极薄带钢的卷取方法

摘要

本发明揭示了一种极薄带钢的卷取方法，包括以下步骤：收集卷筒以及压辊的设备参数；收集带钢的特征参数；给定各类工况系数；计算压辊的抬起位置；定义卷取过程参数，并且给定最大卷取半径；计算卷取半径；判断压辊位置；判断卷取半径是否小于等于最大卷取半径减去带钢厚度的差。本发明提出了一套适合于极薄带钢的卷取方法，能有效改善带钢的卷取质量。

权利要求

1.一种极薄带钢的卷取方法，其特征是，包括以下步骤：

收集卷筒以及压辊的设备参数，所述卷筒以及压辊的设备参数包括：卷取机卷筒外径R0、压辊直径为dy，压辊的旋转半径为Rzy、压辊的旋转中心与卷取机卷筒中心的垂直距离为loa、水平距离为 上S辊的直径用dss、下S辊直径dsx、上S辊顶部与卷取机的卷筒中心的垂直距离lfd、下S辊底部与卷取机的卷筒中心的垂直距离为lcd、上下S辊与卷取机卷筒中心的水平距离收集带钢的特征参数，所述带钢的特征参数包括带钢的厚度h、带钢的宽度b、带钢屈服极限σs、带钢的弹性模量E；

给定各类工况系数，所述工况系数包括压辊力工况系数ξ、压辊抬起位置的工况系数ψ1、ψ2；

计算压辊的抬起位置，所述压辊抬起位置的计算公式为

定义卷取过程参数k，并且给定最大卷取半径Rmax,所述定义卷取过程参数k表示带钢已包上卷取机k圈；

计算卷取半径，所述卷取半径的计算公式为R＝R0+kh；

判断压辊位置，所述压辊位置控制角β的计算公式为

其中，β1为所述卷取机的卷筒中心与压辊的旋转中心的连线与铅垂线方向的夹角、β2为最小钢带情况下压辊中心与所述压辊旋转中心的连线和所述卷取机的卷筒中心与所述压辊的旋转中心的连线之间的夹角；

判断卷取半径是否小于等于最大卷取半径减去带钢厚度的差，所述判断卷取半径是否小于等于最大卷取半径减去带钢厚度的差的公式为R≤Rmax-h，其中Rmax为最大卷取半径。

说明书

极薄带钢的卷取方法

技术领域

[0001] 本发明涉及冷轧技术领域，更具体地说，涉及一种极薄带钢的卷取设备及方法。

背景技术

[0002] 二次冷轧机组生产的产品规格较薄，平整模式产品最薄产品厚度能够达到0.15mm，二次冷轧模式产品最薄能够达到0.05mm。对于极薄带钢而言，在实际生产过程中除了轧薄困难、板形不好、性能不达标、表面质量不合格等缺陷之外，卷取缺陷也是极薄带钢生产过程中的另外一个难题，属于现场攻关的重点。在极薄带钢的生产过程中，典型的卷取缺陷就包括带钢皱折抽筋等。以一般发生在钢卷内芯的卷取抽筋缺陷为例，在卷取过程中，如果出现卷取抽筋问题，带钢必须作废切除，造成带钢成材率降低，从而给现场造成了较大的经济损失。

[0003] 以往，现场为了克服带钢卷取缺陷，保证卷取质量，防止钢卷产生带钢皱折抽筋等现象，在卷取开始的时候卷取张力要增加10％～30％，使钢卷内芯形成类似“套筒”硬芯层，随着卷取的进行，卷取张力逐渐下降到给定的工作张力，这样，张力形成了一定的锥度，称为“锥度卷取张力”，锥度卷取张力和钢卷直径的关系如图1所示。其中，锥度张力恢复点计算方法一般为计算出入口钢卷重量的10％时的带钢卷取直径，卷取张力在此点恢复到正常设定的卷取张力值。

[0004] 上述方式对于厚度大于0.18mm的带钢具有一定的效果，但是当带钢厚度低于0.18mm，带钢卷取及起步非常困难，此时仍采用优化卷取张力的方法已经无法解决带钢皱折抽筋等问题，经常需要反复切除卷取不良的带钢，严重影响了生产效率。

