（点击下载）——新一代卷曲机——高强度厚带钢卷曲新技术.doc

 

现在的钢材市场中，高强度热轧带钢具有很大的潜力，特别是对高质量管线钢的需求，如石油管线钢X70，X80和X100等较厚的螺旋焊接管的生产。这种钢的生产对地下卷曲机有特别的需求。因此，德国西马克公司通过对地下卷曲机优化设计，开发出了更先进的新一代卷曲机。通过建立模型，可以精确控制整个卷曲工艺和机械液压传动装置。在整个模型计算的基础上，设计的新卷曲机达到了卷曲的质量，特别是钢卷头部的平整度。本文主要介绍新一代卷曲机的发展，设计新一代卷曲机的必要性和机械装置、液压装置和电力装置设计的优化，并对工艺运行结果进行了讨论。

1新一代卷曲机开发背景

钢铁工业生产高强度厚带钢越来越多。因此，热轧带钢的发展有两个方向。一方面，1300MPa以上超高强度钢材将被用于高负荷结构钢或耐磨钢。另一方面，随着高强度管线钢的需求增加，如石油管线钢X70、X80和X100，厚度达到了25．4mm。为了满足这些要求，必须扩大热轧带钢的产品范围。这将增加生产的难度，尤其对于卷曲系统来说。

为了获得高质量和高强度钢卷，开发了新一代卷曲机。除了传统的钢材和厚度，新一代卷曲机既可以在低温卷曲超高强度钢，又可以卷曲较厚的高强度管线钢。新一代卷曲机是当前世界上应用强度最高的卷曲机，通过使用新一代卷曲机，德国西马克公司获得了大量的高强度带钢卷曲工艺的操作经验。

2新一代卷曲机的发展

新一代卷曲机的开发源自厚的高强管线钢的需要，其设计的边界条件如下：

材料：X80；

带钢厚度：25．4mm；

带钢宽度：2150mm；

卷曲速度：2m／s；

卷曲温度：550℃。

这种带钢的塑性弯曲力大约比传统卷曲工艺的最大塑性弯曲力高250％。新一代卷曲机开发的另一个目标是使带钢的头部和尾部卷曲温度稳定，从而使得带钢整体材料性能保持一致。

3有限元分析

为了开发新一代卷曲机，根据新的边界条件设计并模拟整个卷曲工艺，包括带钢的运动和塑性变形。应用有限元的方法进行模拟和优化工艺，模型基本设计的所有构件如图1所示。

 

根据带钢的压力分布和模型，卷曲过程中，钢卷的头端和第一圈是非常关键的阶段，对卷曲机卷辊、卷轴以及拉辊装置要求较高。在这个阶段，应用高压力和扭矩是设计的根本。因此，钢板在卷曲开始时必须仔细检查。

 

模拟的整个过程，拉辊装置、溜槽板、卷曲机卷辊和卷轴的压力和扭矩必须保证卷曲机稳定、重复的卷曲。此外，还要根据卷曲机卷辊的动力学进行优化，并确定运动的顺序。

接下来的模拟过程，需要对动力、液压调整系统以及全部控制系统进行优化设计，并确定相关的控制参数。

4机械设计

新一代卷曲机的机械组成和高强带钢的卷曲功能如下：

1)低摩擦系数的同步强液压侧导板可以保证钢卷平整、紧实。压紧辊在拉辊的前面，保证带钢在侧导板之间，在带钢末端尤为关键。

2)可调整的大压力和驱动扭矩可使拉辊装置将带钢头部顺利送进卷轴并开始卷曲。在卷曲过程中，拉辊装置保持带钢到卷轴的拉力，使钢卷紧固。

3)带辊的溜槽板是非常重要的，不仅保证顺利开卷，而且在整个卷曲过程中贴着带钢。提高卷曲质量。强化的包装辊和弧形挡板引导带钢头部进入卷轴并保证顺利卷曲。由于开卷时的压力和扭矩较大，所以必须强化卷轴，使卷轴得到改进。另外，为了卷曲的紧密，减少换卷间隔，设计了特殊的冷却系统。

