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炉卷轧机的发展与典型结构
萧其林

摘 要： 按照传统型、改造型、现代型三个阶段叙述了炉卷轧机的发展，并对炉卷轧机的典型布局与结构进行分析。
关键词： 炉卷轧机；发展；典型布局；结构

1 炉卷轧机的发展
炉卷轧机，又称斯特克尔轧机（Steckel轧机）。自美国于1932年研制出第一台试验性炉卷轧机并于1949年正式应用于工业生产以来，到现要已有近70年。近70年来炉卷轧机经历了传统型、改造型、现代型三个发展阶段。随着现代冶金技术的发展和现代传动、控制技术的应用，炉卷轧机已步入了蓬勃发展时期。本文依照传统型、改造型、现代型三个阶段对炉卷轧机的发展予以阐述。
1．1传统型炉卷轧机（1932～1960年）
炉卷轧机发明于20世纪30年代。该发明解决了成卷热轧薄板轧制过程中温度降低太快的问题，使得带卷在轧制过程中进行可逆式的往复轧制，直到轧制过程完成，这就是所谓的炉卷轧制方法。图1-1为其示意图。

图1-1 炉卷轧机示意图
1——带保温炉的卷取机；2——送料辊；3——四辊可逆轧机；4——升降导板

图1-2 炉卷轧机工艺设备布置图
1- 再加热炉 2-除鳞机 3-立辊轧机 4-粗轧机 5-辊道 6-切头剪
7-左卷取炉 8-炉卷机 9-右卷取炉 10-冷却辊道 11-地下卷取机
１．１．１ 炉卷轧机生产工艺流程与设备布置
炉卷轧机的生产工艺流程和设备布置如图１－２。板坯在连续式加热炉中加热后，通过高压水除鳞，然后在带立辊的四辊粗轧机上分别轧制一定道次，将板坯轧成厚１０～２０ｍｍ的带坯，在飞剪上切除头尾，然后送入炉卷轧机进行可逆轧制。当第一道带坯头部出炉卷轧机后，右边的升降导板抬起，将带坯的头部引入右边卷取炉的卷鼓中进行卷取。卷取炉卷鼓与轧机之间带钢的张力不大，其总张力为３００００Ｎ。当第一道轧件尾部一出轧辊，右边的夹送辊下降，整个机组反转，开始第二道轧制，此时左边的夹送辊和升降导板抬起，又将带钢导入左边的卷取炉进行卷取，如此反复轧制几道，即轧成所需要的带卷。由于每道轧制时轧件端部均需通过轧辊，因而每道次开始时都需以导入速度（０．５～２．５ｍ／ｓ）轧制，使轧件端部平滑进入卷鼓的槽口。导入后，卷鼓和轧机同步升速到正常轧制速度。而在每道次终了时，则必须及时制动，以防轧件尾部进入保温炉内。这样频繁改变的操作制度必须依赖自动控制才能实现，同时也限制了轧制速度的提高。一般轧件在炉卷轧机上轧制７～９道次，轧到要求的带卷厚度后，通过运输辊道冷却到卷取温度，在地下卷取机上卷成钢卷。
1．1．2 传统炉卷轧机的优点：
１） 轧制过程中可大幅减少钢板的温降；
２） 与经典的热连轧相比所需设备数量少，投资低；
３） 工艺道次较灵活，适合于生产批量不大而品种较多的产品；
４）适合于低节奏、难加工的不锈钢及特种合金钢的生产。
１．１．３ 传统炉卷轧机的缺点：
１） 由于是单机架多道次轧制，精轧时间长，二次氧化皮多，所轧制的产品表面质量较差，不能生产薄板；
２） 技术经济指标较低，各项消耗较高；
３） 轧辊易磨损，换辊频繁；
４） 工艺操作要求高，比连轧复杂。
１．２ 改造型炉卷轧机（１９６０～１９８０）
由于传统炉卷轧机所固有的工艺缺陷并存在产品表面质量差的弊病，从而阻碍了炉卷轧机的发展。
６０年代，美国铁本公司（Ｔｉｐｐｉｎｓ，又译梯平斯）等通过对炉卷轧机的潜在能力和不足之处的研究，开始用现代控制技术来改造传统炉卷轧机，重新发展了自３０年代发明以来几乎被人遗忘了的炉卷轧机。１９８０年前后，发达国家纷纷兴建新的或改造旧的炉卷轧机，但主要还是用来专业化生产不锈钢和特种合金钢，仅有少部炉卷轧机生产碳素结构钢。
在此阶段由于冶金轧制工艺和控制技术还没有发生质的飞跃，因此炉卷轧机的发展主要是停留在一般性的改进上，并没有发生根本性的变化。
１．３ 现代炉卷轧机（１９８０～至今）
进入８０年代后，冶金工业技术突飞猛进，近终型连铸技术、连铸连轧技术、现代控制技术、计算机技术、新型材料技术、数字传动技术、变频调速技术的普及应用使得冶金轧制工艺技术发生了质的飞跃，给炉卷轧机的发展带来了新的生机。
１．３．１ 现代炉卷轧机的主要特点
１） 新流程
随着薄板坯连铸技术的发展，国外出现了一批以生产中厚板为主、兼生产薄板卷的综合型炉卷轧机，它与炼钢炉、精炼炉、中薄板连铸机共同组成了新一代集约型的板带材生产线。９０年代以来，在全世界新建和改建炉卷轧机共１４台，其中以生产不锈钢为主的４台，生产不锈钢兼碳钢的３台，其余７台均以生产碳钢和低合金钢为主［１］ ，其具体情况见表１－１。

