卷取爐導板升降裝置系統優化及應用*

欒宜強，朱圣菊

(山東泰山鋼鐵集團有限公司，山東萊蕪 271106)

卷取爐導板升降裝置系統優化及應用*

欒宜強，朱圣菊

(山東泰山鋼鐵集團有限公司，山東萊蕪 271106)

通過拆除驅動元件氣缸缸座內防塵圈，減少了柱塞與缸座緩沖孔的摩擦，使氣體能快速通過緩沖孔作用在活塞上，在保證氣缸正常工作的同時減少了氣缸的啟動和緩沖時間。更換其控制元件，提高其換向的靈敏性，縮短換向時間。并對管路系統改造優化，可提高氣缸的反應速度，縮短卷取爐導板裝置的升降時間，提高爐卷軋機的穿帶速度和軋制速度及軋件頭尾表面質量。

快速升降;汽缸;速度;溫度;質量

1 引言

當前國內軋鋼企業爐卷軋機卷取爐導板升降裝置一般采用以下兩種牽引方式:①爐卷軋機由四輥精軋機和兩臺卷取爐組成，卷取爐分為上下兩部分，上蓋可以吊走，下半部分用鋼架支撐，下半部分設有正確引導帶鋼進入芯軸槽口的上下導板裝置，上下導板分別由四臺氣缸控制其上升下降，氣缸的伸縮動作采用電磁換向閥控制。此種方式工作介質為壓縮空氣，成本低廉，設計安裝簡單，使用維護方便。但氣缸的體積大，其動作速度不平穩，嚴重影響著軋線的軋制速度和軋件頭尾表面質量和溫度。國內爐卷軋機如張家港浦項、酒泉等鋼廠均采用此種牽引方式;②為上下導板裝置(以下簡稱導板裝置)分別由4臺伺服油缸控制其上升下降，油缸的伸縮動作采用伺服閥控制。此種方式工作介質為液壓油，成本高，液壓缸所占空間小，設計安裝復雜，由于處于高溫區如出現泄漏易發生火災事故。但其動作速度平穩，速度可調范圍大，能根據不同的軋制速度，調節上下導板升降速度，滿足軋線生產要求。國內如江蘇南鋼等爐卷軋機采用此種方式。

泰山鋼鐵集團有限公司熱軋不銹鋼廠爐卷軋機的導板裝置采用第一種牽引方式，導板裝置分別由4臺氣缸控制其上升下降，氣缸的伸縮動作采用三位四通電磁換向閥控制。在不銹鋼軋制工藝中要求“搶溫、快軋”，也就是說帶鋼溫度要高且恒定，穿帶和軋制速度要快。穿帶速度和軋制速度慢，會使帶鋼頭尾溫差過大，極易使AGC壓下自動控制系統不穩定，造成帶鋼成品厚度不均勻、表面質量差。特別是在軋制3.0 mm以下薄規格不銹鋼產品時極易造成跑偏和廢鋼事故。爐卷軋機作為整條熱軋線的核心設備，其穿帶速度和軋制速度直接影響到帶鋼質量。而氣缸作為爐卷軋機導板裝置的驅動元件，其動作速度特別是起始速度慢將嚴重影響軋線的穿帶速度和帶鋼頭尾表面質量。

2 爐卷軋機中氣缸工作原理［1］

如圖1所示:氣缸主要由缸座、內防塵圈、緩沖柱塞、活塞、活塞密封圈、端蓋及密封等組成。其工作原理:當活塞在壓縮空氣推動下向右運動時，缸右腔的氣體經柱塞孔及缸座上的氣孔排出。在活塞運動接近行程末端時，活塞右側的緩沖柱塞將柱塞孔堵死、活塞繼續向右運動時，封在氣缸右腔內的剩余氣體被壓縮，緩慢地通過緩沖閥經氣口排出，從而取得緩沖效果，使活塞在行程末端運動平穩，不產生沖擊。調節緩沖閥閥口開度的大小，即可控制排氣量的多少，從而決定了被壓縮容積(稱緩沖室)內壓力的大小，以調節緩沖效果。若令活塞反向運動時，從缸座右氣孔輸入壓縮空氣，推動活塞向左運動。

圖1 工作原理

3 設備結構及存在問題

3.1 導板裝置的工作原理

如圖2所示，導板裝置由靠近夾送輥的下導板和靠近卷筒的上導板組成。

圖2 導板裝置工作原理簡圖

兩段導板分別由兩個氣缸帶動，兩段導板圍繞同一根心軸擺動，在卷取及開卷過程中下導板位置是固定的，當鋼板離開卷取爐后，下導板抬起到水平位置;上導板在鋼板離開軋機后要進入卷取爐進行卷取時，上導板處于導向位置。當鋼板頭部進入卷筒槽口開始進行卷取時，上導板下降到水平位置。當鋼板離開卷取爐后，上導板下降到水平位置，此時上、下導板作為爐門使用。上、下導板的極限位置由接近開關進行控制。導板心軸通過旋轉接頭進行內部冷卻，導板內通循環水進行冷卻。帶鋼進入精軋機進行軋制之前，導板應處于導向位置，即上導板處于上極限位置，下導板應處于下極限位置。當鋼板進入卷筒槽口，(由卷筒上的編碼器計算鋼板頭部位置)卷筒和偏導輥開始旋轉進行卷取，之后上導板下降至水平位置。

