張光通

1.引言

熱軋酸洗板卷由于其性?xún)r(jià)比高，近幾年在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求不斷上升，因此噸鋼利潤(rùn)可觀。但目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)酸洗機(jī)組的卷取機(jī)[1]均不能高效率的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)卸卷模式，自動(dòng)卸卷故障率較高。自動(dòng)卸卷的實(shí)現(xiàn)可以提高產(chǎn)線的生產(chǎn)效率，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少內(nèi)塔、抽芯、劃傷等缺陷卷的產(chǎn)生，對(duì)企業(yè)的降本增效任務(wù)具有較大貢獻(xiàn)。因此通過(guò)對(duì)卷取機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高自動(dòng)卸卷成功率，對(duì)于提高生產(chǎn)效率具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2.自動(dòng)卸卷成功率低原因分析

通過(guò)對(duì)遷鋼熱軋酸洗線卷取機(jī)自動(dòng)卸卷的多次嘗試，目前鋼卷帶頭無(wú)法正常從卷筒鉗口退出，是制約實(shí)現(xiàn)自動(dòng)卸卷的最大瓶頸，在卷取機(jī)卷筒順時(shí)針旋轉(zhuǎn)10度時(shí)，帶頭未能順利從鉗口中退出，帶頭卡在鉗口中；卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鋼卷內(nèi)卷隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致鋼卷內(nèi)卷散卷。在鋼卷小車(chē)卸卷橫移時(shí)，帶頭在鉗口堆積卡死或造成內(nèi)卷塔形[2]。再者，即使鋼卷帶頭能偶然順利退出鉗口，在將卷取機(jī)與鋼卷分離時(shí)，由于鋼卷內(nèi)圈與卷筒外表面間隙過(guò)小，仍有幾率產(chǎn)生鋼卷抽芯和內(nèi)圈塔形現(xiàn)象。

產(chǎn)生以上鋼卷缺陷的主要原因，在于卷筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，特別是鉗口部分的設(shè)計(jì)不合理。主要體現(xiàn)在（1）鋼卷鉗口的設(shè)計(jì)型式不合理；（2）卷筒鉗口設(shè)計(jì)深度及卷筒鉗口開(kāi)口度設(shè)計(jì)不合理；（3）鉗口扇形板圓弧過(guò)渡半徑及過(guò)度渡角設(shè)計(jì)過(guò)?。唬?）卷筒的漲縮范圍設(shè)計(jì)過(guò)小。

3.卷取機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

3.1 卷筒鉗口型式改造

遷鋼卷筒鉗口型式是比較傳統(tǒng)也是應(yīng)用比較廣泛的機(jī)械鉗口，早期由于液壓技術(shù)不夠成熟，再加上卷筒是轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，油路設(shè)計(jì)比較困難，因此液壓很少應(yīng)用于卷筒鉗口。但隨著液壓技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是卷筒的旋轉(zhuǎn)接頭密封技術(shù)的日趨成熟可靠，讓液壓鉗口技術(shù)應(yīng)用于卷取機(jī)卷筒成為現(xiàn)實(shí)。液壓鉗口相對(duì)于機(jī)械鉗口，在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)卸卷方面有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）當(dāng)帶頭夾緊在鉗口內(nèi)，鋼卷縮徑時(shí)，帶頭不易隨鉗口位置變化而變化。這樣可以最大限度避免鋼卷內(nèi)圈散卷。

（2）機(jī)械鉗口[3]在夾持不同厚度規(guī)格的鋼帶時(shí)，咬合力不一致且力的分布不均勻，容易導(dǎo)致帶頭變形，不利于自動(dòng)卸卷工序。而液壓鉗口對(duì)帶頭的作用力可精確調(diào)整控制[3]，不受帶鋼厚度變化的影響，鉗口夾緊力可靠且不易造成帶頭變形。

