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第10章卷取机,10.1卷取机的用途和类型10.2带张力卷筒的卷取机10.3线材卷取机,10.1卷取机的用途和类型,1.用途收集超长轧件，将其卷取成卷以便于贮存和运输。卷取机是轧钢车间的重要辅助设备，在带材和线材生产中均被广泛应用。2.类型按其用途可分为热带材卷取机、冷带材卷取机、小型线材卷取机等。,10.2带张力卷筒的卷取机,10.2.1热带钢卷取机热带钢卷取机是热连轧机、炉卷轧机和行星轧机的配套设备，有多种型式地上式、地下式、有卷筒式、无卷筒式等。由于地下式卷取机具有生产率高、便于卷取宽且厚的带钢、卷取速度快而钢卷密实等特点，所以现代热连轧生产线上主要采用地下式卷取机。,10.2.1.1地下式卷取机的设备配置及卷取工艺1.地下式卷取机的布置及设备构成地下式卷取机布置在热带钢连轧机输出辊道后面。由于它位于辊道标高之下，所以被称为地下式卷取机。在整个连轧机组中，卷取机的工作条件最为恶劣，也是最易出故障的环节之一。为保持连轧机组的生产节奏，一般依次布置三台以上的卷取机。二台交替使用，一台备用检修。,地下式卷取机主要由张力辊也称夹送辊及其前后导尺、导板装置，助卷辊也称成型辊及助卷导板，卷筒及卸卷装置等组成。此外，在卷取区域还需配置一些其它辅助设施，如机上过桥辊道，事故剪切机，带卷输出运输链，运输车，翻卷机，打捆机等等。图12-1（P403页）为1700热连轧地下式卷取机主要设备构成示意图。,2．地下式卷取机卷取工艺地下热卷取的作用主要有两点控制轧机出口张力和将带材卷取成卷。下面以图12-1所示的三辊式地下卷取机为例说明卷取工艺过程。,带钢头部离开精轧机时，卷取机已处于准备工作状态。此时，上张力辊下压，助卷辊围抱卷筒。张力辊和助卷辊在各自的辊缝调整机构控制下，在上、下张力辊之间、助卷辊与卷筒之间都保持有与带钢厚度相适应的辊缝。带钢进入卷取机时，张力辊前导尺正确导向，借助导板装置，在张力辊和卷筒之间形成封闭路径，使带钢能顺利地卷上卷筒。,待带钢卷上3～5圈后，带钢在卷筒和轧机之间即能建立稳定的张力。此时上张力辊放松，传动电机采用“零电流”控制，助卷辊全部打开卷厚带钢时，第一个助卷辊要始终压住带钢，卷筒和轧机一起加速至最高速度，进入正常卷取状态。,带尾即将离开轧机时，卷取机进入收卷状态。轧机与卷取机同时降速，助卷辊合拢，压住外层带卷。当带钢脱离末架轧机时，张力辊压紧，传动电机处于发电状态，使带钢在张力辊与卷筒之间建立张力，避免带尾跑偏或钢卷外层松散。卸卷时助卷辊打开，卸卷小车上升托住带卷，待卷筒收缩后，可将钢卷移出。此后卷取机又恢复准备工作状态。,轧机与卷取机在上述各种工作状态下的速度关系如图12-2（P404页）所示。在准备状态下，带钢的速度不宜过高，否则既不利于带钢咬入张力辊，也不利于卷上卷筒。辊道的速度高于轧件速度即末架轧机速度，可防止堆钢。张力辊速度高于轧件速度，便于轧件咬入。卷筒助卷辊的速度高于即超前于张力辊的速度，有利于带钢卷上卷筒。正常卷取时，由卷筒与轧件之间的速度差保持张力。卷取机应具有足够的加速能力，尽快达到最高速度，以发挥最大生产能力。收卷时张力辊速度低于即滞后于卷筒速度以维持收卷张力，降低辊道速度可增加带钢前进阻力，防止带尾跳动。