聶海雄

(太原重工股份有限公司，山西 太原 030024)

0 前言

1200 mm七輥全液壓矯直機(jī)布置在不銹鋼中厚帶鋼粗軋機(jī)輸出輥道下游，感應(yīng)加熱爐前，用于矯直需要感應(yīng)加熱的鋼板，使鋼板整體不平度滿足生產(chǎn)工藝要求。具體的流程為:經(jīng)粗軋完成后的中間坯→粗軋機(jī)輸出輥道→矯直機(jī)前熱檢2→矯直機(jī)從等待速度加速到矯直速度→矯直機(jī)前熱檢1→矯直機(jī)入口壓輥壓下(以方便中間坯進(jìn)入)→矯直機(jī)矯直→感應(yīng)加熱爐。本設(shè)備性能滿足厚度25～35 mm、最大寬度1050 mm、溫度1050℃的不銹鋼板預(yù)矯直，提高板材的平直度，消除內(nèi)應(yīng)力，要求達(dá)到矯直前鋼板整體不平度小于10 mm。

1 設(shè)備結(jié)構(gòu)及用途

本設(shè)備主要由主傳動(dòng)系統(tǒng)、本體部分、換輥裝置組成。

1.1 主傳動(dòng)系統(tǒng)

主傳動(dòng)部分由主電機(jī)、聯(lián)合齒輪機(jī)座及萬向接軸等組成。由兩臺(tái)主電機(jī)通過聯(lián)軸器→聯(lián)合齒輪機(jī)座→萬向接軸→工作輥裝置，使設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)行，萬向接軸選用十字軸式萬向聯(lián)軸器，具有傳動(dòng)力矩大、傳動(dòng)平穩(wěn)、維護(hù)量小的特點(diǎn)。

1.2 本體部分

本體部分由機(jī)架裝配、壓下裝置、上下工作輥裝置，入口壓輥裝置等組成。

1.2.1 機(jī)架裝配

機(jī)架裝配為左右機(jī)架、上橫梁和下橫梁組成框架，具有足夠的強(qiáng)度和剛度，矯直力通過橫梁作用在機(jī)架上。在機(jī)架的前后設(shè)有立式導(dǎo)料板裝置，防止鋼板在矯直過程中對(duì)機(jī)架內(nèi)側(cè)的劃傷。

1.2.2 壓下裝置

壓下裝置用來實(shí)現(xiàn)上工作輥升降，調(diào)整矯直機(jī)輥縫。由AGC液壓缸驅(qū)動(dòng)上工作輥軸承座升降，通過AGC缸內(nèi)置高精度位移傳感器顯示，以上、下工作輥公切線時(shí)為零，向上為正，向下為負(fù)，達(dá)到調(diào)整矯直機(jī)輥縫的目的;同時(shí)還可根據(jù)不同的板形實(shí)現(xiàn)前后、左右的微調(diào)，以達(dá)到調(diào)整工作輥上部輥系傾斜要求，在機(jī)架與工作輥軸承座之間裝有平衡液壓缸，平衡上工作輥的重量。

1.2.3 上、下工作輥裝置

上、下工作輥裝置是進(jìn)行板材矯直的主要部件，上下工作輥交錯(cuò)排列(上排三根，下排四根)。輥面具有硬度高、耐磨性好等特點(diǎn)，并且加工精度和表面光潔度高，提高了被矯鋼板的表面質(zhì)量。軸承采用重型雙列圓錐滾子軸承，采用干油潤(rùn)滑，上排工作輥軸承座與壓下AGC液壓缸連接，其兩端與機(jī)架窗口接觸，沿機(jī)架窗口上下移動(dòng)。下工作輥軸承座固定在機(jī)架窗口底面上。

上、下矯直輥采用中空通冷卻水冷卻(內(nèi)冷方式)型式，矯直輥非傳動(dòng)側(cè)安裝有旋轉(zhuǎn)接頭實(shí)現(xiàn)冷卻水進(jìn)出。

1.2.4 入口壓輥裝置

為了保證來料翹頭的鋼板能順利進(jìn)入矯直機(jī)，在設(shè)備入口設(shè)置了大直徑的上部導(dǎo)向輥裝置，滿足在線鋼板的咬入條件，采用液壓驅(qū)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)上下調(diào)整。

1.3 換輥部分

為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備在線的下工作輥裝置更換，矯直機(jī)帶有換輥裝置。包括接軸托架和換輥軌道。接軸托架用來換輥時(shí)支承與矯直輥脫離的萬向接軸;換輥軌道包括機(jī)內(nèi)軌道及機(jī)外軌道上下工作輥裝置，機(jī)外軌道為可移動(dòng)式，輥系更換后可將其吊離矯直機(jī)。

2 矯直機(jī)輔助機(jī)構(gòu)

