型钢矫直机研制及应用

鲁魏建

【摘 要】为满足昆钢新区型钢矫直生产的需要,成功研制了900十辊型钢矫直机.该矫直机为国内自主研发并在国内制造,实现了该类型矫直机的国产化,有效促进了型钢矫直机在国产化进程上的持续发展.介绍了该矫直机的基本参数、结构组成和辊环的设计特点,阐述了其在应用中的优势.近几年的生产实践证明,该矫直机满足实际生产要求.

【期刊名称】《机械研究与应用》 【年(卷),期】2016(029)005 【总页数】3页(P116-118) 【关键词】型钢;矫直机;辊环;应用 【作 者】鲁魏建

【作者单位】中冶南方工程技术有限公司,湖北 武汉 430223 【正文语种】中 文 【中图分类】TG333

昆钢为淘汰落后产能和结构调整，其本部整体搬迁，即将昆钢本部厂区185万吨钢铁生产能力搬迁到昆钢新区（安宁市草铺重化工基地）。搬迁改造工程包括新建一条型钢生产线，主要产品包括中小型H型钢HN100×50～400×200，HM150×100～300×200，HW100×100～200×200，槽钢25a～40c，工字钢20a-40c，角钢14～25#，主要钢种有碳素结构钢、低合金结构钢、耐候钢等。

该生产线为中冶南方以EP方式建设，设计年产量80万吨。

矫直机作为保证成品质量的重要设备，在型钢生产线中起着至关重要的作用。结合该生产线产品的品种规格和国内外技术，中冶南方自主研发了900十辊等节距悬臂式矫直机应用于该生产线，矫直机由中冶南方旗下重工公司制造，实现了该类型矫直机的完全国产化。经设计、制造、安装、调试，矫直机于2012年8月投用。生产实践表明，该矫直机满足生产线各品种规格型钢的矫直要求，值得同业内推广。 900十辊矫直机布置在步进式冷床之后，主要作用是用来矫直型钢在轧制、冷却、运输过程中由于受到不均匀变形应力、温度应力等多种因素影响而可能出现的翼缘内并、外扩、扭转及镰刀弯等缺陷，使钢材的平直度和断面形状达到国家相应标准的要求［1］，矫直机整体机构如图1所示。

矫直机采用等节距悬臂辊系，上、下各5个矫直辊，呈平行交错排列，整套设备尺寸为9.4 m×6.376 m×5.82 m，重量约123 t。机架采用分体组合式结构，由上、下两部分组合而成。上排5个矫直辊为从动辊，安装在机架上横梁的下部，可垂直升降；下排5个矫直辊为传动辊，通过一个动力输入轴和机架内分配齿轮实现集中传动；10个矫直辊均可轴向调整。配备先进的电气控制系统，操作室HMI可以实时显示各上矫直辊压下量以及所有矫直辊轴向调整量。 1.1 矫直机基本参数 矫直机基本参数如表1所示。 1.2 矫直机本体

（1）机架。机架采用分体组合式结构，上部为框架结构，下部为分配齿轮箱体。机架上、下部采用高强度螺栓连接。由于机架在矫直过程中承受矫直力和一定的冲击力，必须有足够的强度和刚度，通过有限元软件分析，为保证承载能力，机架采用高性能材质制作:立柱采用优质碳素结构钢，横梁和轴承座采用碳素铸钢。 （2）上、下矫直辊。为适应矫直过程的工作强度，上、下辊轴均采用具有高强度

和韧性的材质制作。矫直辊主轴上装有前后主轴承，主轴承选用双列圆柱滚子轴承，传动侧主轴承后方还装有一对向心止推球面轴承，上述轴承组合用来承受矫直过程中的径向和轴向载荷，满足矫直要求。

（3）轴向调整装置。为保证矫直过程的对中性，每个矫直辊都设计了轴向调整装置。该装置安装在每个矫直辊的传动侧，通过齿轮电机传动，最终将轴向力作用到向心止推球面轴承上，从而使得每个矫直辊轴做轴向位移。轴向调整量由安装在轴承座上的位移传感器来精确控制，可缩短调整时间。

（4）压下装置。为满足不同品种规格型钢对矫直辊缝的要求，每个上矫直辊设计了压下装置。该装置安装在机架上部，齿轮电机通过涡轮蜗杆机构传动压下螺丝，实现每个上矫直辊沿垂直的滑道升降。压下装置保护罩上安装有位移传感器，可对型钢矫直时所需要的压下行程进行精确控制，从而根据工艺要求快速调整上矫直辊的垂直位置。

（5）出入口导卫。在矫直机入口和出口设置有导卫装置，其铰接在机架上，导卫可通过手动的蜗轮蜗杆千斤顶实现升降，来满足型钢的咬入标高要求。出入口导卫各设置1个液压缸，可以实现摆动，以便于换辊。 1.3 主传动装置

矫直机传动为机架外的减速机+鼓形齿联轴器，带动一根动力输入轴，再通过机架内的分配齿轮，实现5个下矫直辊的集中传动。而传统矫直机传动是采用带分配齿轮箱功能的联合减速机+一定数量的十字轴万向联轴器，对所有矫直辊或者部分矫直辊进行传动。该矫直机将分配齿轮箱的功能转移到机架内部，结构更加紧凑；传动接轴只需要一个，对于安装、后期备件的更换以及设备维护均减少了工作量。 1.4 换辊小车