表1-1国外90年代新建（或扩建）的生产碳钢的炉卷轧机
序
号
国家及厂名
投产年份
年产量
（万吨）
轧机
组成
辊面宽
（㎜）
产品规格㎜
（厚度×宽度）
1
美国，伊普斯科公司蒙特利埃厂
1996
125～150
单机架
3400
2.29～19×1219～2483（卷）
6.35～50×1219～3149（板）
2
美国，俄勒冈公司波特兰厂
1997年改造
100
单机架
3759
2.29～25.4×1219～3048（卷）
4.76～203.2×1219～3450（板）
3
美国，斯卡洛萨钢公司
1996年改造
100
单机架
2845
2～19×711～2642（卷）
16～100×1219～2642（板）
4
加拿大，斯帝柯公司海米尔敦厂
1997年改造
100
单机架
3048
2～19×1219～2794（卷）
16～50×1219～2794（板）
5
捷克，新歌特瓦尔德钢公司
1999年
100
单机架
1800
1.5～13×800～1600（卷）

6
泰国LPN公司
1997年改造
50
单机架
3124
2～19×1200～2200（卷）
16～50×1200～2800（板）
7
土尔其，埃雷利公司
1992年改造
77
双机架
1676
4～20×508～1524（卷）
10～40×508～1524（板）

２）新工艺
现代炉卷轧机采用了提高中间带坯进精轧机的厚度，在精轧机上采用高的压缩比，提高轧制速度，减少轧制道次，提高卷重，使轧制温度均匀化等新工艺。炉卷轧机的传统工艺与新工艺的主参数对比见表１—２。
表１－２ 炉卷轧机传统工艺与新工艺的主参数对比
主要工艺参数
传统工艺
新工艺
最小产品厚度，㎜
3.0
1.5
最大卷重，t
10～12
28～34
中间带坯厚度，㎜
15～17
25
最大轧制速度，m/s
5～7
10～14
精轧最少道次
7～9
5
精轧温度，℃
～750
～900
中间带坯温降速率，℃/s
﹥3
1.7
最大轧制力，Kn/mm
12～14
22.2

