森基米爾軋機帶鋼表面噴板劃傷缺陷的分析與改善

賈偉沖，黃懷富，陳建華，高福強，王 斌，楊 曄

（1首鋼股份有限公司設備部；2首鋼智新遷安電磁材料公司，河北遷安 064404）

前言

森基米爾機組作為取向硅鋼生產的關鍵、瓶頸機組，要求生產出的帶鋼尺寸精確、板形好、表面光潔、性能高。采用分體式可逆式軋機，設備主要包括內外牌坊本體、主減速機、出入口卷取機、主電機、乳化液系統、液壓系統及通風除塵系統等構成，具有設備高度集中、設備精度要求高等特點。乳化液系統主要對軋輥及帶鋼進行潤滑和冷卻，主要設備包含乳化液循環系統，真空過濾系統、電磁過濾系統、乳化液噴板等。軋機內部乳化液噴板通過液壓系統控制具體位置，使之對準工作輥輥縫，保證軋輥的冷卻及潤滑效果。在實際生產中，多次出現軋制期間無異常操作而噴板自由下降情況發生，造成帶鋼表面劃傷，產生產品質量損失，并多次造成長時間停機，極大降低了生產效率。通過對森基米爾軋機噴板位置異常，造成帶鋼表面劃傷的情況進行跟蹤，從噴板結構的設計思路出發進行分析，確定噴板位置異常的根本原因，并從液壓控制系統優化、噴板位置檢測等方面開展了一系列攻關工作，來減少由于噴板下降造成帶鋼表面劃傷的質量缺陷問題。同時，通過噴板結構優化改造，減少故障處理時間，提高森基米爾軋機生產效率。

1 表面劃傷情況概述

某廠森基米爾軋機可逆軋機主要生產高牌號取向硅鋼，對帶鋼板型、表面質量要求較高。在投產初期，在帶鋼軋制尾部長度1/3 左右，偶發帶鋼表面線性劃傷缺陷，傷口處呈金屬光澤或灰白色，沿軋制方向，連續分布整個板面。如發生在成品道次，直接影響產品質量，造成產品降級，造成質量帶出。

圖1 劃傷形貌

2 帶鋼表面劃傷問題排查

2.1 軋鋼通道排查

帶鋼表面劃傷缺陷遍布整個板面，帶鋼表面劃傷通常由于過鋼通道設備引起，一般與工藝方面無直接關系。首先組織對軋機出入口擦拭輥、出入口導板、軋輥輥系、軋機本體等過鋼通道設備進行了排查。通過排查，發現軋機本體內部乳化液噴板噴嘴間距與劃傷間距相吻合，懷疑帶鋼表面劃傷由乳化液噴板造成。

2.2 乳化液噴板系統排查

2.2.1 乳化液噴板結構及控制形式

乳化液噴板位于軋機本體內部，共計4組，出入口各2組，主要對工作輥進行潤滑及冷卻，保證帶鋼板型及表面質量。乳化液噴板采用液壓控制，下噴板采用操作側單液壓缸控制，上噴板采用操作側、驅動側雙側液壓缸控制。乳化液噴板通過液壓缸實現上下動作，通過輥徑計算，控制噴板對準輥縫進行乳化液噴淋，保證帶鋼及軋輥的潤滑、冷卻質量。

圖2 乳化液噴板結構示意圖

2.2.2 軋制過程中乳化液噴板情況跟蹤

針對帶鋼表面劃傷形貌與乳化液噴板基本吻合的情況，對軋制過程中乳化液噴板的位置進行跟蹤，共跟蹤20 卷，出現2 卷帶鋼表面劃傷缺陷。從帶鋼末道次軋制后噴板位置情況來看，入口上噴板位置出現異常，位置降低與帶鋼表面存在接觸。

圖3 帶鋼軋制前后噴板位置對比

從帶鋼表面劃傷排查情況來看，軋機本體內乳化液噴板位置偶發位置異常，造成噴板與帶鋼表面接觸，出現帶鋼表面劃傷缺陷。

3 乳化液噴板位置異常原因分析

3.1 乳化液噴板液壓控制系統介紹

乳化液噴板動作通過液壓控制實現，噴板速度通過2 級出口調速進行精準控制，當噴板位置到達設定位置后，三位四通電磁閥回中位，通過液壓鎖實現噴板位置鎖定。上下噴板的液壓原理基本一致。原理圖見圖4。

圖4 軋機乳化液噴板液壓原理圖

3.2 液壓元件及管路的泄漏排查

排查系統內液壓鎖及管路的泄漏情況，在停機狀態下對噴板液壓系統進行保壓試驗。在噴板到達設定位置后，在液壓進、回油路進行壓力檢測，通過檢測，保壓60 min 后壓力保持穩定，未發現異常泄漏。排除液壓元件及管路泄漏情況。

3.3 乳化液噴板液壓控制系統設計壓力核算

根據噴板的受力情況，對系統的設定壓力進行確定。

式中：W——噴板所受最大力（考慮二中間換輥時，軋輥重力），N；

G——噴板自重，N；

L——二中間中心距離轉動軸距離；

L1——液壓缸拉力距離轉動軸距離，m；

L2——噴板重心距離轉動軸距離

n——液壓缸數量；

P——液壓系統設定壓力，MPa；

a——安全系數，取a=1.5。

P≈10 MPa，考慮換輥過程中沖擊，在噴板提升有桿腔增加溢流閥，溢流壓力設定為P溢=P+1=11 MPa。

從系統壓力進行壓力實際測量，系統壓力設定為10 MPa，滿足設計要求。軋機乳化液噴板控制示意圖見圖5。

圖5 軋機乳化液噴板控制示意圖

3.4 模擬帶鋼軋制狀態，對噴板系統壓力進行排查

在停機情況下，對噴板系統進行保壓試驗，未發現異常。但考慮停機和軋鋼狀態存在區別，主要區別集中在軋鋼狀態下，要進行乳化液噴淋。通過模擬軋鋼狀態，開啟乳化液噴淋模式，對噴板狀態、液壓控制系統進行進一步跟蹤排查。30 min后乳化液噴板位置存在下降，液壓缸兩側壓力也出現不同程度上升。

