钢卷包装生产线中几个关键技术问题

　　目前，我国钢铁企业钢卷包装所依据的标准《钢板和钢带检验、包装、标志及质量证明书的一般规定》(GB／T247—1997)[1]只是一般规定，没有具体的技术指标，也不具有强制性，造成钢卷包装工艺设计和机组设计无规范和标准可循。在包装技术研究方面，与国外相比也很落后。

　　物流、包装工艺和节拍计算是包装机组或包装线设计的“三要素”，在设计前解决好这三个问题，对整个工程设计将起到事半功倍的作用。[2,3]

　　根据带钢冷轧生产的工艺流程，钢卷包装生产线一般位于平整机组或重卷份剪机组的后面，或在镀锌线或彩涂线的后面。钢卷包装物流就是解决物流的路线问题和物流方式问题。

　　无论钢卷包装生产线服务的前方机组是哪一种，都有钢卷从前方机组下线后如何进入钢卷包装生产线的问题，也就是人口物流问题。根据前方机组与钢卷包装生产线的连接方式，人口物流分为开式和闭式2种。开式是指前方机组与包装机组之间设有中间库或缓存区，钢卷从前方机组下线后不直接进入包装机组，而是先放到中间库，这种物流方式又被称为“柔性连接”。闭式是指前方机组的出口与包装机组的入口通过某种输送设备直接相连，钢卷下线后直接进入包装机组，这种物流方式又被称为“直连式连接”或“刚性连接”。

　　入口物流有3种配置方式，一是I配置，即1套包装机组服务1条前方机组，一一对应，如：1条镀锌线配1套包装机组；二是Y配置，即1套包装机组服务2条前方机组，一对二，如：2条重卷机组配1条包装机组；三是W配置，即2套(也可能多于2套)包装机组服务多条前方机组，如：在一个精整车间里，既有重卷机组、退火线，还可能有镀锌机组和彩涂线。这些机组的成品卷都将通过共同的包装机组进行包装入库。无论是哪种配置，都可有“开式”和“闭式”2种连接方式。

　　通常采用的运输设备包括：天车、钢卷小车、AGV(自动导引车，国内冶金企业尚未使用)、高速台车、龙门吊和传卷车等(一般将运输链、步进梁归属到包装机组，与上述运输设备配合使用)。选择哪种运输设备与机组的连接方式、传输距离和传输的速度要求有关：

　　(1)开式连接一般采用天车上下卷，·而闭式连接不用天车；

　　(2)闭式I配置中，由于传输的距离较近，一般采用“钢卷小车+步进梁或运输链”方式；

　　(3)闭式Y配置中，由于有合流问题，一般采用“钢卷小车+龙门吊或传卷车+步进梁或运输链”方式；

　　(4)闭式w配置中，由于是多点汇集，运输距离也较远，一般采用“高速台车+步进梁或运输链”方式。

　　开式连接的柔性好，在天车数量、能力和场地条件允许情况下，采用这种连接方式，可降低对包装机组最大包装速率的要求。

　　闭式连接效率高，生产连续性好，一般在天车布置受到限制、天车的运输速率不能满足要求和场地不足情况下采用。由于是刚性连接，柔性不佳是这种连接方式最突出的问题。一旦包装机组出现故障，可能造成前方机组不能正常生产。

　　另外，这种连接要求包装机组的最大包装速率不小于前方机组最小钢卷的产出速率。

　　因此，在同样的前方机组条件下，采用不同的连接方式，包装机组的包装速率也不同。

　　包装机组的出口物流与人口物流相比要简单得多，具有较大的柔性。由于通常的工厂设计是将包装机组与成品库相连，所以多数情况下是由天车从包装机组的出口直接将包好的成品卷吊运入库，只要机组后方的天车数量和能力能够满足机组的出卷速率，就可以采用这种方式。否则需在包装机组的出口增加缓存区，以缓解成品库天车的压力。