３） 新设备
新设备的应用在现代炉卷轧机的关键部位得到了较好的体现，主要表现在以下五个方面：
一是高刚度的轧机，将轧机允许的最大轧制力加大及刚度提高，使得轧机弹跳减少，其允许的最大轧制力比传统炉卷轧机提高了近１倍。
二是卷取炉内的卷取芯轴采用带水冷芯轴的预热卷鼓，这种采用了新型设计和材料的卷鼓其表面温度可达９５０℃，卷取带钢厚度可达２０ｍｍ。
三是采用了带有封闭式炉底和新型炉型的卷取炉，采用计算机控制炉内气氛，减少了热损和炉内氧化，提高了炉温控制精度和均匀分布度。
四是采用了具有较短换向时间（约３Ｓ）的交流变频主传动电机，其加速与反转时间比直流电机减少。
五是在炉卷轧机内设有在线轧辊修磨系统，轧辊不必更换就可在线进行修磨，通过轧制过程中轧辊表面的修磨，可改善带钢的表面质量和增加轧制量。
４） 新技术
现代炉卷轧机全面引用了热带钢连轧的新技术，如坯料采用连铸坯或连铸薄板坯；加热炉采用步进式炉；采用了高效、高压水除鳞技术；粗轧机采用带立辊轧边的四辊可逆式轧机；在中间辊道中采用了保温技术；在炉卷轧机后设立了层流冷却系统；在地下卷取机上采用了液压踏步控制系统等等。更重要的是炉卷轧机还采用了下述新技术：
一是液压厚度自动控制技术（ＨＡＧＣ－－Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）ＨＡＧＣ系统通过计算机对轧件厚度进行自动控制，包括厚度控制、速度补偿、张力补偿、头尾补偿及测厚仪监控等功能。采用该技术生产的带钢其纵向厚度公差已达到或接近热连轧机±０．０５ｍｍ的水平，而传统炉卷轧机生产的带钢厚度公差为±０．２～０．４ｍｍ。〔２〕由于ＨＡＧＣ技术具有响应速度快、压下速度快、设定精度高、控制系统比较简单等特点，因而在现代炉卷轧机中得以应用。
二是板形自动控制技术（ＡＦＣ—Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｆｌａｔｎｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ），该系统采用了四辊轧机的ＣＶＣ技术（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｃｒｏｗｎ）或六辊ＨＣ技术（Ｈｉｔａｃｈｉ Ｈｉｇｈ Ｃｒｏｗｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）。该系统通过控制宽度的液压轧辊位置系统，控制平直度和板形断面的工作辊弯辊系统、减少轧辊磨损和板带边形变的工作辊窜辊系统，应用预先设定的计算机模型对辊缝实时调整，从而使板形和公差值得以改善。采用该技术的炉卷轧机能使９９．５％的板卷能够达到１／２ＡＳＴＭ或ＪＩＳ标准，９８％卷长达到１／４ＡＳＴＭ或ＪＩＳ标准公差。〔３〕
１．３．２ 现代炉卷轧机存在的主要问题
尽管现代炉卷轧机作了上述的许多改进，使其功能、质量和技术水平有了明显提高，但限于炉卷轧机自身工艺结构所固有的原因，与现代热连轧生产薄带卷相比，仍存在以下问题：
１） 由于板带纵向（特别是头尾）和横向温度不均，而现有的弥补措施又不能从根本上改善，使得其最小轧制厚度受到限制，＜１．２ｍｍ的带卷生产目前仍难以在炉卷轧机上实现，而现代热连轧技术已可生产出０．８ｍｍ的热轧带卷。
２） 薄带卷的表面质量稍差。这是由于单机架多道次轧制和炉卷内二次氧化皮去除困难所致。尽管采取了改善表面行之有效的在线磨辊和强化除鳞等措施，炉卷轧机生产的薄带卷的表面质量仍比现代热连轧机生产的稍逊。
３） 由于炉卷轧机的生产量一般为１００万ｔ／年，与生产量高的热连轧相比，在生产薄带卷时其成本也略高一点。
１．３．３ 炉卷轧机的发展趋势
虽然炉卷轧机在现阶段还存在上述问题，但并没有因此而阻碍其发展，随着技术、工艺的进步，炉卷轧机将会不断得以完善并得到更加广泛的应用，其影响是长远和巨大的。
１） 由于炉卷轧机采用了以现代热带钢连轧（包括快速冷却、板形及厚度控制、高精度尺寸控制、表面自动检测等）为标志的现代轧钢技术，其与中薄板连铸机组成的集约型连续化工艺生产线将会占据更多的中厚板和带卷市场份额，传统的板材轧机将失去竞争能力。
２） 炉卷轧机用来生产薄带卷，能够在轧制中很好地控制温度，同时得到较好的平直度和板形。在机架任何一边的热轧卷取使温度能够得到很好保持，消除了一般可逆式轧机所带来的温度损失和随之而来的轧机负荷增加及板形问题。〔４〕
３） 在计算机自动化方面，全新的炉卷轧机采用了一级和二级计算机过程控制，与现代化热连轧机的控制类似，其过程控制将扩展到后续工序，人工智能技术得到应用，轧机将根据不同的材质和轧制力选择与之相应的控制模型。
１．４ 我国炉卷轧机的现状与发展
除首钢、太钢等公司在８０年代分别引进了２０３０、１４００、１５４９三条二手炉卷轧机生产线外，我国的炉卷轧机基本上是空白。
“十五”期间，国家规划酒钢和昆钢各上一条炉卷轧机生产线，其中酒钢的１７５０炉卷轧机已进入合同实施阶段。除此之外，南京钢厂、安阳钢厂的炉卷轧机项目均已通过立项，开始或即将启动。随着上述新的炉卷轧机生产线的建成投产，预计将会有更多的中等规模钢厂或大型钢厂在传统板材轧机的改造中，采用中薄板连铸机和炉卷轧机的集约化模式。因为采用该模式一是投资省（约为同规模常规热连轧机投资的６０％）〔５〕、见效快、建设周期短；二是占地面积少；三是有利于产品结构与品种的调整。
２ 炉卷轧机的典型布局与结构
２．１ 炉卷轧机的典型布局
炉卷轧机最具代表性的典型布局如图２—１所示。
２．２ 按照机架排列的布局方案
按照炉卷轧机机架的排列方式有以下几种布局方案，见图２—２

