)時(shí)套高不穩(wěn)，波動(dòng)大，影響產(chǎn)品質(zhì)量；活套起套時(shí)速度調(diào)節(jié)慢，易出現(xiàn)鋼材頭部一段距離內(nèi)拉瘦?；钐灼鞑荒芡耆龔埩?huì)造成軋件及成品縱向差，軋件頭、尾大沖擊導(dǎo)衛(wèi)件，引起生產(chǎn)事故；成品縱向差大，影響負(fù)差控制，超出標(biāo)準(zhǔn)范圍引發(fā)質(zhì)量異議，還會(huì)影響產(chǎn)品美觀。針對(duì)以上問題，提出對(duì)活套器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化以及在扭轉(zhuǎn)架次后增加活套器。

2.2 整體結(jié)構(gòu)改進(jìn)

在結(jié)構(gòu)改進(jìn)的過程中，結(jié)合其他設(shè)備的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，全面改變起套機(jī)構(gòu)，起套輥由逆向起套改為順向起套。改造后減小了起套阻力，縮短了套型弧頂點(diǎn)與起套輥之間的距離，利于形成圓弧套。在活套器中加入壓套輥高度調(diào)節(jié)絲桿和起套輥限位絲桿，可以現(xiàn)場(chǎng)隨時(shí)調(diào)節(jié)壓套輥和起套輥的高度，保證圓弧套的形成。

2.3 關(guān)鍵尺寸參數(shù)選擇與調(diào)整

活套器尺寸參數(shù)選擇的正確與否將對(duì)活套控制的動(dòng)態(tài)性能產(chǎn)生很大的影響，活套尺寸及形態(tài)示意圖如圖1所示。

圖1 活套示意圖

a)活套控制過程中不穩(wěn)定的一個(gè)重要原因就是由于設(shè)計(jì)的不合理造成的。設(shè)L為兩個(gè)壓套輥之間的距離，即活套臺(tái)的有效長度，S為機(jī)架間多余出來的物料，H為多余物料所形成的活套高度，則有經(jīng)驗(yàn)公式

(1)

從公式(1)可知，活套位置高時(shí)，由活套器引起的增益小，反之，當(dāng)活套位置低時(shí)，由活套器引起的增益大，可見活套器結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)套型控制的影響。

為得到飽滿圓弧套，在活套結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算中提出利用正弦曲線作為活套形狀的近似，推導(dǎo)出活套中活套長度L與活套高度Hm的關(guān)系公式

(2)

公式(2)中L0為軋機(jī)出口至活套器進(jìn)口壓套輥的長度。針對(duì)不同規(guī)格產(chǎn)品活套器設(shè)定Hm高度不同，可計(jì)算出L的取值范圍，活套長度L的具體選取需要再綜合軋件面積、軋制速度、壓套輥及起套輥表面狀態(tài)和軸承的靈活性、活套的形狀等諸多因素進(jìn)行多次計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，最終確定。

b)起套輥的位置設(shè)計(jì)：起始位置距軋制線有一定距離，并且到達(dá)最終位置時(shí)距軋制線不能過高或過低。起套輥高度H0按下式計(jì)算：H0=k1L，通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，修正系數(shù)k1按0.07～0.12取值比較合理。起套輥過高或過低時(shí)，都會(huì)發(fā)生嚴(yán)重事故：當(dāng)起套輥過高時(shí)，起套輥處于較大的壓力狀態(tài)下，磨損量大，而且活套的最高點(diǎn)不處于活套中心線上，出現(xiàn)不對(duì)稱的三角套，活套使軋件產(chǎn)生拉張力,拉張力過大時(shí)嚴(yán)重影響軋件尺寸，并且，活套極不穩(wěn)定，在套高調(diào)整過程中，其位于活套中心線上的高度上、下振蕩；當(dāng)起套輥過低時(shí),則出現(xiàn)“平活套”，在套高調(diào)整中，軋件無規(guī)則擺動(dòng)。

通過現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)試驗(yàn)，結(jié)合上述理論經(jīng)驗(yàn)公式，優(yōu)化前、后壓套輥的間距L和設(shè)定高度H，調(diào)整檢測(cè)光頭位置，保證最高點(diǎn)檢測(cè)，可形成最佳套型，消除軋制張力。

2.4 針對(duì)扭轉(zhuǎn)架次后的活套器改進(jìn)

