板材矯直機(jī)矯直能力提升設(shè)計與改進(jìn)

閻淑麗

（太原重工股份有限公司矯直機(jī)研究所，山西 太原030024）

如圖1所示，某中板廠3 000 mm矯直機(jī)位于鋼板快速冷卻裝置之后，冷床之前；其主要功能是將經(jīng)過主軋機(jī)軋出的熱軋成品鋼板在熱態(tài)下矯直，消除鋼板在熱軋和冷卻過程中出現(xiàn)的單面和雙面浪形彎曲，進(jìn)而得到平直的鋼板，使矯直后的鋼板能順利通過后續(xù)的精整工序。

圖1 原矯直機(jī)現(xiàn)場照片

原矯直機(jī)結(jié)構(gòu)為機(jī)械壓下式結(jié)構(gòu)，且最大矯直力為23 000 kN，自動控制簡單，無矯直模型和參考矯直的相關(guān)準(zhǔn)確參數(shù)，目前已難以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能的提高，且本體矯直力不足限制了新產(chǎn)品的開發(fā)。

1 新矯直機(jī)結(jié)構(gòu)

新矯直機(jī)主要結(jié)構(gòu)形式如圖2所示，本體部分由機(jī)架裝置、輥系、壓下裝置、活動梁裝置、邊輥調(diào)整裝置、機(jī)架輥裝置、接軸托架裝置、維修平臺、機(jī)上配管等組成。熱矯直機(jī)的主要設(shè)計改進(jìn)如下：

圖2 新矯直機(jī)三維模型

1）壓下方式。全液壓壓下，四臺帶位移傳感器的AGC液壓缸，伺服閉環(huán)控制，通過位移傳感器檢測矯直輥的開口度大小以及傾動量，通過壓力傳感器對設(shè)備載荷進(jìn)行檢測，當(dāng)設(shè)備過載時AGC液壓缸使上輥系快速抬起，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的過載保護(hù)。

2）上輥系具備前后傾動，左右傾動功能。

3）壓下平衡機(jī)構(gòu)采用液壓平衡方式。平衡裝置由四套液壓缸及其附件組成，用于平衡活動梁及上輥系的質(zhì)量。

4）上輥盒與上受力架采用液壓缸手動旋轉(zhuǎn)鎖緊型式。

5）入口和出口矯直輥可單獨(dú)上下調(diào)整。

6）上、下矯直輥系(包括支承輥)整體快速換輥，采用液壓缸推拉輥系。

7）矯直輥采用內(nèi)部通濁環(huán)水(或凈環(huán)水)冷卻，外部噴水冷卻（濁環(huán)水），上受力架通濁環(huán)水冷卻。

8）輥系軸承采用油氣潤滑，減速箱、分配箱采用強(qiáng)制稀油循環(huán)潤滑。

9）機(jī)旁操作箱實(shí)現(xiàn)了可視化步序換輥功能，在操作箱上可看到接軸托架升降過程中入口側(cè)及出口側(cè)的高度數(shù)值。在換輥過程中需拆卸的介質(zhì)管路接頭全部采用快速接頭，與現(xiàn)場舊輥系可互換。

10）保留現(xiàn)場快速抽出下輥系，修磨上、下矯直輥的功能，單次修磨時間可控制在30 min內(nèi)。

11）單側(cè)的抬升裝置兩端各安裝一個編碼器進(jìn)行檢測，并參與控制聯(lián)鎖，可實(shí)現(xiàn)邊輥抬升裝置在生產(chǎn)過程中的穩(wěn)定可靠，同時可方便更換邊輥抬升裝置。

2 設(shè)計改進(jìn)的主要內(nèi)容

矯直機(jī)本體全套設(shè)備全部全新設(shè)計、制作、安裝，矯直機(jī)本體全套設(shè)備進(jìn)行組裝檢驗并調(diào)試達(dá)到現(xiàn)場安裝精度，使得現(xiàn)場安裝時本體全套設(shè)備無需再做任何調(diào)整即可與機(jī)架預(yù)埋地腳螺栓、主傳動及換輥裝置等接口的快速連接，嚴(yán)格保證整體設(shè)備設(shè)計改進(jìn)安裝、調(diào)試復(fù)產(chǎn)時間≤15 d，不影響軋線生產(chǎn)計劃。設(shè)計改進(jìn)的主要內(nèi)容如下：