图２—１ 炉卷轧机的典型布局
ＷＢＦ—再加热炉 ＤＳ—除鳞机
Ｅ—轧边机（立辊轧机） ＣＳ—切头剪
ＲＲ—可逆式粗轧机 ＨＣ—卷取炉
ＦＭ—炉卷轧机（Ｓｔｅｃｋｅｌ轧机） ＬＣ—层流冷却
ＤＣ—地下卷取机

图2-2 按机架排列的布局方案
２．２．１ 双机架粗轧前置式（方案１）
本方案为炉卷轧机的一种应用较广的布局，该方案将带有立辊轧机的粗轧机布置在炉卷轧机的前面，精轧道次由炉卷轧机完成。本方案兼顾考虑了轧制效率与品种规格。采用这种布局形式可以轧制生产２ｍｍ的热轧薄板，其年产量在８０～１００万吨左右，投资费用适中，大多数钢厂都选择此种方案。
２．２．２ 单机架粗精轧一体型（方案２）
本方案为炉卷轧机的最简化布局，采用一个机架的炉卷轧机，粗精轧均在炉卷轧机中完成。该布局形式适合于年产３０～５０万吨的小型钢厂，其投资最少，也能生产２ｍｍ的热轧薄带卷，但其生产效率和质量相对方案１要低一些。
２．２．３ 双机架炉卷轧机型（方案３）
本方案的特点是生产效率较高，在两台卷取炉之间的炉卷轧机，带立辊轧边机的第一架以粗轧为主；第二架以精轧为主，其年产量可达到１２０～１３０万吨，投资与方案１相似，但其轧制薄板的表面质量不如方案４。
２．２．４ 双机架精轧后置型（方案４）
本方案的特点是在炉卷轧机之后专门布置了一列精轧机架，其生产能力和投资与方案１相仿，但在轧制薄板时，其表面质量比方案１略好一些。
２．２．５ 三机架精轧后置型（方案５）
本方案为在炉卷轧机后布置了两列精轧机架，其生产能力可达到年产１３０万吨，轧制薄板的表面质量较好。但由于已增加到了三列机架，（其中一列为炉卷轧机），其投资和占地面积与常规的五机架热连轧机组相比减少不多，其优势不明显，采用的厂家较少。
２．３ 几种投入应用的炉卷轧机代表型式
目前，在国外的炉卷轧机设计制造厂家中，以奥钢联（ＶＡＩ）、西—德马格（ＳＭＳ Ｄｅｍａｇ）、达涅利（Ｄａｎｉｅｌｉ）、铁本（Ｔｉｐｐｉｎｓ）四家为主要代表。
２．３．１ 奥钢联的代表机型
图２—３为ＶＡＩ设计的炉卷轧机的代表机型，图中的Ａ型其最大生产能力为８０万吨／年，轧制部分包括有下述设备：步进式加热炉，除鳞机，卷取炉，附带轧边机的炉卷轧机，带夹送辊的切头剪，层流冷却装置，全液压地下卷取机。

图2-3（A） VAI代表机型A
1— 再加热炉 2—除鳞机 3—炉卷轧机 4—附属轧边机 5—主传动装置
6—卷取炉 7—带切断剪的夹送辊组 8—层流冷却仪 9—液压地下卷取机

图中的Ｂ型为新近发展的双机架炉卷轧机，与Ａ型最大的不同是在两台卷取炉之间，纵排布置了两台炉卷轧机，其最大生产能力可达到年产１３０万吨。其它的主要设备与Ａ型相同。当然由于其生产能力较Ａ型高，与之配套的设备能力也应同比提高，如步进式加热炉的容量、处理能力、卷取炉的生产能力等等。

图2-3（B） VAI的代表机型B

1— 再加热炉 2—除鳞机 3—炉卷轧机 4—附属轧边机 5—主传动装置 6—第二轧机
7— 卷取炉 8—带切断剪的夹送辊组 9—层流冷却线 10—液压地下卷取机