為了進(jìn)一步提高無張力軋制控制水平，準(zhǔn)備在13#軋機(jī)扭轉(zhuǎn)架次后新增3#活套器和15#軋機(jī)后新增5#活套器。由于第一小型廠建成時(shí)精軋區(qū)沒有立輥軋機(jī)，通過13#軋機(jī)的軋件要經(jīng)過90°扭轉(zhuǎn)后再進(jìn)入14#軋機(jī)，軋件在13#與14#軋機(jī)之間的扭轉(zhuǎn)角度是隨軋件所處的位置點(diǎn)的距離變化成比例漸變的。起套時(shí)存在張力，扭轉(zhuǎn)軋件會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的受力狀態(tài)，14#軋機(jī)進(jìn)口導(dǎo)輥夾持軋件時(shí)受到側(cè)向翻轉(zhuǎn)力，容易損壞，造成生產(chǎn)事故。因此13#與14#軋機(jī)之間一直未使用活套器。

針對(duì)13#軋機(jī)后部增加活套器后，扭轉(zhuǎn)軋件在活套器中的狀態(tài)以及相關(guān)疑難點(diǎn)進(jìn)行分析：無扭轉(zhuǎn)軋件在形成活套時(shí)，在同一個(gè)豎直平面上浮動(dòng)，軋件本身無變化，只受到壓套輥的壓力和起套輥的支持力，可以簡(jiǎn)化為二維平面受力狀態(tài)；扭轉(zhuǎn)軋件在活套器中起套時(shí)，軋件本身還會(huì)旋轉(zhuǎn)變化，形成了三維動(dòng)態(tài)變化的復(fù)雜受力狀態(tài)。因此在活套結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和參數(shù)設(shè)定時(shí)，要盡量消除軋件復(fù)雜受力帶來的影響、軋件漸變的扭轉(zhuǎn)角度帶來的套型變化、起套后壓套輥與起套輥對(duì)軋件產(chǎn)生側(cè)向分力所造成的扭轉(zhuǎn)角度變化。要達(dá)到活套既能形成飽滿圓弧型套型，又能在軋件到達(dá)進(jìn)口導(dǎo)輥時(shí)，滿足設(shè)定的扭轉(zhuǎn)角度，同時(shí)起套后減少壓套輥、起套輥對(duì)軋件扭轉(zhuǎn)力的影響。

為了滿足扭轉(zhuǎn)軋件起套的復(fù)雜要求，構(gòu)思了扭轉(zhuǎn)軋件活套器設(shè)計(jì)的思路，通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)形成了一套行之有效的設(shè)計(jì)方法。首先通過簡(jiǎn)化軋件截面模型，根據(jù)軋件尺寸計(jì)算出起套后正弦弧的尺寸，根據(jù)正弦弧尺寸和各輥在活套器上的相對(duì)位置及輥徑計(jì)算出起套時(shí)，壓套輥、起套輥與軋件的接觸位置，如圖2所示。

圖2 扭轉(zhuǎn)軋件示意圖

結(jié)合軋件扭轉(zhuǎn)角度公式

(3)

計(jì)算出軋件與前、后壓套輥及起套輥接觸時(shí)的扭轉(zhuǎn)角度。通過軋件在接觸點(diǎn)的角度，計(jì)算出軋件截面與各輥外圓相交的點(diǎn)。根據(jù)點(diǎn)的位置尺寸計(jì)算出壓套輥與起套輥需要再調(diào)節(jié)的高度，再根據(jù)扭轉(zhuǎn)角度設(shè)計(jì)出帶斜面的活套器輪，如圖3所示。

圖3 與扭轉(zhuǎn)角度匹配的斜面起套輪

通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，使用新設(shè)計(jì)的斜面起套輪，根據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)節(jié)后，能保證軋件與各輥充分接觸，各輥轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，軋件與各輥的摩擦保持在最低限度內(nèi)，即所受附加力最小，可以滿足扭轉(zhuǎn)軋件起套的復(fù)雜要求。

在完成扭轉(zhuǎn)軋件活套設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出在3#活套器后設(shè)計(jì)壓頭輪，控制軋件進(jìn)入14#軋機(jī)進(jìn)口導(dǎo)輥的角度，增加軋件運(yùn)行的穩(wěn)定性。經(jīng)過精心設(shè)計(jì)和改進(jìn)，增添3#活套器后，成品縱肋差有了明顯改善。

3 結(jié)束語

活套器設(shè)計(jì)優(yōu)化完成后，套型呈飽滿圓弧狀，基本實(shí)現(xiàn)了精軋無張力軋制，軋件及成品縱向一致性有了明顯的改善，精軋軋制事故下降，為精軋螺紋鋼、錨桿鋼等高精度產(chǎn)品的生產(chǎn)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

[1] 李曼云．小型型鋼連軋生產(chǎn)工藝與設(shè)備[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，1999．

2016-07-18

潘振華(1981—)，男，高級(jí)工程師。電話18660159169

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