3.4.1 噴板下降的原因分析

從模擬軋鋼狀態下系統保壓試驗數據來看，液壓缸兩側壓力均存在不同程度上升，為了保證噴板保持位置不變，要滿足液壓缸提供拉力大于噴板自重，對噴板進行受力分析。

式中：G——噴板自重，N；

L1——液壓缸拉力距離轉動軸距離，m；

L2——噴板重心距離轉動軸距離；

n——液壓缸數量；

P1——有桿腔壓力，MPa；

P2——無桿腔壓力，MPa。

當無桿腔壓力升高超過7.12 MPa，乳化液噴板出現下降。

3.4.2 噴板系統壓力上升原因分析

乳化液噴板到達設定位置后，通過液壓鎖實現噴板位置鎖定，噴板液壓管路可視為密閉容器，當乳化液噴淋后，乳化液設定溫度為50～60 ℃，而液壓油初始溫度為30 ℃。由于液體受到管壁的強制約束，管子所受到的壓力是液體膨脹壓。其體積增量公式為：

由于乳化液熱傳遞造成液壓油溫度升高，而造成系統壓力不斷升高。由于液壓管路為不銹鋼剛性管路，在管壁約束下，液體充滿管子后體積不再增大，而壓力急劇上升。令ΔV=0，則得到壓力增加值。

式中：β——介質在T1～T2 溫度范圍內的平均溫度膨脹系數，1/K;

α——介質在T1～T2 溫度范圍內的平均體積壓縮系數,1/MPa。

每道次乳化液噴淋時間10 min，軋制完成后，經實測液壓管路內液壓油ΔT 為10。乳化液噴板液壓控制用油為46#液壓油，經查其膨脹系數及體積壓縮系數，經查其膨脹系數β 為7×10-4，體積壓縮系數7.14×10-4,經計算ΔP為9.8 MPa，即無桿腔壓力P2為9.8 MPa，大于式（2）計算中噴板位置穩定所要求的P2≤7.12 MPa。所以造成軋制期間，噴板位置出現下降，造成帶鋼表面劃傷。

4 帶鋼噴板劃傷解決措施

4.1 溢流閥壓力優化

由圖4可知，當電磁閥通電狀態下，乳化液噴板液壓缸有桿腔通壓力油，噴板提升。由于有桿腔油路設有溢流閥，導致軋制過程中，噴板液壓缸有桿腔保持壓力恒定，而無桿腔由于熱膨脹造成壓力升高，從而造成噴板受力不平衡下降。所以將溢流閥壓力升高，以此保證噴板受力平衡，位置恒定。由式（2）可得，計算得，即P1≥14.9 MPa，可優化溢流閥設定壓力保證在每道次軋制過程中，噴板位置恒定，不會因噴板位置異常降低，對帶鋼造成劃傷。

4.2 噴板調速方式優化

在噴板位置設定過程中，為了實現噴板動作平穩，提高位置控制精度，噴板動作速度設計很慢（5 mm/s），這就要求調速閥的開度很小，并且調速方式采用出口調速（利于實現噴板動作平穩），但在噴板動作平穩的同時也造成了動作過程中回油管壓力較大，如果點動時造成的壓力更大。再考慮軋制期間液壓管路熱膨脹因素，更容易出現噴板位置下降，帶鋼表面劃傷的情況。同時這也是帶鋼表面劃傷偶發的因素，造成排查困難。為了降低噴板動作過程中，系統壓力影響，將設計的出口調速，更改成出入口調速相結合的調速方式，同時優化操作規范，減少噴板點動操作。

4.3 溢流閥位置優化

由于噴板液壓系統中，溢流閥位于噴板提升液壓缸有桿腔，主要是防止出現換輥時，出現換輥工具異常時，能夠對系統起沖擊保護作用。但未充分考慮軋制過程中，乳化液噴淋，液壓系統熱膨脹得情況。為了徹底解決該問題，避免由于提高溢流閥壓力后，由于系統過高，造成泄漏等事故隱患，對系統進行改造，在無桿腔增加溢流閥。

4.4 噴板位置監控改造

當出現噴板液壓系統內泄、噴板連接機構異常等問題造成噴板位置異常時，為了能夠及時發現，避免出現帶鋼表面劃傷等質量事故。開展了噴板位置的實時監控改造工作，將噴板液壓缸增加內置傳感器，通過噴板液壓缸位置與噴板位置的對應關系，來實現噴板的位置實時監控。

5 結論

通過對森基米爾軋機噴板位置異常，造成帶鋼表面劃傷的情況進行跟蹤，從噴板結構的設計思路出發進行分析，確定噴板位置異常的根本原因，并從液壓控制系統優化、噴板位置檢測等方面開展了一系列攻關工作，來減少由于噴板下降造成帶鋼表面劃傷的質量缺陷問題。同時，對于噴板其他原因造成異常下降，帶鋼表面劃傷情況，也做了關于乳化液噴板的其他延伸管理工作，例如噴板剪切銷釘的改造、噴板變形后快速恢復生產的工具的開發等，避免出現其他由于乳化液噴板問題造成的長停機及質量損失，提高森基米爾軋機的產能及質量水平，為企業創造更多效益。