Ｃ型与Ａ、Ｂ型相比较有明显的不同，在两台卷取炉之间仅布置了一台炉卷轧机。轧边机和粗轧机、切头剪则布置在再加热炉与左卷取炉之间，即典型的粗轧前置式。该型的生产能力与Ａ型相同，但其占地面积较Ａ、Ｂ型大，适合于对原有的轧机线进行改造。
ＶＡＩ的炉卷轧机生产的产品范围如下：
热带卷厚度 ２～１２．７ｍｍ
宽度 ８００～２１００ｍｍ
热轧板的厚度 １０～４０ｍｍ
最大卷重 ３０ｔ
特殊卷重 １７．５ｔ

图2-3（C） VAI的代表机型C

1— 再加热炉 2—除鳞机 3—轧边机 4—粗轧机 5—切头机 6—除鳞机 7—左卷取炉
8—炉卷轧机 9—控辊装置 10—右卷取炉 11—层流冷却仪 12—地下卷取机

2．3．2 西—德马格代表机型
SMS—Demag的代表机型见图2-4。该炉卷轧机生产线主要由加热炉、除鳞机、带轧边机的粗轧机、切头剪、卷取炉、炉卷轧机、层流冷却、地下卷取机等构成，整条线全长约328m，其布置型式与VAI的C型（图2-3中的C）基本相似。
该SMS—Demag机型的年生产能力为50～70万吨，其生产的最终产品范围如下：
　　　　产品厚度　　　碳钢　　　　1.6～12.7mm
　　　 宽 度 　　　　　　　800～1600mm
　　 卷 重　　　　　 　　33t

图2-4 SMS—Demag代表机型
2．3．3 Danieli代表机型
Danieli炉卷轧机的代表机型如图2-5所示。其中的的A型为Danieli推出的年产30～35万吨热轧带钢的紧凑型钢厂布置图，该机型的特点是车间紧凑、灵活性大，从薄板坯连铸机中心到轧制线地下卷取机中线的总长仅150m左右，在A型布置中未设置粗轧机，粗精轧道次均在炉卷轧机中完成。

图2-5（A） Danieli代表机型

图2-5（B） Danieli代表机型

图2-5（C） Danieli代表机型

图中B型的年产能力为60～80万吨，与A型不同的是在卷取炉之前增设了一台粗轧机，该生产线总长为210m左右。A、B型的共同特点是都采用了薄板坯连铸机，横向多底座式均热炉。
C型布置包括其主要设备与现在流行的年产80万吨的炉卷轧机的布置型式类似，但其占地面积亦较大，从再加热炉中心到地下卷取机中心的总长度约为326m。
Danieli机型生产的最终产品的范围如下：
产品厚度　 　　　　　1.5～12.7mm
　　宽 度　 　　　　　800～1600mm
　　最大卷重 　　　　　　33t
2.3.4　Tippins的代表机型
　　TSPTM是美国铁本公司（Tippins Incorporated）和韩国三星重工 (Samsung Heay Indu sfries)推出的一种以小型厂规模生产热轧带（卷）的新工艺，这是一种在工艺过程中将中薄板连铸机与单机架炉卷轧机组合成的热轧带（卷）生产线，该机型的总长度为244m（含冶炼电炉和板坯连铸机的布置在内）。图2—6为Tippins的炉卷轧机代表机型。
　　Tippins机型生产的最终产品范围如下：
　　成品带厚度　　　　　　1.5～20mm
　　产品　宽度　　　　　　900～2500mm
　　　最大卷重　　　　　　40t

图2-6 Tippins代表机型

2.4　炉卷轧机的主要设备结构
　　炉卷轧机生产线上的主要设备除卷取炉和炉卷轧机自身外，其它的主要设备从结构上与现在使用中的热连轧设备基本相似，对卷取炉本文在第三部分中将专门予以论述，本节仅对炉卷轧机自身的结构作一简单介绍。
2.4.1　炉卷轧机（以年产80万吨的1750轧机为例）
　　技术参数：
　　类型：　　　　　　　　四辊可逆式轧机
　　最大轧制力：　　　　　40，000kN
　　最大轧制速度：　　　　0～13.6m/s
　　主传动电机功率：　　　1×15,000kW
　　现代四辊可逆式轧机，一般均装备有液压辊缝调节系统HAGC，工作辊带窜辊装置及CVC辊型，液压弯辊技术等能够对带钢凸度产生较大范围影响的可调整的板形控制技术。有的供货商为了提高带钢的表面质量，还在轧机中设计了在线轧辊修磨装置供用户选择。图2—7为典型的四辊可逆式炉卷轧机示意图。

