耿曉琳，秦 雷，田孜強(qiáng)

目前，世界范圍內(nèi)冶金工業(yè)正在迅猛發(fā)展，市場對產(chǎn)品質(zhì)量和成本等的要求越發(fā)苛刻，這對冶金設(shè)備也提出了更高的要求。隨著智能化控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用和日益完善，薄帶材冷軋機(jī)的軋制速度和產(chǎn)能也得到了高速發(fā)展。而今，為提高產(chǎn)品的競爭優(yōu)勢，冷軋機(jī)的基本設(shè)計思想已轉(zhuǎn)變?yōu)樵诮档湍芎牡耐瑫r，提高冷軋板帶的產(chǎn)量和質(zhì)量。但是，由于薄帶材在高速軋制過程中纏輥現(xiàn)象時有發(fā)生，機(jī)組反復(fù)停機(jī)重新穿帶將嚴(yán)重降低生產(chǎn)線產(chǎn)能和鋼板的成品率。另外，軋制過程中用于潤滑和冷卻軋輥的乳化液如果清除不凈，附著于板帶表面，也會大大降低產(chǎn)品的表面質(zhì)量、增加下游工序的成本。因此，研制出功能完備的防纏導(dǎo)板便顯得非常的重要。具體要求包括在機(jī)組穿帶時，能將帶鋼頭部從軋輥處順利導(dǎo)引到軋機(jī)外面，防止穿帶或斷帶時帶材纏繞工作輥，以及有效清除噴射到帶材表面的乳化液。

下面簡要介紹該設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工作原理。

1 設(shè)備結(jié)構(gòu)及工作原理

以單機(jī)架六輥冷軋機(jī)為例，該部設(shè)備主要由上防纏導(dǎo)板及吹掃、下防纏導(dǎo)板及抽吸、輥縫吹掃、帶材上表面吹掃、帶材下表面邊部吹掃等幾部分組成。一般單機(jī)架冷軋機(jī)多為可逆軋制，因此上、下防纏導(dǎo)板也必須對稱布置在軋機(jī)的入口和出口側(cè)。本文為便于敘述，以下只以軋機(jī)出口側(cè)布置為例進(jìn)行說明。上、下防纏導(dǎo)板安裝在固定于牌坊內(nèi)側(cè)的滑槽中，由液壓缸帶動做水平往復(fù)滑動——靠近或遠(yuǎn)離工作輥。軋制前，液壓缸驅(qū)動上、下防纏導(dǎo)板靠近工作輥并鎖定，帶材從軋機(jī)入口進(jìn)入，經(jīng)工作輥軋制后從上、下防纏導(dǎo)板中間穿過軋機(jī)。當(dāng)需要換輥時，由液壓缸驅(qū)動上、下防纏導(dǎo)板同時遠(yuǎn)離工作輥，縮回至初始位。防纏導(dǎo)板移動距離根據(jù)工作輥的直徑變化確定，通過液壓缸內(nèi)置位移傳感器閉環(huán)控制。新輥推入機(jī)架后，再次使上防纏導(dǎo)板頭部貼近上工作輥，下導(dǎo)板頭部接近下工作輥，避免帶材穿過時纏輥。液壓缸的頭部與下防纏導(dǎo)板的底部相連，另一端固定在兩牌坊之間的橫梁上，上、下防纏導(dǎo)板分開制造，采用焊接結(jié)構(gòu)，制造容易、重量輕，裝配時再通過卡緊塊將上、下兩部分連接成一體。

圖1 某六輥單機(jī)架冷軋機(jī)簡圖

防纏導(dǎo)板的吹掃布置是根據(jù)乳化液噴射位置而定的。對于六輥單機(jī)架可逆軋機(jī)，軋輥的入口側(cè)布置有乳化液噴射裝置，出口側(cè)則布置乳化液吹掃裝置。乳化液噴射又分為上中間輥噴射、上工作輥噴射、下工作輥噴射和下中間輥噴射幾個部分（見圖1）。相應(yīng)地，在軋輥的出口側(cè)布置有一道氣幕、三道吹掃梁和一組空氣放大器用于清除帶材上、下表面的乳化液。一道氣幕布置在上導(dǎo)板的頭部，壓縮空氣通過鏟頭狹長的氣隙形成較大的吹掃力和連續(xù)的空氣屏幕阻擋噴濺至出口側(cè)的乳化液滴落到上工作輥和上導(dǎo)板的間隙里，保護(hù)帶材上表面。三道吹掃梁是上防纏導(dǎo)板布置兩道、下防纏導(dǎo)板布置一道。其中，上中間輥和上工作輥輥縫吹掃用于防止上中間輥竄輥時，入口側(cè)乳化液從橫向竄移的輥身兩側(cè)飛濺到出口側(cè)滴落至帶材表面上。因此對該處采用大吹掃力噴嘴對準(zhǔn)上中間輥和上工作輥輥縫分別向外側(cè)偏移一定角度進(jìn)行吹掃，以便將乳化液吹離帶材表面。為了降低能源損耗，此處設(shè)計成分段吹掃控制，以適應(yīng)不同板寬。帶材上表面吹掃，是壓縮空氣通過吹掃梁噴嘴形成氣刀，迎著帶材運動方向?qū)⑷榛捍惦x帶材表面并推向帶材兩側(cè)；帶材下表面吹掃也是迎著帶材運動方向，將經(jīng)過放大器抽吸后仍附著在帶材表面的剩余乳化液吹凈?？諝夥糯笃鞑贾迷诨顒拥南聦?dǎo)板前端，用來加速清除堆積在出口的乳化液。

