尉 強(qiáng) 嚴(yán)國(guó)平 徐時(shí)棟 吳有生

(中冶南方工程技術(shù)有限公司 湖北武漢430223)

·經(jīng)驗(yàn)與革新·

可逆冷軋機(jī)防纏導(dǎo)板的分析及改進(jìn)

尉 強(qiáng)①嚴(yán)國(guó)平 徐時(shí)棟 吳有生

(中冶南方工程技術(shù)有限公司 湖北武漢430223)

對(duì)現(xiàn)有冷軋機(jī)組中防纏導(dǎo)板的工作原理及典型的設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)適用于可逆冷軋機(jī)且工作輥可水平移動(dòng)的防纏導(dǎo)板，介紹了此種防纏導(dǎo)板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并解析了防纏導(dǎo)板工作位置與工作輥輥徑的函數(shù)關(guān)系。

可逆冷軋機(jī) 工作輥水平移動(dòng) 防纏導(dǎo)板 乳化液 空氣吹掃

1 前言

隨著鋼鐵工業(yè)技術(shù)的迅猛發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)冷軋帶鋼成品的要求愈發(fā)苛刻，不僅要保證較高的表面質(zhì)量和良好的機(jī)械性能，而且要求厚度越來(lái)越薄，這就對(duì)工作輥輥徑提出了新的挑戰(zhàn)。工作輥水平移動(dòng)技術(shù)在保證軋輥水平剛度的條件下減小了輥徑，使得可軋帶鋼進(jìn)一步減薄。工作輥水平移動(dòng)技術(shù)要求防纏導(dǎo)板能適應(yīng)水平移動(dòng)，在保護(hù)工作輥的同時(shí)還要做為乳化液噴射和吹掃設(shè)備的載體。具體要求防纏導(dǎo)板能夠保證順利穿帶，防止纏輥時(shí)損壞工作輥，防止乳化液殘留在帶鋼表面，能夠保證軋制的順利進(jìn)行[1]。

2 防纏導(dǎo)板的工作原理及設(shè)備結(jié)構(gòu)分析

1)防纏導(dǎo)板作為軋制的輔助設(shè)備，主要起到防纏和防濺的作用[2]，同時(shí)還布置了乳化液噴射裝置。其防纏功能就是通過(guò)液壓缸驅(qū)動(dòng)導(dǎo)板靠近工作輥表面，使導(dǎo)板與工作輥表面之間保持13mm間隙，當(dāng)發(fā)生斷帶事故時(shí)保護(hù)工作輥，同時(shí)也防止帶鋼纏繞在工作輥上，劃傷工作輥。

對(duì)于防纏導(dǎo)板的防濺功能，具體是布置吹掃和導(dǎo)板裝置清除及遮擋乳化液，避免乳化液滴落殘留在出口帶鋼表面。究其造成帶鋼表面乳化液殘留的主要原因有：

(1)用于軋制潤(rùn)滑的乳化液從帶鋼邊部的工作輥輥縫竄流到軋機(jī)出口的帶鋼表面，造成乳化液殘留；

(2)中間輥竄輥致使大量乳化液從中間輥竄動(dòng)的空位處飛竄到軋機(jī)出口的帶鋼表面，造成乳化液殘留；

(3)由于軋輥的高速旋轉(zhuǎn)，使乳化液反彈飛濺到牌坊內(nèi)各處，冷凝后落到帶鋼表面，造成乳化液殘留；

(4)由于乳化液管路關(guān)閉時(shí)，管內(nèi)乳化液不能及時(shí)排空，從噴嘴處滴落到帶鋼表面，造成乳化液殘留。

2)通過(guò)以上對(duì)乳化液殘留原因的分析而產(chǎn)生的解決乳化液殘留的設(shè)計(jì)思想有兩種：

(1)通過(guò)吹掃或者封堵把乳化液遮擋在有乳化液噴射裝置的一側(cè)，盡量減少乳化液竄流到軋輥另外一側(cè)，國(guó)內(nèi)某冷軋廠的I型防纏導(dǎo)板就是在有乳化液噴射的位置相向布置乳化液吹掃裝置，所謂哪兒噴哪兒“吹”，把乳化液阻擋在“源頭”，結(jié)構(gòu)布置如圖1所示。國(guó)內(nèi)某設(shè)計(jì)院根據(jù)其基本原理，發(fā)明了無(wú)吹掃軋制，通過(guò)調(diào)整噴射擋板的寬度，把既將要竄流的乳化液擋在軋機(jī)一側(cè)，所謂哪兒噴哪兒“擋”。

