СМАТЫВАЮЩЕЕ-РАЗМАТЫВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ СМАТЫВАНИЯ И РАЗМАТЫВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ИЗДЕЛИЯ В ПРОКАТНОЙ ЛИНИИ
WINDER-UNWINDER AND METHOD OF WINDING AND UNWINDING OF METAL ARTICLE AT ROLLING LINE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству и способу сматывания-разматывания незавершенных металлоизделий, например плоского изделия проката, выходящего из черновой группы клетей прокатной линии, в частности, для плоских изделий, таких как полоса, тонкая полоса и лист, а также и других видов изделий.
В частности, изобретение относится к сматывающему-разматывающему устройству, устанавливаемому между черновой группой клетей и чистовой группой клетей, которое может быть использовано как в прерывистом или полубесконечном режиме для сматывания плоского изделия, выходящего из черновой группы клетей, а затем для разматывания изделия с целью подачи в чистовую группу клетей, так и в непрерывном или бесконечном режиме, когда плоское изделие проката непрерывно проходит через устройство.
Изобретение применимо к плоским изделиям проката, которые имеют толщину менее 30 мм, а желательно толщину в интервале 10-30 мм.
Уровень техники
Известно использование сматывающих-разматывающих агрегатов в прокатных линиях для изготовления полосового и листового проката, где указанные агрегаты могут быть связаны с нагревательной печью и их действие заключается в сматывании полупродукта, например сляба, выходящего с одной рабочей операции, а затем его разматывании для подачи на последующую технологическую операцию.
В патенте США 5335713 описан пример сматывающего-разматывающего устройства, расположенного на выходе машины непрерывного литья. Устройство содержит два наматывающих узла, которые расположены внутри печи и попеременно меняют свое положение, так что их можно выборочно устанавливать в первую позицию для сматывания сляба, выходящего из машины непрерывного литья, и во вторую позицию для подачи сляба в клеть прокатного стана. Каждый из наматывающих узлов содержит вращающийся барабан, на котором осуществляется сматывание и разматывание сляба. В описанном в патенте устройстве не обеспечена система сквозного пропускания, которая позволяет исключать устройство из работы в случае, когда требуется, чтобы сляб проходил, не подвергаясь сматыванию-разматыванию. Более того, данное устройство не предусматривает вспомогательных средств, которые вступают в работу для облегчения разматывания рулона, когда процесс разматывания начинается, что ограничивает применение данной конструкции определенными толщинами.
Другой недостаток данного устройства заключается в том, что по меньшей мере один конец рулона блокируется снаружи нагревательной печи, за счет чего он подвергается нежелательному охлаждению.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является решение вышеуказанных проблем и создание устройства, которое, действуя в полубесконечном режиме, позволяет выборочно производить сматывание всего сляба, выходящего из черновой клети прокатного стана, а затем разматывать сляб для его подачи в чистовую клеть, но которое можно легко и быстро перенастраивать для работы в бесконечном режиме, с непрерывным пропусканием начерно обработанного сляба из черновой клети прокатного стана в чистовую клеть.
Другая задача изобретения заключается в сокращении времени цикла, которое требуется для полного совершения операции сматывания рулона на первом барабане и разматывания рулона со второго барабана, и перестановки барабанов, чтобы начать новый цикл сматывания нового рулона.
Настоящее изобретение задумано, разработано и проверено с целью решения поставленной задачи и иных задач, получения полезных качеств, а также преодоления недостатков, свойственных существующим техническим решениям.
Основная идея изобретения изложена в независимых пунктах формулы изобретения, при этом иные отличительные признаки и варианты осуществления идеи сформулированы в зависимых пунктах формулы.
Согласно настоящему изобретению, сматывающее-разматывающее устройство для незавершенных плоских прокатных изделий устанавливается между двух клетей прокатного стана, например между черновой клетью и чистовой клетью, которые по ходу прокатки расположены, соответственно, до и после этого устройства.