发明内容

[0005] 本发明的目的旨在提供一种极薄带钢的卷取设备及方法，来解决现有技术中存在的各种不足。

[0006] 根据本发明，提供一种极薄带钢的卷取设备，包括卷取机、压辊装置和驱动装置。压辊装置为L形机械臂，其一端固定于卷取机的后侧上方，作为压辊装置的旋转中心。驱动装置设置于卷取机的后侧，并且与压辊装置的旋转中心相连，驱动压辊装置绕旋转中心旋转。

[0007] 根据本发明的一实施例，L形机械臂的弯折方向朝向卷取机的卷筒中心。

[0008] 根据本发明的一实施例，极薄带钢的卷取设备还包括上S辊和下S辊。上S辊设置于下S辊正上方，并且上S辊的中心与下S辊的中心的连线垂直于水平面。下S辊的底部高于卷取机的卷筒中心。

[0009] 根据本发明的一实施例，驱动装置为液压缸。

[0010] 根据本发明的另一方面，提供一种极薄带钢的卷取方法，包括以下步骤：收集卷筒以及压辊的设备参数；收集带钢的特征参数；给定各类工况系数；计算压辊的抬起位置；定义卷取过程参数，并且给定最大卷取半径；计算卷取半径；判断压辊位置；判断卷取半径是否小于等于最大卷取半径减去带钢厚度的差。

[0011] 根据本发明的一实施例，卷筒参数包括卷取机卷筒外径R0、压辊直径为dy，压辊的旋转半径为Rzy、压辊的旋转中心与卷取机卷筒中心的垂直距离为loa、水平距离为 上S辊的直径用dss、下S辊直径dsx、上S辊顶部与卷取机的卷筒中心的垂直距离lfd、下S辊底部与卷取机的卷筒中心的垂直距离为lcd、上下S辊与卷取机卷筒中心的水平距离 带钢的特征参数包括带钢的厚度h、带钢的宽度b、带钢屈服极限σs、带钢的弹性模量E。工况系数包括压辊力工况系数ξ、压辊抬起位置的工况系数ψ1、ψ2。

[0012] 根据本发明的一实施例，压辊抬起位置的计算公式为

[0013] 根据本发明的一实施例，卷取半径的计算公式为R＝R0+kh，其中k表示带钢已包上卷取机k圈。

[0014] 根据本发明的一实施例，压辊位置控制角β的计算公式为

[0015]

[0016] 其中，β1为所述卷取机的卷筒中心与压辊的旋转中心的连线与铅垂线方向的夹角、β2为最小钢带情况下压辊中心与所述压辊旋转中心的连线和所述卷取机的卷筒中心与所述压辊的旋转中心的连线之间的夹角。

[0017] 根据本发明的一实施例，判断卷取半径是否小于等于最大卷取半径减去带钢厚度的差的公式为R≤Rmax-h，其中Rmax为最大卷取半径。

[0018] 采用了本发明的技术方案，从设备与工艺两方面入手，提出了一套适合于极薄带钢的卷取方法及设备，采用在卷取机上方配置可调位置、包角的新的压辊装置，并通过合理的控制压辊位置角、卷取包角以及压辊压力等方法，能有效改善带钢的卷取质量。

附图说明

[0019] 在本发明中，相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

[0020] 图1是现有技术中锥度卷取张力和钢卷直径的关系；

[0021] 图2是本发明极薄带钢的卷取设备的结构示意图；

[0022] 图3是本发明极薄带钢的卷取方法的流程图；

[0023] 图4是图2的压辊装置在极限位置时的示意图；

[0024] 图5是图2的压辊装置在一般位置时的示意图；

[0025] 图6是图2的卷取机的卷筒中心和压辊装置的接触时的局部放大图。

具体实施方式

[0026] 下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

[0027] 如图2所示，为了实现本发明的目的，提高卷取质量，本发明提供一种极薄带钢的卷取设备，包括卷取机1、压辊装置2、上S辊3、下S辊4和驱动装置5。

[0028] 在卷取机1的上方配置压辊装置2，压辊装置2为L形机械臂，其一端固定于卷取机1的后侧上方，作为压辊装置2的旋转中心O，并且L形机械臂的弯折方向朝向卷取机的卷筒中心O1，压辊装置2的另一端的中心为O2。