圖1 I型防纏導(dǎo)板乳化液噴射及吹掃布置圖

1-上中間輥和支承輥噴射; 2-上工作輥分段冷卻; 3-帶鋼上表面輥縫噴射; 4-帶鋼下表面輥縫噴射; 5-下工作輥分段冷卻; 6-下中間輥和支承輥噴射; 7-中間輥橫移空位吹掃; 8-帶鋼上表面吹掃; 9-輥縫吹掃; 10-乳化液擋板

(2)對(duì)將要竄流到軋機(jī)出口側(cè)的乳化液先不加阻礙，讓其自由竄流到軋輥另一側(cè)再做處理。具體是在出口帶鋼上表面增加遮擋導(dǎo)板，飛濺竄流到機(jī)架出口側(cè)的乳化液集流到導(dǎo)板表面從帶鋼兩側(cè)流下，再通過(guò)內(nèi)部吹掃和抽吸裝置分別除去從輥縫竄流到帶鋼上表面和下表面的殘留乳化液，達(dá)到清除的效果。國(guó)內(nèi)某冷軋廠設(shè)計(jì)的II型防纏導(dǎo)板(圖2)就使用此種方法，其乳化液噴射裝置(圖3)固定在防纏導(dǎo)板上下兩側(cè)的機(jī)架上，噴射乳化液時(shí)需將防纏導(dǎo)板退到初始位。

圖2 II型防纏導(dǎo)板乳化液噴射及吹掃布置圖

1-帶鋼上表面預(yù)噴; 2-帶鋼下表面預(yù)噴; 3-氣幕吹掃; 4-帶鋼上表面吹掃; 5-帶鋼下表面抽吸裝置

圖3 II型防纏導(dǎo)板的乳化液噴射布置圖

1-上中間輥與支承輥噴射; 2-上工作輥分段冷卻; 3-帶鋼上表面輥縫噴射; 4-帶鋼下表面輥縫噴射; 5-下工作輥分段冷卻

3)對(duì)于上述兩種防纏導(dǎo)板設(shè)計(jì)，都適用于可逆冷軋機(jī)，軋輥兩側(cè)都布置有乳化液噴射和吹掃裝置，一側(cè)乳化液工作，則另一側(cè)空氣吹掃工作，卻各有設(shè)計(jì)側(cè)重點(diǎn)。I型防纏導(dǎo)板把帶鋼上表面乳化液噴射和吹掃裝置布置在其導(dǎo)板內(nèi)側(cè)，用擋板遮擋乳化液，避免乳化液飛濺滴落到出口帶鋼表面，通過(guò)伸縮液壓缸適應(yīng)輥徑變化，同時(shí)設(shè)計(jì)有精確調(diào)整機(jī)構(gòu)，保證導(dǎo)板與工作輥之間間隙。但I(xiàn)型防纏導(dǎo)板還需布置其他導(dǎo)板輔助穿帶，對(duì)帶鋼下表面的吹掃考慮較少，當(dāng)工作輥可水平移動(dòng)時(shí)此種導(dǎo)板就不在適用；II型防纏導(dǎo)板是在出口帶鋼上表面設(shè)計(jì)遮擋導(dǎo)板，遮擋上方滴下的乳化液，同時(shí)能保證穿帶順利進(jìn)行，并且在上導(dǎo)板頭部布置氣幕吹掃，防止乳化液從導(dǎo)板頭部與工作輥之間的間隙中滴落。下導(dǎo)板布置抽吸裝置，能清除帶鋼下表面的乳化液，通過(guò)帶有位移傳感器的液壓缸驅(qū)動(dòng)前行，精確保證前行距離。但工作輥分段冷卻和輥縫噴射是單獨(dú)的設(shè)備，乳化液噴射時(shí)需要退出防纏導(dǎo)板，增大了操作的復(fù)雜程度，對(duì)于工作輥輥徑減小的軋機(jī)，防纏導(dǎo)板與噴射梁布置困難，同時(shí)工作輥水平移動(dòng)時(shí)分段冷卻不能保證乳化液噴射的均勻性。

3 新型防纏導(dǎo)板的設(shè)計(jì)

根據(jù)工作輥可水平移動(dòng)六輥可逆冷軋機(jī)的特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)有防纏導(dǎo)板的結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計(jì)出新型的防纏導(dǎo)板，布置于工作輥兩側(cè)，結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 新型防纏導(dǎo)板乳化液噴射及吹掃布置圖

1-上中間輥與支承輥輥縫噴射; 2-上工作輥分段冷卻; 3-帶鋼上表面預(yù)噴; 4-下工作輥分段冷卻; 5-帶鋼下表面輥縫噴射; 6-帶鋼上表面輥縫噴射; 7-帶鋼下表面預(yù)噴; 8-氣幕吹掃; 9-帶鋼上表面吹掃; 10-帶鋼下表面抽吸裝置

1)新型防纏導(dǎo)板的特點(diǎn)