(1)立式導(dǎo)料輥。為了更好的矯直不銹鋼板材，在矯直機(jī)前傳動(dòng)輥道之間設(shè)置4組立式導(dǎo)料輥裝置，作用是防止板坯進(jìn)入矯直機(jī)時(shí)跑偏。

(2)夾送輥裝置。在感應(yīng)加熱爐前后設(shè)置2組夾送輥裝置，保證板坯在進(jìn)入感應(yīng)加熱爐和飛剪時(shí)鋼板頭部不會(huì)產(chǎn)生上下跳動(dòng)。下輥主動(dòng)，上輥被動(dòng)，上輥的上下位置由手動(dòng)調(diào)整。下輥傳動(dòng)電機(jī)與輥道電機(jī)相同。

(3)感應(yīng)加熱爐間傳動(dòng)輥道。8組感應(yīng)加熱爐間共有前后10組不銹鋼輥道，輥道間距1 300 mm，傳動(dòng)電機(jī)與輥道電機(jī)相同，不銹鋼輥道為中空冷卻，端部設(shè)置旋轉(zhuǎn)接頭實(shí)現(xiàn)冷卻水進(jìn)出。

3 1200 mm七輥帶鋼全液壓矯直機(jī)組平面布置及工藝參數(shù)

(1)1200 mm七輥帶鋼全液壓矯直機(jī)平面布置如圖1所示。

圖1 1200 mm七輥帶鋼全液壓矯直機(jī)組平面布置圖Fig.1 Plane arrangement chart of 1 200 mm seven-roll full hydraulic straightener for strip steel

(2)主要技術(shù)工藝參數(shù)

矯直板材厚度/mm 25～35

矯直板材寬度/mm 500～1050

矯直板材熱態(tài)屈服強(qiáng)度/MPa 300

矯直溫度/℃ 1050

矯直板材材料 不銹鋼

矯直速度/m/s(最大) 2

最大矯直力/kN 8000

工作方式 鋼板以單向矯直為主，具備可逆矯直功能

壓下方式 液壓整體上下(左右)調(diào)整

工作輥 輥徑/mm Ф360

輥距/mm 400

輥身長(zhǎng)/mm 1200

輥數(shù)/個(gè) 7(上3下4)

矯直輥輥面相對(duì)標(biāo)高/mm +820

矯直輥傳動(dòng)方式 集中傳動(dòng)

傳動(dòng)裝置 電機(jī)通過聯(lián)合齒輪機(jī)座帶動(dòng)萬向接軸傳動(dòng)

主電機(jī)功率/kW 2×160

轉(zhuǎn)速/r min－11000

矯直速度/ms－11(工作速度)，最大2(可調(diào))

工作輥冷卻方式 內(nèi)部通水冷卻

4 采用的新技術(shù)

4.1 壓下控制

壓下裝置由四臺(tái)液壓伺服閥驅(qū)動(dòng)4個(gè)AGC壓下缸使上輥系實(shí)現(xiàn)上下移動(dòng)，調(diào)整開口度以滿足矯直工藝壓下規(guī)程的要求。在壓下缸內(nèi)部安裝有MTS位移傳感器，用以檢測(cè)壓下缸的行程和輥?zhàn)娱_口度大小，通過PLC控制實(shí)現(xiàn)輥縫的閉環(huán)控制，為滿足矯直工藝要求，全液壓矯直機(jī)要求具備從恒輥縫到恒壓力的控制。壓下的輥縫控制為自動(dòng)化控制方式。

在自動(dòng)化控制方式下，操作工通過HMI(人機(jī)界面)對(duì)壓下的平均輥縫、傾動(dòng)量以及調(diào)楔量進(jìn)行設(shè)定，設(shè)定完成后，點(diǎn)擊畫面的定位請(qǐng)求按鈕，在調(diào)楔量設(shè)定不為0的情況下，系統(tǒng)先進(jìn)行自動(dòng)調(diào)平再進(jìn)行平均輥縫的定位，在定位過程中，“定位請(qǐng)求”按鈕背景顯示綠色，定位完成后，畫面顯示“定位完成”，同時(shí)“定位請(qǐng)求”按鈕背景恢復(fù)成灰色。

自動(dòng)方式下輥縫定位是采用的APC定位控制算法，APC控制算法的原則是目標(biāo)值與實(shí)際值偏差越大給定輸出越大，離目標(biāo)值越近給定輸出越小，輥縫的準(zhǔn)確定位如圖2所示。

