青島特鋼高線夾送輥升級改造

劉光明，張叢春，陳 浩，馮 磊

（青島特殊鋼鐵有限公司線材事業部，山東青島 266043）

0 引言

高速線材廠的夾送輥有3種操作模式：①只夾尾部。一般只用于生產小規格產品，可以控制尾部吐圈的大??；②夾頭夾尾。在生產冷卻要求中等的產品時使用，例如，軸承鋼（吐絲溫度＜750℃）。③全程夾送。生產冷卻要求非常大的產品時使用，例如，HYQST（吐絲溫度＜680℃）。在軋制小規格產品時，尾部速度將會增加，導致尾部尺寸控制較差；在軋制大規格產品時，尾部速度將會減小，導致尾部吐圈較小，可能引起吐絲機堆鋼。設置夾送輥的目的是使軋件在整個軋制過程中維持一個相對于吐絲機的恒定速度。

目前青島特鋼有限公司2#和3#高線吐絲機前夾送輥使用達涅利公司設計的氣動控制夾送輥，對軋件線速度進行尾部降速或者升速。該系統采用記憶中的測量速度加上一個設定的低超前速度（或降速）對軋件線速度進行干預，但實際生產過程中軋件速度受鋼種、鋼溫、張力等多種因素干擾，實際線速度為變化值，造成參照值與實際值差別較大。實際控制過程中無法精確地對線材尾部進行降速或升速，導致吐絲機吐圈尾部出現甩后尾、后尾堆厚堆鋼現象。為此，需要操作人員以人工方式對后尾進行整理，且甩出后尾部分及堆厚部分必須剪除，降低了成材率。

1 問題

（1）甩尾安全隱患。因2#、3#線的軋線速度為112m/s，夾送輥夾送不可靠，線材尾部從吐絲管吐出時和高速旋轉的吐絲盤面或吐絲盤防護罩相碰，后尾甩出后經常出現打蝴蝶結，嚴重時出現后尾打斷甩出（圖1），存在一定的安全隱患。

圖1 后尾線圈紊亂

（2）后尾堆厚、堆鋼。在軋制小規格線材時為了縮小最后幾圈的圈徑，避免集卷筒內線材尾部出現纏繞,以便于集卷，需要夾送輥給線材降速，降低尾部離開吐絲機后圈形失去控制的傾向，同時保證圈形良好。具體控制方式：當線材尾部進入模塊時，夾送輥的轉速就變為記憶中的測量速度加上一個設定的低超前速度，輕微的超速是為了補償線材尾部通過模塊后的速度輕微增加。當尾部出模塊后，速度參考變為記憶中的測量速度加上一個低的降速值，在尾部條件下形成良好的回路。因實際控制過程中無法精確對線材尾部進行降速或升速，且由氣缸控制的夾持力難以精確調節（夾送輥的正常夾持氣壓為0.2MPa左右，尾部高壓夾持氣壓為0.4MPa左右），調節不當極易出現后尾堆厚或者堆鋼事故。后尾堆厚將對線材性能產生不利影響，必須要剪除，致使成材率降低。

2 改造實施

（1）將原有的控制夾持力的氣缸換成新的帶位移傳感器可調力矩的液壓缸，拆除原有氣缸后，將液壓缸先與底座相連，如圖2所示。在拉桿上安裝鎖緊螺母，將鎖緊螺母與拉桿軸肩的距離調整為66mm，然后將液壓缸與拉桿鎖定。自動調節夾送線材過程中的輥環之間的間隙，在整個軋制周期內系統將始終保持最佳的輥縫和壓力，避免了夾送輥打滑和過度磨損，進而增加了輥環使用壽命，即使在高速軋制時也不會對線材產品表面質量造成影響（如劃傷及圓度）。同時得益于輥縫和夾持力的動態調整，使夾送輥在高速運轉時的振動極低。

圖2 液壓缸安裝示意圖

（2）安裝新的“間隙補償組件”。當調節桿各鉸鏈關節處有磨損產生間隙后，可由此間隙補償組件進行補償，使夾送輥的夾持力能達到精確控制。輥環拆下后，手動將夾送輥間距調至最大，拆除鉸鏈上定位銷，手動將夾送輥間距調至最小，拆除下定位銷。取出鉸鏈及原調節裝置，先將新的間隙補償件套筒安裝到夾送輥上，然后將間隙補償裝置安裝到套筒上，并注意調整補償件內彈簧的預緊力到合適的值，如圖3和圖4所示。