图2—7　四辊可逆式炉卷轧机示意图

　　四辊可逆式轧机主要由以下五部分组成：
　　1）轧机本体
　　轧机本体主要由机架（牌坊）、底座、工作辊、工作辊轴承座、工作辊轴承、支承辊、
支承辊轴承座、支承辊轴承等构成；
　　2）主传动系统
　　由主传动电机、分配齿轮传动箱、主传动轴、传动轴头机架等组成；
　　3）板厚与板形控制系统
　　由控制厚度的液压辊缝调整装置、控制宽度的液压轧辊位置系统，控制平直度和板型断面的工作辊弯辊装置、减少轧辊磨损和板带边撕裂的工作辊窜辊装置和支承辊平衡系统组成。
　　4）辅助系统
　　主要由工作辊换辊装置，支承辊换辊装置、工作辊冷却系统、除鳞装置、烟尘控制和排放装置、入出口机架辊、带工作辊刮板的入出口导卫、轧机服务平台、润滑系统等组成。
　　5）工作辊在线轧辊磨削装置
　　由于高温下的多次往复轧制，轧辊的磨损比较严重，阻碍了带钢表面质量的提高。现代炉卷轧机配备的工作辊在线修磨系统有效地解决了此问题。通过轧制过程中对轧辊表面的在线修磨较好地改善了带卷的表面质量，提高了作业率。在线磨辊装置主要由砂轮进给系统、修磨头架、磨头主轴总成、控制系统等组成。
2.4.2　主要生产厂家炉卷轧机性能对比
VAI、SMS—Demag、Danieli、Tippins等主要炉卷轧机设计生产厂家的同规格炉卷轧机性能对照见表2—1。
表2-1 四辊可逆式炉卷轧机性能对比
项目 公司
VAI
SMS—Demag
Danieli
Tippins
产品
范围
最小产品厚度，㎜
2

最大轧制宽度，㎜
2100

最大卷重，t
30

轧辊
尺寸
工作辊最大直径×辊身长度㎜
Ø780×2500
Ø720×2100
Ø740×2050

支承辊最大直径×辊身长度㎜
Ø1600×2200
Ø1500×1800
Ø1450×1750

主要工
艺参数
轧制速度，m/s
0～12
0～6.1/13.8
0～13

最大轧制力k/N
55，000
40，000
40，000

传动
与
控制
主传动电机功率kW
15，000
12，000
2×5500
18000HP
板厚控制方式
HAGC
HAGC
HAGC
HAGC
板形控制方式
CVC
CVC
CVC
CVC
* 括号内尺寸为轧制不锈钢带卷的最小厚度

3　卷取炉的技术特点与典型结构
　　卷取炉是炉卷轧机中的关键设备，其主要功能是用来在轧制过程中按控制程序卷取带卷，并通过对炉内气氛的加热使带卷保持为一基本恒定的温度，以满足轧制要求。卷取炉的布置型式为在炉卷轧机两边对称分布，见图2－7。
3.1　卷取炉的技术特点
　　卷取炉的功能决定了其技术特点，在设计制造中需要满足的主要技术特点有以下五个方面：
3.1.1　炉体
　　卷取炉炉体的设计既要方便带卷完全进入炉体内，又要保证其密封效果，同时，还要在维修时移动炉罩方便。为此在炉室设计时要采用密封式的结构设计，据资料介绍VAI的新型炉体设计采用密封式设计后可节省30％以上的能量。〔6〕
3.1.2　温控
　　卷取炉应设有自动调控系统，使得轧制带卷的长度和宽度范围全部在卷取炉的温控范围内，通过交替开关带有短焰长度的高速燃烧器，对炉内的带卷和卷鼓温度进行实时测量和控制，确保其温度分布均匀并使其温度及波动幅度均在轧制工艺允许的范围内。
3.1.3　卷鼓
　　卷鼓既是卷取炉的核心部件又是炉卷轧机的关键部件，它的功能质量直接关系到炉卷轧机的效率和质量。从工艺角度和设计角度考虑，卷鼓应具备以下特点：
　　1)耐高温，其工作温度长期恒定在950℃，其转速的工作线速度要达到4～12m/s，要求在此工作环境中卷鼓能保持其设计强度和刚度的稳定性。
2)卷鼓上应设计有方便于带卷平滑导入的槽口。
　　3)卷鼓两端芯轴的轴承应为弹性支承，不得因轧制过程中带卷的倾斜摆动而影响卷取功能，使带卷的导入状况得到改善。
　　4)卷鼓应具备较长的寿命，其一次进炉工作寿命不得少于30万吨的卷钢量。
　　5)卷鼓应带有柔性位置调控装置，保证所轧制的带卷可全部在卷取炉内通过，使带卷的废损料头减至最小。
3.1.4　导向
　　将轧制中的带卷平滑导入卷鼓的槽口内是至关重要的，除了卷鼓自身的槽口结构外，导向装置的设计也非常重要，现代炉卷轧机的带卷导向应具备以下特点：
　　1)在卷取炉外应有一组夹送辊和导板，在轧制带卷时能平滑将带卷的端头引导送入卷鼓的槽口内，导板的位置可根据带卷的厚度自动调整。
　　2)由夹送辊、导向板、导辊组成带卷轧制的缓冲系统，以减缓带卷卷取期间冲击振动在带卷上产生的振摆。
3.1.5　安全
　　卷取炉应具备废气排放系统，将炉内的废气经处理达标后排入大气；另外还应具有安全保护系统，包括防止煤气的回火、爆炸、低压报警和事故冷却水源等等保证设备的生产安全。
3.2　卷取炉的设备构成与结构分析
　　为满足上述的技术特点及设计要求，卷取炉应由下述设备构成：卷取炉本体、燃烧设备、控制测量设备、卷取炉卷鼓总成、夹送导向设备等，其示意图见图3－1。

