СИСТЕМА НАМОТКИ И СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ КОЛЬЦЕВОЙ КАТУШКИ ИЗ ГОРЯЧЕКАТАНОГО ИЗДЕЛИЯ
WINDING SYSTEM AND METHOD OF FORMING ANNULAR COIL OF HOT-ROLLED PRODUCT

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системе намотки для наматывания горячекатаного изделия в соответствии с преамбулой пункта 1 формулы изобретения и к способу формирования горячекатаного изделия способом в соответствии с преамбулой независимого пункта. Горячекатаное изделие в данном случае относится к чушке, проволоке, стержню, полосе или т.п., полученной горячей прокаткой и выполненной из металлического материала, включая, но не ограничиваясь, медь, латунь, алюминий и сталь, например, пружинную сталь, подшипниковую сталь, нержавеющую сталь и т.д.
Известный уровень техники
Система намотки для формирования катушки из горячекатаного изделия обычного типа содержит базовый узел, поддерживаемый опорной конструкцией. Опорная конструкция содержит приводной механизм, выполненный с возможностью поворачивать базовый узел вокруг вертикальной оси вращения. Базовой узел содержит опорную плиту для поддерживания катушки, центральный барабан, проходящий от опорной плиты вдоль вертикальной оси, и внешний корпус, прикрепленный к опорной плите за пределами упомянутого центрального барабана так, что между центральным барабаном и внешним корпусом образуется кольцевое пространство. Система намотки также содержит подающее устройство, выполненное с возможностью подачи горячекатаного изделия на базовый узел, чтобы формировать катушку. Во время использования горячекатаное изделие подают из подающего устройства в пространство, предусмотренное между центральным барабаном и внешним корпусом, так что первый конец горячекатаного изделия ложится на опорную плиту. При вращении базового узла горячекатаное изделие образует катушку вокруг центрального барабана. Внешний корпус гарантирует, что каждый новый виток катушки будет выполнен поверх уже сформированного витка.
Однако проблема с этой системой намотки состоит в том, что зазор между подающим устройством и уже намотанной частью горячекатаного изделия, поверх которой подают горячекатаное изделие, подаваемое из подающего устройства, изменяется в течение цикла формирования катушки. Это приводит к катушке с низкой и неравномерной плотностью и плохой устойчивостью. Поэтому были разработаны системы намотки, в которых используют подающую трубу, имеющую спиральную форму, через которую горячекатаное изделие подают в кольцевое пространство между центральным барабаном и внешним корпусом. Такие спиральные подающие трубы могут быть вставлены в кольцевое пространство и, таким образом, могут уменьшить расстояние, с которого горячекатаное изделие падает на уже намотанную часть. Таким образом, можно увеличить плотность сформированной катушки, но, с другой стороны, такие подающие трубы являются дорогостоящими и их сложно обслуживать. С ними также связаны проблемы безопасности во время работы, а плотность, получаемая с помощью таких подающих труб, для многих применений является недостаточной.
В WO 2009123685 раскрыта система намотки, в которой внешний корпус может перемещаться в вертикальном направлении вместе с подающим устройством. Таким образом, расстояние, с которого падает горячекатаный продукт, может быть существенно уменьшено. Однако эта система намотки, так же как и другие известные системы намотки, становится очень высокой и занимающей пространство. Когда готовую катушку необходимо удалить из системы намотки, катушку поднимают из базового узла, либо базовый узел опускают так, чтобы можно было удалить катушку. Поэтому, для удаления катушки обычно требуется подвал или дополнительный пол. Это неудобно, поскольку доступное пространство зачастую ограничено и может потребоваться для других целей.
Другая проблема, связанная с известными системами намотки, заключается в том, что производственный цикл является сравнительно большим из-за количества времени, необходимого для удаления катушки из системы намотки после завершения формирования одной катушки и подготовки ее для формирования второй катушки. Поэтому часто используются две отдельные системы намотки, которые могут поочередно получать из прокатного стана и наматывать горячекатаное изделие. Еще одна проблема заключается в большом потреблении энергии системами намотки вследствие большого момента инерции этих систем.
Раскрытие сущности изобретения
Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы преодолеть, по меньшей мере, некоторые из вышеупомянутых проблем. В частности, цель заключается в том, чтобы предложить решения, с помощью которых в процессе формирования катушки потребуется меньшее вертикальное пространство и с помощью которых можно сократить производственный цикл и потребление энергии. Другой целью является создание системы намотки, которая будет универсальной и легко адаптируемой к различным размерам катушек и диаметрам изделия. Еще одна цель заключается в том, чтобы предложить систему намотки и способ формирования горячекатаного изделия, посредством которого может быть достигнута сравнительно высокая плотность и равномерность готовой катушки.