[0029] 压辊装置2的直径为dy，压辊的旋转半径为Rzy，压辊装置2的旋转中心与卷取机1的卷筒中心的垂直距离为loa、水平距离为

[0030] 同时，在图2中，上S辊3设置于下S辊4的正上方，并且上S辊3的中心与下S辊4的中心的连线垂直于水平面。下S辊4的底部高于卷取机1的卷筒中心O1。

[0031] 同时参考图4和图5，上S辊3的直径用dss来表示、下S辊4的直径用dsx来表示，α表示卷取角、β表示压辊位置控制角、上S辊3顶部与卷取机1的卷筒中心的垂直距离为lfd、下S辊4底部与卷取机1的卷筒中心的垂直距离为lcd、上S辊3、下S辊4与卷取机1的卷筒中心的水平距离为 下S辊4底部与卷取机1的卷筒中心的直线距离为[0032] 同时参考图4和图5，C为下S辊4的底部位置，D为下S辊4的正下方、与卷取机
1的卷筒中心O1处在同一水平线的位置；A为压辊装置2的旋转中心O的正下方、与卷取机
1的卷筒中心O1处在同一水平线的位置；E为O1D线段上的一点，用以表示距离lfd。在图4中，φmin和φmax分别是最小、最大钢卷直径。

[0033] 驱动装置5设置于卷取机1的后侧，并且与压辊装置2的旋转中心相连，驱动压辊装置2绕旋转中心O转动，并对钢卷进行压紧。作为本发明的一种优选实施方式，驱动装置5优选为液压缸，但是不排除驱动装置5采用杠杆等其他可替代的结构。

[0034] 参照图3，使用了图2的本发明的极薄带钢的卷取设备，相应的极薄带钢的卷取方法如图3所示：

[0035] 步骤301：开始。

[0036] 步骤302：收集卷取机卷筒以及压辊的设备参数，主要包括卷筒外径R0＝508mm、压辊直径为dy＝160mm，压辊的旋转半径为Rzy＝1420mm、压辊的旋转中心与卷取机的卷筒中心的垂直距离为loa＝1545mm、水平距离为 上S辊的直径用dss＝610mm、下S辊直径dsx＝610mm、上S辊顶部与卷取机卷筒中心的垂直距离lfd＝1270mm、下S辊底部与卷取机的卷筒中心的垂直距离为lcd＝50mm、上下S辊与卷取机卷筒中心的水平距离[0037] 步骤303：收集带钢的特征参数，主要包括带钢的厚度h＝0.15mm、带钢的宽度b5
＝900mm、带钢屈服极限σs＝400Mpa、带钢的弹性模量E＝2.1*10 Mpa。

[0038] 步骤304：给定各类工况系数，主要包括压辊力工况系数ξ＝1.0、压辊抬起位置的工况系数ψ1＝1.6、ψ2＝0.6。

[0039] 步骤305：利用公式 计算出压辊抬起位置Rt＝1207.1mm。

[0040] 步骤306：卷取开始时压辊压下，带钢在卷取机上卷取，定义卷取过程参数k(k即表示带钢已包上卷取机k圈)，给定最大卷取半径Rmax＝1750mm，并令k＝1。

[0041] 步骤307：计算卷取半径R为R＝R0+kh＝508.15mm。

[0042] 步骤308：判断不等式R≤Rt是否成立？如果不等式成立，则带压辊进行卷取，压辊位置控制角卷取夹角
、压辊压力 转入步骤309。如果不等式不成立，则压辊抬起，转入步骤309。其中，M弹，塑是在压辊压紧力作用下，带钢所产生弹塑弯曲力矩值，且
h1为带钢横截面上弹性区部分高度，

[0043] 步骤309：判断不等式R≤Rmax-h是否成立？如果成立，则令k＝k+1，转入步骤307。否则，转入步骤310；

[0044] 步骤310：结束卷取。

[0045] 参考图4和图5，结合上述的各参数，给出本发明压辊装置2的配置方法：

[0046] 压辊位置控制角的确定

[0047] 为了求解压辊位置控制角β，首先必须求解β1，β1为AO与OO1连线的夹角。

[0048] 如图5所示，根据几何知识，在ΔAOO1中，有：

[0049]

