程知松 徐言東 蘇儉華

(1:北京科技大學(xué)高效軋制國家工程研究中心 北京100083; 2:太重煤機(jī)有限公司設(shè)計(jì)院 山西太原030000)

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高速線材精整收集設(shè)備設(shè)計(jì)和工藝選型分析

程知松①1徐言東1蘇儉華2

(1:北京科技大學(xué)高效軋制國家工程研究中心 北京100083; 2:太重煤機(jī)有限公司設(shè)計(jì)院 山西太原030000)

對高速線材精整區(qū)四大類型的設(shè)備(摩根型、西馬克型、達(dá)涅利型及森德斯型)進(jìn)行了詳細(xì)的描述，指出了每類設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了“在新設(shè)計(jì)生產(chǎn)線時，可考慮采用不同的組合方式”這一觀點(diǎn)，使用戶以較少的投資獲得最佳的線材精整收集效率和收集質(zhì)量。

高速線材 收集設(shè)備 設(shè)計(jì) 選型

1 概述

高速線材生產(chǎn)線在吐絲機(jī)出口處一般設(shè)散冷輥道風(fēng)冷線(輥道下面配大功率軸流風(fēng)機(jī)，輥道上面配保溫罩)，含特殊鋼的生產(chǎn)線設(shè)在線淬火水箱或者保溫集卷桶，和吐絲機(jī)出口處的散冷輥道及冷卻風(fēng)機(jī)做在一個框架上，通過橫向移動框架切換冷卻工藝。經(jīng)過冷卻后的線卷進(jìn)入集卷站，將散落在輥道上的線圈收集成卷，然后送往打捆機(jī)進(jìn)行壓緊打捆，最后稱重，卸卷，由天車吊至成品堆放場。目前，國外的高線成套設(shè)備典型代表是三家，即意大利達(dá)涅利公司、美國摩根公司(現(xiàn)歸屬SIEMENS-VIA)及德國西馬克公司，收集設(shè)備還有瑞典森德斯公司。我國高線設(shè)備基本是轉(zhuǎn)化這些國外公司的技術(shù)進(jìn)行國內(nèi)制造或者直接引進(jìn)的。

2 幾種設(shè)備工藝特點(diǎn)分析

上述四家公司的線卷收集設(shè)備在國內(nèi)都有使用，各自特點(diǎn)分析如下。

2.1 摩根型

此類型的設(shè)備在國內(nèi)應(yīng)用最多，工藝流程如下：

集卷—雙芯棒收集—運(yùn)卷小車上PF線—修剪—臥式打捆—稱重—卸卷收集典型的年產(chǎn)60萬t高速線材精整區(qū)設(shè)備平面布置如圖1所示。

圖1 摩根型高線精整設(shè)備布置

1-散冷輥道; 2-集卷站; 3-運(yùn)卷小車; 4-PF線; 5-打捆機(jī); 6-稱重裝置; 7-成品卸卷站

摩根型集卷筒帶布料器，其設(shè)計(jì)目的是將從散冷輥道上拋下的線圈在鼻錐周圍均勻分布，布料器是一截帶舌頭的筒，隨筒旋轉(zhuǎn)。線圈布置均勻，可以降低線卷高度200mm～300mm，美觀線卷外形，提高打捆質(zhì)量。由于布料器和鼻錐之間縫隙較小，經(jīng)常出現(xiàn)卡鋼，尤其是線材尾部不整齊或者軋制大規(guī)格產(chǎn)品輥道給力不夠時卡鋼事故突出，因此，許多廠家均將此布料器拆除。

摩根集卷采用由電機(jī)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的互成90°的雙芯棒，集卷筒中的鼻錐升降由芯棒內(nèi)部液壓缸推桿實(shí)現(xiàn)，鼻錐容易對中。當(dāng)集完一根坯料的線卷時，芯棒由垂直狀態(tài)旋轉(zhuǎn)至水平狀態(tài)，由運(yùn)卷小車將線卷從芯棒上托起，送至PF線的C型鉤上。在運(yùn)卷小車上面有線卷端部壓板，避免線卷頭部亂卷現(xiàn)象的發(fā)生。摩根型運(yùn)卷小車線卷托盤升降行程小，運(yùn)卷過程平穩(wěn)，基礎(chǔ)坑淺，小車必須在等待位置上等芯棒旋轉(zhuǎn)到位后，再運(yùn)行至芯棒下面，避免旋轉(zhuǎn)時碰到小車，因此，PF線的中心線距離集卷站中心較遠(yuǎn)，約12.2m。芯棒旋轉(zhuǎn)電機(jī)位于地面上，便于維護(hù)。集卷站立面圖如圖2所示。線圈進(jìn)入集卷筒的操作面較高，為+8.521m。

