热镀锌机组镀后塔顶辊设计研究及实践_袁媛.pdf

热镀锌机组镀后塔顶辊设计研究及实践袁媛（宝钢工程技术集团有限公司，上海201900）摘要：以宝钢某热镀锌机组为例，分析了带钢规格、强度级别等影响热镀锌机组塔顶辊辊径、辊身长度、辊型等选型的相关因素，并结合计算结果对辊径、辊身长度、辊型等进行了确定。此外综合考虑带钢表面质量要求、检修周期、投资成本、机组检修抽穿带便利性等诸多因素后，对辊身硬度、辊面粗糙度、喷涂层材质、轴承座冷却方式、压辊型式等进行了确定。自机组投产运行以来，镀后塔顶辊设备可以满足不同工况下的运行要求。关键词：热镀锌；镀后塔；顶辊中图分类号：TG155文献标识码：A文章编号：1672-1152（2023）05-0157-030引言近几年热镀锌产品在社会各个领域的广泛应用使得热镀锌机组的建设规模也逐年增加，截止 2011年，我国连续热镀锌机组已达 1 400 余条1。为适应规模化、自动化的发展要求，连续热镀锌机组将开卷、焊接、清洗、退火、热镀锌、镀后冷却、平整拉矫、切边、涂油、卷取等工序集成为一体2。带钢热浸镀后温度在460 左右，一般设置镀后塔使带钢分别在上行段、下行段及水淬槽进行冷却，降温至 50 左右，以满足后工序的处理要求。镀后塔顶辊的设置是使带钢完成转向以实现在上行冷却段与下行冷却段的衔接3。为使带钢在镀后塔顶部完成转向，可通过在塔顶部设置弧形气垫、单根转向辊或双根转向辊等多种形式来实现。随着大直径锻件、表面堆焊等技术的不断成熟，目前新建热镀锌机组多采用双根转向辊的形式。1镀后塔顶辊功能及设计条件的确定镀后塔顶辊主要是完成上行段与下行段间的衔接，使带钢经塔顶辊完成转向。为确保冷却效果，镀后塔高度一般在 30 m 以上，部分机组的镀后塔高度甚至可达 70 余 m。如此高的行程内实现带钢的稳定运行，对塔顶辊的设计提出了较高要求。塔顶辊位于镀后冷却的中间区域，该区域带钢温度约 150300。高温条件下，基板强度相对较低。同时镀层表面还较为脆弱。塔顶辊设计时还需考虑尽量减少对带钢的性能、表面质量产生影响。带钢在镀后上行冷却段出来，先经过 1 号塔顶辊，绕辊面环绕 90后运行方向由垂直变为水平。随后经过 2 号塔顶辊，再次改变走向为垂直向下运行。进入下行冷却段，最终达到冷却目标温度。镀后塔顶辊系统主要包括塔顶辊、上夹送辊、塔顶辊传动装置、上夹送辊摆动装置、上夹送辊传动装置、抛光轮装置、塔顶辊循环冷却系统、塔顶辊轴承座循环冷却水系统、固定底座等。塔顶辊为钢板弯曲后焊接结构或整体锻件，辊身带腹板，两端出轴与腹板焊接，辊身内部带冷却盘管，由齿轮电机通过鼓形齿联轴器驱动传动。上夹送辊为焊接结构，由气缸驱动摆动，并由齿轮电机通过球笼联轴器驱动传动。固定底座为焊接结构，上面固定有塔顶辊、上夹送辊、抛光轮装置等。抛光轮设置在两个塔顶辊之间，抛光轮装置可沿辊身长度方向横移，抛光轮可压下和抬起。塔顶辊马达通过可编程序控制器及变频调速器进行控制，以实现与带钢运行速度同步。本文以宝钢某热镀锌机组为例，对镀后塔顶辊的设计原则进行分析。该机组产品厚度 0.83.0 mm，宽度 8001 500 mm。钢种包括 CQ、DQ、DDQ、EDDQ 以及 HSS 高强钢等，产品抗拉强度 2701 250 MPa。2塔顶辊选型的分析与计算2.1塔顶辊辊径及辊身长度的计算原则带钢在塔顶辊绕行时由于弯曲会在外表面产生拉应力。如果该应力达到材料的屈服点，则会使带钢产生塑性变形。为确保带钢性能，塔顶辊的直径 D 必须大于下限值，且该下限值由带钢弹性模量 E、屈服极限 s和最大厚度 t 决定，按照公式（1）计算D2Et3s.（1）塔顶辊的宽度由所生产带钢的最大宽度决定，通常在所生产带钢极限宽度的基础上增加约 300 mm 进行确定。2.2塔顶辊辊型及辊面冷却方式的影响因素塔顶辊辊型一般有 3 种形式，如下页图 1 所示：平辊、梯形辊及正弦曲线辊。由于进塔顶辊前带钢行程较长，为保证带钢对中效果，一般选用对带钢有自纠偏效果的正弦曲线辊。