（3）液壓鉗口的型式有利于在不影響卷筒扇形板強(qiáng)度的前提下，將鉗口深度設(shè)計(jì)得較小，有利于在不造成內(nèi)圈散卷的情況下帶頭能順利退出鉗口。

因此，在卷筒有效寬度1800mm方向上布置8個(gè)鉗口液壓缸，將原卷筒的機(jī)械鉗口型式改為單作用油缸的液壓鉗口，油缸活塞桿與鉗口壓塊采用螺紋連接，鉗口夾緊依靠油缸推力作用，鉗口松開(kāi)依靠彈簧力作用。

鉗口液壓缸的工作壓力為14MPa，活塞直徑設(shè)計(jì)為Φ42mm，一共8個(gè)鉗口液壓缸，鉗口液壓缸的液壓推力為：

鉗口液壓缸活塞設(shè)計(jì)行程為21mm，實(shí)際最大的有效行程為15mm，彈簧系數(shù)選取k=8*104N/m，設(shè)計(jì)在鉗口的寬度方向共計(jì)4根彈簧，因此彈簧對(duì)鉗口壓塊的回程拉力為：

綜上所述，液壓鉗口對(duì)鋼卷帶頭的總夾緊力為：

鉗口夾緊位置的壓塊和固定塊的表面設(shè)計(jì)為鋸齒狀，摩擦系數(shù)為0.5-0.8，取最小值0.5，帶鋼夾緊后，兩面均受到摩擦力作用，故最大的靜摩擦力為：

F靜=2F夾μ=2*150.29*0.5=150.29KN＞F張=120KN酸洗線卷取機(jī)設(shè)計(jì)的最大卷取張力為120KN，此設(shè)計(jì)完全滿(mǎn)足帶頭對(duì)鉗口夾緊力需求。

按最小的帶鋼寬度700mm計(jì)算，帶頭被夾緊的有效寬度即鉗口壓塊的寬度為32mm，因此，帶頭受到的夾持壓應(yīng)力為：

P=F夾/S=(150.29*103)/(700*10-3*32*10-3)=6.71MPa

以強(qiáng)度級(jí)別最低的普通碳素鋼Q215為例，許用抗壓應(yīng)力為145MPa，遠(yuǎn)大于鉗口對(duì)帶鋼產(chǎn)生的壓應(yīng)力。因此，液壓鉗口的夾緊力不會(huì)對(duì)帶鋼產(chǎn)生損傷。

3.2 鉗口的深度及開(kāi)口度改造

鉗口深度由原設(shè)計(jì)機(jī)械鉗口的126mm縮減到35mm；鉗口開(kāi)口度由原來(lái)的機(jī)械鉗口[4]的8.5mm增大到15mm。鋼帶插入鉗口的深度越小，鉗口的開(kāi)口度越大，在執(zhí)行鋼卷帶頭退出鉗口時(shí)，鋼卷帶頭越容易能順利退出鉗口，從而順利完成自動(dòng)卸卷的最困難的一環(huán)。

3.3 鉗口扇形板圓弧過(guò)渡半徑及過(guò)渡角改造

鉗口扇形板圓弧過(guò)渡半徑由原設(shè)計(jì)R20增大至R100，過(guò)渡角有原來(lái)的130度增大至169度， 過(guò)渡半徑設(shè)計(jì)越大，過(guò)度角越接近180度，即鉗口與扇形板之間的過(guò)渡線條越平滑，受鉗口夾持后的帶鋼頭部的變形量就越小，同樣有利于在執(zhí)行鋼卷帶頭退出鉗口時(shí)，鋼卷帶頭越容易能順利退出鉗口。

3.4 卷筒漲縮范圍及鉗口壓塊改造

卷筒的漲縮范圍有原來(lái)的Φ590-Φ610mm，改造為Φ580-Φ610mm。即漲縮量由20mm增大到30mm，這樣鋼卷縮徑后，卷筒外表面與鋼卷的內(nèi)圈單邊間隙進(jìn)一步增大至15mm。在執(zhí)行鋼卷帶頭退出鉗口卷筒縮徑后，轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)節(jié)以及在執(zhí)行自動(dòng)卸卷第7步驟鋼卷橫移環(huán)節(jié)[5]，卷筒外表面不易與鋼卷內(nèi)圈發(fā)生摩擦干涉，更加有利于順利完成自動(dòng)卸卷。