Назначение сматывающего-разматывающего устройства при полубесконечном режиме прокатки заключается в сматывании в рулон отрезка законченного сляба, выходящего с первой операции прокатки, а затем его разматывании с целью подачи на последующую операцию прокатки. Сляб, прошедший черновую прокатку на первой операции, также называют «передаваемой полосой».
В соответствии с настоящим изобретением, сматывающее-разматывающее устройство состоит из нагревательной печи и несущей конструкции, расположенной снаружи нагревательной печи, при этом на несущей конструкции по существу в диаметрально противоположных местах установлены два сматывающих-разматывающих барабана, которые расположены внутри печи, причем несущая конструкция снаружи печи выполнена с возможностью выборочного приведения во вращение с целью поочередной установки первого из двух барабанов в его позицию сматывания или позицию разматывания, при этом вследствие такой установки второй из двух барабанов занимает противоположную позицию разматывания-сматывания.
Согласно изобретению, указанные два сматывающих-разматывающих барабана установлены на несущей конструкции так, что они могут занять неактивную позицию, не нарушающую линии движения плоского продукта прокатки; при этом, в соответствии с изобретением, устройство также содержит средства опоры и скольжения, выполненные с возможностью выборочного приведения в действие по меньшей мере, когда барабаны занимают неактивную позицию с целью формирования линии движения для плоского продукта прокатки в случае, когда активирование сматывающих-разматывающих барабанов не требуется.
Такое может случаться, например, если возможна по меньшей мере временная перенастройка прокатной линии на работу в так называемом бесконечном режиме, то есть на работу без перерывов между литьем и прокаткой.
Согласно другому варианту осуществления изобретения устройство содержит экстрактор, выполненный с возможностью выборочного приведения в действие и подходящий для взаимодействия с начальным концом полного рулона по меньшей мере в начале цикла разматывания как вспомогательное средство для операции начала разматывания и для сопровождения первого участка передаваемой полосы при ее движении в сторону тянущих и направляющих элементов, в направлении клети прокатного стана, расположенной далее по ходу прокатки.
Каждый из указанных двух барабанов имеет по меньшей мере отверстие для ввода начального конца продукта прокатки в начале этапа сматывания, так чтобы начальный конец можно было стабильно удерживать на требуемом участке внутри барабана, способствуя как началу операции сматывания, так и созданию надлежащего натяжения и поддержания рулона в стабильном смотанном состоянии.
Согласно изобретению, сматывание плоского продукта прокатки, после того как при неподвижном барабане произведено закрепление начального конца, по меньшей мере частично осуществляют во время операции, при которой первый барабан перемещают из позиции сматывания в позицию разматывания при одновременном переводе другого барабана из позиции разматывания в позицию сматывания. В частности, согласно одному варианту осуществления, перемещение сматывающего барабана из позиции сматывания (на стороне входного окна печи) в позицию разматывания (на стороне выходного окна печи) начинается не ранее, чем будет завершено разматывание рулона с другого барабана.
На практике, при таком осуществлении изобретения существует только одна позиция разматывания, в то время как позиция сматывания переходит от исходной, при которой начальный конец передаваемой полосы входит в отверстие барабана, к ряду последующих промежуточных позиций, а затем смещается до совпадения с позицией разматывания.
Возможность перемещения барабана из позиции сматывания в позицию разматывания в процессе сматывания продукта прокатки значительно сокращает время цикла. В самом деле, когда сматывание продукта в рулон заканчивается, заполненный барабан уже находится в позиции для разматывания продукта в сторону последующих устройств прокатной линии, в то время как пустой барабан уже находится в позиции для приема нового продукта прокатки, поступающего из предшествующего оборудования.
Сокращение времени цикла позволяет использовать соответствующее изобретению сматывающее-разматывающее устройство даже в условиях сильно ограниченного расстояния между хвостовым концом первой передаваемой полосы и начальным концом последующей, второй передаваемой полосы.
Поэтому устройство можно эффективно и высокопроизводительно использовать в установках быстрого литья или, когда скорость сматывания требуется поддерживать как можно более постоянной.
