李雙龍

(二重(德陽)重型裝備有限公司，四川610052)

影響冷軋卷成材率的主要因素包括冷軋各工序金屬損失和原料卷重。冷軋各工序的金屬損失主要包括：酸洗切頭尾和切邊損失、可逆軋制工序切卷芯和卷尾損失、酸洗鐵損、軋鋼工序斷帶事故等原因造成的廢品損失，精整工序損失等[1]。其中可逆軋制切卷芯和卷尾損失占冷軋各工序金屬損失的50%左右。

不銹鋼的冷軋變形抗力大且冷加工硬化嚴重，不銹鋼成品帶材要求具有較高的表面質(zhì)量，所以不銹鋼的冷軋一般采用多輥軋機進行往復(fù)軋制。圖1為典型的20輥不銹鋼可逆冷軋機工作簡圖。與連軋機相比，可逆冷軋機在生產(chǎn)過程中由于需要多道次往復(fù)軋制，鋼卷頭部和尾部各有一段帶鋼和鋼卷內(nèi)3圈帶鋼無法軋制而降低帶鋼的成材率。為提高冷軋不銹鋼產(chǎn)品的綜合成材率，鋼卷在冷軋前，需在帶鋼頭部和尾部各焊接一定長度的引帶[2]。這樣可以減少帶鋼在冷軋機上所產(chǎn)生的未軋段的長度，從而降低冷軋卷切頭切尾金屬損失率，提高產(chǎn)品的綜合成材率。

圖1 20輥可逆冷軋機工作簡圖Figure 1 Working of 20 high reversing cold mill

1 兩種引帶焊接的對比

常規(guī)的手動引帶焊機組采用地輥站開卷，焊接平臺人工對鋼卷帶頭和引帶進行焊接，地輥反向旋轉(zhuǎn)收卷。這種方式只能在鋼卷的頭部焊接引帶，焊接質(zhì)量參差不齊，焊接效率低。自動引帶焊接采用自動焊機進行焊接，通過開卷機和卷取機重卷實現(xiàn)帶鋼頭尾分別焊接引帶，焊接質(zhì)量好，效率高，兩種引帶焊機組布置的優(yōu)缺點見表1。

表1 手動引帶焊接與自動引帶焊接的對比Table 1 Comparison between manual belt welding and automatic belt welding

2 關(guān)鍵參數(shù)的確定方法和原則

自動引帶焊機機組參數(shù)主要包括：機組產(chǎn)量、機組速度、機組張力、引帶規(guī)格等。在滿足工藝要求的前提下，機組參數(shù)的確定應(yīng)盡量減少投資，降低成本。

2.1 機組產(chǎn)量

設(shè)計時，首先要明確機組產(chǎn)量，一般根據(jù)產(chǎn)品大綱的產(chǎn)量要求及代表規(guī)格，初步確定相應(yīng)規(guī)格品種所對應(yīng)的速度，再根據(jù)各種規(guī)格帶卷實際作業(yè)周期核算機組年產(chǎn)量。

2.1.1 每卷的生產(chǎn)周期

計算每卷的生產(chǎn)周期T為：

T=T1+T2+T3+T4+T5

式中，T1為帶卷準備及開卷機處上卷小車上卷、卷取機處卸卷小車卸卷時間；T2為開卷機開卷、穿帶、鋼卷頭部與引帶焊接時間；T3為卷取機甩尾、鋼卷尾部焊接引帶時間；T4為機組加減速時間；T5為機組勻速重卷時間。

2.1.2 實際產(chǎn)量

計算實際產(chǎn)量Q為：

Q=K1K2GT

式中，G為帶卷卷重；T為帶卷生產(chǎn)周期；K1為成材率，初選可取0.9；K2為機組作業(yè)率，根據(jù)機組自動化程度確定。

2.1.3 機組年需工作時間

根據(jù)機組產(chǎn)品大綱及不同規(guī)格帶材的實際產(chǎn)量，可計算出機組某規(guī)格品種所需生產(chǎn)小時數(shù)，最后累加在一起就是機組年需生產(chǎn)小時數(shù)。若機組年需生產(chǎn)小時數(shù)滿足機組年工作小時的要求，則機組產(chǎn)量核算通過。

2.2 機組速度

在滿足機組產(chǎn)量要求的前提下，機組作業(yè)速度盡量設(shè)計在經(jīng)濟速度范圍內(nèi)，速度越高裝機容量越大，造成浪費。同時作業(yè)速度應(yīng)使不同規(guī)格重卷品種帶材時所需功率基本相當，以充分發(fā)揮傳動系統(tǒng)的能力。機組速度一般為80 mmin～150 mmin，根據(jù)產(chǎn)品大綱確定合理的機組速度。

2.3 機組張力

開卷張力要小于上道工序的卷取張力。對于不同厚度和寬度的帶材應(yīng)選取不同的單位張力值，使電機能力得以充分發(fā)揮。卷取張力的選取原則是應(yīng)保證重卷后的帶材卷齊。帶鋼張力一般為單位張力與斷面積的乘積。單位張力一般取值(0.3～0.5)σs。

2.4 引帶參數(shù)

一般引帶長度為6 m～12 m，引帶長度一般為鋼卷內(nèi)3圈帶鋼長度與卷筒到轉(zhuǎn)向輥間距的長度和；帶鋼引帶厚度與鋼帶厚度差為±25%，但不應(yīng)超過帶鋼厚度的0.5 mm，引帶寬度應(yīng)小于或等于帶鋼寬度。由于引帶不需要經(jīng)過軋制，引帶一般采用開平板材，引帶不得有嚴重的鐮刀彎、浪形、楔形等缺陷[3]。從可逆冷軋機切除的引帶卷芯及從退火酸洗機組切除的引帶卷芯經(jīng)過整平后可用于引帶焊接機組的引帶。