塔顶辊区域的带钢温度最高可达 300，此外辊身内部的冷却盘管一般选用两端进气，中部出气的布置形式。这样会导致带钢实际运行过程中辊身产生一定的收稿日期：2022-10-22作者简介：袁媛（1981），女，辽宁抚顺人，硕士研究生，毕业于东北大学机械设计专业，工程师，研究方向为冷轧设计。总第 208 期2023 年第 5 期山西冶金Shanxi MetallurgyTotal 208No.5，2023DOI:10.16525/14-1167/tf.2023.05.059生产实践山西冶金E-mail:第 46 卷热凸度。辊身凸度设计时应以保证极限薄宽规格软钢生产不在顶辊区域产生瓢曲变形为原则。2.3塔顶辊设计需考虑的其他因素塔顶辊设计时，还应该综合考虑机组对带钢质量要求、检修周期、投资成本、机组检修抽、穿带便利性等诸多因素，对辊身材质及硬度、辊面粗糙度、喷涂层材质、压辊型号、是否配置辊面抛光装置等进行确定。3塔顶辊选型的确定3.1塔顶辊辊径及辊身长度重点对 HSS 高强钢、EDDQ、CQ 等钢种在 300 条件下的情况进行核算，计算结果汇总如表 1 所示。可以看出，EDDQ 软钢对辊径要求最高，达 3 269 mm。但考虑到 EDDQ 钢种不存在屈服平台，带钢外表面塑性变形不会产生表面缺陷，且在该区域轻微的塑性变形不会对最终产品性能产生影响。故以 CQ 钢种的计算结果并取整确定塔顶辊辊径为 2 000 mm。塔顶辊辊身长度在带钢最大宽度 1 500 m 基础上增加 300 mm，达到 1 800 mm。3.2塔顶辊辊型及辊面冷却方式以 0.8 mm1 500 mm 极限规格 EDDQ 钢种进行评估，正常运行时带钢在该区域的张力为 50 kN，带钢所受应力为 42 Pa，通过临界瓢曲应力计算公式中计算所得的临界瓢曲应力大于 42 Pa，则带钢运行将不存在瓢曲风险。根据这一条件可反算出辊系锥度不大于 0.002 92，即辊系凸度2.6 mm 极限规格生产就不会存在瓢曲风险。综合考虑防跑偏效果后，辊型选用凸度为 0.5 mm 的正弦曲线辊。辊面冷却盘管设计形式如图 2 所示。冷却盘管管径 50 mm，边部至中部共计 7 匝。设计冷却气体压力0.15 MPa，进口气体温度为室温 30。在顶辊区域带温 300 的极限工况下，使用滚轮接触式热电偶对同类机组塔顶辊边部与中部温度进行测量，温差约为20。取塔顶辊热膨胀系数为 1.210-5/。根据塔顶辊热凸度计算可计算得出热凸度约 0.24 mm，可以满足正常通板要求。3.3塔顶辊其他配置综合考虑现场实际要求后，本工程塔顶辊辊面硬度按照 5055 HRC 进行设计。为防止停机或低速运行时该区域带钢逃带，每根顶辊均配置上夹送辊，上夹送辊为通长设计，辊面镀铬。为避免长期运行后塔顶辊辊面黏附锌粉影响产品质量，塔顶辊下方配置抛光轮装置，可以持续或周期性对辊面黏附的锌粉进行清理。为满足塔顶辊长周期使用的要求，塔顶辊辊面进行 WC 喷涂，并控制粗糙度 0.30.5 m。此外还配置了塔顶辊轴承座循环冷却水系统、固定底座等其它附属装置。4结语为适应宝钢某热镀锌机组镀后塔顶辊的工艺要求，对影响设备设计的相关影响因素进行了计算与评估。机组自 2015 年投产运行以来，镀后塔顶辊设备可以满足不同工况下稳定运行的要求。1）以 3.0 mm 的厚规格 CQ 级别带钢绕顶辊转向时，带钢表层不发生塑性变形为原则，确定塔顶辊辊径为 2 000 mm。根据最大通板宽度，确定塔顶辊辊身长度 1 800 mm。2）顶辊辊型设计时重点对薄规格 EDDQ 软钢进行考虑，以其运行时不发生中部褶皱（即轻微瓢曲）为原则，并综合考虑带钢运行稳定性后确定选用 0.5 mm凸度的正弦曲线辊型。此外对辊面冷却系统导致的热凸度进行了评估，与辊型凸度叠加后仍可满足实际使用要求。3）综合考虑带钢表面质量要求、检修周期、投资成本、机组检修抽穿带便利性等诸多因素后，对辊身硬度、辊面粗糙度、喷涂层材质、轴承座冷却方式、压辊型式等进行了确定。