·設(shè)備改造·

1450熱軋熱卷箱無芯移送系統(tǒng)改造

陳春

(四川機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系, 四川 攀枝花 617000)

摘要：某鋼廠1450熱軋機(jī)原采用有芯移送式熱卷箱，由于產(chǎn)品升級(jí)的需要，企業(yè)對(duì)熱卷箱進(jìn)行了無芯移送改造，本文介紹了新型雙站無芯移送式熱卷箱原理，設(shè)備本體設(shè)計(jì)特點(diǎn)，設(shè)備組成，液壓系統(tǒng)。改造后的鋼卷最大重量由9 t增加到23 t。

關(guān)鍵詞：熱卷箱；鋼卷；無芯移送；改造

中圖分類號(hào)：TG333文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

收稿日期：2015-03-25；修訂日期：2015-07-11

作者簡介：陳春(1969-)，男，安徽含山縣人，機(jī)械工程教授，工程碩士，主要從事CAD/CAM及機(jī)械專業(yè)課教學(xué)工作。

Renovation of coreless transmission system for 1450 hot roll coil box

CHEN Chun

(Dept. of Mechanical engineering， Sichuan electromechanical institute of vocation and

technology， Panzhihua 617000,China)

Abstract：Original core transfer type1450 hot roll coil box in A steel mill is renovated to no core transmission. This paper states principles of new dual-no core transmission hot roll coil box, features and layout of equipment and hydraulic system. The max. height of the coil is up from 9t to 23t.

Keywords：coil box; steel roll; coreless transmission; renovation

0前言

某鋼廠1450熱軋板廠在建設(shè)初期，從國外引進(jìn)了傳統(tǒng)的雙站有芯移送式熱卷箱，安裝在精軋機(jī)入口側(cè)，通過將來自于R2粗軋機(jī)的末道次中間坯進(jìn)行無芯卷取后，反向開卷將中間坯的頭尾顛倒饋入精軋機(jī)進(jìn)行軋制的方式，利用中間坯鋼卷的溫度均勻作用，降低精軋機(jī)軋制負(fù)荷，擴(kuò)展產(chǎn)品品種和規(guī)格范圍。其原理如圖1所示。

圖1　有芯移送熱卷箱示意圖 Fig.1　Schematic of hot roll transmission box with core

自從投產(chǎn)后，經(jīng)過長達(dá)10年的使用，存在著以下缺陷：

(1)單位卷重小，最大卷重為9t，生產(chǎn)現(xiàn)的年設(shè)計(jì)能力只有100萬t，難以形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益；

(2)彎曲輥與成型輥結(jié)構(gòu)存在設(shè)計(jì)缺陷，為確保良好中間坯鋼卷卷形，最高穿帶速度必須低于2.5 m/s，限制了產(chǎn)量；

(3)中間坯鋼卷從卷取站通過內(nèi)部水冷的移送臂移送到開卷站，中間坯鋼卷內(nèi)圈溫降大，致使帶鋼尾部厚度調(diào)整量大；

(4)夾送輥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在缺陷，熱態(tài)矯直能力低，進(jìn)入精軋機(jī)的中間坯有嚴(yán)重不規(guī)則的浪形，經(jīng)過精軋機(jī)入口除鱗箱時(shí)，容易在凹處形成積水，局部溫降大，影響產(chǎn)品尺寸精度；

(5)設(shè)備結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低，穩(wěn)定性差，維護(hù)工作量大；

(6)控制系統(tǒng)配置水平低，設(shè)備控制精度較差、控制功能不完善、操作人員操作調(diào)整頻繁，易于產(chǎn)生操作故障。

1改造內(nèi)容

為滿足熱軋產(chǎn)品市場和用戶對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量和品種日益增長的需求，提高該廠熱軋產(chǎn)品的市場競爭力，形成規(guī)模生產(chǎn)效益，該企業(yè)對(duì)其1 450 mm熱連軋生產(chǎn)線實(shí)施第三期擴(kuò)能技術(shù)改造，將原最大卷重9 t增加到23 t，將年生產(chǎn)能力由100萬t提高到242萬t，增加品種和提高產(chǎn)品質(zhì)量以及控軋控冷工藝手段。為此，在雙站有芯移送式熱卷箱研發(fā)的基礎(chǔ)之上，采用先進(jìn)技術(shù)，獨(dú)立自主研發(fā)具有世界先進(jìn)水平的雙站無芯移送式熱卷箱，更換原有的雙站有芯移送式熱卷箱。

根據(jù)該廠1450熱連軋工藝技術(shù)要求，確定了新型雙站無芯移送式熱卷箱的基本工藝方案和功能，詳細(xì)指標(biāo)以及與原雙站有芯移送式熱卷箱的指標(biāo)對(duì)比見表1。

