寶鋼厚板廠冷矯直機(jī)的應(yīng)用

1eleeler型2005年4月，大型寶鋼板廠開始了一場(chǎng)炎熱的負(fù)荷試驗(yàn)。現(xiàn)在它是設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造階段。冷矯直機(jī)選用HPL(HighPerformanceLeveler)型,其由德國(guó)SMSDemag公司設(shè)計(jì)。該型冷矯直機(jī)已在英鋼聯(lián)的Scunthorpe工廠和DillingerHütteGTS的Dunkerque廠分別于1995年和1996年順利使用。從兩家厚板廠的使用實(shí)績(jī)來(lái)看,矯直一個(gè)道次后的鋼板平直度達(dá)到3mm/m的鋼板數(shù)占整個(gè)月所矯直鋼板數(shù)的95%,所有經(jīng)矯直后的鋼板內(nèi)部殘余應(yīng)力的分布達(dá)到最小,這就保證了鋼板永久平直。2鋼板冷矯直機(jī)直機(jī)考慮到投資的原因,在一期時(shí)設(shè)置一臺(tái)冷矯直機(jī),但要兼顧熱處理鋼板的矯直,所以將此矯直機(jī)布置在熱處理跨內(nèi),見圖1。該矯直機(jī)具有以下作用:(1)剪切線剪切后的鋼板經(jīng)平直度檢測(cè)達(dá)不到要求時(shí),由定尺剪后的橫移修磨臺(tái)架或橫移吊車送至冷矯直機(jī)進(jìn)行冷矯直;(2)對(duì)熱處理后的鋼板進(jìn)行矯直,也能滿足溫矯的工藝要求(鋼板溫度不超過(guò)400℃);(3)當(dāng)鋼板不需要矯直時(shí)作為過(guò)渡輥道將鋼板運(yùn)送至成品庫(kù)。3冷縮直機(jī)的主要參數(shù)和結(jié)構(gòu)3.1冷縮直機(jī)的主要性能(1)直尺鋼板尺寸寬度為900~4900mm;厚度為5~50mm;最大長(zhǎng)度為26m;最大屈服強(qiáng)度為1000kN/mm2。(2)可通過(guò)最大鋼板厚度150mm。(3)最大偏經(jīng)鋼板溫度400℃。(4)彎曲速度0~0.5/1.0m/s。(5)酶dm型鋼板溫度在0~250℃(不帶內(nèi)冷的實(shí)心輥)時(shí),上矯直輥為4×?220mm×5100mm;下矯直輥為5×?220mm×5100mm;矯直輥表面硬度為HRC61;鋼板溫度在250~400℃(帶內(nèi)冷的空心輥)時(shí),上矯直輥為4×?220mm×5100mm;下矯直輥為5×?220mm×5100mm;矯直輥表面硬度為HRC58。(6)支撐輥上支承輥為112×?220mm×120mm;下支承輥為140×?220mm×120mm;支承輥表面硬度為HRC52。(7)自適應(yīng)輥間距240/280mm。(8)最大臂積35000kN。(9)直機(jī)剛性約8000~10000kN/mm。(10)主要軸承9×180kW,0~750/1500r/min。3.2矯直輥和鋼板的安裝為保證矯直效果,在冷矯直機(jī)的入口設(shè)有一套鋼板對(duì)中裝置。矯直機(jī)由牌坊、上下橫梁、上下彎輥調(diào)整系統(tǒng)、上下輥系(輥系包括工作輥、支承輥及框架等)、主壓下系統(tǒng)、斜楔調(diào)整系統(tǒng)、換輥裝置和除塵裝置等組成,見圖2。換輥時(shí),上輥系放在下輥系上,利用由液壓馬達(dá)和鏈齒輪組成的鏈?zhǔn)较到y(tǒng)移出。上下輥系可同時(shí)或單獨(dú)成組更換,萬(wàn)向接手的端部利用托架支承和鎖定,實(shí)現(xiàn)快速換輥。矯直輥通過(guò)交流電機(jī)、電機(jī)接手、齒輪箱、萬(wàn)向接手單獨(dú)傳動(dòng),電機(jī)接手均為安全接手,見圖3。堆積在下矯直輥下的氧化鐵皮,通過(guò)一套擺動(dòng)裝置經(jīng)過(guò)溜槽和氧化鐵皮運(yùn)輸帶送入氧化鐵皮收集筐中。經(jīng)矯直后的鋼板上表面脫落的氧化鐵皮通過(guò)設(shè)在矯直機(jī)入口和出口的除塵裝置進(jìn)行收集,避免鋼板經(jīng)多次矯直后脫落的氧化鐵皮壓入鋼板表面和損傷矯直輥表面。