圖3 間隙補償組件安裝示意圖

圖4 間隙補償組件三維示意圖

（3）安裝新的EHA液壓裝置。先在夾送輥上焊接3個液壓單元支撐塊，然后將集成板安裝到支撐塊上，并將閥塊與液壓缸相連，如圖5所示。該系統采用為航空航天工業開發的EHA電液作動系統，提供最佳的液壓動力性能。它是由一個無刷伺服電機，連接到帶有小蓄能器的液壓泵組成。無需外部電路、油箱或伺服閥。液壓系統首次填充HLP68液壓油，先排除加油軟管中的氣泡（最低位置排油15s），再排除液壓缸中的氣泡，分別打開液壓缸頂部、底部放氣閥，點動模式下將夾送輥輥軸間距調至最小，等幾分鐘后重復操作，直至排盡空氣。加壓使回路壓力保證在工作狀態4.5MPa＜P≤5MPa，非工作狀態4MPa≤P＜4.5MPa。

圖5 液壓裝置示意圖

3 電氣部分

（1）安裝新的變頻柜。在電氣柜里安裝新的CPU和新的驅動卡。系統配有獨立的配電盤,也安裝在電氣柜里，安裝新的1級動態夾送輥控制軟件以實現閉環控制管理，夾送輥控制程序添加在原Siemens S7-416 PLC中，合并成一套PLC軟件、硬件系統，如圖6所示。

圖6 夾送輥程序畫面

（2）按照布局安裝Q-box，安裝位置保證距夾送輥距離為5～10m，將Q-box接線單元與液壓單元相連。

（3）新的夾送輥工藝參數監控、設定的上位機軟件與原OWS、WINCC畫面整合，提供新的IBA或PDA過程數據采集分析軟件，采樣周期小于1ms，同時采集2048個模擬量和數字量信號，能進行在線監測、數據存儲、離線分析等功能。

（4）控制方式為軋件后尾進入精軋機開始輕夾，軋件后尾進入雙模塊開始重夾，開始夾送時間可通過手動輸入距離值進行微調。夾送輥超前系數、夾送輥扭矩、夾送長度在程序中設計設定值與實際值匹配曲線。

（5）夾送輥速度配比。夾送輥以成品速度為基準，設定合理的超前系數（0～2%）。夾送輥夾持長度設定：以精軋機至減定徑距離為參數，后尾離開精軋機，設定高壓夾持的長度（0～100%）。夾送輥扭矩設定：使設定扭矩與工作扭矩相吻合，如圖7所示。

圖7 夾送輥參數設定

（6）保證成品后尾的尺寸及張力的穩定，2#臺崗位人員每小時將軋件后尾在精軋機的張力值通知值班長及時進行調整。

4 編碼器位置標定及調試

（1）手動將夾送輥中心距調整至最大位置，使用游標卡尺測量為330±0.25mm，保持這個位置，并在程序內通過HMI進行記憶（圖8和圖9）。

圖8 中心距測量

圖9 距離標定

（2）手動將夾送輥中心距調整至最小位置，使用游標卡尺測量為300±0.25mm，保持這個位置，并在程序內通過HMI進行記憶。

（3）在點動模式下測試中心距是否能達到以上記憶的最大、最小中心距，并在電腦內顯示正確。

（4）裝上一對夾送輥輥環，手動讓夾送輥關閉，直到上下輥環外圓接觸，保持接觸，如圖10所示；檢查電腦顯示的距離是否等于安裝輥環的直徑，如圖11所示。

圖10 夾送輥關閉

圖11 電腦顯示數值

（5）在點動模式下手動使上下輥環接觸，檢查液壓伺服系統的泵轉速（圖12）及系統壓力（圖13）是否在范圍內。

圖12 泵轉速

圖13 系統壓力

（6）確保調節裝置的螺母鎖緊的情況下，通過控制盤點動使上下輥環接觸，然后檢查輥環和出入口導衛是否干涉。

5 結論

改造后后尾甩尾及堆厚得到了解決，產生實際經濟效益。改造后每一卷線材剪后尾的數量是25～30圈，1圈重量為0.66kg，30圈重量為19.8kg，比改造前少剪掉的5～10圈作為合格產品出售。剪切的后尾只能作為廢鋼出售，廢鋼噸售價1800元；節省的圈數增加了產量，噸售價4000元。一支鋼最終盈利額（以最低5圈計算）=30圈后尾廢鋼價+5圈正品價-35圈廢鋼價=0.0198×1800+0.0033×4000-0.0231×1800=7.26元，兩條線日產量1240支，日盈利0.9002萬元，則年創造效益328.573萬元。