中板十一輥熱矯直機輥縫標定技術的研究與應用

廖新勇

摘 要：針對福建三鋼中板廠的十一輥熱矯直機輥縫標定工藝存在的問題，結合生產實際，通過認真分析查找原因，對熱矯直機輥縫標定裝置與工藝有關問題，以最小的投資進行改進和優化。改進后輥縫標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量，降低了工人的勞動強度，減少了備件的消耗，提高了經濟效益。

關鍵詞：熱矯直機；輥縫；標定

中圖分類號：TG333 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）24-0003-03

1 概 述

熱矯直機是中板生產線上的一臺重要設備，用來矯直軋后鋼板經水冷的鋼板，使其平直度和瓢曲度達到國家標準或用戶要求。熱矯直機由機架、傳動、壓下裝置、輥系、液壓、潤滑、電氣等系統組成。這些系統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定直接關系著鋼板的矯直質量及輥系備件的使用壽命。由于設計上的不足和維護的不周全等原因，輥縫標定經常不準確且標定耗時較多，導致輥系故障頻發，嚴重影響了正常生產。在鋼鐵行業嚴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、如何降低設備維護成本是鋼鐵行業設備維護的主題，福建三鋼中板廠的十一輥熱矯直機的輥縫標定技術研究與應用在此背景下產生。

2 矯直機本體結構及輥縫標定簡介

矯直機本體由以下幾部分組成：機架，壓下機構，平衡裝置，上受力架裝置，矯直輥系（上、下輥座），快速松卡裝置，液壓卡緊裝置等部分組成，如圖1所示。機架的結構為焊接組合予緊式。壓下機構是由二臺電機、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顯裝置等組成，如圖2所示。壓下機構的作用是使上排矯直輥實現開口度調整和前后傾動，以達到所要求的開口度，并通過指針盤和編碼器裝置指示矯直輥的開口度大小。平衡裝置是由四個液壓平衡缸和四個液壓缸支架組成。它能保證上輥座裝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，以免鋼板進入矯直機時發生沖擊。矯直輥系由上、下輥座組成，矯直輥共計十一根，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座裝置之間，從而消除其間隙，并將其聯為一體。

矯直機輥縫的標定是指上下輥座間輥面豎直方向上的開口度（輥縫）設定和邊輥零位的設定，其數值由壓下裝置的兩個編碼器和邊輥升降裝置的兩個編碼器分別讀出，在PC機上顯示出入口的壓下輥縫及邊輥位置的數值。輥系在使用一段時間后，矯直輥、支撐輥出現不同程度的磨損，輥縫實際數值將發生變化，PC機上顯示的數值就需要校核和設定。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，也需要重新標定。

3 輥縫標定的誤差產生的后果

3.1 嚴重影響矯直工藝參數的設定

給生產操作帶來很大的困難，所矯直鋼板的平直度極其不穩定，嚴重制約著板材新品種的開發。

3.2 對設備的破壞極大

實際輥縫不在一個面時，在矯直過程中，上輥座將會有很大的跳動，在矯直輥面產生震紋，如圖3所示，這些震紋將批量印在矯直鋼板上。輥縫標定的誤差將加劇了支撐輥軸承的受力不勻，導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耗力（需要一個班組一個月的時間）。

4 輥縫標定的原工藝分析

由于原設計的先天不足，壓下絲桿處無壓頭或壓力傳感器，無法實現通過壓力顯示值標定，只能通過人工塞尺法標定：標定尺從輥道進入輥系→壓下初試（上輥面靠近標定尺）→人工塞尺→人工計算入口操作側、傳動側，出口操作側、傳動側的四點距離差值尺寸→通過離合器脫開、嚙合及壓下的上升和下降單獨調整壓下絲桿實現入口操作側、傳動側，出口操作側、傳動側四點人工塞尺數值一致→計算標定尺和塞尺總高度→壓下編碼器數值寫入和壓下指針盤的調整→邊輥人工塞尺及邊輥0位的標定→標定尺從輥系移出標定尺從輥系中移出。

輥縫標定存在問題分析：①上受力架受力點為8個（壓下絲桿正壓力，平衡缸的拉力），按3點成一面原理，第4點將對上受力架平面產生干涉，始終有一壓下絲桿下的球面墊和快速松卡缸產生間隙，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，致使標定數值變小。③人工塞尺檢測需要趴在機前機后輥道上進行，由于輥道受過高溫洪烤，溫度較高，檢修人員的作業環境較差，效率較低，其且塞尺的準確度受檢修人員情緒所影響。④該工藝由于需要人工逐點多次檢測，耗時較長（30～40 min）。

5 矯直機輥縫標定系統改造方案確立

矯直機輥縫的標定問題一直以來是中板設備管理人員的一塊“心病”，2012年成立矯直機攻關組以來，首要的任務就是矯直機輥縫標定的攻關，經討論，有如下方案：

方案一：改壓下系統電動壓下為液壓壓下，在液壓缸上加裝內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實現輥縫標定。本方案的優點為矯直機壓下全面升級，結構簡單，壓下升降快捷，輥縫標定準確。缺點：改造較為復雜，不僅需要機架結構、液壓缸、液壓泵站做很大的變動，還需要增加伺服系統和控制系統，投資大（經估算約800萬元），且該改造涉及較多，安裝須停產8天左右時間。