图3-1 卷取炉的设备构成
1—夹送导向装置 2—卷取炉本体 3—燃烧设备 4—控制测量设备 5—卷取鼓总成

3.2.1　卷取炉本体
　　卷取炉本体由炉体、炉壳、耐火材料、烧嘴等组成。卷取机底部设有两个护板，用于密封炉底，减少热损，同时便于将带卷端部导入卷鼓的槽口。实际上卷取炉底部的两块活动底板即引导带卷的导向板，同时具备了导入功能。卷取炉本体的结构如图3－2。砌筑炉体内衬耐火材料和隔热材料应具有良好的整体性和隔热性，其下部的耐火材料应具有良好的抗渣性。

图3-2 卷取炉本体结构
1—炉体 2—炉壳 3—耐火材料 4—烧嘴 5—护板

3.2.2　燃烧设备
　　卷取炉应设带有助燃风机的高速短焰燃烧器，其烧嘴应配备自动点火和火焰检测装置。除此之外，在燃烧设备中还应配置氮气吹扫系统，用于对各支管的自动吹扫。
3.2.3　控制测量设备
　　本系统包括主气源控制阀、气动调节阀、气动切断阀和炉温自动控制、空煤气燃烧比例控制、炉压自动控制、空煤气流量压力的检测和控制调节以及煤气的低压报警等。
　　除此之外还应设有煤气安全保护系统，低压报警与联锁系统，事故冷却水系统，废气排放控制系统等。
3.2.4　卷取鼓总成
卷鼓总成由用特殊耐热铸钢制成的卷鼓芯轴、卷鼓内水冷装置、旋转接头、带有位置传感器的液压支承轴承、润滑装置、事故电机、传动电机、减速机等组成。卷鼓芯轴总成和卷鼓的结构分别见图3—3，图3—4。由于卷取炉中的卷鼓芯轴总成长期在950℃的工作环境中运行，因此在设计时要充分考虑这一特性，在材质和卷鼓的结构形式上充分予以保证。

图3-3 卷鼓芯轴总成

图3-4 卷鼓结构

与此同时，对卷鼓支承的结构型式亦应高度重视，其结构型式是决定卷鼓使用功能和寿命的重要一环，传统的设计结构与新型的设计有着明显不同的效果〔7〕，如图3—5所示。图中的a为传统式结构，由于采用的是固定式支承，在轧制卷取过程中如带卷有振摆或倾斜，则会引起卷鼓振动，工作失稳；反之，新型设计的b型，其支承为并行的液压缸柔性支承，在轧制工作过程中可对卷鼓的位置进行自动调整，从而避免了由于带卷的振摆或倾斜对卷鼓运行的影响，延长了卷鼓的使用寿命。