該矯直機(jī)設(shè)有2套不同硬度的工作輥,一套用于矯直溫度范圍在0~250℃的鋼板,另一套用于矯直溫度范圍在250~400℃的鋼板,對(duì)后一套輥?zhàn)釉诔C直時(shí)采用內(nèi)冷,兩套工作輥共用一套支承輥,以減少支承輥的備件數(shù)量。每個(gè)矯直輥由28個(gè)支承輥支承,支承輥采用自潤(rùn)滑軸承,以確保矯直過(guò)程中無(wú)油滴到鋼板表面。支承輥軸承結(jié)構(gòu)見圖4。3.3設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)3.3.1矯直機(jī)操作模式目前,傳統(tǒng)的鋼板矯直機(jī)都裝有上輥系的平行或傾斜調(diào)整系統(tǒng),實(shí)踐表明,裝有上述調(diào)整系統(tǒng)的矯直機(jī)已滿足不了對(duì)鋼板平直度、殘余應(yīng)力最小化以及從鋼板中心到表面殘余應(yīng)力逐漸減少、防止翹頭和一道次矯直的要求。本矯直機(jī)的上下矯直輥擁有單獨(dú)的調(diào)整系統(tǒng)。矯直輥的布置見圖5。在所有矯直輥單獨(dú)調(diào)整前提下,從入口到出口可以得到理想的鋼板矯直曲率,從而對(duì)薄規(guī)格和高強(qiáng)度鋼板可以得到理想的矯直效果。采用單獨(dú)調(diào)整和成組調(diào)整的矯直機(jī)在矯直后鋼板內(nèi)部的殘余應(yīng)力分布情況見圖6。對(duì)傳統(tǒng)矯直機(jī)而言,它的最大缺點(diǎn)是矯直鋼板的厚度范圍受到限制,這主要是因?yàn)槌C直機(jī)的輥數(shù)和輥距不能變化造成的,當(dāng)然,這可通過(guò)設(shè)置2臺(tái)矯直機(jī)或2套輥系來(lái)實(shí)現(xiàn),1套輥系用于矯直厚板,1套輥系用于矯直薄板,通過(guò)更換不同的輥系來(lái)滿足厚度的變化,但會(huì)造成操作不便和高的成本。對(duì)于所有矯直輥均可單獨(dú)調(diào)整的矯直機(jī),就有可能將其中的某幾根矯直輥移到矯直輥的原始位置而不參與矯直過(guò)程。例如當(dāng)鋼板厚度較大時(shí),該矯直機(jī)可將其中的3#、4#、6#、7#4根矯直輥提升,由其余5根矯直輥進(jìn)行矯直,矯直輥間距增大了,矯直范圍上升了大約50%,具有2臺(tái)常規(guī)矯直機(jī)的能力。即矯直機(jī)可按2種模式進(jìn)行操作:9輥矯直機(jī)可矯直薄鋼板和高屈服強(qiáng)度鋼板,見圖7;5輥矯直機(jī)可矯直低屈服強(qiáng)度的厚鋼板,見圖8。3.3.2矯直輥附加扭矩由于在矯直過(guò)程中鋼板產(chǎn)生塑性變形,鋼板的長(zhǎng)度將發(fā)生變化,在每個(gè)矯直輥處的曲率半徑相同,輥?zhàn)拥霓D(zhuǎn)速和速度分別相差達(dá)3%。成組驅(qū)動(dòng)的矯直機(jī)中,矯直輥之間由于在上述原因的作用下產(chǎn)生不可控的徑向力,這種力在矯直輥的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上將產(chǎn)生附加扭矩,因此,在矯直機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上要傳遞的扭矩要比矯直工藝本身所需要的扭矩大得多。附加扭矩是造成成組驅(qū)動(dòng)矯直機(jī)的傳動(dòng)軸和齒輪經(jīng)常損壞的原因,矯直輥在鋼板上的打滑可以減輕對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的損害(打滑是不可控制的),但會(huì)造成鋼板表面和/或矯直輥表面缺陷。采用矯直輥的單獨(dú)傳動(dòng)可以解決這一問(wèn)題,即每個(gè)矯直輥均通過(guò)各自的電機(jī)、減速機(jī)和萬(wàn)向軸驅(qū)動(dòng),減速機(jī)布置在同一個(gè)齒輪箱中,見圖3。每個(gè)矯直輥由各自的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)提供所需要的矯直扭矩。