在防纏導(dǎo)板的出口增設(shè)一道帶材上、下表面吹掃，可使帶鋼表面乳化液殘留量大大降低。

防纏導(dǎo)板吹掃裝置在清除帶材表面乳化液的同時，還必須將出口側(cè)密封嚴(yán)實，不能再有乳化液迸濺到吹掃過的帶材表面。首先，上、下防纏導(dǎo)板與軋機(jī)內(nèi)側(cè)壁之間的四個面組成了一個楔形風(fēng)口。在風(fēng)口外面，上、下防纏導(dǎo)板的三道吹掃梁一起向這個楔形風(fēng)口的里端吹送壓縮空氣，當(dāng)帶材從這個風(fēng)口被高速拽出時，由壓縮空氣經(jīng)噴嘴形成較大吹掃力和吹掃面積來保證對帶材表面的乳化液的清除效果；同時在軋機(jī)出口側(cè)的防濺擋板與上、下導(dǎo)板之間形成一個封閉墻，防止軋輥乳化液迸濺到已經(jīng)吹掃干凈的出口鋼板的表面上。

2 函數(shù)關(guān)系推導(dǎo)

按圖1防纏導(dǎo)板結(jié)構(gòu)簡化圖形，推導(dǎo)上防纏導(dǎo)板液壓缸行程與工作輥輥徑變化之間函數(shù)關(guān)系（見圖2）。

圖2 防纏導(dǎo)板結(jié)構(gòu)簡化圖形

幾何關(guān)系推導(dǎo)

已知：XO，YO，XAB，YAB，根據(jù)幾何關(guān)系有

整理得

根據(jù)幾何關(guān)系可知（去掉一個增根）

由于上、下防纏導(dǎo)板同步運動，通過夾角α，可推得下防纏導(dǎo)板的實際行程S與軋輥輥徑變化的函數(shù)關(guān)系，即

可見，隨著防纏導(dǎo)板與軋輥間隙δ值的不同，液壓缸行程S也相應(yīng)改變。由此，可通過液壓缸自帶位移傳感器的檢測值計算出δ值，反之，也可通過換輥輥徑改變計算出δ值，再調(diào)整液壓缸至指定位置。

3 改進(jìn)設(shè)計

現(xiàn)有防纏導(dǎo)板已在多條冷軋生產(chǎn)線中應(yīng)用，經(jīng)過幾年現(xiàn)場調(diào)試和使用，其結(jié)構(gòu)基本符合生產(chǎn)要求，但仍存在一些問題需要改進(jìn)。

（1）上、下防纏導(dǎo)板是在兩側(cè)用卡緊塊壓合在一起，再用螺栓把緊，使上、下導(dǎo)板之間緊固連接。由于卡緊塊位于導(dǎo)板兩側(cè)，且稍高于軋制線，故在穿帶時，帶材頭部容易撞擊到兩側(cè)卡緊塊，致使把合螺栓受損，由此會造成上、下導(dǎo)板間松動，嚴(yán)重時上導(dǎo)板無法與下導(dǎo)板共進(jìn)退而卡在靠近軋輥的中間位置，引發(fā)堆鋼事故，不僅實現(xiàn)不了防纏作用反而會阻礙穿帶（見圖3，圖4）。另外，當(dāng)上、下工作輥輥徑磨損不同時，由液壓缸位移傳感器檢測的值也無法準(zhǔn)確反映工作輥與導(dǎo)板的間隙值。

圖3 下導(dǎo)板—圓圈里是變形的部位

圖4 下導(dǎo)板—圓圈里是被撞松動的壓塊

對此應(yīng)將上、下導(dǎo)板用液壓缸分別控制，取消連接螺栓及卡緊塊，將兩邊側(cè)面的壓塊改成流線型導(dǎo)向板，由于上防纏導(dǎo)板是向斜后方退出，所以當(dāng)遇到堆帶事故時，只需單獨退出上防纏導(dǎo)板就可以使廢板帶松散，便于檢修維護(hù)。在某大型鋁加工廠改造的1400 mm鋁板軋機(jī)中就采用了此種設(shè)計方案，經(jīng)用戶使用效果頗佳。