線卷由運(yùn)卷小車送到PF線的C型鉤上，繼續(xù)下一步工序。PF線是一種鏈條牽引的由PLC控制的集散型運(yùn)輸線，在各工序均有信號通訊實(shí)現(xiàn)啟停及運(yùn)行路線控制。摩根型C型鉤為中心單點(diǎn)懸掛，支架結(jié)構(gòu)簡單，但對線卷對中要求較高，經(jīng)常出現(xiàn)中心偏離造成C型鉤傾斜甚至脫鉤現(xiàn)象發(fā)生。線卷在PF線上邊運(yùn)行，邊冷卻。在修剪處暫停，由人工剪切線卷頭尾，在C型鉤外側(cè)切頭，方便取出，在內(nèi)側(cè)切尾，若剪2～3圈，則不方便取出，剪1圈可能切不完尺寸超差部分，這是摩根型布置的缺點(diǎn)。

圖2 摩根型集卷站立面圖

1-集卷筒; 2-旋轉(zhuǎn)雙芯棒; 3-運(yùn)卷小車; 4-PF線上的C型鉤

線卷經(jīng)過修剪工序后，進(jìn)入打捆機(jī)進(jìn)行四道次捆扎。年產(chǎn)60萬t高線，一臺全自動臥式打捆機(jī)即可滿足要求，通常備用一臺半自動機(jī)械式打捆機(jī)或者全自動打捆機(jī)。打捆過程如下：

C型鉤停止—線卷壓緊—四槽穿線—打捆頭扭結(jié)—剪線—打捆頭退回—壓卷液壓缸退回—C型鉤運(yùn)行

摩根型打捆機(jī)穿線系統(tǒng)不是很合理，經(jīng)常出現(xiàn)故障，目前市場已逐步被森德斯和西馬克取代。

線卷經(jīng)過打捆后到達(dá)稱重工位，稱重裝置為獨(dú)立的液壓缸升降裝置，托盤下面安裝壓力傳感器，線卷停止運(yùn)行，在靜態(tài)下完成稱量工序，精度高。線卷繼續(xù)運(yùn)行至成品卸卷站。年產(chǎn)60萬t高線，設(shè)一個四工位的卸卷站即可滿足要求，采用電磁吊車一次吊運(yùn)四卷成品，也有設(shè)兩個雙工位的卸卷站，采用C型鉤吊具，一次吊運(yùn)兩卷成品。成品卸卷小車有一個液壓缸驅(qū)動升降，橫移運(yùn)行采用電機(jī)或者液壓馬達(dá)。

2.2 西馬克型

西馬克的精整收集工藝布置和摩根非常相似。設(shè)備上的區(qū)別分述如下：

集卷筒上部取消了布料器，總高度略低，操作面標(biāo)高+8.00m。筒內(nèi)的鼻錐是由筒外側(cè)的3個液壓缸托起的，由于3個液壓缸的同步性較難控制，因此，容易造成鼻錐不穩(wěn)出現(xiàn)亂卷現(xiàn)象。

旋轉(zhuǎn)雙芯棒的驅(qū)動由一個液壓缸完成，液壓缸安裝在地下，不好維護(hù)。西馬克運(yùn)卷小車升降由一個液壓缸驅(qū)動，升降行程1.20m，在芯棒下面不影響芯棒旋轉(zhuǎn)，取消了摩根的等待位，因此，PF線中心和集卷站中心距離可以縮短至7.20m，這是它的優(yōu)點(diǎn)，但是，由于線卷在運(yùn)卷小車上重心高，運(yùn)行過程不如摩根的穩(wěn)定。