Использование постоянной скорости сматывания является исключительно важным, когда устройство установлено непосредственно после нагревательной печи, поскольку оно определяет постоянство времени прохождения полосы через печь, а следовательно, обеспечивает более равномерное распределение температуры материала и, как следствие, более легкую прокатку.
Постоянная скорость сматывания также важна в случаях применения, отличающихся от тех, в которых перед сматывающим-разматывающим устройством находится нагревательная печь. Например, это касается обработки охлаждением (например, после литья) или травления или иных химических процессов.
Равномерность температуры по длине материала также гарантируется тем фактом, что в соответствующем изобретению устройстве материал полностью намотан на барабан, включая хвостовой конец, что означает, что передаваемая полоса целиком находится в печи и ее хвостовой конец не охлаждается.
Согласно другому варианту осуществления изобретения, может также не быть и единственной позиции разматывания. Фактически движение обоих барабанов для обмена позициями может происходить, прежде чем будет полностью завершено разматывание. Таким образом, пустой барабан может быть подготовлен к новому циклу сматывания за более короткое время, поскольку сокращается расстояние, которое предстоит пройти пустому барабану от момента завершения разматывания до момента начала нового цикла сматывания.
Следовательно, согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, этап сматывания завершают, когда барабан оказывается уже приведенным в позицию разматывания.
Согласно возможному варианту осуществления изобретения, на конечном этапе сматывания рулона может быть использован экстрактор для сопровождения движения и направления хвостового конца сматываемого рулона. Хвостовой конец сматываемого рулона на последующем этапе разматывания становится начальным концом рулона.
Согласно одному варианту осуществлении изобретения, операцию разматывания выполняют со скоростью большей, чем скорость сматывания. Это позволяет быстрее освобождать барабан и приводить его на позицию сматывания до завершения сматывания на другом барабане. Таким образом, можно управлять движением последующих передаваемых полос, фазовая разность между моментами поступления которых сокращена.
Краткое описание чертежей
Указанные и иные отличительные особенности настоящего изобретения будут понятны из последующего описания предпочтительных вариантов его осуществления, изложенных в виде примеров, которые не носят ограничительного характера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 изображает общее расположение оборудования прокатной линии, в которой применено соответствующее настоящему изобретению устройство;
фиг.2 в сечении изображает устройство для сматывания-разматывания металлического изделия, соответствующее настоящему изобретению;
фиг.3-9 изображают ряд различных положений различных элементов соответствующего изобретению сматывающего-разматывающего устройства, которые они могут принимать в зависимости от этапа в ходе исполнения рабочего цикла;
фиг.10 изображает экстрактор в увеличенном виде;
фиг.11 и 12 изображают два положения, которые могут принимать компоненты экстрактора фиг.10.
Осуществление изобретения
На прилагаемых чертежах индексом 10 обозначено все устройство для сматывания-разматывания плоского незавершенного продукта 20 (передаваемой полосы) на промежуточном этапе процесса прокатки полосового или листового изделия.
Согласно фиг.1, устройство 10 встроено в прокатную линию 100, содержащую машину непрерывного литья (не показана) для получения стандартных слябов или тонких слябов, черновую клеть 102 прокатного стана, ножницы 103 для получения в полубесконечном режиме отрезков сляба требуемой длины, нагревательную и выравнивающую печь 104, устройство 10, тянущий-выпрямляющий механизм 25 (тянущие и направляющие элементы), чистовую клеть 105 прокатного стана, тянущие устройства 106 с обжимающими валками, а также стандартные устройства охлаждения и разматывания для полосового проката (не показаны).
Согласно фиг.3-9, устройство 10 содержит в качестве главных элементов печь 11, оборудованную заслонкой 12 входного окна и заслонкой 13 выходного окна, выполненными с возможностью выборочного перемещения в зависимости от текущего этапа цикла сматывания-разматывания. Печь 11, оснащенная известным образом дымоходом 14 для выпуска дымовых газов, определяет нагреваемый внутренний объем 15, в котором размещены два барабана (шпинделя) 18а и 18b моталки с механизированным приводом. Барабаны установлены на несущей конструкции 16, которая находится снаружи печи 11 и в данном случае выполнена в виде вращающегося диска 17. На фиг.2 показана несущая конструкция 16, содержащая два вращающихся диска 17, к которым прикреплены соответствующие торцы барабанов 18а и 18b.
