中板十一輥熱矯直機(jī)輥縫標(biāo)定技術(shù)的研究與應(yīng)用

廖新勇

摘 要：針對(duì)福建三鋼中板廠的十一輥熱矯直機(jī)輥縫標(biāo)定工藝存在的問(wèn)題，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，通過(guò)認(rèn)真分析查找原因，對(duì)熱矯直機(jī)輥縫標(biāo)定裝置與工藝有關(guān)問(wèn)題，以最小的投資進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。改進(jìn)后輥縫標(biāo)定效率和精度大副提高，輥系故障明顯減少，提高了矯直鋼板的質(zhì)量，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了備件的消耗，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：熱矯直機(jī)；輥縫；標(biāo)定

中圖分類號(hào)：TG333 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）24-0003-03

1 概 述

熱矯直機(jī)是中板生產(chǎn)線上的一臺(tái)重要設(shè)備，用來(lái)矯直軋后鋼板經(jīng)水冷的鋼板，使其平直度和瓢曲度達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或用戶要求。熱矯直機(jī)由機(jī)架、傳動(dòng)、壓下裝置、輥系、液壓、潤(rùn)滑、電氣等系統(tǒng)組成。這些系統(tǒng)中輥系是直接與熱鋼板接觸，是主要的受力部件，需要承受很大的載荷和沖擊，輥系開(kāi)口度的大小標(biāo)定直接關(guān)系著鋼板的矯直質(zhì)量及輥系備件的使用壽命。由于設(shè)計(jì)上的不足和維護(hù)的不周全等原因，輥縫標(biāo)定經(jīng)常不準(zhǔn)確且標(biāo)定耗時(shí)較多，導(dǎo)致輥系故障頻發(fā)，嚴(yán)重影響了正常生產(chǎn)。在鋼鐵行業(yè)嚴(yán)重供大于求和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的局面下，如何提高檢修效率、如何降低設(shè)備維護(hù)成本是鋼鐵行業(yè)設(shè)備維護(hù)的主題，福建三鋼中板廠的十一輥熱矯直機(jī)的輥縫標(biāo)定技術(shù)研究與應(yīng)用在此背景下產(chǎn)生。

2 矯直機(jī)本體結(jié)構(gòu)及輥縫標(biāo)定簡(jiǎn)介

矯直機(jī)本體由以下幾部分組成：機(jī)架，壓下機(jī)構(gòu)，平衡裝置，上受力架裝置，矯直輥系（上、下輥?zhàn)焖偎煽ㄑb置，液壓卡緊裝置等部分組成，如圖1所示。機(jī)架的結(jié)構(gòu)為焊接組合予緊式。壓下機(jī)構(gòu)是由二臺(tái)電機(jī)、抱閘、四對(duì)蝸輪付、四對(duì)壓下螺絲付、液壓推動(dòng)的齒型離合器以及指示器針盤(pán)和數(shù)顯裝置等組成，如圖2所示。壓下機(jī)構(gòu)的作用是使上排矯直輥實(shí)現(xiàn)開(kāi)口度調(diào)整和前后傾動(dòng)，以達(dá)到所要求的開(kāi)口度，并通過(guò)指針盤(pán)和編碼器裝置指示矯直輥的開(kāi)口度大小。平衡裝置是由四個(gè)液壓平衡缸和四個(gè)液壓缸支架組成。它能保證上輥?zhàn)b置和上受力架跟隨壓下絲桿一同上下移動(dòng)，并消除壓下絲桿、螺母在矯直力方向上的間隙，以免鋼板進(jìn)入矯直機(jī)時(shí)發(fā)生沖擊。矯直輥系由上、下輥?zhàn)M成，矯直輥共計(jì)十一根，排列呈上五下六的形式，全部有支承輥。矯直輥兩端軸承座是通過(guò)螺栓和蝶形彈簧使矯直輥輥身靠緊支承輥輥面，矯直輥軸承不承受矯直力。矯直力是由支承輥軸承全部承受的。矯直輥軸承承受矯直輥與鋼板之間產(chǎn)生的磨擦力及定位作用。快速松卡裝置位于壓下螺絲與上受力架之間，它是由液壓缸、液控單向閥等組成。液壓卡緊裝置是由液壓缸和T形拉桿等組成。它位于上受力架上，活塞中裝有T形頭拉桿和手柄。液壓力通過(guò)拉桿作用于上受力架和上輥?zhàn)b置之間，從而消除其間隙，并將其聯(lián)為一體。