По меньшей мере, основную цель достигают с помощью изначально заданной системы намотки, которая отличается тем, что базовый узел соединен с первым приводным механизмом с возможностью разъединения так, чтобы после намотки базовый узел можно было снять с опорной конструкции. Таким образом, нет необходимости поднимать катушку с опорной плиты, когда опорная плита установлена на опорной конструкции. Вместо этого весь базовый узел, содержащий готовую катушку, может быть отсоединен от опорной конструкции до удаления катушки из базовой конструкции и передачи ее, напр., на конвейер или паллет. Это уменьшает вертикальное пространство, необходимое для установки системы намотки. Это также повышает универсальность процесса изготовления катушек, поскольку удаление катушки из базового узла может быть выполнено либо при непосредственном соединении с системой намотки, либо в другом месте после транспортировки с использованием, напр., конвейера. Удаление катушки может быть выполнено, напр., путем наклона базового узла и передачи катушки в соответствующий держатель катушки или путем подъема катушки. В любом случае вертикальное пространство, необходимое для удаления катушки из системы намотки, уменьшается.
Поскольку базовый узел является съемным, систему намотки также легко адаптировать, напр., к различным диаметрам горячекатаного изделия или различным требуемым диаметрам катушки. Путем простой перестановки базовых узлов одну и ту же опорную конструкцию можно использовать для разных приложений. Съемный базовый узел также уменьшает производственный цикл системы намотки, поскольку базовый узел после намотки можно быстро удалить с опорной конструкции и заменить другим пустым базовым узлом. Таким образом, нет необходимости использовать попеременно две отдельные системы намотки. Вместо этого достаточно иметь одну опорную конструкцию и по меньшей мере два базовых узла.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения система намотки также содержит кольцевой собирающий элемент, расположенный вокруг центрального барабана над приемным патрубком и способный перемещаться в осевом направлении вместе с подающим устройством, чтобы направлять горячекатаное изделие на ранее намотанную часть упомянутого изделия. В этом варианте осуществления приемный патрубок имеет высоту, которая существенно меньше высоты центрального барабана, так как она должна покрывать только первые несколько витков катушки по мере ее формирования. Кольцевой собирающий элемент собирает и направляет горячекатаное изделие на эти витки по мере продолжения цикла намотки. Кольцевой собирающий элемент расположен над приемным патрубком. Таким образом, кольцевой собирающий элемент образует подвижный наружный барабан, уменьшая расстояние между подающим устройством и ранее намотанной частью, на которую должно быть выгружено горячекатаное изделие. Таким образом, можно повысить плотность катушки, а также ее однородность. Подвижный кольцевой собирающий элемент также позволяет формировать однородные катушки разной высоты, поскольку нет неподвижного внешнего корпуса. Другим преимуществом этого варианта осуществления является то, что момент инерции базового узла может быть уменьшен, поскольку кольцевой собирающий элемент устраняет необходимость во внешнем корпусе, напр., в приемном патрубке, имеющим такую же протяженность в вертикальном направлении, как и центральный барабан, соединенный и вращающийся вместе с базовым узлом. Таким образом, общее энергопотребление системы намотки может быть уменьшено.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения кольцевой собирающий элемент имеет меньшую протяженность вдоль вертикальной оси, чем центральный барабан, так что кольцевой собирающий элемент окружает только незначительную часть центрального барабана. Таким образом, общая высота системы намотки может быть уменьшена по сравнению с системами намотки, содержащими высокий подвижный внешний барабан или тому подобное, полностью охватывая сформированную катушку. Кроме того, вес системы намотки уменьшается, что дополнительно снижает потребление энергии.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения кольцевой собирающий элемент соединен с подающим устройством. Это удобный способ достижения одновременного вертикального перемещения подающего элемента и кольцевого собирающего элемента.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения кольцевой собирающий элемент выполнен в виде вращающегося собирающего кольца. Такое собирающее кольцо обеспечивает устойчивую опору для горячекатаного изделия во время его намотки. Вращающееся собирающее кольцо может, напр., поворачиваться с помощью первого приводного механизма, используемого для вращения базового узла или с помощью отдельного приводного механизма. Вращение собирающего кольца предотвращает появление царапин на горячекатаном изделии.