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板卷箱卷曲过程的研究 摘要：从热轧分厂投产的一年半期间板卷箱出现的主要事故出发，以弹性弯曲变形为理论依据，对板卷箱弯曲成型的过程进行了深入的研究，对入口辊、弯曲辊、成型辊、摇篮辊的各个功能及位置的重要性进行了研究。从而对板卷箱生产期间的未知原因提供了理论依据，为将来的板卷箱技术改革做了坚实的基础。 关键词：板卷箱；入口辊；弯曲辊；一次弯曲；二次弯曲；成型辊；耦合；1A1B辊；钢卷倾翻 引言 板卷箱主要用在热连轧机组中，放置在粗轧机与精轧机之间，将粗轧机轧出的厚度在20～40mm的中间坯利用无芯卷取方式卷绕成卷，然后立即反向开卷，切头切尾后，送入精轧机，实现边开卷边轧制。其技术主要为解决以前由于粗轧机与精轧机之间的距离太长而造成的轧件头尾温差太大，热轧带钢中间坯温降大，全长温度不均、导致精轧机负荷大，成品带材机械性能和厚度不一致。无芯卷取的方式进行卷取，使温度较高的带头在板卷箱中心保温，然后再开卷，将温度较低带尾变成带头先送至精轧机组进行轧制。 在板卷箱无芯卷曲的技术中，上下弯曲辊的辊缝是板卷箱最重要的参数，辊缝大小将直接影响到带钢出口内径的大小，从而影响到最终成形的卷径（卷眼直径）；在确定了板卷箱弯曲辊辊缝参数及运动参数以后，板卷箱设计的另一个关键问题就是成形辊和1A辊的位置确定，来保证中间坯能够顺利成卷；同时1B辊的运动可以很好的将已经成卷的中间坯平稳的落在1#摇篮辊上，保证正常的开卷，保持稳定的轧制节奏。 因此板卷箱卷曲过程的研究有着重要的意义，各部件的运动情况和运动速度对提高板卷箱工作效率是非常重要的；对板卷箱的结构参数深入的研究可以很好的控制板卷的椭圆型外形，减少对设备的冲击振动，增加设备的使用周期。本文在板卷箱机械结构和弹塑性弯曲变形理论的基础上，全面解释板卷箱卷曲过程中各个设备部件的动作和位置情况，并根据热轧分厂板卷箱出现的废钢事故上进行深入的研究。 板卷箱卷曲站重要设备结构和功能介绍 图1 板卷箱结构示意图 1- 入口辊 2- 下弯曲辊 3- 上弯曲辊 4- 成型辊 5- 1A辊（1#摇篮辊） 6- 1B辊（1#摇篮辊） 7- 卷曲站1#稳定器 8- 开卷臂 2.1 入口辊 两根入口辊固定在一个支撑架上组成了入口辊单元。由分别在两侧的两个液压缸驱动进行升降运动，并通过三位四通电磁换向阀进行升降控制。板卷箱卷曲模式时，入口辊上升；板卷箱空过模式时，入口辊下降到轧制线高度。 2.2 弯曲辊 弯曲辊由2个上弯曲辊和1个下弯曲辊构成，通过两侧的液压缸对其辊缝调节，保持不同厚度带坯的曲率和钢卷内径。在整个卷取过程中，弯曲辊对带坯提供运行的后张力。每个液压缸都由伺服阀控制，并且通过位置传感器和压力传感器进行监测。 2.3 卷曲区 卷取区由成型辊、1A1B辊和两个稳定器构成。1A辊和成型辊配合将中间坯进行二次变形，形成卷形，并且不断的进行卷曲。随着钢卷增大， 1B辊在支撑架的作用下逐渐降低，卷取完成后， 1A1B到与轧制线水平的位置，准备开卷。成型辊由分别在两侧的两个液压缸驱动进行升降运动，并通过三位四通电磁换向阀进行升降控制。1A、1B辊分别由两个液压缸驱动，并通过一个伺服阀进行控制，同时拥有位置传感器进行监测。 板卷箱卷曲过程 3.1 板卷箱的弯曲成型过程 1.1 带钢在板卷箱中的弯曲成形过程可分为两个主要阶段见图2。由粗轧最后一道次轧出的中间坯，通过辊道经板卷箱入口辊后进入板卷箱的弯曲辊单元（1#、2#及3#），上弯曲辊（1#、3#辊）对于下弯曲辊（2#辊）具有一定的压下量，因此，中间坯在弯曲辊单元中产生了一定的弹塑性弯曲变形，受弯的中间坯离开弯曲辊单元后，在弹性恢复力矩的作用下要产生一定的弹复，经弹复后的残余曲率半径即为出口半径R ，这是弯曲成形的第一阶段，也称为一次弯曲。随着卷取过程的继续，以内径为2R的带头将与成形辊发生碰撞，碰撞点与成形辊圆心连线同水平轴的夹角β即为碰撞角。由于成形辊的阻碍作用，将使带钢进一步弯曲，内径减少，这是第二次弯曲过程，简称二次弯曲，并最终形成一定的内径，称此内径为卷眼直径。 图2 板卷箱成型过程 从上面成形过程可以看出，上下弯曲辊之间必须保持合适的辊缝，才能保证带钢的顺利咬入和形成一定大小的出口直径。在热轧板厂设备固定了的条件下(比如弯曲辊辊径，辊间距，成形辊位置)，对于不同的厚度中间坯，辊缝也是不断变化的。以下对于热轧分厂的实际情况，在SMS已经给定辊径和辊距等参数，根据中间坯的情况核算弯曲辊缝和动作情况。 板卷箱弯曲辊辊缝大小的计算在一定程度上与计算矫直机矫直辊的压下量是相同的。为方便辊缝的计算，在计算方法上采用等曲率法进行辊缝计算。认为带钢弯曲时，外沿切于上弯曲辊，内沿切于下弯曲辊，并且内沿上各点具有相同的曲率半径D1/2。根据参考文献