矯直機(jī)輥縫的標(biāo)定是指上下輥?zhàn)g輥面豎直方向上的開(kāi)口度（輥縫）設(shè)定和邊輥零位的設(shè)定，其數(shù)值由壓下裝置的兩個(gè)編碼器和邊輥升降裝置的兩個(gè)編碼器分別讀出，在PC機(jī)上顯示出入口的壓下輥縫及邊輥位置的數(shù)值。輥系在使用一段時(shí)間后，矯直輥、支撐輥出現(xiàn)不同程度的磨損，輥縫實(shí)際數(shù)值將發(fā)生變化，PC機(jī)上顯示的數(shù)值就需要校核和設(shè)定。還有新更換輥系后，由于每套輥系加工、裝配件的誤差不一樣，也需要重新標(biāo)定。

3 輥縫標(biāo)定的誤差產(chǎn)生的后果

3.1 嚴(yán)重影響矯直工藝參數(shù)的設(shè)定

給生產(chǎn)操作帶來(lái)很大的困難，所矯直鋼板的平直度極其不穩(wěn)定，嚴(yán)重制約著板材新品種的開(kāi)發(fā)。

3.2 對(duì)設(shè)備的破壞極大

實(shí)際輥縫不在一個(gè)面時(shí)，在矯直過(guò)程中，上輥?zhàn)鶎?huì)有很大的跳動(dòng)，在矯直輥面產(chǎn)生震紋，如圖3所示，這些震紋將批量印在矯直鋼板上。輥縫標(biāo)定的誤差將加劇了支撐輥軸承的受力不勻，導(dǎo)致支撐輥軸承頻頻損壞，如圖4所示，而檢修裝配輥系更是耗時(shí)耗力（需要一個(gè)班組一個(gè)月的時(shí)間）。

4 輥縫標(biāo)定的原工藝分析

由于原設(shè)計(jì)的先天不足，壓下絲桿處無(wú)壓頭或壓力傳感器，無(wú)法實(shí)現(xiàn)通過(guò)壓力顯示值標(biāo)定，只能通過(guò)人工塞尺法標(biāo)定：標(biāo)定尺從輥道進(jìn)入輥系→壓下初試（上輥面靠近標(biāo)定尺）→人工塞尺→人工計(jì)算入口操作側(cè)、傳動(dòng)側(cè)，出口操作側(cè)、傳動(dòng)側(cè)的四點(diǎn)距離差值尺寸→通過(guò)離合器脫開(kāi)、嚙合及壓下的上升和下降單獨(dú)調(diào)整壓下絲桿實(shí)現(xiàn)入口操作側(cè)、傳動(dòng)側(cè)，出口操作側(cè)、傳動(dòng)側(cè)四點(diǎn)人工塞尺數(shù)值一致→計(jì)算標(biāo)定尺和塞尺總高度→壓下編碼器數(shù)值寫(xiě)入和壓下指針盤(pán)的調(diào)整→邊輥人工塞尺及邊輥0位的標(biāo)定→標(biāo)定尺從輥系移出標(biāo)定尺從輥系中移出。

輥縫標(biāo)定存在問(wèn)題分析：①上受力架受力點(diǎn)為8個(gè)（壓下絲桿正壓力，平衡缸的拉力），按3點(diǎn)成一面原理，第4點(diǎn)將對(duì)上受力架平面產(chǎn)生干涉，始終有一壓下絲桿下的球面墊和快速松卡缸產(chǎn)生間隙，且該間隙不易察覺(jué)；②上矯直輥雖通過(guò)螺栓和蝶形彈簧使矯直輥輥身靠緊支承輥輥面，由于矯直輥本身的重力存在很難消除他們存在的間隙，致使標(biāo)定數(shù)值變小。③人工塞尺檢測(cè)需要趴在機(jī)前機(jī)后輥道上進(jìn)行，由于輥道受過(guò)高溫洪烤，溫度較高，檢修人員的作業(yè)環(huán)境較差，效率較低，其且塞尺的準(zhǔn)確度受檢修人員情緒所影響。④該工藝由于需要人工逐點(diǎn)多次檢測(cè)，耗時(shí)較長(zhǎng)（30～40 min）。

5 矯直機(jī)輥縫標(biāo)定系統(tǒng)改造方案確立

矯直機(jī)輥縫的標(biāo)定問(wèn)題一直以來(lái)是中板設(shè)備管理人員的一塊“心病”，2012年成立矯直機(jī)攻關(guān)組以來(lái)，首要的任務(wù)就是矯直機(jī)輥縫標(biāo)定的攻關(guān)，經(jīng)討論，有如下方案：