　　钢卷包装生产线可使钢卷在储存和运输中免受损害，但同时也会使产品成本增加。因此，采用何种包装工艺可以降低成本，是市场经济条件下每个生产厂都应关注和研究的问题。

　　钢卷包装生产线有2种工艺：一是简易包装。钢卷卷取完成后在外圆上捆扎1～3道钢带进行固定。该工艺适于热轧卷、冷硬卷以及短途运输且运输条件较好的钢卷；二是精包装。按照包装工艺要求，将不同的包装材料包裹在钢卷的外表面并捆

　　扎定型，该工艺适于冷轧板尤其是硅钢板等。

　　包装材料有防锈纸、塑料袋、内铁皮、外铁皮、内纸护角、外纸护角、端护板、内铁护角、外铁护角、捆带垫、捆带等，如图1所示。各种包装材料的作用如下：

　　(1)防锈纸：紧贴在钢卷的外表面，防止钢卷生锈。

　　(2)塑料袋：包裹在防锈纸外面，用于防水。

　　(3)内、外铁皮：保护钢卷、防锈纸及塑料袋。

　　(4)厚塑料板：减轻吊运对钢卷的冲击。

　　(5)内、外铁护角：保护最易伤害的钢卷边缘。

　　(6)内、外纸护角：保护防锈纸及塑料袋，避免被钢卷棱边划伤。

　　(7)捆带垫：主要用于气动锁扣式打捆机，固定接头，防止局部应力过大。

　　(8)周向捆带：通常为3道，旁边两道为固定外铁护角所用，中间一道用于固定卷眼捆带。

　　(9)卷眼捆带：4道或6道，卷眼捆带真正起固定钢卷的作用。

　　3．3包装工艺

　　由于我国的冷轧技术和装备基本为引进，产品的包装也不例外。多年来，我国企业基本沿用最初由国外学来的包装工艺，没有创新。近年来，国外在包装材料和方法上已有很大改进。但在我国大量引进的冷轧生产线中由于很少有包装机组，所以我国多数企业带钢冷轧生产线的包装工艺仍停留在20世纪80年代左右的水平。为此，下面介绍几种新的包装工艺和方法。

　　(1)缠绕塑料膜。通常使用防锈纸和塑料袋是为了防止钢卷生锈和进水受潮，耗材较多，包装也较烦琐。新工艺用缠绕塑料膜取代防锈纸和塑料袋，缠绕方法如图2所示。在内孔和外径的边缘装上护角(防止钢卷棱边划伤塑料膜)后，将塑料膜按照设定的重叠率紧紧地裹在卷材的表面。其优点在于：容易实现外包装的自动化，100％防锈、防尘、防潮，拆包快速方便，可极大地减少包装重量、降低包装成本，环保耗材可回收利用，因此其代表了钢卷包装的新方向。

　　(2)带气泡的塑料袋(气泡膜)。为了提高捆带的捆紧程度，可采用带气泡的塑料袋取代普通塑料袋，其作用是：众多的气泡在外铁皮内均匀承受着捆带产生的压力，可抵抗很大的张力。计算表明，假设沿母线方向有100ram宽的气泡膜承受压力，对于直径面800mm的钢卷，可抵抗约20kN的张力。手动打捆工具通常拉力小于10kN，全自动打捆机的拉力最大可达20kN，可见气泡可承受其压力。如果气泡在承压后可压缩lmm，直径上就可缩小2mm，捆带在周长上就可有6mm的缩放能力，这就减轻了免扣式打捆头的下模对捆扎牢固程度的影响，提高了捆扎效果。

　　(3)周向捆带。在国内的钢卷包装中经常看到周向万捆方带数的据数量随着钢卷外径或带宽增大而增多，如4道、5道甚至更多。其理由是：对于张力卷取的钢卷，如果散卷，必定沿周向松开，所以周向应捆扎得更结实、更紧。而研究表明，捆紧钢卷靠的是卷眼捆带和足够大的捆扎力。通常，周向捆带3道即可，其中旁边2道用于固定外铁护角，中间l道用于固定卷眼捆带，再多捆造成浪费。