表1　新型無芯移送熱卷箱與原有芯移送熱卷箱技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

主要技術(shù)改造內(nèi)容：

(1)增加卷重，鋼卷重量增加到23 t，單位寬度卷重19.5 kg/mm；

(2)提高卷取和開卷能力，使中間坯厚度增加到45 mm，為精軋機(jī)控軋控冷提供基礎(chǔ)工藝條件；

(3)完善中間坯頭部彎曲成形理論，提高中間坯鋼卷卷取質(zhì)量，使中間坯鋼卷卷取更好，減少對(duì)一號(hào)托卷輥和卷取站設(shè)備的沖擊，提高設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性，提高設(shè)備的投用率和降低設(shè)備維護(hù)成本；

(4)開發(fā)新型一號(hào)托卷輥和二號(hào)托卷輥，實(shí)現(xiàn)中間坯鋼卷主動(dòng)和被動(dòng)無芯移送，消除由于內(nèi)部水冷移送臂對(duì)于中間坯鋼卷內(nèi)圈的冷卻所產(chǎn)生的溫降現(xiàn)象以提高產(chǎn)品質(zhì)量和提高成材率；

(5)在開卷站的操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)增設(shè)隔熱導(dǎo)板，減少由于中間坯鋼卷加大、開放卷時(shí)間增加所帶來的中間坯邊部溫度降過大和鋼卷內(nèi)圈溫度降大的問題；

(6)開發(fā)開尾輥裝置，對(duì)中間坯鋼卷尾部進(jìn)行一次平直，避免呈弧形狀態(tài)的中間坯尾部疊層通過夾送輥裝置，產(chǎn)生事故；

(7)開發(fā)開尾銷裝置，當(dāng)中間坯鋼卷移送到二號(hào)托卷輥后，插入中間坯鋼卷內(nèi)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠放卷開尾；

(8)開發(fā)新型夾送輥裝置，對(duì)放卷過程中的中間坯進(jìn)行熱態(tài)矯直，改善中間坯板形，以及平直呈弧形狀的中間坯尾部；

(9)采用液壓比例驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、高精度的位置控制；

(10)提高熱卷箱設(shè)備控制水平，實(shí)現(xiàn)熱卷箱設(shè)備的智能化控制，減少操作故障。

2創(chuàng)新技術(shù)

2.1設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

經(jīng)過研究，確定了適合于該企業(yè)1450熱連軋和傳統(tǒng)熱連軋生產(chǎn)線工藝要求的雙站無芯移送式熱卷箱的設(shè)備結(jié)構(gòu)，設(shè)備結(jié)構(gòu)原理圖如圖2所示。

圖2　無芯移送熱卷箱結(jié)構(gòu)原理圖 Fig.2　Schematic of hot roll transmission box without core

2.2設(shè)備本體設(shè)計(jì)

熱卷箱本體設(shè)備安裝在切頭剪入口前，可將來自于R2粗軋機(jī)的中間坯進(jìn)行無芯軸卷取，然后再打開，由切頭剪切掉其不良的頭部和尾部，送入精軋機(jī)軋制。同時(shí)，熱卷箱也可工作在直通方式下，即將來自R2粗軋機(jī)的中間坯不經(jīng)卷取而直接送往精軋機(jī)進(jìn)行軋制。熱卷箱本體設(shè)備包括入口導(dǎo)槽與導(dǎo)向輥、上下彎曲輥、彎曲輥輥縫調(diào)節(jié)裝置、成形輥、一號(hào)托卷輥、穩(wěn)定器、開卷臂與插入臂、推卷輥、二號(hào)托卷輥、保溫側(cè)導(dǎo)板、開尾銷、開尾輥和上下夾送輥以及熱卷箱內(nèi)外冷卻水系統(tǒng)。

2.3液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)改造

為了滿足熱卷箱工藝的快速和高精度定位控制的要求，熱卷箱驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中集成了15套液壓驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)，包括一般開關(guān)換向液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2套；比例流量、比例壓力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)12套；比例伺服系統(tǒng)1套。其典型系統(tǒng)如下：

(1)彎曲輥輥縫定位調(diào)整比例伺服驅(qū)動(dòng)回路。上彎曲輥輥縫調(diào)整要求定位精度高、速度快，因此此系統(tǒng)的控制選用了高頻響方向比例伺服閥，由于上彎曲輥采用剛性同步設(shè)計(jì)，因此兩個(gè)液壓缸由一個(gè)閥控制。在液壓缸鎖定后因帶鋼在彎曲過程中對(duì)其的沖擊使液壓缸無桿腔產(chǎn)生溢流和有桿腔的補(bǔ)油由橋式安全回路來完成。彎曲輥輥縫調(diào)整液壓回路如圖3所示。

在工藝上，插入臂具有伸出、縮回、浮動(dòng)、鎖定的功能，在開卷初始階段液壓回路處于比例流量驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)插入臂接觸到鋼卷后，調(diào)整壓力的比例溢流閥處于工作狀態(tài)，使開卷刀緊貼鋼卷表面下降并處于浮動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)開卷刀下降到鋼卷開卷位時(shí)，插入臂液壓缸再次處于鎖定狀態(tài)。開卷插入臂液壓調(diào)整回路如圖4所示。