方案一：改壓下系統(tǒng)電動(dòng)壓下為液壓壓下，在液壓缸上加裝內(nèi)置式位移傳感器和壓力傳感器，通過(guò)壓力和位移傳感器的讀數(shù)實(shí)現(xiàn)輥縫標(biāo)定。本方案的優(yōu)點(diǎn)為矯直機(jī)壓下全面升級(jí)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壓下升降快捷，輥縫標(biāo)定準(zhǔn)確。缺點(diǎn)：改造較為復(fù)雜，不僅需要機(jī)架結(jié)構(gòu)、液壓缸、液壓泵站做很大的變動(dòng)，還需要增加伺服系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，投資大（經(jīng)估算約800萬(wàn)元），且該改造涉及較多，安裝須停產(chǎn)8天左右時(shí)間。

方案二：在上受力架和快速松卡缸之間加裝4個(gè)壓頭，通過(guò)壓頭檢測(cè)等壓力值來(lái)標(biāo)定。本方案的優(yōu)點(diǎn)：該方法很多中板廠采用過(guò)，很多參數(shù)和程序可借鑒。缺點(diǎn)：壓頭設(shè)備較為昂貴（1個(gè)壓頭約20萬(wàn)元），維護(hù)成本較高；由于壓頭有一定的厚度，該改造需要將所有快速松卡缸進(jìn)行減薄加工，最后矯直機(jī)的最大開(kāi)口度將減小20 mm，安裝須停產(chǎn)2 d左右時(shí)間。

方案三：設(shè)計(jì)、制作外置式位移傳感器滑座和標(biāo)定板，分別安裝在矯直機(jī)的4個(gè)立柱上，采購(gòu)安裝4個(gè)外置式位移傳感器，如圖6所示，利用上受力架及上輥?zhàn)淖灾兀s60 t），使上輥?zhàn)鶋壕o位于下輥?zhàn)系臉?biāo)定板，再讀取4個(gè)外置式位移傳感器數(shù)值進(jìn)行初始標(biāo)定。再利用原有的平衡裝置，平衡上受力架及上輥?zhàn)螅灰苽鞲衅鳈z測(cè)4個(gè)壓下絲桿的位置，再調(diào)平標(biāo)定。本方案的優(yōu)點(diǎn)：改造費(fèi)用較少（投資約6萬(wàn)元），結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，且無(wú)須停產(chǎn)安裝。缺點(diǎn)：國(guó)內(nèi)無(wú)借鑒的改造，需要完全自主開(kāi)發(fā)。

經(jīng)比較分析，方案三投資少，與其他的改造無(wú)任何干涉，可實(shí)施性較強(qiáng)。鑒于當(dāng)前的鋼鐵行業(yè)經(jīng)濟(jì)形式，設(shè)備的改造投資逐步減少，經(jīng)研究決定采用方案三，自行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。

6 矯直機(jī)輥縫標(biāo)定技術(shù)改造

6.1 外置式位移傳感器的選型

根據(jù)PC接口和供電方式，選用標(biāo)準(zhǔn)Profibus-DP信號(hào)輸出的位移傳感器，為了便于安裝和維護(hù)選擇RP鋁型材導(dǎo)軌式傳感器，鑒于矯直機(jī)開(kāi)口度為-20～250 mm，選擇有效行程

300 mm傳感器，該傳感器堅(jiān)固耐用，線性測(cè)量，絕對(duì)輸出，易于診斷穩(wěn)定可靠，高分辨率，最高可達(dá)5 μm，重復(fù)精度達(dá)0.002%。

6.2 位移傳感器滑座的設(shè)計(jì)和安裝

位移傳感器滑座由導(dǎo)桿、滑套、滑桿、底座、連接板、保護(hù)罩、球頭、碰板和一些螺栓組成，如圖6所示。其中連接板在安裝時(shí)是焊在矯直機(jī)的壓下蝸輪箱上，底座是通過(guò)螺釘固定在連接板上，傳感器外殼固定在底座，傳感器的磁環(huán)固定在滑套上，設(shè)有2根導(dǎo)桿固定在底座上，磁環(huán)、滑套、滑桿可沿導(dǎo)桿方向自由滑動(dòng)，滑桿端部裝一球頭，碰板在安裝時(shí)焊接在矯直機(jī)上受力架上，球頭的作用是保證上受力架傾動(dòng)時(shí)，檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。為了安裝維護(hù)方便，將位移傳感器滑座安裝在矯直機(jī)壓下蝸輪箱內(nèi)側(cè)，如圖7所示，該位置振動(dòng)較小，矯直的熱鋼板輻射較小，與上受力架距離較小，空間位置較大。