　　(4)捆带的接头形式。随着钢卷包装对锁紧力要求的不断增大，捆带接头的结合形式也在不断改进。目前常用的接头形式有3种：一是锁扣式，将捆带接头用铁扣扣压的方式结合在一起，主要用于气动(人工)打捆，也可用于全自动打捆，拉紧力≥6kN；二是免扣式，将捆带接头通过冲压变形(冲模做扣)的方式结合在一起，主要用于全自动打捆，可用于气动(人工)打捆，拉紧力≥14kN；三是焊接式，将捆带接头通过点焊的方式连接在一起，用于全自动打捆，最大拉紧力20kN。目前我国普遍使用锁扣式气动打捆头(包括进El产品)，而国外多采用免扣式或焊接式的全自动打捆头。气动打捆头的锁紧力原本较小，还要受气源压力和工人操作等因素的影响，所以手工包装的捆带锁紧力不足，容易导致钢卷吊运过程中发生包装损坏和散包等问题。

　　4包装过程的节拍计算

　　4．1节拍计算

　　以年产41万t的镀锌线为例，该机组参数为：年工时7000h，小时产量85．2t，最大小时产量103t，成品卷重5～15t、平均卷重8t。由此计算不同条件下的产卷速率：

　　(1)平均速率：平均卷重8t时，V平均=000／7000／8=7．3卷／h；最小卷重5t时，V平均=410000／7000／5=11．7卷／h。

　　(2)额定速率：平均卷重8t时，V平均=85．2／8=10．7卷／h；最小卷重5t时，V平均=85．2／5=17．1卷／h。

　　(3)最大速率：平均卷重8t时，V最大=103／8=12．9卷／h；最小卷重5t时，V最大=103／5=20．6卷／h。

　　由计算可以看出，由于限制镀锌机组运行速度的主要因素是热处理能力，所以对于不同规格的材料(厚度和宽度不同)，机组的运行速度不同，因此产卷的速率也不同。对于其他冷轧产品，如彩涂卷、退火卷等也类似，只是限制的因素不同。

　　包装机组的节拍计算实际是前方机组产卷速率的计算，然后取包装机组的节拍不小于前方机组相应的产卷速率即可。但是，从前方机组可以计算出3种速率，取值时，如在“开式”连接条件下，节拍要求并不很严格，按前方机组的平均速率取即可，只要中间库足够大。在“闭式”连接条件下，由于与前方机组是“刚性”连接，所以节拍的取值非常关键，应按前方机组生产最小卷重时的最大速率取值，才能保证包装机组在前方机组的任何情况下都能满足需要。即便这种工况很少出现，设计上也应予以考虑。

　　本文提出了满足不同节拍要求的包装机组设计准则(精包装)，供参考：

　　(1)节拍小于6～8卷／h时，可采用手动包装，可以根据需要配置输送和以减轻劳动强度为目的的辅助设备。

　　(2)节拍为8～18卷／h时，适合采用半自动包装机组，包纸和包外铁皮自动完成，采用半自动打捆机，可大大减轻工人的劳动强度，提高效率和包装质量。

　　(3)节拍为15～24卷／h，适合采用全自动包装机组，如果采用塑料膜缠绕工艺，基本可以实现真正的全自动。否则，所谓全自动是指采用全自动打捆机，其他设备与半自动机组基本相同。

　　以往在考虑包装机组设计时，主要集中考虑机组本身，忽略了一些相关因素的影响。从上述分析可以看出物流、包装工艺和节拍计算对包装机组的重要性，只有掌握这些关键技术，才能设计出物流通畅、高质量、低成本的钢卷包装线。