(1)集乳化液噴射、吹掃裝置和工作輥分段冷卻裝置于一起，結(jié)構(gòu)緊湊，適用的工作輥輥徑范圍更大；

(2)可隨工作輥水平移動(dòng)，兩側(cè)防纏導(dǎo)板一側(cè)進(jìn)一側(cè)退，反之亦然，隨時(shí)保護(hù)工作輥。同時(shí)，工作輥分段冷卻裝置隨工作輥水平移動(dòng)，使冷卻乳化液噴射更加連續(xù)均勻，有利于板形的精確控制；

(3)噴射乳化液時(shí)防纏導(dǎo)板無(wú)須退出，操作更加便捷，提高了機(jī)組生產(chǎn)效率。

2)新型防纏導(dǎo)板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

新型防纏導(dǎo)板主要有四部分組成：防纏導(dǎo)板骨架，乳化液噴射裝置，工作輥分段冷卻裝置和乳化液吹掃及抽吸裝置，以下分別介紹各部分組成及功能。

(1)防纏導(dǎo)板骨架由上下導(dǎo)板組成，通過(guò)安裝在下導(dǎo)板上的液壓缸(帶位移傳感器)驅(qū)動(dòng)前行。防纏導(dǎo)板內(nèi)部支架設(shè)計(jì)成傾斜式，有利于穿帶，導(dǎo)板頭部設(shè)計(jì)有上下鏟頭，在發(fā)生斷帶或纏輥損壞時(shí)方便更換。

(2)乳化液噴射裝置主要有帶鋼預(yù)噴和工作輥輥縫噴射。帶鋼預(yù)噴布置在防纏導(dǎo)板內(nèi)部，噴射方向與帶鋼運(yùn)行同向且有一定夾角，預(yù)噴一方面可以加熱帶鋼，使軋輥熱凸度盡快達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)；另一方面可以阻斷輥縫處乳化液反彈回流，防止乳化液順帶鋼回流到軋機(jī)入口。工作輥輥縫噴射布置在防纏導(dǎo)板頭部，主要為軋制提供潤(rùn)滑，減小工作輥與帶鋼之間的摩擦力。乳化液噴射裝置設(shè)計(jì)主要是確定噴嘴的各項(xiàng)參數(shù)，首先確定需要乳化液流量，然后根據(jù)工藝及安裝位置確定噴嘴到帶鋼距離，再根據(jù)帶鋼寬度確定噴嘴間距和噴嘴數(shù)量，最后選擇合適噴嘴類型(噴射角及流量)。噴射裝置的總噴射寬度要保證乳化液能夠覆蓋到帶鋼寬度，又不能超出帶鋼寬度很多，以免造成資源浪費(fèi)且給吹掃帶來(lái)壓力[3]。

(3)工作輥分段冷卻裝置具體是通過(guò)噴嘴給工作輥表面噴射冷卻乳化液，達(dá)到控制工作輥熱凸度的目的，解決由于工作輥熱凸度引起的高次不對(duì)稱板形問(wèn)題。對(duì)于工作輥可水平移動(dòng)的軋機(jī)，以圖5來(lái)說(shuō)明分段冷卻隨防纏導(dǎo)板移動(dòng)的必要性。噴嘴噴出的乳化液幕必須有一定的重疊量，保證乳化液噴射的均勻性。每個(gè)廠家的噴嘴重疊量都不同，以萊克勒為例，其重疊量為四分之一到三分之一。從圖中可看出工作輥沒(méi)有水平移動(dòng)之前重疊量約為22.98/74.98=30.6%，當(dāng)工作輥水平移動(dòng)而分段冷卻裝置未移動(dòng)時(shí)重疊量約31.826/83.826=38%，已超過(guò)所要求的重疊量，兩噴嘴之間乳化液已發(fā)生干涉，結(jié)果不均勻的噴射沒(méi)有消除熱凸度反而引進(jìn)另外一不利因素，同時(shí)乳化液所覆蓋寬度也發(fā)生變化，影響了冷卻效果，當(dāng)分段冷卻裝置與工作輥同時(shí)移動(dòng)時(shí)可保證乳化液噴射的均勻性和穩(wěn)定性。

(4)乳化液吹掃裝置由氣幕出掃及帶鋼上下表面吹掃組成。首先，通過(guò)氣幕吹掃可使乳化液集流到導(dǎo)流槽內(nèi)，從帶鋼兩側(cè)流到乳化液收集裝置中；其次，帶鋼上表面吹掃是通過(guò)安裝在防纏導(dǎo)板內(nèi)部的噴嘴(呈外八字布置)逆向帶鋼吹出壓縮空氣，使從工作輥輥縫竄留的乳化液流向帶鋼兩側(cè)，直接滴落或由下抽吸裝置除去；最后，帶鋼下表面抽吸裝置是由安裝在下導(dǎo)板上的空氣放大器抽氣，使帶鋼下表面與空氣放大器上部形成局部負(fù)氣壓，乳化液隨空氣進(jìn)入空氣放大器，從其底部流出，達(dá)到清除乳化液的目的。