Чтобы минимизировать тепловые потери и дать возможность барабанам 18а и 18b вращаться, печь 11 содержит крышки 40, которые выполнены с возможностью вращения вместе с дисками 17. Каждый из дисков 17 содержит цевочное колесо 41, которое находится в зацеплении с соответствующим механизмом 42 привода. Каждый механизм 42 привода несущей конструкции 16 содержит двигатель 43 и редуктор 44.
Два редуктора 44 механически синхронизированы посредством трансмиссионного вала 45, который обеспечивает передачу крутящего момента цевочным колесам 41.
Двигатели 43 механизма 42 привода должны быть синхронизированы электрически, так чтобы в один и тот же момент времени они могли обеспечивать одинаковые крутящие моменты и одинаковую скорость вращения.
Моторы 51 установлены непосредственно на дисках 17 и обеспечивают движение обоих барабанов 18а и 18b.
В конструкции, изображенной на фиг.3 в качестве примера, который не ограничивает собой идею изобретения, центры барабанов 18а и 18b с механизированным приводом расположены на диаметре 19 вращающегося диска 17 в диаметрально противоположных положениях; при этом когда диаметр 19, соединяющий центры барабанов 18а и 18b, расположен горизонтально, барабаны занимают позицию, при которой они не мешают движению проката, находясь выше линии движения плоского продукта 20 прокатки, по причине, которая более подробно будет рассмотрена ниже.
Устройство 10 также содержит стол 21 входного окна и стол 22 выходного окна, выполненные с возможностью выборочного перемещения относительно вращающегося диска 17, а следовательно, барабанов 18а и 18b в зависимости от различных функций, которые им предписано выполнять в ходе цикла сматывания-разматывания.
Стол 21 входного окна содержит первый сегмент 23 или подающий стол с плоской поверхностью, назначение которого по сути в том, чтобы направлять начальный конец прокатываемой полосы 20 во вводное отверстие 30, которым оснащены барабаны 18а и 18b, и второй сегмент или входной стол 26, который по существу является подвижным и на поверхности которого может присутствовать ряд валков. Стол 22 выходного окна также выполнен с возможностью выборочного перемещения и также может содержать валки 28 (фиг.9), которые образуют его верхнюю поверхность. В соответствии с другим вариантом осуществления, вместо валков 28, как на столе 21 входного окна, так и на столе 22 выходного окна, могут быть предусмотрены направляющие скольжения.
В любом случае, на столе 22 выходного окна, в его начальной части присутствует большой валок 27 с механизированным приводом или амортизирующий валок, который используется на конечном этапе сматывания и/или во время разматывания передаваемой полосы 20 незавершенного продукта.
Устройство 10 также содержит экстрактор 24, расположенный на стороне выходного окна печи 11, и выполненный с возможностью выборочного приведения в действие для вскрытия рулона в начале операции разматывания.
До устройства 10 и после устройства 10 по ходу движения проката находятся тянущие устройства известного типа, например, с обжимающими валками 106 или аналогичные.
В изображенном на чертежах случае, после устройства 10 предусмотрен тянущий-выпрямляющий механизм 25 для осуществления следующих функций (одной или обеих):
выпрямления хвостового конца передаваемой полосы 20 незавершенного продукта (указанный конец на этапе сматывания являлся начальным концом), который был погнут в начале операции сматывания при его вводе в отверстие 30 барабана 18а - 18b;
устранения кривизны передаваемой полосы 20, когда ее собственного веса и пониженных из-за высокой температуры механических характеристик недостаточно, чтобы начальный конец передаваемой полосы принимал низкое положение.
Действительно, если бы начальный конец располагался высоко, то была бы опасность его заклинивания в машине, следующей по ходу процесса, на ее входе.