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения система намотки также содержит опору, на которой установлено собирающее кольцо с возможностью вращения. Опора обеспечивает удобное средство для поддержки приводного механизма и для соединения кольцевого собирающего элемента с подающим устройством.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения система намотки также содержит второй приводной механизм, выполненный с возможностью вращения собирающего кольца вокруг вертикальной оси. Отдельные приводные механизмы упрощают конструкцию системы намотки.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения первый и второй приводные механизмы выполнены с возможностью работы независимо друг от друга. Таким образом, скорость вращения собирающего кольца может регулироваться независимо от скорости вращения базового узла, и таким образом можно оптимизировать условия намотки.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения система намотки также содержит устройство предварительного изгиба, выполненное с возможностью сгибания горячекатаного изделия во время его подачи из подающего устройства. Это упрощает сворачивание горячекатаного изделия в катушку.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения центральный барабан содержит сегменты стенки, которые могут перемещаться между внешним положением и внутренним положением. Когда катушку необходимо удалить из базового узла, сегменты стенки могут быть сведены, что снижает риск повреждения катушки во время удаления.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения система намотки также содержит устройство передачи, выполненное с возможностью перемещения базового узла в сторону от опорной конструкции в горизонтальной или по существу горизонтальной плоскости. Такое устройство передачи обеспечивает быстрое удаление базового узла из опорной конструкции после намотки, что позволяет сократить производственный цикл. Вертикальное пространство, необходимое для системы намотки может быть сведено к минимуму, так как перемещение базового узла происходит по существу в горизонтальной плоскости, хотя может быть необходимо небольшое перемещение в вертикальном направлении, чтобы снять базовый узел с опорной конструкции. Такое вертикальное перемещение может составлять порядка нескольких дециметров, например, 3-4 дм. Кроме того, система намотки является энергоэффективной, так как в значительной степени исключен вертикальный подъем базового узла, содержащего готовую катушку, которая часто бывает тяжелой.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, по меньшей мере, основную цель достигают с помощью способа сворачивания горячекатаного продукта в кольцевую катушку, как было изначально определено, отличающегося тем, что этап удаления катушки из системы намотки содержит удаление базового узла с опорной конструкции перед удалением катушки из базового узла. Таким образом, катушку можно удалить из системы намотки без необходимости поднимать катушку вдоль вертикальной оси. Таким образом, при таком способе занимают меньшее пространство, и он более энергоэффективен, чем известные способы, в которых катушку удаляют путем ее подъема с системы намотки, когда базовый узел установлен на опорной конструкции.
Предлагаемую систему намотки преимущественно используют в способе в соответствии с изобретением. Преимущества и преимущественные признаки способа в соответствии с изобретением соответствуют обсуждаемым в связи с предлагаемой системой намотки.
В соответствии с одним вариантом осуществления этого аспекта изобретения этап удаления катушки из системы намотки включает в себя наклон базового узла перед удалением катушки. Таким образом, можно сэкономить вертикальное пространство, так как катушка может быть удалена из базового узла путем перемещения в горизонтальной плоскости.
В соответствии с другим вариантом осуществления этого аспекта изобретения система намотки расположена на станции намотки, а базовый узел, удерживающий катушку, транспортируют от станции намотки с использованием конвейера до удаления катушки из базового узла. Это подходит для небольших прокатных станов и обеспечивает эффективное время обращения с катушками, так как не требуется перемещать катушку на промежуточный паллет или тому подобное, используемый для транспортировки катушки на станцию уплотнения катушек. Вместо этого базовый узел транспортируют на станцию уплотнения, где катушку удаляют из базового узла, а затем уплотняют.
В соответствии с другим вариантом осуществления этого аспекта изобретения предложен кольцевой собирающий элемент, расположенный вокруг центрального барабана, а способ содержит направление горячекатаного изделия на ранее намотанную часть упомянутого изделия путем перемещения вверх вдоль вертикальной оси устройства подачи вместе с кольцевым собирающим элементом.
Другие предпочтительные признаки, а также преимущества настоящего изобретения будут понятны из последующего описания.