2.1 設(shè)計、制作、安裝矯直機(jī)全套設(shè)備

全部全新設(shè)計、制作、安裝矯直機(jī)全套設(shè)備，矯直力≥30 000 kN，設(shè)計改進(jìn)后熱矯直機(jī)能力曲線圖如圖3所示，采用全液壓壓下技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)智能軋鋼奠定基礎(chǔ)。全新設(shè)計的一套矯直機(jī)整體輥系，保證與舊輥系可以互換。

圖3 設(shè)計改進(jìn)后3 000 mm熱矯直機(jī)能力曲線圖

2.2 矯直機(jī)的配套設(shè)計、安裝

矯直機(jī)配套設(shè)計、安裝高壓伺服液壓站，高壓泵站及伺服閥組，獨(dú)立伺服控制站，實(shí)時對輥縫進(jìn)行伺服控制，簡化輥縫壓下控制程序，自動補(bǔ)償設(shè)備彈性變形，實(shí)現(xiàn)自動頭尾單獨(dú)矯直規(guī)程。另外通過采用自動控制和液壓AGC動態(tài)輥縫調(diào)整先進(jìn)技術(shù)，提高了板材的矯直質(zhì)量，并具有過載保護(hù)和AGC彈跳補(bǔ)償?shù)裙δ堋?/p>

在系統(tǒng)回路設(shè)計中考慮備用及安全回路，在主工作泵裝置中有一臺備用泵。采用冷卻效率高、結(jié)構(gòu)緊湊的板式熱交換器。液壓系統(tǒng)設(shè)計有獨(dú)立循環(huán)、加熱、過濾冷卻裝置，以及高壓油出口過濾、回油過濾多重措施。對于裝有伺服閥或高精度比例閥的閥臺在伺服閥或比例閥的進(jìn)油管路上安裝高壓過濾器。獨(dú)立循環(huán)過濾冷卻裝置的循環(huán)泵采用低噪音、抗污染強(qiáng)、效率高的螺桿泵組。在系統(tǒng)中設(shè)置必要的檢測元件，如壓力及溫度檢測元件，保證較高的自動化控制水平及滿足可靠工作要求。配備必要的自動報警、遠(yuǎn)程操作和監(jiān)視裝置。

2.3 基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)（一級系統(tǒng)）升級

基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)（一級系統(tǒng)）升級，替換原有控制系統(tǒng)。每臺PLC同種類型的I/O點(diǎn)備用量為20%以上，CPU負(fù)荷率≤45%。距離主控單元較遠(yuǎn)的子控制站點(diǎn)采用遠(yuǎn)程I/O的方式通過現(xiàn)場總線的方式進(jìn)行連接。控制系統(tǒng)與其他PLC之間的通訊采用工業(yè)以太網(wǎng)，與新增ET200之間的通訊采用Profinet網(wǎng)絡(luò)。流體控制系統(tǒng)采用ET200M遠(yuǎn)程IO站來完成液壓站的啟停控制、連鎖保護(hù)及流體系統(tǒng)運(yùn)行狀況的監(jiān)控。系統(tǒng)中包含壓下自動定位，自動正矯、反矯，負(fù)荷分配，步序換輥等主要功能。

2.4 過程自動化系統(tǒng)的升級

過程自動化系統(tǒng)升級，采用國內(nèi)領(lǐng)先的二級系統(tǒng)，二級控制系統(tǒng)涉及基礎(chǔ)自動化、過程模型設(shè)定和人機(jī)界面，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和通信管理如圖4所示。根據(jù)來料數(shù)據(jù)，自動精確計算矯直規(guī)程并下發(fā)一級系統(tǒng)自動執(zhí)行矯直和反矯，優(yōu)化、簡化操作，實(shí)現(xiàn)矯直過程的計算機(jī)自動控制，避免人工經(jīng)驗帶來的矯直效果不均，整體性規(guī)范矯直工藝、提高矯直效果。

圖4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和通訊管理

3 結(jié)論

對該矯直機(jī)矯直力升級設(shè)計改進(jìn)后，通過液壓壓下伺服系統(tǒng)及自動化二級系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)實(shí)時對輥縫伺服控制，自動補(bǔ)償設(shè)備彈性變形等功能，以達(dá)到減少鋼板矯直道次，提高產(chǎn)能；其次設(shè)計改進(jìn)后矯直機(jī)最大矯直力將提高至30 000 kN，增加設(shè)備的可靠性，對應(yīng)的機(jī)架剛度也滿足要求，為將來適應(yīng)市場要求，擴(kuò)大產(chǎn)品范圍，矯直不斷升級的產(chǎn)品規(guī)格做好技術(shù)準(zhǔn)備。