（2）由于驅(qū)動下導(dǎo)板進(jìn)退的是擺動式液壓缸，因其前部球鉸耳軸連接的固定臂太長，造成附加彎矩過大，工作一段時間后固定臂根部的連接螺栓因變形松動，在液壓缸推進(jìn)和退出時，導(dǎo)板達(dá)不到預(yù)定位置，影響使用效果。現(xiàn)場處理時把這兩件焊死，又增加將來維修的難度。故今后設(shè)計時，為盡量減少液壓缸前端固定臂太長產(chǎn)生附加彎矩，建議改用液壓馬達(dá)替代液壓缸的驅(qū)動方案。即由液壓馬達(dá)通過大減速比蝸桿減速機(jī)帶動兩側(cè)絲杠，由絲杠推動下導(dǎo)板完成進(jìn)退動作。此方案的優(yōu)點是：①導(dǎo)板進(jìn)退時兩側(cè)的同步性好；②由于下導(dǎo)板工作行程較短，且只在更換工作輥時動作一次，故選用液壓馬達(dá)比較合理；③絲杠、絲母結(jié)構(gòu)有自鎖功能，軋制時導(dǎo)板固定位置準(zhǔn)確、容易控制。同理，上導(dǎo)板也可以改用液壓馬達(dá)帶動的方案。

（3） 在下導(dǎo)板前面布置的空氣放大器抽力太大，工作時氣流帶動乳化液向下噴射形成氣液流；由于防纏導(dǎo)板下面的空間不大，向下噴射的氣液流向上反射使防纏導(dǎo)板前端局部氣流紊亂，嚴(yán)重影響空氣吹掃效果。建議今后選用小間隙量的放大器，這樣不僅能滿足使用要求，而且用氣量小、噪音也低。同時在放大器管路上配置單獨調(diào)壓閥，以便于調(diào)控吹掃效果。此外，在放大器下面應(yīng)增加一段軟布導(dǎo)管，以消除局部氣流紊亂。

（4）由于機(jī)架間水蒸氣較大，在上防纏導(dǎo)板下表面經(jīng)常凝聚有大片液滴，軋制時的振動會使這些蒸汽水滴落在已經(jīng)吹掃過的帶材表面，造成二次污染，所以今后應(yīng)考慮在其外側(cè)做流線型設(shè)計，將水滴引落在帶材寬度范圍以外。另外，還應(yīng)在上防纏導(dǎo)板的上表面設(shè)計出倒“V”型導(dǎo)水槽，將冷凝液沿導(dǎo)水槽排放到帶材寬度以外。此外，在軋機(jī)出口布置的其他設(shè)備，尤其是氣動和液壓管路也都存在這個問題，所有安裝在帶材上方的零部件都應(yīng)采取措施將水滴導(dǎo)至帶材外側(cè)。

（5）出口側(cè)吹掃梁也存在一些設(shè)計問題：①因噴嘴選型問題導(dǎo)致氣刀清除效果不理想；②因上吹掃梁集流箱選用的無縫鋼管管徑大、管壁厚，再加上法蘭選用的是高壓法蘭使重量過大，而液壓缸提升力不足；③由于高壓法蘭配用高壓軟管，管徑大、彎曲半徑也大，造成安裝空間緊張。對此可通過更換合適的噴嘴和管路配件解決。

（6）目前，導(dǎo)板進(jìn)退液壓缸的行程是由內(nèi)置位移傳感器控制。但從現(xiàn)場的使用情況來看用極限開關(guān)即可滿足工作要求，主要有以下幾個原因：①導(dǎo)板頭部每次換輥后需要重新靠近工作輥，工作輥在最大直徑和最小直徑時，對導(dǎo)板頭部的位置要求相差不大（10 mm左右），對工作輥直徑較小的軋機(jī)而言，直接按照最大工作輥徑確定導(dǎo)板的前極限位置就可以滿足導(dǎo)向功能；②將位移傳感器改用極限開關(guān)（或是接近開關(guān)）可以節(jié)省費用。

4 結(jié) 語

通過不斷的改進(jìn)，該部分設(shè)備的防纏效果和清除乳化液功能日益完備，其應(yīng)用范圍也愈加廣泛。不僅可用于單機(jī)架冷軋、冷連軋生產(chǎn)，在單機(jī)架、雙機(jī)架平整機(jī)組中也取得了很好的使用效果。但是，盡管該防纏導(dǎo)板已非常緊湊，其占用軋機(jī)空間仍較大，與相關(guān)設(shè)備間干涉情況時有發(fā)生。尤其換輥時，若操作不當(dāng)，容易阻礙換輥或本體被軋輥撞碎。此外，盡管乳化液吹掃效果滿足現(xiàn)有工業(yè)檢測指標(biāo)要求，但帶材表面的乳化液仍無法徹底清除。對上述問題仍需通過生產(chǎn)實踐，不斷改進(jìn)。

[1]張康，侯云峰冷軋機(jī)防纏導(dǎo)板的結(jié)構(gòu)設(shè)計，《一重技術(shù)》，2008.