5工艺控制系统

西马克公司提供的卷曲机的主体设备还包括西马克公司的自动化系统。新一代卷曲机的工艺控制系统和程序控制系统是经过改进的。

为了优化开卷工艺，连续卷曲，开发了自动步进式控制系统。在卷曲高强度的厚带钢时，溜槽辊和控制系统的安装可以根据特殊的功能，控制位置增大卷曲直径，这是为了适应带钢的弯曲，使钢卷平整。

带钢卷曲末端，结合打捆机联合控制冷却系统和包装辊，这样紧密平整的钢卷就生产出来了。

6结果与经验

从新一代卷曲机发展开始，西马克公司已经接到了12个订单，如表1所示。这种卷曲机既适用于新厂，也适用于老厂。

 

7新一代卷曲机在安赛乐米塔尔不莱梅钢铁厂的应用

2008年，新一代卷曲机首先应用在德国安塞乐米塔尔不莱梅钢铁厂，是世界上强度最高的卷曲机。早在2006年，不菜梅钢铁厂决定改进其现有的卷曲系统，包括用新一代的四辊卷曲机代替3号卷曲机。新一代卷曲机的卷曲屈服强度可以达到750MPa(20℃)，适合厚度25．4mm，宽度2150mm的高强度带钢，卷曲温度为550℃。西马克公司不仅提供新的卷曲机的全套X—Pact自动化系统，而且改进了1号和2号卷曲机的机械系统和自动化系统。

这套设备的所有关键部件都是在西马克工厂制造的，卷曲机全部零件都预先装配并在工厂经过了测试。它的自动化系统，包括控制台和操作元件都是在西马克公司测试厂安装好并与用户共同完成测试。在被称为即插即用的测试中，自动化系统的测试与卷曲工艺的实时模拟共同进行。模拟包括卷曲机的数据建设，驱动系统的动力行为和传感器的功能，并且尽可能准确地模拟实际。

安赛乐米塔尔不莱梅钢铁厂用新一代卷曲机生产的第一卷钢卷是厚度25mm的X70管线钢，经过检测钢卷的质量非常好。新一代卷曲机可以专门为高强度管线钢设计，使安赛乐米塔尔能够满足未来管线钢生产的需要。

8其他应用实例

2008年，蒂森克虏伯把其欧洲杜伊斯堡一毕克维特钢铁分厂的三台地下卷曲机全部替换成了新一代卷曲机，包括机械部件、通用系统和完整的电气自动化系统。这台全液压卷曲机是为其厚度25．4mm的管线钢的卷曲设计的。通过在新一代卷曲机上的示范生产，厚度1．2mm，屈服强度较低的钢材也可以较好地卷曲成功。

2008年，瑞典奥克隆德钢铁公司为其特殊的超高强度带钢实现低温卷曲(≤150℃)安装了一台新一代卷曲机。随后，瑞典钢铁公司生产特殊性能钢铁产品更加容易。第二台卷曲机是在2010年开始投产的。

2010年3月，印度帕达玛布仙钢铁厂也引进的新一代卷曲机并投产，这是欧洲之外的第一台卷曲机得到成功应用。这个地下卷曲机组包括两个通用卷曲机，一个是普通卷曲机用于厚度20mm的带钢，另一台主要用于厚度25．4mm的高强度管线钢。

2010年4月。新一代卷曲机在德国萨尔茨吉特钢厂也投入使用。这台新的地下卷曲机放置在现有两台卷曲机的后面。因此，萨尔茨吉特钢厂可以供应厚度为25．4mm的高强度管线钢。

中国第一台新型卷曲机应用是在太原钢铁厂。在2011年末开始投产，它可以在温度400℃左右生产X100管线钢。

9结语

在现在和未来市场需要的基础上，德国西马克公司设计了新一代地下卷曲机。它是为高强度管线钢和超高强度厚带钢的卷曲工艺设计的。而且，它对传统尺寸的带钢卷曲仍然适用。对于热轧带钢的生产商，新一代卷曲机可以让钢厂扩大产品范围，对未来市场的需求做好准备。