(2)夾送輥比例流量比例壓力調(diào)節(jié)回路。工藝要求在帶鋼頭部進(jìn)入夾送輥后，夾送輥下降對(duì)帶鋼進(jìn)行夾送，且必須針對(duì)不同的鋼種保持由鋼種要求而調(diào)定的恒定的夾送力；在帶鋼頭部進(jìn)入精軋機(jī)F1軋機(jī)后，夾送輥上抬到設(shè)定高度后定位并鎖定，使夾送輥對(duì)帶鋼進(jìn)行熱態(tài)矯直。液壓缸上抬的動(dòng)作速度調(diào)整由液壓缸上位置傳感器所檢測(cè)的信號(hào)經(jīng)處理后而得出的控制電流大小來調(diào)整。在液壓缸下降時(shí)由單向節(jié)流閥所產(chǎn)生的壓降進(jìn)行負(fù)負(fù)載補(bǔ)償。在液壓缸鎖定后因鋼卷對(duì)其的沖擊使液壓缸無桿腔產(chǎn)生溢流和有桿腔的補(bǔ)油由橋式安全回路來完成。夾送輥液壓驅(qū)動(dòng)回路如圖5所示。

圖3　輥縫調(diào)節(jié)液壓原理圖 Fig.3　Hydraulic schematics of rool gap revise

圖4　插入臂液壓原理 圖5　夾送輥液壓原理圖 Fig.4　Hydraulic schematics of insert arm Fig.5　Hydraulic schematics of pinch rolls

基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)是熱卷箱控制系統(tǒng)的核心，它接收操作臺(tái)和操作員中斷來的操作指令、過程自動(dòng)化系統(tǒng)根據(jù)模型計(jì)算的設(shè)定規(guī)程、以及現(xiàn)場檢測(cè)的軋件信息及設(shè)備信息，按操作人員選擇的運(yùn)行模式，根據(jù)工藝要求完成對(duì)系統(tǒng)中所用設(shè)備進(jìn)行控制，完成對(duì)軋件的生產(chǎn)的處理。

基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)在硬件配置上主要由一套美國通用電氣公司生產(chǎn)的GE 90/70大型PLC系統(tǒng)和人機(jī)接口HMI系統(tǒng)構(gòu)成。整個(gè)控制系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，PLC系統(tǒng)由1個(gè)主站和5個(gè)分布式I/O站組成。

2.4圖形化操作界面設(shè)計(jì)

熱卷箱人機(jī)界面HMI如圖6所示，采用Intouch V7.10設(shè)計(jì)，通訊驅(qū)動(dòng)使用GE Fanuc Host Communications(HCS)，采用Wonderware FactorySuite的組件包Keytrap.dll，WWTecp2.dll分別完成鍵盤過濾，系統(tǒng)重啟、關(guān)閉等附加系統(tǒng)安全設(shè)置功能。

圖6　HMI主畫面 Fig.6　HMI home screen

HMI實(shí)時(shí)獲取PLC數(shù)據(jù)，利用圖形、圖表、文字、報(bào)警等方式動(dòng)態(tài)、直觀、真實(shí)反映熱卷箱及相關(guān)設(shè)備的動(dòng)作和工藝參數(shù)，并實(shí)時(shí)將操作人員設(shè)定參數(shù)發(fā)送給PLC，操作人員可以通過操作員接口系統(tǒng)方便的掌控和監(jiān)視生產(chǎn)過程。整個(gè)人機(jī)接口系統(tǒng)包括主畫面、參數(shù)設(shè)定畫面、報(bào)警信息畫面和歷史數(shù)據(jù)趨勢(shì)圖記錄等13個(gè)畫面，主畫面結(jié)構(gòu)如圖6所示。

3應(yīng)用效果

課題組開發(fā)研制的雙站無芯移送式熱卷箱自投產(chǎn)使用至今，投用率100%，設(shè)備運(yùn)行良好，在卷取質(zhì)量、中間坯尾部溫度降、中間坯熱態(tài)平整與尾部矯直和減少操作故障等方面均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。其性能指標(biāo)優(yōu)于國外設(shè)計(jì)的同類產(chǎn)品指標(biāo)對(duì)比見表2。

表2　與國外同類型熱卷箱性能對(duì)比

4結(jié)論

該企業(yè)1 450 mm熱連軋生產(chǎn)線的擴(kuò)能技術(shù)改造，在傳統(tǒng)雙站有芯移送式熱卷箱的基礎(chǔ)之上，從結(jié)構(gòu)原理設(shè)計(jì)入手，通過對(duì)設(shè)備本體、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等重新設(shè)計(jì)，采取了無芯移送，使生產(chǎn)線的工藝更先進(jìn)、設(shè)備結(jié)構(gòu)更合理、設(shè)備故障率降低、成材率提高、設(shè)備維護(hù)成本降低，從而達(dá)到了設(shè)計(jì)改造的要求。

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