3.2 存在問題及改進的原因

在機械工業中，氣壓傳動主要是依靠氣體壓力來對執行機構運動進行控制。氣動執行機構(氣缸)的活塞在控制元件(換向閥)的控制下實現設備的負載運動。泰鋼熱軋不銹鋼廠原導板裝置配套氣缸型號φ500 mm×φ56 mm～500 mm，升降速度50 mm/s，相應爐卷軋機穿帶速度1.5 m/s，正常生產時，1.5 m/s的穿帶速度無法滿足薄規格不銹鋼軋制要求，必須將爐卷軋機穿帶速度提高為2.8 m/s，而相對應氣缸升降速度必須達到100 mm/s，如果導板裝置的升降速度問題不能得到解決，薄規格不銹鋼產品將無法軋制，軋線軋制速度將無法提高，影響正常生產。因此加快氣缸的動作速度縮短卷取爐導板裝置的升降時間，就容易提高爐卷軋機的穿帶速度和軋制速度，減小帶鋼頭尾溫差，AGC壓下自動控制系統就會更加穩定，減少帶鋼成品厚度不均勻、表面質量等缺陷，提高成品合格率。

4 改進的內容及實施過程

經實踐和分析發現影響汽缸運行速度的因素主要有以下兩個方面。

4.1 氣缸自身設計存在的問題

導板裝置氣缸為雙作用緩沖氣缸，氣缸由缸體、活塞、活塞桿構成，分為有桿腔和無桿腔［1］。兩腔受壓后用于活塞桿的伸縮，在氣缸的兩端設有緩沖裝置，使活塞在行程末端運動平穩，不產生沖擊現象。氣缸兩缸座分別裝有內防塵圈，防塵圈起著防止灰塵進入和導向作用。所述的氣缸兩缸座分別裝有內防塵套圈，經實踐檢驗防塵圈，在氣缸內部，起不到防塵作用，反而加大活塞桿的摩擦，制約著活塞桿的動作速度;且與氣缸兩缸座設有的緩沖閥形成雙重緩沖，由于緩沖過大同時阻礙了氣缸的動作速度。

4.2 氣缸的改進

拆除氣缸缸座內防塵圈使緩沖柱塞能順利進入缸座緩沖孔，減少了柱塞與缸座緩沖孔的摩擦，氣體能快速通過緩沖孔作用在活塞上。在保證氣缸正常工作的同時減少了氣缸的啟動和緩沖時間。此外，將活塞兩側的緩沖柱塞端部的倒角加大，以將原有倒角3×15°改為6×45°從而增加緩沖柱塞受力面積。經現場使用后效果明顯。

4.3 輔助系統存在的問題及輔助系統優化

原配套國產三位四通電磁換向閥響應速度慢，靈敏度低，換向時間約為100 ms.更換美國產型號為: ROSS－W7077C63311 24DC三位四通電磁閥，換向時間約為30 ms。使其響應速度加快，提高其換向的靈敏性，縮短換向時間。

通過氣壓傳動原理公式:V=Q/A可知在相同活塞面積下，增加氣體流量也可以提高氣缸速度［2］。在此原理下，對氣缸輔件管路部分進行了改造，將原來內徑30 mm的鋼管改為內徑為60 mm的鋼管。汽缸活塞直徑為500 mm，具體計算如下:

5 改進效果

如表1所示，實踐證明，此次導板氣缸系統優化效果顯著。氣缸的升降速度明顯提高，卷取爐導板裝置的升降速度加快了50 mm/s，導板裝置的升降時間縮短了5.5 s，爐卷軋機的穿帶速度由原來的1.5 m/s提高到2.8 m/s，滿足軋線軋制要求。

表1 改進前后參數對比

6 結語

通過采取拆除氣缸缸座內防塵圈改進氣缸兩端緩沖裝置及更換控制元件、改造管路等措施，大大提高了氣缸的反應速度，縮短了卷取爐上下導板的升降時間，提高了爐卷軋機的穿帶速度和軋制速度，提高了成品合格率;同時也為國內同類型爐卷軋機軋鋼企業提供借鑒。

［1］ 師忠秀.機械原理［M］.第1版.北京:機械工業出版社，2012.

［2］ 白 柳，于 軍.液壓與氣壓傳動［M］.第1版.北京:機械工業出版社，2011.

Optimization and Application of Steckel Mill Guide Plate Cylinder System

LUAN Yi－qiang，ZHU Sheng－ju
(Shandong Taishan Steel Group Co.，Ltd，Laiwu Shandong 271106，China)

By removing the dust ring cylinder driving element，the friction between the plunger and the cylinder seat cushion hole is reduced，and the gas could pass the cushion hole acting on the piston in the cylinder which ensures normal operation of the cylinder while reducing the start－up and buffer time.The control element is replaced，which could improve the sensitivity of its commutation and shorten commutation time.The speed of steckel mill conveyor and rolling is improved，due to the increased speed of response of the cylinder and shorten the rise and fall times of the guide device，by removed the dust ring of guide device steckel mill cylinder rod chamber cover，by improved cylinder ends cushioning unit and auxiliary systems reform and other measures.Thus，the quality of the rolled piece surface is improved.

quick lift;cylinder;speed;temperature;quality

TH12

A

1007－4414(2013)05－0054－03

2013－08－06

欒宜強(1977－)，男，山東萊蕪人，工程師，主要從事機械設計方面工作。