所有的矯直輥單獨(dú)傳動(dòng)按照扭矩—轉(zhuǎn)速控制回路進(jìn)行控制,這些單獨(dú)控制集中在一個(gè)載荷補(bǔ)償控制系統(tǒng)中,不僅控制鋼板在入矯直機(jī)時(shí)的扭矩過(guò)載峰值,而且保證在矯直過(guò)程中載荷分布均勻。這種傳動(dòng)裝置避免了傳統(tǒng)的成組傳動(dòng)常見的缺點(diǎn),還由于裝配件小而具有備品備件少的優(yōu)點(diǎn),即總投資少。矯直輥單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的另一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)是能夠同時(shí)采用不同輥徑的矯直輥,大大節(jié)省了矯直輥的修磨時(shí)間和修磨成本,提高了經(jīng)濟(jì)效益。3.3.3液壓調(diào)整系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方差分析傳統(tǒng)矯直機(jī)上的電—機(jī)輥?zhàn)诱{(diào)整系統(tǒng)在設(shè)定位置時(shí)表現(xiàn)出精度不高、再現(xiàn)性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)差的缺點(diǎn),它們已不能滿足現(xiàn)代化矯直機(jī)的要求,只有采用液壓調(diào)整系統(tǒng),各個(gè)方面的性能才能有顯著的提高。液壓調(diào)整系統(tǒng)由位置控制回路(帶伺服控制的設(shè)定單元)和位移傳感器(反饋實(shí)際位置值)組成。(1)矯直輥輥縫調(diào)整上輥系、上彎輥框架和上橫梁由4個(gè)主油缸支撐,可在無(wú)負(fù)荷的情況下快速閉合以及在帶負(fù)荷的情況下進(jìn)行輥縫調(diào)整,另外,主油缸也用于過(guò)載保護(hù),當(dāng)超過(guò)最大矯直力時(shí),矯直輥輥縫將打到最大。單個(gè)矯直輥的升降由一對(duì)斜楔和帶位置控制的液壓缸組成,只適用于無(wú)載荷下的調(diào)整,見圖3。輥縫控制屬于液壓調(diào)整位置控制回路,輥縫控制的原則是在整個(gè)矯直過(guò)程中保持輥縫恒定,這樣鋼板的頭尾均得到很好的矯直質(zhì)量。(2)產(chǎn)生彈性變形彎輥缸設(shè)置在橫梁和上下輥系框架之間并固定在彎輥框架上(上下各8個(gè))見圖9,采用壓力控制的方式進(jìn)行控制。在矯直過(guò)程中,由于受到矯直力的作用,機(jī)架將產(chǎn)生彈性變形,具體表現(xiàn)為機(jī)架拉長(zhǎng)、壓縮、偏轉(zhuǎn)從而導(dǎo)致輥縫變大和輥縫形狀的變化,如果沒有橫梁的變形補(bǔ)償系統(tǒng),將不會(huì)得到理想的矯直效果。在矯直力的作用下,橫梁呈拋物線形狀變形,這無(wú)法用主油缸的調(diào)整來(lái)補(bǔ)償。為了補(bǔ)償這種拋物線形狀變形,就要對(duì)輥縫形狀進(jìn)行控制,該矯直機(jī)通過(guò)設(shè)在上下彎輥框架內(nèi)的短行程油缸來(lái)控制,使輥縫在鋼板的寬度方向達(dá)到希望的平行度,即鋼板進(jìn)入矯直機(jī)、離開矯直機(jī)和工藝參數(shù)改變后也進(jìn)行控制,在整個(gè)矯直過(guò)程中都保持矯直輥輥縫的恒定。4矯直機(jī)的特點(diǎn)通過(guò)以上分析,得出以下結(jié)論:(1)所有矯直輥可以單獨(dú)調(diào)整以得到最理想的輥縫形狀,得到最好的鋼板平直度和最小的殘余應(yīng)力。從已投產(chǎn)的2臺(tái)HPL矯直機(jī)來(lái)看,矯直的效果非常理想。(2)采用矯直輥的單獨(dú)傳動(dòng),避免對(duì)萬(wàn)向軸和齒輪的損傷,操作可靠性大大提高。(3)采用變輥距和輥數(shù)(從9輥?zhàn)優(yōu)?輥),擴(kuò)大矯直厚度范圍約50%,最大矯直鋼板厚度可達(dá)50mm,矯直鋼板的最大屈服強(qiáng)度