圖2 壓下控制平面圖Fig.2 Diagram of press-down control

4.2 入口壓翹頭裝置

在板帶熱軋過程中，由于在板帶厚度方向上溫度分布不均勻以及變形不均勻，導(dǎo)致軋制過程中板帶頭部產(chǎn)生翹扣頭。翹扣頭會(huì)給操作帶來麻煩，給生產(chǎn)帶來許多不利影響，例如:板帶頭部下翹(下扣)時(shí)，可能會(huì)撞壞下出口導(dǎo)衛(wèi)，有時(shí)還會(huì)鉆入矯直機(jī)下工作輥間隙導(dǎo)致停產(chǎn)，甚至引燃地面或地溝表面的油污;而上翹卻會(huì)給導(dǎo)衛(wèi)裝置的安裝和使用帶來麻煩。頭部翹扣頭嚴(yán)重時(shí)，不僅造成矯直機(jī)咬入和導(dǎo)位調(diào)整困難，甚至可能引起卡鋼、纏輥等嚴(yán)重事故，從而影響矯直機(jī)作業(yè)率及產(chǎn)量。此外，頭部翹扣頭也影響產(chǎn)品質(zhì)量，增加切頭損失

為了更好的實(shí)現(xiàn)來料翹頭的壓下，在設(shè)備入口處設(shè)置大直徑的上部導(dǎo)向輥裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、機(jī)體占據(jù)空間小，由兩個(gè)液壓缸帶動(dòng)導(dǎo)向輥的上下運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)向輥轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，并與機(jī)架成一定的角度，方便板材的咬入，通過在線熱檢裝置和液壓控制系統(tǒng)的配合，能及時(shí)壓平帶鋼軋制中產(chǎn)生的翹頭。壓翹頭裝置如圖3所示。

圖3 入口壓翹頭裝置Fig.3 Device for pressing the warped head

4.3 可移動(dòng)式快速換輥裝置

為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備在線工作輥裝置更換，矯直機(jī)設(shè)置可移動(dòng)式快速換輥裝置，包括接軸托架和快速換輥裝置。接軸托架用來換輥時(shí)支承與矯直輥脫離的萬向接軸;快速換輥裝置由輥系升降裝置、機(jī)內(nèi)導(dǎo)軌裝置及機(jī)外電機(jī)拖動(dòng)裝置組成，輥系升降裝置安裝在機(jī)架的下部，機(jī)內(nèi)導(dǎo)軌裝置安裝在機(jī)架的兩側(cè)，機(jī)外電機(jī)拖動(dòng)裝置安裝在機(jī)架的操作側(cè)，通過連接桿與七輥輥系裝置的軸承座連接。

4.4 無支承輥結(jié)構(gòu)

因?yàn)榇顺C直機(jī)矯直力比較小，總矯直力小于800 MN，故采用七輥無支承輥的輥系布置方式，這樣既可以滿足矯直工藝要求，也使輥數(shù)減少，上、下矯直輥采用中空通冷卻水冷卻(內(nèi)冷方式)，冷卻及潤(rùn)滑效果得到了很大的改善。冷卻裝置如圖4所示。

圖4 輥系布置及冷卻裝置Fig.4 Rollers arrangement and cooling system

5 結(jié)束語

現(xiàn)有板帶材熱矯直機(jī)，一般為九輥或十一輥，且多為機(jī)械壓下控制。由于輥數(shù)較多，軋制完成后的鋼板溫度較低，矯直力過大。帶材具有翹頭的缺陷，嚴(yán)重影響板帶材的矯直質(zhì)量。制約了不銹鋼板帶材生產(chǎn)工藝的進(jìn)步，制約了產(chǎn)品成材率的提高。

1200 mm七輥帶鋼全液壓矯直機(jī)組能夠很好的解決板坯翹頭問題和提高軋后不銹鋼帶材的平直度，為下一道工序提供工藝準(zhǔn)備。

［1］ 黎景全．軋制工藝參數(shù)測(cè)試技術(shù)［M］．北京:冶金工藝出版社，2006:74－78．

［2］ 劉鴻文．材料力學(xué)［M］．北京:高等教育出版社，2005:79－87．

［3］ 黃雨華，徐有忠，楊會(huì)林．輥式矯直機(jī)的矯直變形理論新探［J］．重型機(jī)械，1999(6):28－30．

［4］ 崔甫．矯直原理與矯直機(jī)械［M］．冶金工業(yè)出版社，2002:161－187．

［5］ 黃慶學(xué)．軋鋼機(jī)械設(shè)計(jì)［M］．北京:冶金工業(yè)出版社，2007．

［6］ 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)．中國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)大典［M］．江西:江西科學(xué)技術(shù)出版社，2002．

［7］ 冶金工業(yè)部武漢鋼鐵設(shè)計(jì)研究院．板帶車間機(jī)械設(shè)備［M］．北京:冶金工業(yè)出版社，1984．

［8］ 黃慶學(xué)，梁愛生．鋼鐵生產(chǎn)新技術(shù)講座［M］．太原:太原科技大學(xué)，2004．