廖新勇

摘 要：針對福建三鋼中板廠的十一輥熱矯直機(jī)輥縫標(biāo)定工藝存在的問題，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，通過認(rèn)真分析查找原因，對熱矯直機(jī)輥縫標(biāo)定裝置與工藝有關(guān)問題，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：TG333 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）24-0003-03

1 概 述

熱矯直機(jī)是中板生產(chǎn)線上的一臺重要設(shè)備，用來矯直軋后鋼板經(jīng)水冷的鋼板，使其平直度和瓢曲度達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)或用戶要求。熱矯直機(jī)由機(jī)架、傳動、壓下裝置、輥系、液壓、潤滑、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)重供大于求和市場競爭日益激烈的局面下，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)?，快速松卡裝置，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)是由二臺電機(jī)、抱閘、四對蝸輪付、四對壓下螺絲付、液壓推動的齒型離合器以及指示器針盤和數(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)開口度調(diào)整和前后傾動，以達(dá)到所要求的開口度，并通過指針盤和編碼器裝置指示矯直輥的開口度大小。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，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?？焖偎煽ㄑb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發(fā)。

3.2 對設(shè)備的破壞極大

實(shí)際輥縫不在一個(gè)面時(shí)，在矯直過程中，上輥?zhàn)鶎泻艽蟮奶鴦?，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，壓下絲桿處無壓頭或壓力傳感器，無法實(shí)現(xiàn)通過壓力顯示值標(biāo)定，只能通過人工塞尺法標(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)、傳動側(cè)，出口操作側(cè)、傳動側(cè)的四點(diǎn)距離差值尺寸→通過離合器脫開、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)、傳動側(cè)，出口操作側(cè)、傳動側(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)值寫入和壓下指針盤的調(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；②上矯直輥雖通過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人工塞尺檢測需要趴在機(jī)前機(jī)后輥道上進(jìn)行，由于輥道受過高溫洪烤，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，耗時(shí)較長（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)定問題一直以來是中板設(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，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，結(jié)構(gòu)簡單，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，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，通過壓頭檢測等壓力值來標(biāo)定。本方案的優(yōu)點(diǎn)：該方法很多中板廠采用過，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)?，位移傳感器檢測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6萬元），結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，且無須停產(chǎn)安裝。缺點(diǎn)：國內(nèi)無借鑒的改造，需要完全自主開發(fā)。

經(jīng)比較分析，方案三投資少，與其他的改造無任何干涉，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，線性測量，絕對輸出，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，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時(shí)，檢測數(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)定畫面的設(shè)立

矯直機(jī)輥縫標(biāo)定畫面的設(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中的測量。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→通過離合器脫開、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)值寫入設(shè)定和壓下指針盤讀數(shù)的寫入（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?，輥系間所有的輥?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)值將會有變化，通過平衡缸的作用，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)未來研究的方向

矯直機(jī)輥縫標(biāo)定技術(shù)未來研究的方向?yàn)樵O(shè)計(jì)改造壓下離合器，通過優(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47.32萬元，年可直接可節(jié)約備件輔材成本約47.32×2=94.64萬元。

參考文獻(xiàn)：

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