鉴于矫直品种规格的多样性和矫直工作的高强度所造成的磨损，生产中辊环更换是必不可少的一个环节。矫直机配套设计了换辊小车，用于整体换辊，设置在矫直机

的操作侧，由液压马达传动齿轮和齿条导向杆，使换辊小车横移。小车为四轮结构，其上设置有换辊托架，换辊时将下辊托架先移入矫直机，下托架在液压缸的驱动下升起将下辊托起，然后将下辊环移出机架，然后将上托架与下托架紧固在一起，再移入矫直机，压下装置将上辊落到上托架上，然后将上、下辊环一同移出矫直机。 1.5 氧化铁皮收集装置

矫直机机架下部设计有氧化铁皮收集罩，氧化铁皮通过漏斗形的收集罩掉落至收集小车的料斗中，收集小车通过卷扬装置移动到吊装位，然后将料斗吊运出去，可实现氧化铁皮快速收集和回收功能。

矫直机采用组合式辊环，由辊环和一定数量的隔环、垫片组合而成，安装在辊轴末端的辊套上。H型钢、槽钢和角钢组合式辊环对比图如图2，图2中不含上、下辊轴及辊套，可知矫直不同品种型钢时，辊环各不相同，需要分别设计。

（1）辊环材质 采用无限冷硬球墨铸铁，代替传统矫直机辊环使用的合金铸钢，降低了成本，其性能也能满足矫直要求，提高了经济效益。

（2）辊环的共用性 虽然不同品种型钢的辊环需要分别设计，但同品种型钢辊环设计上，相近规格可考虑设计一种辊环，提高辊环的共用性，节约成本，利于管理。 以H型钢辊环为例，对辊环尺寸设计进行分析，如图3。厚度B依据所矫直产品的腹板宽度及矫直强度要求来确定，组合式辊环中两个辊环外边缘间距应比H型钢腹板内宽小2～3 mm；外圆角半径R1、R2应比所矫直型钢内圆角半径大0～3 mm［2］，根据国家标准［3］，该生产线H型钢的圆角半径只有8 mm、13 mm两种，因此圆角半径R1、R2只需要设计两种即可；辊环内径d由辊轴上的辊套外径所决定，辊环外径D依据所矫直型钢截面以及磨削量等要求确定。综合以上因素，设计三种辊环，尺寸规格见表2，配合一定数量的隔环、垫片即可满足该生产线所有规格H型钢的矫直要求。

（3）辊环更换的便利性 以H型钢用辊环更换为例，图4中，辊套、组合式辊环、

压环、液力螺母作为一个整体，可离线预装配和更换。换辊时，采用专用液压工具对十套锁紧装置回松，再采用专用吊具将十个倒U型压板整体吊起，然后用换辊小车将十套辊环装配整体移开，再将预装好的矫直辊装配整体装上，将倒U型压板复位，锁紧装置利用组合碟簧锁紧，这样就完成了一个换辊过程。

从换辊过程看，在设计时应注意以下几点:需设计专用液压工具、专用吊具以及换辊小车等配套设备；辊套设计为锥形套，与辊轴公差配合采用间隙配合，以便于拆卸和安装；辊套最小内径应大于锁紧装置的最大外径，这样换辊时只要将倒U型压板抽出，在不拆卸锁紧装置的情况下，就能实现整体换辊。

（1）换辊时间短。相对于传统矫直机单辊更换，该矫直机采用了专用吊具和换辊小车，实现了整体换辊，将换辊时间控制在半小时以内，换辊时间大大缩短，为生产争取了时间，提高了钢厂的经济效益，且有效减轻了工人劳动强度和提高了工作效率。

（2）结构紧凑，重量轻，投资省。该矫直机将分配齿轮箱的功能转移到机架内部，结构紧凑；相比于变节距矫直机简化了设计，去掉了节距调整系统和矫直机升降装置，结构简单但实用。该矫直机整体尺寸较小，重量比传统矫直机少了近一半，有效节省了钢厂投资成本。

（3）调整系统完善。压下装置可分别调整五个上矫直辊的垂直位置；轴向调整装置可分别调整上、下十个矫直辊的轴向位置；出入口导卫均带有摆动液压缸和丝杆升降机，可分别调整出入口导卫的倾斜度和垂直位置，且入口导位导板的开口度可手动调整。完善的调整系统，使该矫直机满足了型钢生产线多品种多规格产品的矫直要求，增加了矫直机的通用性。

900十辊矫直机的成功研制使用，使得昆钢具有了生产中小型型钢的能力，填补了我国西南地区H型钢市场的空白［4］，对昆钢结构调整升级起到重要推进作用。该矫直机为完全国产化设计和制造，有效降低了设计和制造成本，有效促进了型钢

矫直机在国产化进程上的持续发展，值得在同业内推广和借鉴。

【相关文献】

［1］ 曹 燕.H型钢辊式矫直机及矫直辊设计特点［J］.冶金设备，2003（5）:16. ［2］ 李振华.型钢等节距十辊悬臂式矫直机的调整［J］.科技风，2010（13）:216. ［3］ GB/T 11263-2010.热轧H型钢和部分T型钢［S］.

［4］ 胡于华.昆钢中小型H型钢生产线工艺及设备特点［J］.轧钢，2013，30（6）:40.