鉗口壓塊寬度由原設(shè)計(jì)的1375mm，改造延長(zhǎng)至1500mm，與帶頭的有效接觸寬度由原來(lái)的10mm增大到32mm，這樣就增大了鋼板與鉗口壓塊的接觸面積，提高鉗口夾持的可靠性以及減少帶頭因夾持產(chǎn)生的壓應(yīng)力[6]，進(jìn)一步保護(hù)帶頭不受損傷。

4.效益計(jì)算

遷鋼熱軋酸洗線卷取機(jī)卷筒改造于2015年1月開(kāi)始技術(shù)攻關(guān)和設(shè)備改造，歷時(shí)8個(gè)月，于2015年9月成功應(yīng)用于產(chǎn)線生產(chǎn)。改造后自動(dòng)卸卷成功率達(dá)到了99.9%（改造前自動(dòng)卸卷成功率測(cè)算值為50%），卷取機(jī)卸卷由手動(dòng)/半自動(dòng)模式改為全自動(dòng)模式。對(duì)改造后產(chǎn)線的持續(xù)跟蹤和測(cè)算，產(chǎn)生的效益如下：

（1）卷取機(jī)自動(dòng)卸卷平均每卷比人工卸卷節(jié)約約1min，平均每天節(jié)約約100min，每天提高產(chǎn)能約90噸。噸鋼利潤(rùn)按2016年上半年平均噸鋼200元計(jì)算，按每年有效作業(yè)時(shí)間300天計(jì)算，產(chǎn)生的年經(jīng)濟(jì)效益：

90噸×200元×300天=540萬(wàn)元

（2）此改造項(xiàng)目完成后，根據(jù)測(cè)算，能有效降低因鋼卷卸卷塔形導(dǎo)致的反洗率約0.5%。酸洗年產(chǎn)量按60萬(wàn)噸計(jì)算，噸鋼反洗成本約180元，每年可節(jié)約成本：

0.5%×60×104×200=60萬(wàn)元

其次，降低了卷取機(jī)設(shè)備故障率，節(jié)約了人工和維護(hù)成本。

此次改造完成后，也為后續(xù)首鋼乃至國(guó)內(nèi)其他類(lèi)似產(chǎn)線的改造，積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，讓酸洗線的工藝和生產(chǎn)的組織模式更加趨于科學(xué)合理。

5.結(jié)論

遷鋼熱軋酸洗線卷取機(jī)卷筒改造后，卸卷由手動(dòng)模式改為全自動(dòng)模式，自動(dòng)卸卷成功率達(dá)到了99.9%（改造前自動(dòng)卸卷成功率測(cè)算值為50%）。改造后明顯的成效有：

（1）提高了酸洗機(jī)組的作業(yè)效率，每年提高產(chǎn)能約8.3%，約5萬(wàn)噸。

（2）降低了因卸卷塔形導(dǎo)致的反洗率及帶出品，約占總產(chǎn)量的0.5%，約3000噸。

（3）降低了卷取機(jī)卸卷作業(yè)時(shí)，因內(nèi)圈散卷導(dǎo)致的內(nèi)圈鋼卷表面劃傷，提高了鋼卷的表面質(zhì)量和客戶(hù)滿(mǎn)意度。

（4）大大降低了人工卸卷造成的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)降低了帶頭在鉗口中卡死導(dǎo)致的設(shè)備故障率，節(jié)約了維護(hù)成本。

（5）為后續(xù)國(guó)內(nèi)的其他類(lèi)似產(chǎn)線的改造積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，讓酸洗線的工藝和生產(chǎn)的組織模式更加趨于科學(xué)合理。