习中革，俞钢强，仲海峰，刘灿楼

（北京钢研新冶工程设计有限公司，北京　１０００８１）

摘  要：介绍了自主设计制造的碳钢和不锈钢两用拉矫修边机组的工艺布局、机械设备、电控系统的特点，该机组设有两弯两矫型拉矫机、窄搭接电阻焊机和铍青铜焊轮、二辊式大辊径张力辊、卷纸机、烘干机、垫纸机、涂油机、张力分区控制系统和ＣＰＣ纠偏控制系统等先进装备。同时指出，带钢拉矫精整技术有向宽拉矫范围、高的板材平直度和最小的内部残余应力方向发展的趋势。

关键词：拉矫机组；工艺布置；圆盘剪；窄搭接电阻焊机；张力控制；纠偏控制

１概述

拉矫工序经常被集成应用于带钢连续精整机组，如连续热镀锌［１，２］、连续退火机组以及连续平整拉矫机组等，作为核心工序可设立独立的拉矫机组。拉矫结合运用拉伸和矫直，以较小的张力使带钢产生较大的塑性变形，可以提高板带的力学性能和改善板形；可以消除带钢的边浪、中浪、镰刀弯和瓢曲等三维板形缺陷，改善材料的各向异性［１］，均匀应力，消除内部蠕变，提高材料的深冲性能；通过拉矫可以使材料内部的纤维组织趋于同长［２］，避免纵剪分条后长短不一；对于有明显屈服平台的材料，可通过控制延伸率，消除屈服平台，有利于消除滑移线。

某新投建的不锈钢、普碳钢两用拉矫修边机组原料为不锈钢冷轧板带，也可以是冷轧、退火或平整后的普碳带钢，拉矫后的板带流向电镀锡机组和纵剪机组等。该机组可处理厚度为０．２～１．０ｍｍ、最大宽度为１２５０ｍｍ的带钢，机组最高速度可达１８０ｍ／ｍｉｎ，最高年产量可达１５万ｔ，最大卷 重２５ｔ，碳 钢 原 料 卷 材 质 主 要 为ＳＰＣＣ、ＳＰＣＤ、ＳＰＣＥ、Ｓｔ１３、Ｓｔ１４和ＭＲ等，不锈钢卷材质主 要 为０Ｃｒ１３、１Ｃｒ１３、０Ｃｒ１８Ｎｉ９、００Ｃｒ１８Ｎｉ９、０Ｃｒ１７Ｎｉ１２Ｍｏ２、

００Ｃｒ１７Ｎｉ１４Ｍｏ２。

２拉矫修边机组的工艺布置

该机组采用先拉矫后修边的工艺，通过圆盘剪对拉矫后的带钢进行修边来保证成品带钢的宽度，其工艺流程见图１。原料钢卷被开卷机从上方打开带头，带钢经过穿带台、夹送辊至入口剪，切掉损坏的带头带尾；带钢前行至焊机与上一卷的带尾焊接在一起，焊机后设夹送辊，用于反向拉回带尾至焊机，１＃张力辊也协助反向拉带，上下两片焊轮将带钢头尾夹在中间，完成焊接。１＃和４＃张力辊形成所需的拉矫张力，机组正常运行时，５＃张力辊牵引带钢实现修边，圆盘剪前设ＣＰＣ对中控制纠偏装置，以使高速运行的带钢能够对中进入圆盘剪，剪切废边由废边卷取机卷绕成卷，拉矫过的带钢在检查台由操作人员进行外观检查。如果需要，由涂油机对普碳带钢涂以防锈油。在皮带助卷器协助下，合格的带钢被重新卷绕为成品卷，不锈钢卷层间垫以包装纸以防出现层间划伤。

３拉矫修边机组的设备特性

３．１设有卷纸机、烘干机、垫纸机和涂油机

图１中的卷纸机、烘干机和垫纸机是专门为不锈钢带钢拉矫设置的，拉矫机内设喷管和喷嘴，带钢矫过程中可以喷洒拉矫液。烘干机采用循环热风以烘干湿拉矫后的带钢，卷纸机跟随机组运行将包装纸从带钢层间拉出，垫纸机位于卷取机卷筒上方，可以跟随卷取机ＥＰＣ（对边控制）进行浮动。对于不锈钢，必须在卷取的同时在层间垫纸，以防止摩擦导致不锈带钢表面损伤，涂油机仅用于碳钢拉矫。