西馬克打捆機(jī)吸收了森德斯穿線技術(shù)，故障率較低，近幾年得到較多應(yīng)用。

2.3 森德斯型

此類型的設(shè)備近幾年在國內(nèi)應(yīng)用較多，工藝流程如下：

集卷—卷芯架收集—滾床運(yùn)輸—翻卷切尾—滾床運(yùn)輸—翻卷運(yùn)卷小車上PF線—切頭—臥式打捆—稱重—卸卷收集

典型的森德斯型精整區(qū)設(shè)備平面布置如圖3所示。

圖3 森德斯型精整區(qū)平面布置

1-散冷輥道; 2-集卷站; 3-滾床; 4-翻卷切尾; 5-翻卷卸卷上PF線; 6-PF線切頭; 7-打捆機(jī); 8-稱重裝置; 9-四工位成品卸卷站

森德斯集卷站包括布料器、集卷筒，配合卷芯架對線圈進(jìn)行收集。其布料器由于設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀合理及材質(zhì)耐磨性能好，得到較好應(yīng)用，比不使用布料器時的線卷高度低200mm～500mm，尤其對螺紋鋼盤卷，可以獲得較小的成品捆高度，便于汽車運(yùn)輸。集卷筒內(nèi)的鼻錐是由卷芯架托起的，容易對中，穩(wěn)定，在卷芯架下面是一個液壓缸機(jī)構(gòu)，提供鼻錐升降動力。森德斯的集卷站立面圖如圖4所示。最高處操作面標(biāo)高為6.227m，較摩根和西馬克型集卷站低，適合較大卷重如3t的線材生產(chǎn)，特別適合老車間改造由于廠房高度不夠的情況，這是它的優(yōu)點(diǎn)。

集完線材的卷芯架在輥床上移動，滾床結(jié)構(gòu)分三軸、四軸和六軸，根據(jù)需要進(jìn)行不同組合，每個滾床由一臺交流變頻電機(jī)驅(qū)動兩側(cè)的導(dǎo)輥，中間有導(dǎo)向槽。不同位置的滾床具有不同功能，如集卷站下面的滾床可以升降，拐彎處滾床可以平面旋轉(zhuǎn)90°，翻卷機(jī)處滾床被向下翻轉(zhuǎn)90°，卷芯架在滾床上的位置及動作全部由PLC控制。卷芯架在升降或者翻轉(zhuǎn)時需由液壓缸鎖緊。

圖4 森德斯集卷站立面圖

如果需要對線材進(jìn)行切頭尾，可在滾床上設(shè)計(jì)一個切尾工位，安裝一個翻卷機(jī)即可。翻卷動作由一個液壓缸完成，翻卷機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 線卷翻轉(zhuǎn)上PF線示意圖

1-翻卷機(jī); 2-卷芯架; 3-PF線的C型鉤; 4-運(yùn)卷小車

森德斯的精整后部工序還是將線卷送至PF線進(jìn)行臥式打捆，如圖5。線材切頭可以在PF線的C型鉤上操作。線卷上PF線動作過程類似于摩根和西馬克型，首先由翻卷機(jī)將卸卷翻轉(zhuǎn)成水平狀態(tài)，由運(yùn)卷小車托臂伸進(jìn)線卷內(nèi)部舉起線卷橫移上C型鉤，再下降退出C型鉤位置，比西馬克型多了一個等待位。森德斯的運(yùn)卷小車托臂較單薄，導(dǎo)致卷芯架底部的幾圈線材經(jīng)常脫鉤，不如摩根型運(yùn)卷小車端部帶壓板的結(jié)構(gòu)好，這是它的缺點(diǎn)。但是森德斯的PF線C型鉤吊掛方式比摩根好，其巧妙地將滾床結(jié)構(gòu)反向朝下，兩個掛點(diǎn)使得C型鉤即使在線卷不對中情況下也不至于傾斜，這是它的優(yōu)點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜一些，拐彎處均為直角旋轉(zhuǎn)，不像摩根型的弧形彎道，投資稍高。

森德斯打捆機(jī)是目前世界上最好的打捆機(jī)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，打捆質(zhì)量好。應(yīng)用較多的是臥式打捆機(jī)配合PF線使用，也有立式打捆機(jī)產(chǎn)品，配合卷芯架和滾床使用，應(yīng)用較少。