6.3 矯直機(jī)輥縫標(biāo)定畫(huà)面的設(shè)立

矯直機(jī)輥縫標(biāo)定畫(huà)面的設(shè)立，如圖8所示，大致按位移傳感器安裝平面布置圖設(shè)定，其中當(dāng)前值為位移傳感器和壓下2個(gè)編碼器的檢測(cè)值，設(shè)定值為人工干預(yù)的標(biāo)定值。標(biāo)定最后要求1#、2#、3#、4#位移傳感器當(dāng)前值與入、出口壓下的編碼器完全一致，入、出口邊輥編碼器當(dāng)前值為“0”。

6.4 標(biāo)定板的設(shè)計(jì)和加工

輥縫的標(biāo)定中標(biāo)定板非常關(guān)鍵，不僅要求有一定的平面度和平行度，更要有一定的強(qiáng)度和硬度（需承受60 t的壓力），還需要方便吊裝和對(duì)中的測(cè)量。其材質(zhì)選用耐磨板，結(jié)構(gòu)，如圖9所示。

6.5 輥縫標(biāo)定工藝流程的確立

標(biāo)定板從輥道進(jìn)入輥系（要求目測(cè)位置大致中心）→上輥?zhàn)聣嚎拷鼧?biāo)定板（不可壓到）→進(jìn)入標(biāo)定畫(huà)面點(diǎn)擊平衡缸下降，使上輥?zhàn)杂勺湓跇?biāo)定板上→設(shè)定1#、2#、3#、4#位移傳感器數(shù)值與標(biāo)定板厚度一致→平衡缸平衡讀取1#、2#、3#、4#位移傳感器當(dāng)前值→調(diào)整入、出口壓下使3#、4#位移傳感器當(dāng)前值完全一致→通過(guò)離合器脫開(kāi)、嚙合及壓下的上升和下降單獨(dú)調(diào)整1#、2#壓下絲桿實(shí)現(xiàn)1#和3#、2#和4#位移傳感器當(dāng)前值一致→離合器嚙合后，調(diào)整入、出口壓下，使1#、2#、3#、4#位移傳感器當(dāng)前值完全一致→編碼器數(shù)值寫(xiě)入設(shè)定和壓下指針盤(pán)讀數(shù)的寫(xiě)入（與1#、2#、3#、4#位移傳感器當(dāng)前值一致）→平衡缸下降→使上輥?zhàn)俅巫湓跇?biāo)定板上→注意1#、2#、3#、4#位移傳感器當(dāng)前值，單獨(dú)緩慢上升入、出口邊輥，待位移傳感器當(dāng)前值剛有變化時(shí)，標(biāo)定入、出口邊輥為“0”位→平衡缸平衡，壓下上升→標(biāo)定板從輥系移出（輥縫標(biāo)定完成）。

該工藝靠位移傳感器數(shù)值讀取上受力架位置，上受力架和上輥?zhàn)捎谥亓ψ饔茫佅甸g所有的輥?zhàn)娱g隙得到消除，且位移傳感器精度很高，每個(gè)壓下絲桿的上升和壓下移傳感器數(shù)值將會(huì)有變化，通過(guò)平衡缸的作用，球面墊和快速松卡缸、壓下絲桿的間隙也得到消除。故此，該方法標(biāo)定后輥縫開(kāi)口度較為準(zhǔn)確，精度可達(dá)0.1 mm，使輥系受力更均衡。

6.6 矯直機(jī)輥縫標(biāo)定技術(shù)未來(lái)研究的方向

矯直機(jī)輥縫標(biāo)定技術(shù)未來(lái)研究的方向?yàn)樵O(shè)計(jì)改造壓下離合器，通過(guò)優(yōu)化控制程序，最終實(shí)現(xiàn)“一鍵式”輥縫的標(biāo)定。

7 取得的成效

福建三鋼中板廠的十一輥熱矯直機(jī)輥縫標(biāo)定技術(shù)的改造于2012年1月完成并投入使用。改造后輥縫標(biāo)定時(shí)間由原來(lái)的30～40 min縮短到5～10 min，同時(shí)標(biāo)定的精度大副提升，穩(wěn)定了矯直工藝參數(shù)，可使矯直操作按標(biāo)準(zhǔn)化流程進(jìn)行，矯直的鋼板平直度和表面質(zhì)量得到很大的提高。

同時(shí)，矯直機(jī)輥系在線使用壽命得到顯著提高，輥系在線使用壽命由原來(lái)的60 d提高到120 d，年減少更換、裝配輥系2次，而裝配一套輥系需要更換所有的輥?zhàn)雍洼S承及密封，要耗費(fèi)備件輔材成本約47.32萬(wàn)元，年可直接可節(jié)約備件輔材成本約47.32×2=94.64萬(wàn)元。

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