Краткое описание чертежей
Ниже изобретение будет дополнительно описано на примере со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг. 1 схематично показана система намотки в соответствии с вариантом осуществления изобретения в первом положении,
на фиг. 2 показана система намотки, представленная на фиг. 1, во втором положении,
на фиг. 3 показан вид сбоку частей системы намотки, представленной на фиг. 2, и
на фиг. 4 показана блок-схема последовательности операций способа в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
Осуществление изобретения
Станция намотки, содержащая систему 1 намотки в соответствии с вариантом осуществления изобретения, показана на фиг. 1-3. Система 1 намотки содержит опорную конструкцию 2, базовый узел 3 и подающее устройство 4. Опорная конструкция 2 расположена на плоской поверхности 5, например, на полу или на земле, и поддерживает базовый узел 3, который расположен на верхней части опорной конструкции 2. Опорная конструкция 2 содержит первый приводной механизм (не показан), который выполнен с возможностью вращения базового узла 3 вокруг вертикальной оси вращения. Крепежный механизм (не показан) используется для разъемного крепления базового узла 3 к опорной конструкции 2. Крепежный механизм может, напр., содержать охватываемые и охватывающие крепежные элементы, выполненные с возможностью сцепляться друг с другом в положении фиксации и тем самым надежно прикреплять базовый узел 3 к опорной конструкции 2. В открытом положении, крепежные элементы разъединены, и базовый узел 3 отсоединен от опорной конструкции 2.
Базовый узел 3 содержит опорную плиту 6, центральный барабан 7, проходящий от опорной плиты 6 вдоль вертикальной оси, и приемный патрубок 8, расположенный снаружи центрального барабана 7, так, что рядом с опорной плитой 6 между центральным барабаном 7 и приемным патрубком 8 получается кольцевое пространство. Центральный барабан 7 имеет раздвижные сегменты 7а, 7b, 7с стенки, которые могут перемещаться между внешним положением и внутренним положением. Приемный патрубок 8 имеет высоту, соответствующую нескольким виткам скрученного горячекатаного изделия, существенно меньше, чем общая высота центрального барабана 7.
Подающее устройство 4 сконфигурировано для подачи горячекатаного изделия, напр., из прокатного стана к устройству 9 предварительного изгиба, выполненному на переднем конце подающего устройства 4. Устройство 9 предварительного изгиба выполнено с возможностью сгибания горячекатаного изделия до его наматывания. Подающее устройство 4 и, в частности, его передний конец, может перемещаться вверх и вниз вдоль вертикальной оси, так что горячекатаное изделие может быть подано в базовый узел 3 на подходящей высоте.
На переднем конце подающего устройства 4 предусмотрено вращающееся собирающее кольцо 10, расположенное вокруг центрального барабана 7, установленное с возможностью вращения на опоре 11. Собирающее кольцо 10 имеет внутренний диаметр, равный внутреннему диаметру приемного патрубка 8. Собирающее кольцо 10 может перемещаться вместе с подающим устройством 4 вверх и вниз вдоль вертикальной оси. В вертикальном направлении оно окружает только незначительную часть центрального барабана 7, поскольку имеет небольшую высоту по сравнению с центральным барабаном 7. Второй приводной механизм 12, выполненный с возможностью поворачивать собирающее кольцо 10 вокруг вертикальной оси, также выполнен на опоре 11. Второй приводной механизм 12 в данном случае работает независимо от первого приводного механизма. Таким образом, он может вращать собирающее кольцо 10 с той же скоростью вращения, что и базовый узел 3, или с другой скоростью вращения.
Система 1 намотки также содержит устройство 13 передачи, выполненное с возможностью перемещать базовый узел 3 от опорной конструкции 2 в горизонтальной плоскости, когда базовый узел 3 был отсоединен от опорной конструкции 2. Устройство 13 передачи содержит два вращающихся рычага 14, проходящих от ступицы 15, расположенной между опорной конструкцией 2 и опорой 16, к которой от опорной конструкции 2 может быть перемещен базовый узел. Устройство 13 передачи также используют для передачи пустого базового узла 3, не содержащего катушку 17, к опорной конструкции 2 от опоры 16. Специалисту в данной области, конечно, понятно, что существует много различных способов сконструировать устройство передачи, которое может быть использовано для перемещения базового узла от опорной конструкции.