a b

图3-5 卷鼓支承型式对比

3.2.5　夹送导向设备
　　夹送导向设备主要由夹送辊、导辊和导板组成，其结构见图3－6。

图3-6 夹送导向设备示意图
1——导向板 2——导辊 3——夹送辊

　　1）夹送辊
　　夹送辊组位于炉卷轧机和卷取炉之间，一般在
卷取炉的入口处。其动作是通过液压缸来控制其位置和压力（视带卷板厚和轧制张力的不同而异）。上、下夹送辊单独传动，夹送辊采用内部水冷。上夹送辊的位置和压力是通过液压传动实现的。
　　2）导向辊
　　该导向辊用于控制带卷对中心线的偏离，防止带卷直接与炉体接触。
　　3）导向板
　　导向板在此的用途是把带卷的端部引导进入卷鼓的槽口中，其另一用途作为卷取炉的底部密封板。
3.3　卷取炉炉型及其对比
3.3.1　卷取炉的生产厂商
一般来说，由于卷取炉的设计制造有其专业的特殊性，所以炉卷轧机的设计公司均选择卷取炉的专业生产厂商与其配套，这些厂家主要有：德国的LOI公司，日本的NISSHO IWAI KUBOTA公司，加拿大的MACMETALL CSF公司，南非的SCAW METAL LTD公司，另外还有OLSON INDUSTRIES、PIFCOM、MACMETALIng公司等。
3.3.2　几家公司所选择的卷取炉参数对比

表3—1为SMS—Demag、VAI、DANIELI三家公司在同规格产品中所选择的卷取炉的主要参数。
参数 公司
SMS—Demag
Danieli
VAI

带 卷
内径，㎜
1350
1370
1350
外径，㎜
2500
2270
2500
宽度，㎜
1600
1600
1600
卷重，t
28．8
33
25（35）
卷 鼓 直 径，㎜
1350
1370
1350
炉 子
尺 寸
内径，㎜
3400
3450
3600
内宽，㎜
2800
2800
2700
卷 取 温 度，℃
1100
1050～1100
1100
炉 内 温 度，℃
1150
1150
～1150
炉 外 温 度，℃

75～80

主 传 动 功 率，kW
AC，0～1000
AC，650
DC,0～825
传 动 速 度
0～485/1091rpm
4～12m/s
0～400/800rpm

3.3.3　VAI卷取炉炉型系列
　　VAI技术公司在炉卷轧机中所制定的卷取炉标准系列是比较齐全和详尽的，其规格共有15种，可容纳的最大卷重从16t到45t；带卷宽度从1000mm到3000mm；燃料消耗从1750mJ/h～4600mJ/h；最大卷取直径从1870mm到2500mm；为保证通用性卷鼓直径都是1350mm。该卷取炉系列的详细数据见表3－2〔8〕。其相关数据代号字母的定义见图3－7。

图3-7 VAI炉卷轧机卷

表3-2 VAI炉卷轧机卷取炉标准尺寸系列

卷取炉

炉 型
最
大
卷
重
最
大
单
位
重
量
卷
板
宽
度
炉
内
宽
度
炉
子
内
径
卷
鼓
直
径
最
大
卷
取
直
径
炉
子
高
度
炉子
中心线至
外轮
廓宽
度

炉子
中心至夹
送辊
中心距离
起重
吊钩
必须
高度
炉子
外侧
总宽度
炉子
中心线距辊道上表面高度
燃
料
消
耗
*

a
b
c
d
e
f
g

h

t
Kg/
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mJ/h
SF 100/360

SF 100/410

SF 135/360

SF 135/380

SF 160/330

SF 160/360

SF 160/410

SF 180/330

SF 180/360

SF 180/410

SF 210/330

SF 210/360

SF 210/380

SF 300/330

SF 300/360

16

30

16

30

16

25

30

16

30

45

16

30

45

30

45
17

26

17

22

10

17

26

10

17

26

10

17

22

10

17
1000

1000

1350

1350

1600

1600

1600

1800

1800

1800

2100

2100

2100

3000

3000
2100

2100

2450

2450

2700

2700

2700

2900

2900

2900

3200

3200

3200

4100

4100
3600

4100

3600

3800

3300

3600

4100

3300

3600

4100

3300

3600

3800

3300

3600
1350

1350

1350

1350

1350

1350

1350

1350

1350

1350

1350

1350

1350

1350

1350

2160

2500

2160

2350

1870

2160

2500

1870

2160

2500

1870

2160

2350

1870

2160
5350

5900

5350

5600

4950

5350

5900

4950

5350

5900

4950

5350

5600

4950

5350
3650

4150

3650

3850

3350

3650

4150

3350

3650

4150

3350

3650