３．２张力分区控制和纠偏控制

该机组针对入口段、工艺段和出口段３个区段实现分区段张力控制。设置有５套张力辊，其中开卷机和１＃张力辊构成入口段张力，２＃和４＃张力辊构成拉矫工艺段张力，拉矫机位于这两个张力辊之间，５＃张力辊和卷取机构成出口段张力。

在５＃张力辊的拉动下，带钢的两边可以在圆盘刀旋切下实现修边，通过ＰＬＣ电控系统可以实现主动 剪 和 被 动 剪 的 切 换。为 开 卷 机 设 置 了ＣＰＣ纠偏控制系统，在圆盘剪前设置ＣＰＣ纠偏控制系统，为卷取机设置对边ＥＰＣ控 制系统，ＣＰＣ控制精度为±１ｍｍ，ＥＰＣ控制精度可达±０．５ｍｍ，每个工艺区段设置一个操作台，操作台

有联锁设置，各区段的速度、跑偏和张力由操作者单独控制或联合控制，在拉矫机、剪切机、圆盘剪和废边卷取机等关键设备旁设有机旁操作箱。

３套纠偏系统与张力控制的协同作用可使机组高速、稳定、对中地连续运行。

３．３选用窄搭接电阻焊型焊机和铍青铜焊轮

选用窄搭接电阻焊型焊机和铍青铜焊轮，铍青铜具有高导电性、高强高弹性、高耐磨性，可以承受火花、腐蚀及应力松弛。焊轮工作时内通循环冷却水，所以内部通过大电流时其不会产生变形。一旦焊轮发生氧化影响焊接质量，操作人员可启用气动马达，用砂布抛光圆柱工作面。但应注意，对于不同材质的原料应选用不同的焊接工艺参数。

３．４选用大辊径张力辊

张力辊采用二辊式大辊径结构，大辊径可保证当带钢包绕在张力辊上时，即使是抗拉强度和屈服强度高的不锈钢，最外层也不会产生塑性变形。张力辊轴承座采用背靠背布置，以便使张力辊轴端内部轴承只承受压力，避免因承受拉力导致对轴承座的损坏，每个辊子由交流变频电机通过减速箱驱动。

３．５拉矫机

连续拉矫机组正常工作时，１＃和２＃张力辊提供后张力，３＃和４＃张力辊提供拉矫的前张力。

拉矫机设有两套弯曲单元和两套矫直单元，即为两弯两矫型式。带钢通过拉矫机时，会发生横向和纵向的塑性变形，其瓢曲、镰刀弯和浪形等缺陷可以得到很好的消除，从而改善板形和力学性能。根据带钢板形和材质，通过适当控制弯曲辊系和矫直辊系的切入量以及拉矫机前后的张力设定值，可以控制带钢拉矫效果。主操作台上设有手动操作，可以在焊缝到来时快速抬起上弯曲辊，使焊缝快速通过。

拉矫机的结构见图２，主机架由前后牌坊和上下横梁等组成，机架具有良好的刚度，保证了辊系及其辅助装置在安装后的精度、刚度及使用功能。拉矫机设有４个弯曲辊盒和２个矫直辊盒，这６个辊盒都是三重式，弯曲辊盒各工作辊、中间辊和支撑辊的辊径稍小，而矫直辊盒的各工作辊、中间辊和支撑辊辊径则稍大。两个上弯曲辊盒分别由油缸驱动沿导轨垂直上下运动，下弯曲辊盒、下矫直辊盒由升降机或油缸实现升降。

拉矫工艺的特点是低循环变形，其中包辛格效应起了重要作用，带钢在拉矫过程中会产生冷作硬化［３－５］。如果用作电镀锡或手工艺品的基板，则带钢表面的显微硬度是一项重要指标，需要测量ＨＲＴ３０［６］或ＨＲＢ硬度值，通过调整两个弯曲单元和两个矫直单元的切入量，以及张力匹配的运用，可以控制拉矫后钢板的表面显微硬度、板形以及抬头纹。

主操作台设有延伸率开环和闭环控制（延伸率不超过３％），在主操作台的ＨＭＩ屏幕上可以设定延伸率目标值，ＰＬＣ程序从编码器取得拉矫机前后带钢的速度值，调整带钢进出拉矫机的速度，使得延伸率围绕设定的目标值波动，实现对延伸率的闭环控制。通过调节主操作台上的张力推杆，可以调节拉矫区的拉伸张力值，实现对延伸率的开环控制。