線卷打捆后，沿PF線分別進(jìn)入稱重工位和卸卷工位，和摩根型相同。

2.4 達(dá)涅利型

達(dá)涅利早期產(chǎn)品為全部卷芯架收集，配套立式打捆機(jī)，其典型的精整收集設(shè)備布置如圖6所示。

圖6 達(dá)涅利卷芯架收集布置圖

1-散冷輥道; 2-集卷站; 3-滾床; 4-運(yùn)卷小車; 5-翻卷機(jī); 6-立式打捆機(jī); 7-成品卸卷站

達(dá)涅利的集卷站和森德斯類似，線材收集在卷芯架上，卷芯架在滾床上運(yùn)行。滾床中間沒有導(dǎo)向槽，結(jié)構(gòu)比森德斯的簡單。線卷切頭尾需要通過四個翻卷機(jī)及一個運(yùn)卷小車實(shí)現(xiàn)。如圖6中修剪區(qū)，線卷首先在第一個翻卷機(jī)處翻轉(zhuǎn)成水平狀態(tài)，人工切尾，然后返回移至第二個翻卷機(jī)處翻轉(zhuǎn)成水平狀態(tài)，同時有一液壓升降的運(yùn)卷小車將線卷托上對面空的卷芯架上，相當(dāng)于對線卷調(diào)頭，然后將第三個翻卷機(jī)轉(zhuǎn)成立式狀態(tài)，移至第四個翻卷機(jī)處，進(jìn)行線材切頭操作。翻卷機(jī)結(jié)構(gòu)和森德斯類似。完成切頭尾的線卷隨著卷芯架進(jìn)入立式打捆機(jī)，進(jìn)行壓緊，四道次打捆，再移出打捆機(jī)，由滾床送至成品卸卷站，此處設(shè)第五個翻卷機(jī)將線卷翻轉(zhuǎn)成水平狀態(tài)，由液壓升降的卸卷小車將線卷移至成品臺架上。卸卷小車上安裝了壓力傳感器對線卷進(jìn)行稱重。

此種工藝布置占地面積小，適合改造項(xiàng)目場地不夠的情況，由于翻卷機(jī)數(shù)量多，操作節(jié)奏慢，不適合產(chǎn)量高的生產(chǎn)線。近期的達(dá)涅利工藝布置也大多引進(jìn)了森德斯的設(shè)備。

2.5 特點(diǎn)比較

綜合前面描述，總結(jié)四家公司高線收集設(shè)備特點(diǎn)列于表1。

表1 四家公司高線收集設(shè)備特點(diǎn)比較

3 結(jié)束語

1)高速線材精整收集設(shè)備四大類型，各有特點(diǎn)，設(shè)計(jì)時應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行合理布置，同時，應(yīng)從投資、維護(hù)、生產(chǎn)能力及成品收集外觀質(zhì)量四個方面綜合考慮。

2)針對四大類型的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)時可考慮揚(yáng)長避短，采取不同的組合，如將西馬克的運(yùn)卷小車經(jīng)過加固后和摩根集卷站組合，縮短PF線中心線與集卷站中心的距離。再如將摩根的運(yùn)卷小車與森德斯卷芯架結(jié)合，避免上PF線時線卷端部幾圈易發(fā)生的脫鉤現(xiàn)象。目前將摩根的PF線和森德斯的集卷站及卷芯架結(jié)合的生產(chǎn)線較多。

[1]《高速軋機(jī)線材生產(chǎn)》編寫組.高速軋機(jī)線材生產(chǎn).北京:冶金工業(yè)出版社，1995.

Design and Technological Selection of High-speed Wire Rod Finishing and Collecting Equipment

Cheng Zhisong1Xu Yandong1Su Jianhua2

(1:NERCAR of Beijing University of Science and Technology, Beijing 100083; 2:Design Institute of Taiyan Heavy Coal Mine Machinery Co., Ltd, Taiyuan 030000)

This paper has given out a detailed description on four type of equipment (Morgan type, and SMS type, and Danieli type and the Sund Birsta type) in high-speed wire rod product line finishing area, meanwhile pointed out their advantages and disadvantages of each type equipment, and put forward a view that during the design of new product line, the different type equipment combination should be considered, to make user to obtain the best wire rod collection efficiency and products quality by less investment.

High-speed wire rod Collecting equipment Design Selection

程知松，男，1967年出生，畢業(yè)于北京科技大學(xué)，碩士，副研究員,從事防線軋鋼新工藝新技術(shù)方面的研究

TG333.62

B

10.3969/j.issn.1001-1269.2014.01.017

2013-07-15)