Чтобы минимизировать данные проблемы, тянущий-выпрямляющий механизм 25 содержит транспортер 39, который обеспечивает правильность ввода передаваемой полосы 20 в указанный механизм (фиг.7).
Далее, согласно фиг.3-9, будут описаны рабочие операции в циклах сматывания-разматывания, при которых используется устройство 10.
На фиг.3 производят направленный ввод начального конца передаваемой полосы 20 в отверстие 30 барабана 18а, который расположен в позиции сматывания. Заслонка 12 входного окна печи 11 очевидно открыта, в то время как заслонка 13 выходного окна закрыта, чтобы свести к минимуму тепловые потери внутри печи 11.
Барабан 18b находится в диаметрально противоположной позиции, и в начале литейного цикла не содержит рулона для разматывания. Начальный конец передаваемой полосы 20 вводят в барабан 18а на требуемую глубину, при этом барабан 18а сохраняют неподвижным; затем барабан 18а, приводимый в действие мотором, начинает вращаться вокруг собственной оси, чтобы начать сматывание первой передаваемой полосы 20.
Первый сегмент 23 стола 21 входного окна печи находится в верхнем положении, чтобы поддерживать головной участок полосы 20, в то время как второй сегмент 26 опущен. После того как на барабан 18а будут намотаны несколько витков, первый сегмент 23 стола 21 входного окна также будет опущен в нижнее положение.
После того как рулон 29 на барабане 18а, который неподвижен в своем положении (фиг.4) относительно оси диска 17, достигнет определенного диаметра, например, будет навито 45 витков, диск 17 начнет вращаться (фиг.5), так что барабаны 18а и 18b начнут меняться местами. Барабан 18а продолжит вращаться вокруг своей оси, продолжая и завершая сматывание рулона 29, при этом противоположный барабан 18b постепенно будет двигаться к положению сматывания.
Когда рулон 29 подойдет к конечному этапу сматывания (фиг.6), а точнее, когда хвостовой конец передаваемой полосы 20 выйдет из обжимающих валков 106, и тянущее усилие будет потеряно, тогда по существу одновременно произойдут следующие события:
откроется заслонка 13 выходного окна печи 11;
стол 22 выходного окна печи будет поднят, так что амортизирующий валок 27 войдет в контакт с рулоном 29;
первый сегмент 23 стола 21 входного окна также будет поднят в верхнее положение с целью защиты барабана и поддержки хвостового конца передаваемой полосы 20; затем, когда барабан 18b достигнет положения сматывания, первый сегмент 23 будет переведен в положение сматывания, чтобы дать возможность ввести головной конец передаваемой полосы 20 в барабан;
будет приведен в действие экстрактор 24. Экстрактор 24 содержит исполнительный механизм 32, подходящий для приведения в действие штанги 31, на конце которой установлено прижимное-отделяющее устройство 33.
Более конкретно, прижимное-отделяющее устройство 33 состоит из рамы 34, в сечении имеющей по существу форму треугольника, в первой вершине которого установлен пассивный прижимной валок 35, а во второй вершине - отделитель 36, выполненный по существу в форме крюка.
Из фиг.10 видно, что рама 34 может совершать свободное вращение вокруг оси 37. Центр масс рамы 34 расположен так, что заставляет раму возвращаться в неактивное положение, при котором прижимной валок 35 располагается впереди отделителя 36.
Упор 48, который по существу является удлиняющим выступом штанги 31 и расположен перед рамой 34, а также упор 49, закрепленный на раме 34, ограничивают произвольное вращение рамы в одном направлении.
На некоторых этапах, посредством блокирующего элемента 46, приводимого в действие соответствующим гидравлическим цилиндром 47, можно удерживать раму 34 в описанном выше неактивном положении, не давая раме вращаться и в другом направлении. Такое состояние необходимо, когда прижимной валок 35 прижат к поверхности рулона 29, как показано на фиг.11.
В тот момент, когда рулон 29 начинает разматываться, производится уборка блокирующего элемента 46 при помощи гидроцилиндра 47 (фиг.12).