防纏導(dǎo)板及分段冷卻裝置隨工作輥水平移動(dòng)，為工作輥提供 “貼身”保護(hù)和“精細(xì)”冷卻，防纏導(dǎo)板內(nèi)部布置的吹掃裝置，清除了殘留在帶鋼表面的乳化液，保證了軋制的順利進(jìn)行和良好的帶鋼表面質(zhì)量。

圖5 工作輥水平移動(dòng)對(duì)乳化液噴射均勻程度的影響

4 防纏導(dǎo)板與工作輥的位置關(guān)系分析

防纏導(dǎo)板到工作輥表面的距離必須恰當(dāng)，此距離的確定應(yīng)該考慮所軋帶鋼厚度及吹掃氣幕的特性。因軋機(jī)工作輥在軋制過(guò)程中不斷磨損，再加上工作輥的水平移動(dòng)，就要求防纏導(dǎo)板的水平移動(dòng)具有精確的行程控制，才能保證間隙。通過(guò)在驅(qū)動(dòng)液壓缸內(nèi)部安裝位移傳感器來(lái)精確定位，精度可達(dá)到0.05mm。根據(jù)圖6可推導(dǎo)出液壓缸行程和工作輥輥徑之間的函數(shù)關(guān)系。由圖6可知：

BO1=R+R0+δ

式中δ—防纏導(dǎo)板到工作輥表面的距離；R—工作輥半徑；R0—防纏導(dǎo)板頭部倒圓半徑。

AO1=R-AO

式中AO—防纏導(dǎo)板頭部倒圓圓心到過(guò)鋼線距離。

根據(jù)圖示幾何關(guān)系可知：

上式中R0、δ和AO為已知，最大工作輥徑時(shí)液壓缸行程為L(zhǎng)0，防纏導(dǎo)板頭部到工作輥表面的距離為S0，L0和S0為最初始的設(shè)計(jì)距離。液壓缸行程L與工作輥輥徑之間的函數(shù)關(guān)系為：

L=L0+S0-AB±S移

式中S移—工作輥水平移動(dòng)距離，與第一道次帶鋼方向相同取加號(hào)，相反取減號(hào)。

當(dāng)工作輥輥徑變化之后，可準(zhǔn)確得出液壓缸行程，為防纏導(dǎo)板的位置控制提供了重要的理論依據(jù)。

圖6 液壓缸行程與工作輥輥徑的關(guān)系

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)防纏導(dǎo)板的分析，總結(jié)出防纏導(dǎo)板上乳化液噴射裝置布置方式及吹掃裝置布置方式，解決了工作輥水平移動(dòng)時(shí)乳化液噴射不均的問(wèn)題，通過(guò)解析幾何的方法推導(dǎo)出輥徑與液壓缸行程的函數(shù)關(guān)系，為防纏導(dǎo)板的設(shè)計(jì)及自動(dòng)控制提供了理論依據(jù)。但目前防纏導(dǎo)板所占空間比較大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，能源消耗比較大等問(wèn)題，還需在以后的生產(chǎn)實(shí)踐中不斷探索改進(jìn)。

[1]耿曉琳, 秦雷, 田孜強(qiáng). 防纏導(dǎo)板在冷軋生產(chǎn)中的應(yīng)用和改進(jìn).一重技術(shù)—設(shè)計(jì)與計(jì)算，2012(6).

[2]張康, 侯云峰. 冷軋機(jī)工作輥防纏導(dǎo)板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).一重技術(shù),2008(1).

[3]張振,江東海,丁殿愷. 乳化液及空氣吹掃裝置在冷軋單機(jī)架中的應(yīng)用.冶金設(shè)備,2013(6).

Analysis and Improvement of Anti-Sticker Guide for Reversing Cold Rolling Mill

Yu Qiang Yan Guoping Xu Shidong Wu Yousheng

(WISDRI Engineering & Research Incorporation Limited, Wuhan 430223)

The structure of working principle and typical equipment of anti-sticker guide in cold rolling mills are analyzed, the design is suitable for working roller of the reversible cold rolling mill and horizontal moving, introduces the structure characteristics of this anti-sticker guide, and analyzes the anti-sticker guide working position function relationship with work roll diameter.

Reversing cold rolling mill Horizontal shift of work roll Anti-sticker guide Emulsion Air wipers

尉強(qiáng)，男，1983年出生，畢業(yè)于燕山大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及理論專業(yè)，碩士，工程師，從事機(jī)械設(shè)備研發(fā)工作

TG333.72

B

10.3969/j.issn.1001-1269.2015.05.010

2015-05-12)