３．６圆盘剪

为使高速运行的带钢对中地进入圆盘剪，两侧废边剪切量相等，在圆盘剪前设有Ｐ型ＣＰＣ对中纠偏控制系统，其后设置三辊式稳定辊。如果圆盘剪前的带钢位置检测装置检测出带钢跑偏，ＣＰＣ对中纠偏控制系统就会控制油缸运动，把跑偏的带钢纠正到预先设定的位置上来。

圆盘剪设有先进的ＰＬＣ控制系统，操作者可以根据带钢厚度和成品带钢宽度在触摸屏上精准设置开口度、重叠量和侧隙等参数，以保证带钢修边质量。一个带绝对值编码器的交流变频电机驱动正反丝杠，正反丝杠的打开和闭合程度决定圆盘剪刀轴开口度的大小，从而决定成品带钢的剪切宽度。侧隙调整：带绝对值编码器的交流变频电机驱动减速机，减速机驱动楔形滑道，楔形滑道与上圆盘刀轴连接，楔形滑道的位移量影响圆盘剪上刀轴的轴向位移，从而达到调整侧隙的目的；适当选取楔形滑道的斜度，使修边过程中刀轴能够保持自锁。刀盘重叠量的调整过程为：带绝对值编码器的交流变频电机驱动减速机，减速机驱动蜗轮蜗杆，蜗轮驱动偏心套，偏心套与圆盘剪下刀轴相连，通过调节偏心量，就可以调整圆盘刀的

重叠量。蜗轮蜗杆机构可保证修边过程下刀轴的自锁。开口度、侧隙、重叠量这３个剪切参数的调整精度分别可达到０～０．２ｍｍ、±０．００５ｍｍ以下、±０．０３ｍｍ以下。

操作侧和驱动侧４个圆盘刀主轴采用合金钢材质并经整体渗氮处理，以保证良好的综合性能；高精度的主轴轴承配置、合理的公差配合可保证主轴具有良好的刚性和旋转精度；主轴上设有特定的经硬化处理的轴肩，用于安装圆盘刀，可保证换刀后上下圆盘刀的平行度，省去了操作人员对平行度的繁琐调整。装配后的圆盘刀端面跳动不大于０．００３ｍｍ，径向跳动不大于０．０３ｍｍ。

在圆盘刀后设有两套去毛刺装置以压平毛刺。

机组正常运行时，圆盘剪为被动剪，圆盘剪也可以用作主动剪，通常机组速度低于穿带速度时用作主动剪。主动剪和被动剪的切换是通过超越离合器实现的：超越离合器的闭合与打开决定交流变频电机对圆盘剪下刀轴的驱动与脱开，主动剪与被动剪切换的速度设定值可以通过ＰＬＣ电控系统通过调节交流变频电机调频予以调整。

３．７其他设备

带钢出圆盘剪后进入出口段，由５＃张力辊牵引带钢经过检查台、涂油机到卷取机，从检查台下方的镜子里，可以检查带钢的下表面。涂油机仅用于碳钢防锈。为卷取机设置了皮带助卷器、外支撑和压辊，皮带助卷器协助前３～５圈带钢不松散地包绕至卷筒上，外支撑支撑卷筒的远端，以防止大卷卷取时卷筒耷头。考虑到不锈钢拉矫的需要，在卷筒正上方设置垫纸机，用于在卷取的同时把包装纸垫入不锈带钢层间，垫纸机可以跟随卷取机进行ＥＰＣ浮动。

４结语

该碳钢和不锈钢两用拉矫修边机组工艺布局合理，机械设备配置恰当，电控系统先进，通过对张力、跑偏和速度的适当控制，连续拉矫机组可以高速地生产高质量的产品，可满足下游电镀锡、连续焊管等机组的高要求。

为适应带钢生产向多元化、多品种、高附加值发展的趋势，拉矫精整技术也不断朝着宽拉矫范围、高的板材平直度和最小的内部残余应力方向发展，为此，需要结合上游退火、平整等工序，从拉矫工艺的原理、带钢弹塑性变形、变形带钢的微观结构［７－９］等方面进行深入研究，需要在延伸率控制精度、延伸率与张力和切入量的关系方面做更细致的工作，需要进一步提高拉矫机及圆盘剪的设计及制造装配水平，提高设备运行的鲁棒性（ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ）和操作的便捷性。

参考文献：

［１］  张启富．现代带钢连续热镀锌［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，２００７．

［２］  许秀飞．带钢连续热镀锌技术问答［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００７．

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