За счет давления, которое рулон 29 оказывает на прижимной валок 35, рама 34 поворачивается вокруг оси 37 и вводит отделитель 36 в соприкосновение с поверхностью рулона 29.
В частности, на первом этапе, когда приводят в действие экстрактор 24 (фиг.6), прижимное-отделяющее устройство 33 при помощи исполнительного механизма 32 подают вперед, пока прижимной валок 35 не войдет в контакт с рулоном 29, так чтобы последний участок передаваемой полосы 20, т.е. хвостовой конец рулона 29 прижался к последним намотанным виткам.
На данном этапе уже началась навивка новой передаваемой полосы 20 на свободный барабан, расположенный в позиции сматывания, причем это происходит по существу без перерыва в работе.
Этап сматывания полосы на барабан 18а заканчивается, когда хвостовой конец рулона 29 располагается между прижимным валком 35 и амортизирующим валком 27.
Когда должно начаться разматывание завершенного рулона 29 с барабана 18а (фиг.7), и прежде чем барабан 18а начнет вращаться в направлении разматывания, производят уборку блокирующего элемента 46, так чтобы отделитель 36, поворачиваясь, самопроизвольно вошел в контакт с поверхностью рулона 29, и помог разматыванию рулона (см., в частности увеличенный вид на фиг.10).
Кроме того, снизу от прижимного-отделяющего устройства 33 экстрактор 24 также содержит фигурный профиль 38, который совместно с отделителем 36 образует проход, который направляет начальный конец передаваемой полосы 20, сходящей с разматываемого рулона 29, и вводит конец во входное окно тянущего-выпрямляющего механизма 25.
Как только происходит захват передаваемой полосы 20 тянущим-выпрямляющим механизмом 25, производится уборка экстрактора 24 и закрытие заслонки 13 выходного окна печи 11. Это закрытие неполное, оставляющее только пространство, необходимое для разматывания рулона 29 (фиг.8).
Согласно одному варианту (не показан), на этапе разматывания барабан 18b постепенно подают вперед к промежуточному положению между позицией разматывания и позицией сматывания, одновременно с этим барабан 18а переходит в промежуточное положение между позицией сматывания и позицией разматывания.
В данном положении стол 22 выходного окна может быть установлен в поднятое положение для поддержания передаваемой полосы во время разматывания рулона.
Такой вариант позволяет сократить время цикла, поскольку операция разматывания выполняется с постепенной подачей заполненного барабана к позиции, в которой на него будет сматываться новый рулон, за счет чего сокращается время подачи пустого барабана для нового цикла сматывания.
На фиг.9 изображен случай, когда передаваемая полоса 20 сквозным образом проходит через сматывающее-разматывающее устройство 10, и устройство 10 не вмешивается в движение полосы. Такая работа предусматривается, когда прокатная линия 100 действует в режиме бесконечной прокатки.
Как уже говорилось, в данном случае два барабана 18а и 18b расположены так, что их соответствующие центры лежат по существу в горизонтальной плоскости и выше линии движения передаваемой полосы 20.
Чтобы дать возможность полосе 20 проходить через устройство 10, оба стола - стол 21 входного окна с двумя его сегментами 23 и 26, а также стол 22 выходного окна - приводят в рабочее положение, так чтобы полоса 20 могла транзитом пройти по валкам 28 (если таковые имеются) второго сегмента 26 входного стола 23, по столу 22 выходного окна и могла быть направлена к тянущему-выпрямляющему механизму 25.
Положительным является то, что в режиме бесконечной прокатки передача прокатываемой полосы из черновой клети 102 в чистовую клеть 105 не сопряжена с тепловыми потерями при ее прохождении через сматывающее-разматывающее устройство 10, поскольку печь 11 остается активной и поддерживает передаваемую полосу 20 при температуре, подходящей для последующей чистовой прокатки.
В форму и детали осуществления вышеописанного сматывающего-разматывающего устройства и способа сматывания-разматывания продукта прокатки могут быть внесены изменения, не выходящие за границы идеи и объема изобретения, установленные прилагаемой формулой изобретения.