方案二：在上受力架和快速松卡缸之間加裝4個壓頭，通過壓頭檢測等壓力值來標定。本方案的優點：該方法很多中板廠采用過，很多參數和程序可借鑒。缺點：壓頭設備較為昂貴（1個壓頭約20萬元），維護成本較高；由于壓頭有一定的厚度，該改造需要將所有快速松卡缸進行減薄加工，最后矯直機的最大開口度將減小20 mm，安裝須停產2 d左右時間。

方案三：設計、制作外置式位移傳感器滑座和標定板，分別安裝在矯直機的4個立柱上，采購安裝4個外置式位移傳感器，如圖6所示，利用上受力架及上輥座的自重（約60 t），使上輥座壓緊位于下輥座上的標定板，再讀取4個外置式位移傳感器數值進行初始標定。再利用原有的平衡裝置，平衡上受力架及上輥座后，位移傳感器檢測4個壓下絲桿的位置，再調平標定。本方案的優點：改造費用較少（投資約6萬元），結構簡單，安裝方便，且無須停產安裝。缺點：國內無借鑒的改造，需要完全自主開發。

經比較分析，方案三投資少，與其他的改造無任何干涉，可實施性較強。鑒于當前的鋼鐵行業經濟形式，設備的改造投資逐步減少，經研究決定采用方案三，自行設計開發。

6 矯直機輥縫標定技術改造

6.1 外置式位移傳感器的選型

根據PC接口和供電方式，選用標準Profibus-DP信號輸出的位移傳感器，為了便于安裝和維護選擇RP鋁型材導軌式傳感器，鑒于矯直機開口度為-20～250 mm，選擇有效行程

300 mm傳感器，該傳感器堅固耐用，線性測量，絕對輸出，易于診斷穩定可靠，高分辨率，最高可達5 μm，重復精度達0.002%。

6.2 位移傳感器滑座的設計和安裝

位移傳感器滑座由導桿、滑套、滑桿、底座、連接板、保護罩、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是焊在矯直機的壓下蝸輪箱上，底座是通過螺釘固定在連接板上，傳感器外殼固定在底座，傳感器的磁環固定在滑套上，設有2根導桿固定在底座上，磁環、滑套、滑桿可沿導桿方向自由滑動，滑桿端部裝一球頭，碰板在安裝時焊接在矯直機上受力架上，球頭的作用是保證上受力架傾動時，檢測數據的準確。為了安裝維護方便，將位移傳感器滑座安裝在矯直機壓下蝸輪箱內側，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 矯直機輥縫標定畫面的設立

矯直機輥縫標定畫面的設立，如圖8所示，大致按位移傳感器安裝平面布置圖設定，其中當前值為位移傳感器和壓下2個編碼器的檢測值，設定值為人工干預的標定值。標定最后要求1#、2#、3#、4#位移傳感器當前值與入、出口壓下的編碼器完全一致，入、出口邊輥編碼器當前值為“0”。

6.4 標定板的設計和加工

輥縫的標定中標定板非常關鍵，不僅要求有一定的平面度和平行度，更要有一定的強度和硬度（需承受60 t的壓力），還需要方便吊裝和對中的測量。其材質選用耐磨板，結構，如圖9所示。

6.5 輥縫標定工藝流程的確立

標定板從輥道進入輥系（要求目測位置大致中心）→上輥座下壓靠近標定板（不可壓到）→進入標定畫面點擊平衡缸下降，使上輥座自由坐落在標定板上→設定1#、2#、3#、4#位移傳感器數值與標定板厚度一致→平衡缸平衡讀取1#、2#、3#、4#位移傳感器當前值→調整入、出口壓下使3#、4#位移傳感器當前值完全一致→通過離合器脫開、嚙合及壓下的上升和下降單獨調整1#、2#壓下絲桿實現1#和3#、2#和4#位移傳感器當前值一致→離合器嚙合后，調整入、出口壓下，使1#、2#、3#、4#位移傳感器當前值完全一致→編碼器數值寫入設定和壓下指針盤讀數的寫入（與1#、2#、3#、4#位移傳感器當前值一致）→平衡缸下降→使上輥座再次坐落在標定板上→注意1#、2#、3#、4#位移傳感器當前值，單獨緩慢上升入、出口邊輥，待位移傳感器當前值剛有變化時，標定入、出口邊輥為“0”位→平衡缸平衡，壓下上升→標定板從輥系移出（輥縫標定完成）。

該工藝靠位移傳感器數值讀取上受力架位置，上受力架和上輥座由于重力作用，輥系間所有的輥子間隙得到消除，且位移傳感器精度很高，每個壓下絲桿的上升和壓下移傳感器數值將會有變化，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，該方法標定后輥縫開口度較為準確，精度可達0.1 mm，使輥系受力更均衡。

6.6 矯直機輥縫標定技術未來研究的方向

矯直機輥縫標定技術未來研究的方向為設計改造壓下離合器，通過優化控制程序，最終實現“一鍵式”輥縫的標定。

7 取得的成效

福建三鋼中板廠的十一輥熱矯直機輥縫標定技術的改造于2012年1月完成并投入使用。改造后輥縫標定時間由原來的30～40 min縮短到5～10 min，同時標定的精度大副提升，穩定了矯直工藝參數，可使矯直操作按標準化流程進行，矯直的鋼板平直度和表面質量得到很大的提高。

同時，矯直機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子和軸承及密封，要耗費備件輔材成本約47.32萬元，年可直接可節約備件輔材成本約47.32×2=94.64萬元。

參考文獻：

[1] 張輝.濟鋼中厚板廠3000T熱矯直機輥縫調整系統研究[J].中國科技博 覽，2011，（8）：91-92.