收卷时应采用较低的卷取速度，以避免带尾脱离轧机后剧烈甩动，造成事故,现代化热连轧厂的卷取工艺过程可由计算机自动控制。卷取速度可达30m/s，卷重45t，钢带厚度达25mm。总结卷取生产的经验，可将卷取工艺对卷取设备性能的要求概括为以下几个方面具有较高的咬入和卷取速度；能处理大吨位的带卷，以提高带钢生产率；能卷取较大厚度范围的带材，特别是厚带及合金钢带，以扩大品种；具有较强的速度控制能力，以实现稳定的张力和稳定的卷取过程；能产生较大的张力并能在较低的温度下卷取，以改善带材的质量和机械性能这要求卷取机本身具有较好的强度和刚度；所卷带卷边缘整齐，便于贮存运输；高速卷取时，卷筒有良好的动平衡性能；卷筒可胀缩，便于卸卷操作。除此之外，卷取机还应具有能适应高温环境，结构简单，动作可靠，维修方便等特点。,10.2.1.2地下式卷取机的分类及其结构1．地下式卷取机的分类地下式卷取机型式上的主要差别在于助卷辊的数目、分布情况、控制方式以及卷筒结构的不同。习惯上就以上述差别进行分类。按助卷辊数目，地下卷取机可分为八辊式、四辊式、三辊式、滑座四辊式、二辊式等；按助卷辊的移动控制方式，又可分为各助卷辊连杆联接集体定位控制的和辊单独定位控制两种。按卷筒结构则可分为连杆胀缩卷筒卷取机和棱锥斜面柱塞胀缩卷筒卷取机等。地下式卷取机的分类情况如图12-3（P405页）所示。,2．地下式卷取机结构1张力辊张力辊的作用是在带尾离开轧机时保持卷取张力并在卷取开始时咬入带钢，迫使带钢头部向下弯曲，沿导板方向进入卷筒与助卷辊的缝隙，进行卷取。张力辊由上、下辊、上辊开闭装置、辊缝调节装置及张力辊传动装置等组成图12-4（P408页）。,2卷筒卷筒是卷取机的核心部件。它要在张力下高速度卷取热状态下重达45t的带卷。为此，要求卷筒内部有冷却与润滑系统；要在较大的带材压力作用下缩径卸卷；要有足够的强度与刚度。所有这些都决定了卷筒结构的复杂性。此外，在大张力情况下，为改善卷筒受力状态，悬臂端都应设有活动支承。常见的卷筒结构型式有连杆式、斜面柱塞式和棱锥式。,3助卷辊与助卷导板集体定位控制的助卷辊图12-3a、b、c结构复杂，铰链点多。铰链稍有磨损就会影响助卷辊的使用性能，目前已不再采用。单独位置控制的助卷辊一般由支臂、辊子及其传动系统、助卷导板、驱动气缸和辊缝控制机构等组成。在卷取过程中，层叠的带钢图12-7（P410页）通过助卷辊缝时会造成强烈冲击。因此助卷辊往往是整个卷取机的薄弱环节。,助卷辊直径一般取300～400mm，采用实心辊可提高强度，但也增加其惯性质量，对冲击更为敏感。空心辊可减少质量，提高动力控制性能，但强度有所削弱。图12-8（P411页）为液压缸开闭控制的助卷辊布置方式。,助卷辊控制过程如图12-9（P411页）所示，它包括压力控制和“跳动”控制两部分。伺服控制系统如图12-10（P411页）所示。激光探测器和助卷辊上的加速度计可探测带钢头部的位置；卷筒和张力辊的测速计可测定卷取速度带头速度。这些信息输入计算机进行处理，然后由计算机通过伺服系统控制助卷辊开闭液压缸，使层叠的带头即将通过助卷辊时，助卷辊瞬时“跳起”，让过带头。液压助卷辊可以有效地消除冲击，同时也使卷取中的头端压痕、划伤、松卷、塔形等现象大为减少。,10.2.2冷带钢卷取机10.2.2.1冷带钢卷取机的类型及工艺特点1．