[0050] 由式(1)可知：

[0051] β1＝31.19° (2)

[0052] 然后，求解β2，β2是OO1和OO2连线的夹角。

[0053] 在ΔBOO1中，根据余弦定理，有：

[0054]

[0055] 其中：

[0056]

[0057] OO2＝1420 (5)

[0058] O1O2＝R+80 (6)

[0059] 将式(4)至(6)代入式(3)得：

[0060]

[0061] 最终，得到压辊位置控制角：

[0062]

[0063] 卷取夹角控制方法

[0064] 如图5和图6所示，为了求解卷取夹角α，首先必须求解α1。在图5中，B点是卷取机的卷筒中心O1和压辊装置的活动端中心O2的接触点。卷取夹角α是O1O2在B点的切线和BC连线的夹角，α1是O1O和O1A的夹角。

[0065] 根据几何知识，在ΔAOO1中，有：

[0066]

[0067] 由式(9)可知：

[0068] α1＝68.81° (10)

[0069] 然后，求解α2，α2是O1O和O1O2的夹角。

[0070] 在ΔBOO1中，根据余弦定理，有：

[0071]

[0072] 随后，求解α4，α4是CO1和O1D的夹角。

[0073] 在ΔCO1D中，根据余弦定理，有：

[0074]

[0075] 其中CD＝1270-610*2＝50

[0076]

[0077] 将式(13)、(14)代入式(12)得：

[0078]

[0079] 再求解α3，α3是O1O2和O1C的夹角。这样，α3可以用下式来表示：

[0080]

[0081] 在ΔO1BC中，由余弦定理可以知道

[0082]

[0083] 这样，在ΔO1BC中有

[0084]

[0085] 整理得：

[0086]

[0087] 压辊压力设定方法

[0088] 根据研究，压辊力P可以采用如图6所示的模型：

[0089]

[0090] 式中：ξ—工况系数，在本实施例中，取ξ＝1.0；

[0091] σs—带钢屈服极限，在本实施例中，选择σs＝400Mpa；

[0092] h1—带钢横截面上弹性区部分高度，即

[0093] h—带钢厚度，在本实施例中h＝0.15mm；

[0094] b—带钢宽度，在本实施例中b＝900mm；

[0095] E—带钢弹性模量，在本实施例中E＝2.1*105Mpa。

[0096] 压辊抬起位置确定方法

[0097] 对于薄带钢而言，在卷取过程中为了保证卷取质量，压辊并非整卷都压着，而是卷取到一定直径之后松开。抬起位置对于控制卷取质量及其重要：如果抬起过早则不能保证卷取质量，而抬起过晚一则会增加卷取功率，二则会因为由于压辊压力较小、压辊不稳定而在带钢表面出现划痕。对于压辊抬起位置，则主要与带钢厚度以及卷取机卷筒半径有关：带钢厚度越小，抬起位置越晚；卷筒半径越大，抬起位置越早。经过大量的现场跟踪与理论分析，给出以下计算方法：

[0098]

[0099] 式中：Rt—压辊抬起位置；

[0100] R0—卷取机卷筒外径，在本实施例中R0＝508mm；

[0101] h—带钢厚度，在本实施例中h＝0.15mm；

[0102] ψ1、ψ2—压辊抬起位置的工况系数，在本实施例中ψ1＝2.6、ψ2＝0.6[0103] 与传统卷筒压辊装置相比，本发明所述压辊装置既可以调整压辊压力，又可以调整压辊位置以及包角，从而不仅可以保证稳定卷取、实现带钢卷取过程中不出现打滑，而且可以有效治理带钢皱折抽筋等卷取质量问题。特别地，本发明所述相关卷取装置及方法不但适合0.18mm以下的极薄带钢，而且适合0.18mm以上的带钢，适应性强。

[0104] 本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的说明书仅是本发明众多实施例中的一种或几种实施方式，而并非用作对本发明的限定。任何对于以上所述实施例的均等变化、变型以及等同替代等技术方案，只要符合本发明的实质精神范围，都将落在本发明的权利要求书所保护的范围内。