参考文献1任尹福.热镀锌机组新增可移动式锌锅在线安装技术J.安装，2022（4）：57-61.2袁旭东，曹宪勇.连续热镀锌机组镀后冷却风箱缝式喷口噪声的控制J.节能，2013，32（5）：52-54.3徐小龙.宝钢冷轧厂新建热镀锌机组张力控制系统研究D.上海：上海交通大学，2009.（编辑：赵婧）图 1辊型示意图表 1不同工况下塔顶辊辊径需求计算结果钢种弹性模量/MPa屈服强度/MPa带钢厚度/mm塔顶辊最小直径/mmHSS 高强钢170 0006003.0566EDDQ170 0001043.03 269CQ170 0001753.01 942图 2辊面冷却盘管布置示意图平辊梯形辊正弦曲线辊ABC1582023 年第 5 期含 F-热液，经多次循环，并发生充填交代作用，F-与围岩中的 Ca2+结合，使围岩中的有用成份活化、迁移，在一定条件下晶出沉淀，形成规模性的萤石矿化，在这种环流活动的混合区内有利空间，导致萤石沉淀出来6。在燕山早期第二阶段，断裂构造多次活动，致使早期形成的萤石矿（化）体发生再次融汇，温度与压力突然暴降，再次叠加和改造，最终形成厚大萤石矿体。4.1.4矿床成因类型矿区内萤石矿体，脉状、缓倾，形态较简单，产于断裂带内，严格受次生断裂带 F2控制，界线清楚，充填交代现象明显。矿石矿物以萤石、石英为主，组合简单。围岩为绢云板岩、变余长石石英细砂岩。围岩热液蚀变以硅化、绢云母化、碳酸盐化及绿帘石化为主。经分析判断，属中低温热液充填交代型脉状萤石矿床。4.2找矿特征1）区域性深大断裂带派生次级断裂交汇区，尤其是加里东燕山期构造活动带。2）石英、萤石细脉带，硅化、绿帘石、碳酸盐化、褐铁矿和高岭土化。3）蜂窝状风化构造带及近地表的断裂或蚀变带。5结论区内矿床为燕山期中低温热液充填交代型脉状萤石矿床，控矿构造主要为北东向区域断裂，萤石矿体主要赋存于变质岩中次生断裂带 F2中，矿体形态特征严格受断裂带 F2控制，断裂带厚度较大时，矿体厚度相应较大，品位较富，具有多期次成矿特征，找矿成果突出，对指导寻找同类型矿床、研究成矿规律、建立成矿模式和找矿模型以及在金属矿集区内寻找萤石矿产具有重要的现实指导意义。参考文献1吴明珠.江西崇义老庵里破碎带蚀变岩型锡钨多金属矿床地质特征J.矿产与地质，2011，25（6）：475-480.2杨明桂，祝平俊，王光辉.论华南构造成矿单元划分J.上海国土资源，2018，39（4）：13-18；24.3幸世军，陈冬生，李光来，等.江西樟东坑钨钼矿床“上钨下钼”垂向分带规律浅析J.中国钨业，2010，25（5）：8-12.4黎林生，严平辉，陈淑文.江西省大余县典型矿区地质特征及面因探讨J.世界有色金属，2020（20）：83-84.5徐有华，赣南萤石矿成矿地质条件及成矿预测研究D.武汉：中国地质大学，2008.6庄贤贵，彭琳琳，刘庆鸿，等.江西省石城楂山里萤石矿床地质特征及成因探讨J.化工矿产地质，2017（2）：65-71.（编辑：郭萍茹）Geological Characteristics and Prospecting Direction of Yingzili Fluorite Deposit in DayuCounty,Jiangxi ProvinceLi Shuchun,Zhong Tingzhen,Zhang Guanlian（Geological and Mineral Resources Service Center of Ganzhou,Ganzhou Jiangxi 341001）Abstract:Yingzili fluorite mining area is located in Chongyi Dayu Shangyou tungsten polymetallic ore concentration area of the NanlingMountain metallogenic belt,where many tungs