冷带钢卷取机的分类目前冷轧带钢的卷取绝大多数采用卷筒式卷取机，其设备配置较为简单，主要由卷筒及其传动系统，压紧辊，活动支撑和推卷、卸卷等装置组成。卷筒及其传动系统构成卷取机的核心部分，至于是否必须设置其余装置则需根据工艺要求而定。高生产率的卷取机往往还设有助卷器。,冷带钢卷取机按用途可分为大张力卷取机和精整卷取机两类。大张力卷取机主要用于可逆轧机、连轧机、单机架轧机及平整机。精整卷取机则主要用于连续退火、酸洗、涂镀层及纵剪、重卷等生产机组。按卷筒的结构特点，可分为实心卷筒卷取机，四棱锥卷筒卷取机，八棱锥卷筒卷取机及四斜楔和弓形块卷取机等。前三种强度好，径向刚度大，常用于轧制线做大张力卷取。后二种结构简单，易于制造，常用于低张力的各种精整线。此外，大张力卷取机的卷筒从性能上还有固定刚度卷筒和可控刚度卷筒之分。,2．冷带钢卷取的工艺特点就工艺目的讲，冷、热带钢的卷取是一致的。但由于冷带钢生产的特殊性，冷带钢卷取还有以下特点1张力冷带钢卷取尤其在轧制作业线上突出的特点是采用较大张力。此外，由于张力直接影响产品质量及尺寸精度，因此对张力的控制也有很严格的要求。现代大张力冷带钢卷取机都采用双电枢或多电枢直流电机驱动，并尽量减小传动系统的转动惯量，提高调速性能，以实现对张力的严格控制。各种生产线的卷取张应力见表12-2（P412页）。轧制卷取时，表12-2中应考虑加工硬化因素；精整卷取薄带时，张应力应取大值。,2表面质量冷带钢表面光洁，板形及尺寸精度要求较高，因此对卷筒几何形状及表面质量的要求也相应提高。3钢卷的稳定性冷轧的薄带钢采用大直径卷筒卷取时，卸卷后带卷的稳定性极差，甚至出现塌卷现象。因此加工带材厚度范围大的生产线应能采用几种不同直径的卷筒，小直径卷筒用于卷取薄带。,4纠偏控制带钢精整线往往要求带钢在运行时严格对中，使卷取的带卷边缘整齐。为此常采用自动纠偏控制装置。带钢纠偏装置的工作原理如图12-11（P413页）所示。卷取机机架1是活动的。调整好以后固定不动的光电元件4检测带钢边缘，带钢跑偏将使光电元件产生输出信号，信号放大后经电液伺服控制器5、控制油缸6、随时调整卷筒位置使带卷边缘保持整齐。纠偏效果与纠偏速度密切相关。纠偏速度可根据机组速度参考表12-3（P413页）确定。,此外，卷取速度高可达40m/s也是冷卷取工艺的另一显著特点。实际上，除高温条件外，几乎所有对热卷取机的性能要求，对冷卷取机都是适用的。但考虑到上述工艺特点，冷带钢卷取机还应考虑以下几个问题要求有更高的强度、刚度，以实现大张力卷取；大张力卷筒胀开后，应能成为一完整圆形，以防止压伤内层带钢；可快速更换卷筒，以适应多种厚度。,10.2.2.2冷带钢卷取机的结构常见的冷带钢卷取机有实心卷筒式、四棱锥式、八棱锥式、四斜楔式、弓形块式等结构。表12-4（P413页）列出了某些规格卷取机的技术性能。1．实心卷筒卷取机实心卷筒卷取机一般为两端支撑，结构简单，具有高的强度和刚度，用于大张力卷取。其缺点是卸卷需采用倒卷方法，影响了轧机的生产能力。为减少卸卷辅助时间，提高作业率，常采用转盘式双卷筒结构。,实心卷筒在大张力卷取时，带钢对卷筒会产生很高的径向压力。为防止卷筒塑性变形，卷筒材料一般都采用合金锻钢并经均匀热处理。,2．四棱锥卷取机为克服实心卷筒卸卷困难的缺点，设计了四棱锥卷筒。四棱锥卷筒胀径时，由胀缩缸直接推动棱锥轴，使扇形块产生径向位移。