3 機組設(shè)備組成及工藝流程

3.1 設(shè)備組成

以某鋼廠1420 mm不銹鋼引帶焊接機組為例，研究分析機組設(shè)備組成及工藝過程。機組參數(shù)如下：

帶鋼材料：200系、300系不銹鋼

帶鋼厚度：1 mm～6 mm；

帶鋼寬度：800 mm～1300 mm；

引帶長度：6000 mm～9000 mm；

引帶厚度：2.5 mm～6 mm；

開卷最大張力：80 kN；

卷取最大張力：170 kN。

自動引帶焊接機組設(shè)備簡圖如圖2所示，圖3為引帶焊接機組的工藝流程圖。

1—開卷機 2—入口夾送輥 3—五輥矯直機 4—切頭剪 5—前引帶輸送平臺 6—引帶真空吸盤 7—對中裝置 8—焊機入口夾送輥 9—自動焊機 10—焊機出口夾送輥 11—月牙剪 12—后引帶輸送平臺 13—五輥張力機 14—出口夾送輥 15—卷取機圖2 引帶焊接機組設(shè)備簡圖Figure 2 Components of belt welding unit

圖3 引帶焊接機組工藝流程圖Figure 3 Process flow of belt welding unit

3.2 機組工藝流程

熱軋黑皮卷經(jīng)過退火酸洗后(熱軋白皮卷)，由天車吊運至入口鋼卷存放臺，上卷小車移到鞍座下方，托起鋼卷。此時，開卷機卷筒處于收縮狀態(tài)，外支撐打開。上卷小車在運行過程中完成鋼卷高度和寬度人工對中，將鋼卷裝入卷筒。

鋼卷裝入卷筒后，外支撐閉合，卷筒漲開，壓輥壓住帶卷表面以防止外圈松卷。鋼卷小車下降，開卷機反向點動，直至帶頭處于開卷位置。通過旋轉(zhuǎn)開卷機卷筒，在穿帶導(dǎo)板的引導(dǎo)下，帶頭停在打開的夾送輥和五輥矯直機下，夾送輥和矯直機壓下，使帶鋼頭部向上彎曲。

整平后的帶鋼，經(jīng)過切頭剪切頭后送至前引帶輸送平臺，由焊機前夾送輥將帶鋼送至焊機內(nèi)。在此過程中，前引帶輸送平臺上的真空吸盤將引帶吊至輸送平臺上，前引帶輸送平臺運行，將引帶通過打開的焊機輸送至后引帶輸送平臺。焊機內(nèi)的對中裝置將引帶進行對中，然后通過焊機后夾送輥，將其送入焊機，進行頭部引帶焊接。

焊接完成后，焊機后夾送輥轉(zhuǎn)動，月牙剪對焊縫處沖月牙，之后引帶繼續(xù)向前進入五輥張力機，再通過穿帶導(dǎo)板，卷取機前夾送輥將引帶頭部導(dǎo)入卷取機鉗口，之后卷取機鉗口閉合，卷筒旋轉(zhuǎn)，完成頭部引帶的焊接及穿帶工作。

在鋼卷的帶尾到達焊機內(nèi)指定位置時停止卷取，焊機后夾送輥閉合。此時，前引帶輸送平臺上的真空吸盤將引帶吊至前引帶輸送平臺，并進行對中，然后由焊機前夾送輥將引帶送至焊機內(nèi)完成后，進行尾部引帶焊接。

焊接完成后，卷取機繼續(xù)運行完成尾部帶鋼卷取，卸卷車卸卷并運至出口鋼卷存放臺。

3.3 機組特點

整條機組共有設(shè)備20余臺，設(shè)備總長32.5 m，通過合理的工藝布局，實現(xiàn)帶卷頭尾引帶焊接，通過頭部開卷機及尾部卷取機提供動力實現(xiàn)帶鋼穩(wěn)定運行。機組特點如下：

(1)開卷機底座上的液壓缸用于鋼卷人工手動微調(diào)對中。

(2)五輥張力機實現(xiàn)張力分段，通過液壓缸調(diào)整開口度，可實現(xiàn)張力的調(diào)節(jié)。

(3)卷取機設(shè)有CPC對中裝置。

(4)MIG焊接，焊機設(shè)有對中裝置、自動裁剪頭尾，自動調(diào)節(jié)焊道間隙，自動焊接。

(5)機組通過重卷實現(xiàn)帶卷頭尾引帶焊接。

4 帶鋼成材率的對比

圖4為20輥可逆冷軋機組采用引帶焊接前后帶鋼成材率的對比圖。通過數(shù)據(jù)對比分析發(fā)現(xiàn)：帶鋼厚度越厚，冷軋工序的金屬損失率越高，相應(yīng)的成材率越低；采用引帶焊接技術(shù)后降低了帶卷的金屬損失率，有效地提高了帶鋼的成材率，可提高帶材成材率1%～4%。一條自動引帶焊接機組投資大約1000萬，一條年產(chǎn)15萬t的機組，每年可為用戶節(jié)約250萬元，四年可收回成本，該機組具有較高的市場前景和價值。

圖4 冷軋工序采用引帶焊接工藝前后成材率的對比Figure 4 Comparison of cold rolling yield before and after applying belt welding

5 結(jié)語

自動引帶焊接機組通過合理的工藝布局和設(shè)備選型，實現(xiàn)了在帶卷頭部和尾部焊接引帶，采用MIG焊機自動焊接，自動化水平高，引帶焊接質(zhì)量好，效率高。