Когда необходимо сформировать катушку с использованием показанной системы 1 намотки, базовый узел 3 устанавливают на опорную конструкцию 2, при этом стенки 7а, 7b, 7с находятся во внешнем положении. Базовый узел 3 поворачивают с помощью первого приводного механизма со скоростью вращения ω_1. Через подающее устройство 4, устройство 9 предварительного изгиба и собирающее кольцо 10, первый конец горячекатаного изделия подают во вращающийся базовый узел 3. Когда начинается процесс формирования катушки, подающее устройство 4, устройство 9 предварительного изгиба и собирающее кольцо 10 находятся в самом нижнем положении вблизи от приемного патрубка 8, как показано на фиг. 1. Когда горячекатаное изделие выходит из устройства 9 предварительного изгиба, оно через собирающее кольцо 10 входит в кольцевое пространство, образованное между приемным патрубком 8 и центральным барабаном 7. При этом собирающее кольцо 10 с помощью второго приводного механизма 12 поворачивают со второй скоростью ω_2 вращения, которая может быть равной первой скорости ω_1 вращения или немного отличаться от нее. Первый конец горячекатаного изделия ложится на опорную плиту 6, и начинают формировать катушку 17, поскольку горячекатаное изделие непрерывно подают на вращающийся базовый узел 3. Когда катушка 17 становится выше, подающее устройство 4 и собирающее кольцо 10 перемещают вверх, так что вертикальное расстояние между положением подачи наматываемого горячекатаного изделия и устройством предварительного изгиба 9 поддерживают постоянным или по существу постоянным в течение всего процесса формирования катушки. Когда второй конец горячекатаного изделия переходит в базовый узел 3, подающее устройство 4, устройство предварительного изгиба 9 и собирающее кольцо 10 достигают самого верхнего положения, и формирование катушки 17 завершается, см. фиг. 2.
После этого базовый узел 3, удерживающий готовую катушку 17, отсоединяют от опорной конструкции 2 и переносят на опору 16 с использованием одного из поворачивающихся рычагов. В то же время пустой базовый узел 3 переносят от опоры 16 на опорную конструкцию 2 для формирования другой катушки. После этого базовый узел 3, удерживающий готовую катушку 17, наклоняют, сегменты 7а, 7b, 7с стенки перемещают во внутреннее положение, и катушку 17 удаляют из базового узла 3 и переносят на паллет 18 с помощью промежуточной опоры 19. Затем паллет 18, удерживающий катушку 17, может быть перемещен от станции намотки, напр., с использованием конвейера. Катушку обычно перемещают со станции намотки на станцию уплотнения, где ее уплотняют до дальнейшей транспортировки. Альтернатива использованию паллета 18 заключается в транспортировке всего базового узла 3, удерживающего катушку 17, от станции намотки с использованием конвейера. Базовый узел 3 в этом случае выступает в качестве паллета для катушки.
Способ формирования кольцевой катушки 17 из горячекатаного изделия в соответствии с вариантом осуществления изобретения показан на фиг. 4. На первом этапе S1 на станции намотки располагают систему 1 намотки, как описано выше. На втором этапе S2 осуществляют вращение базового узла 3 с использованием первого приводного механизма. На третьем этапе S3 первый конец горячекатаного изделия направляют из прокатного стана через подающее устройство 4 и в кольцевое пространство, предусмотренное между приемным патрубком 8 и центральным барабаном 7. Начинают формировать катушку 17 вокруг центрального барабана 7 путем вращения базового узла 3 вокруг вертикальной оси вращения при подаче горячекатаного изделия вниз с помощью подающего устройства 4. На четвертом этапе S4 подающее устройство 4 вместе с собирающим кольцом 10 перемещают вверх вдоль по вертикальной оси, при этом собирающее кольцо 10 и базовый узел 3 вращаются, а горячекатаное изделие непрерывно подают в базовый узел 3. На пятом этапе S5, базовый узел 3 удаляют с опорной конструкции 2, освобождая крепежный механизм, и с помощью одного из вращающихся рычагов 14 переносят базовый узел 3 на опору 16 или на конвейер, используемый для транспортировки базового узла 3, удерживающего катушку 17, напр., на станцию уплотнения. На шестом этапе S6 катушку 17 удаляют из базового узла 3, предпочтительно после наклона базового узла 3.
Изобретение, конечно, никоим образом не ограничено описанными выше вариантами осуществления, специалисту в данной области техники будут очевидны многие возможности для его модификации, не выходя за объем изобретения, заданный в прилагаемой формуле изобретения. Например, кольцевой собирающий элемент может содержать, по меньшей мере, два расположенных на расстоянии друг от друга в вертикальном направлении кольца, между которыми предусмотрено несколько вращающихся валков. Валки в этом случае служат для сбора горячекатаного изделия без использования второго приводного механизма.