由于没有中间零件，棱锥轴直径大，强度高，可承受较大的张力可达400～600kN，常用于多辊可逆式冷轧机的大张力卷取和冷连轧机组的卷取机。卷筒的棱锥轴有正锥式和倒锥式。图12-12（P415页）为1180二十辊轧机的正锥式四棱锥卷取机卷筒，主要由棱锥轴、扇形块、钳口及胀缩缸等组成，结构比较简单。,3.八棱锥卷取机近年来冷轧机向高速、重卷、自动化方向发展，在卷取机结构上也做了较大的改进。首先为减小卷取机转动惯量，改善启动、调速、制动性能，趋向于采用电动机直接传动卷筒的方式。其次，为解决胀开时扇形块间的缝隙对薄带钢表面质量的影响，卷筒采用四棱锥加镶条的结构即八棱锥，卷筒胀开后能成为一个完整的圆柱体。,图12-13（P416页）为1700冷连轧八棱锥卷取机，它由卷筒、胀缩缸、机架、齿形联轴节、底座、卸卷器等组成。卷取机卷筒有610和450两种规格，采取整机更换的快速更换卷筒方式。卷筒由扇形块、镶条、八棱锥芯轴、拉杆、花键轴等组成。八棱锥结构卷筒适用于高速连轧机的卷取。但结构较复杂，加工精度高，弹簧易损坏。,4．四斜楔卷取机图12-14（P417页）为1420四斜楔卷取机的卷筒，它由主轴、芯轴、斜楔、扇形块、胀缩缸等组成。卷筒的胀缩机构是四对斜楔。内层斜楔由胀缩缸通过芯轴带动做轴向移动，外斜楔支持扇形块的两翼，带动扇形块径向胀缩。胀径时外斜楔径向外伸，填补扇形块间隙，斜楔顶面与扇形块外表面构成一整圆。卷取薄带不会产生压痕。这种卷简的最大特点是主轴、扇形块加工方便。由于斜楔只支持扇形块的两翼，卷筒强度、刚度都有削弱，适用于张力不大的平整机组和精整作业线。,5.弓形块卷取机弓形块卷取机多用于宽带钢精整线的卷取。卷筒的胀缩方式有凸轮式、轴向缸斜楔胀缩式和径向缸式三种。凸轮和轴向缸斜楔胀缩式目前基本上已不再采用，而径向缸式由于结构紧凑，使用可靠，在国内外新设计的精整卷取机上普遍采用，使用情况良好。弓形块卷筒结构如图12-15（P417页）所示，由主轴和弓形块等部分组成。图12-15所示的卷取机也可采用450、610两种直径的卷筒，并能实现快速更换。弓形块卷筒的主要缺点是卷筒结构不对称，高速卷取时动平衡性能较差。,10.2.3卷取机主要参数的确定1．卷筒直径的确定对于冷轧带材卷取机，卷简直径的选择一般以卷取过程中内层带材不产生塑性变形为设计原则。对热轧带材卷取机，则要求带材的头几圈产生一定程度的塑性变形，以便得到整齐密实的带卷。卷筒筒身工作部分长度应等于或稍大于轧辊辊身长度，卷简直径的胀缩量约为15～40mm，热轧情况取大值。,2．卷筒径向压力计算径向压力计算不仅是卷筒零件强度和胀缩缸推力计算的先决条件，而且与卷取质量直接相关。一般认为卷筒径向压力与卷取张力和带卷直径、带卷和卷筒的径向刚度包括带卷的层间变形效应和卷筒的胀缩性能、带卷层间介质及表面状态、层间滑动与摩擦及带宽等因素有关。由于这些问题在理论分析和实验研究方面都具有较大的难度，多年来国内外虽有许多学者做了大量研究工作，至今仍不能精确计算卷筒径向压力。,10.3线材卷取机,线材卷取机的型式经历了两个变化阶段。60年代以前线材卷取机的作用是单纯打卷以便于线材的收集和运输。它有两种基本结构型式1轴向送料的线材卷取机。如图3.3-5所示，由轧机来的线材，经过管1和卷取机的空心旋转轴2，从轴的锥形端的螺旋管3出来后，在自由地挂于轴上的卷筒5和外壳4之间的环形空间成圈地叠起。当打开门6后，卷好的线材掉在运输机上。,,这种卷线机的主要优点是卷取过程中线卷不转动，因而可允许采用较高的卷取速度，这样，为选择较高的轧制速度创造了有利的条件。然而由于金属在卷取时被扭转卷取机每转一转金属扭转3600，故这种卷线机常用于卷取直径较小的圆形断面金属。,2径向送料的线材卷取机。如图3.3-6所示，卷筒l与托钩2一起旋转，金属经管3沿切向进入卷筒与外壳4之间的环形空间。卷取时，外壳支在托钩上一同旋转。卷取终了卷取机停止，在曲柄机构5的作用F使辊子支架6升起，托钩被掀向卷筒内侧，外壳4落到圆锥座7上，从而使成品卷落在运输机上。在下一次卷取开始前，卷取机加速到稳定速度。由于线卷在卷取过程中作高速旋转运动，因此线卷旋转的不稳定性及巨大的转动惯量限制了这种卷线机的卷取速度。然而由于被卷金属无扭转现象，故可用来卷取断面尺寸较大的、甚至非圆断面的轧材。,从使用角度看，大多数的热轧线材用于拉丝。60年代由于拉丝生产对线材的要求提高而导致线材轧饥的卷线机在结构上进行了重大的改进。拉丝生产对其原料热轧线材的要求是1最少的氧化铁皮，且易于去除，从而缩短拉丝前的酸洗时间和耗酸量。2高强度。3线材在全长上具有均匀的机械性能，从而保证线材制品在全长上的机械性能的均匀性，拉拔性能良好，不致在拉拔时产生断裂现象。,4高的断面收缩率及延伸率。随着线材轧机轧速的不断提高及盘重增大，线材的卷取温度高达10000C左右，此时若仍按传统的卷取工艺和传统的卷取机卷取，将产生下列严重的不良后果①盘重大，成卷的线材因缓冷而产生大量的氧化铁皮，且属难于溶解的Fe3O4。，给酸洗带来巨大的困难。②由于盘条是堆成团的，从高温下冷却后，内外圈的冷却速率相差甚大，沿长度方向的机械性能和显微组织不均，高碳钢则尤为严重。③冷却后铁素体晶粒粗大，机械性能差。由于高碳钢线材一般都经冷拔、冷轧而制成制绳钢丝、弹簧钢丝和焊条钢丝，故冷加工性能特别差。,为避免上述弊病，60年代在线材生产中实现了控制冷却的新工艺它是将精轧机轧出的线材从终轧温度迅速强制冷却到一定程度，而获得全长上性能基本均匀的索氏体线材。这一新工艺省去了旧式工艺的中间热处理工序，此外，由于急冷，产生少量易溶于酸的FeO。因此，现代线材卷取机所完成的工序已超出旧式线材卷取机单纯打卷的功能，它与其它一些辅助机械共同完成一整套热轧线材轧后直接索氏体化的工艺。目前热轧线材轧后直接索氏体化的工艺主要有以下几种图3.3-7,,1斯太尔摩法。线材终轧后，通过水冷区使线材温度急冷至750～800℃进入吐线成圈器。成圈器吐出的螺旋形立式线圈依次倒在不断移动的链式平板运输机上，形成水平的散圈状态，在运输机下强行鼓风冷却到400℃以下，最后由线圈收集装置收集并打包。2施罗曼法。其特点是加强了水冷区的冷却效果和采用了水平锥管式成圈器，卷成的散圈可以立着水平移动，冷却更为均匀，对高碳钢线材的冷却特别有利。,3德马格--八幡法DP法。它属于塔式冷却装置。线材成圈后落入多爪式运输带垂直下降，并由下向上吹入压缩冷风冷却。除此之外，尚有日本的热水浴处理法和流态层处理法等。从以上各种新式冷却工艺可看出，这里的卷取机成圈器只起线材成圈的作用，线材冷却处理后还需要专门的收集装置将螺旋线状的线圈收集成堆。成圈器不但结构与旧工艺的卷取机不同，其功能亦有所变化。,课后作业卷取机的作用是什么有哪几种类型,