φ 150/φ 500 mm×450 mm精軋機(jī)組改造技術(shù)分析

廖克，任忠濤

(1.廣州銅材廠有限公司 廣東 廣州 510990;2.廣東冠邦科技有限公司 廣東 順德 528312)

0 前言

廣州銅材廠有限公司φ 150/φ 500 mm×450 mm精軋機(jī)組是1982年設(shè)計(jì)制造的國(guó)產(chǎn)液壓精軋機(jī)組。但隨著液壓軋機(jī)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)銅制產(chǎn)品精度要求不斷提高，近10年來，該精軋機(jī)組配置相對(duì)落后、生產(chǎn)銅帶重量最大只能達(dá)到1 t，已不能適應(yīng)現(xiàn)在高精產(chǎn)品的技術(shù)要求，只能生產(chǎn)一些卷重小的中低檔的產(chǎn)品。由于這臺(tái)精軋機(jī)組是液壓壓下軋機(jī)，具有一定的提升基礎(chǔ)。因此，2011年9月廣州銅材廠有限公司對(duì)該精軋機(jī)組進(jìn)行了技術(shù)改造，獲得理想的結(jié)果。

1 改造方案要求及改造前后的精軋機(jī)組技術(shù)參數(shù)

1.1 根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，提出改造方案要求

(1)利用原設(shè)備基礎(chǔ)，原設(shè)備土建基礎(chǔ)位置及基礎(chǔ)螺栓不能變;

(2)原機(jī)組各設(shè)備位置相對(duì)主軋機(jī)位置不能變;

(3)利用現(xiàn)有舊的200 kW直流電機(jī)及原機(jī)組傳動(dòng)電控系統(tǒng)的傳動(dòng)電柜;

(4)利用現(xiàn)有倉(cāng)存的舊式福爾默測(cè)厚儀，并相應(yīng)設(shè)計(jì)機(jī)組最大速度，軋制精度達(dá)到0.2±0.003 mm。

(5)重新設(shè)計(jì)制造主傳動(dòng)減速箱、左右卷取裝置、相應(yīng)的傳動(dòng)電柜內(nèi)配置和壓下厚控電柜，其它裝置及部件不變或小改。

(6)最大來料卷重由1 000 kg改造成大于3 000 kg。

1.2 改造前后的軋機(jī)主要技術(shù)參數(shù)(見表1)

表1 改進(jìn)前后軋機(jī)主要技術(shù)參數(shù)Tab.1 Main technical parameters of finishing mill before and after remoulding

2 卷取機(jī)改造

左、右卷取由原來的φ 400 mm的四棱錐有縫漲縮卷筒改為φ 500 mm的四棱錐無(wú)縫漲縮卷筒?？紤]到來料內(nèi)孔變化的影響，機(jī)前卷取機(jī)的卷筒采用具有能夠二次漲縮的四棱錐無(wú)縫漲縮卷筒，漲縮量為26 mm，確保了來料能被漲緊以保證開卷時(shí)的漲緊力，避免以往精軋機(jī)軋制過程中易出現(xiàn)的銅帶卷層間打滑擦傷銅帶表面。機(jī)后卷取機(jī)的卷筒采用一次漲縮的四棱錐無(wú)縫漲縮卷筒，漲縮量為16 mm。

改造前后卷筒及軋機(jī)的相對(duì)位置如圖1所示。

圖1 卷筒位置Fig.1 Position of winding drums

卷筒中心到牌坊中心只有2 300 mm，要將原來最大只有1 000 kg重、外徑φ 800的來料，改造成最大超過3 000 kg重、外徑φ 1 400的來料，卷取機(jī)卷筒的位置和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)改造是技術(shù)設(shè)計(jì)上要解決的難點(diǎn)。

2.1 卷取機(jī)卷筒的位置設(shè)計(jì)

在銅板帶軋機(jī)機(jī)組中，一般都是利用機(jī)前、機(jī)后的轉(zhuǎn)向輥加裝測(cè)速裝置，對(duì)于機(jī)前、機(jī)后的軋制速度進(jìn)行測(cè)速，以匹配卷取機(jī)的放卷及收卷速度，轉(zhuǎn)向輥與帶材之間必須保證沒有相對(duì)的滑動(dòng)，才能保證所測(cè)速度的準(zhǔn)確性。而銅軋機(jī)組的設(shè)計(jì)大多數(shù)都是下卷取，因此轉(zhuǎn)向角的大小由轉(zhuǎn)向輥與卷取機(jī)卷筒的相對(duì)位置決定。而轉(zhuǎn)向角隨卷筒收卷軋制的材料后直徑的變化而變化，同時(shí)轉(zhuǎn)向角的大小對(duì)整個(gè)機(jī)組以及產(chǎn)品的精度都有很大的影響。如果轉(zhuǎn)向角過小，則不能克服轉(zhuǎn)向輥轉(zhuǎn)動(dòng)的最小轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，使轉(zhuǎn)向輥出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。在軋制的過程中容易出現(xiàn)帶材跳動(dòng)、跑偏以及帶材張力的波動(dòng)，從而影響軋制帶材的精度。如果轉(zhuǎn)向角過大，帶材張力對(duì)于轉(zhuǎn)向輥垂直分力過大，造成轉(zhuǎn)向輥剛性不足(輥徑較小)、軸承壽命降低，影響到整臺(tái)機(jī)組的正常運(yùn)行。

因此，保持原卷取機(jī)軸中心線位置不變，通過提高原卷取機(jī)的中心高和適當(dāng)橫移轉(zhuǎn)向輥的位置，使轉(zhuǎn)向角在20°～60°之間變化，并優(yōu)化了控制系統(tǒng)，保證軋制過程中轉(zhuǎn)向角變化所引起的張力變化在合理的范圍之內(nèi)，從而保證了速度、張力精度。

2.2 卷取機(jī)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及處理

原卷取機(jī)減速箱的底座與傳動(dòng)電機(jī)的底座是分開的。減速箱基礎(chǔ)螺栓受力增加了幾倍，箱和傳動(dòng)電機(jī)的個(gè)體變大，位置變動(dòng)也非常大。要求要利用原有的設(shè)備基礎(chǔ)，并在原基礎(chǔ)螺栓強(qiáng)度的前提下確?，F(xiàn)卷取機(jī)的機(jī)械強(qiáng)度，因此，我們減速箱與傳動(dòng)電機(jī)并且采用整體底座，原有設(shè)備基礎(chǔ)，采用土建基礎(chǔ)萬(wàn)能膠種植螺栓的方式增大基礎(chǔ)螺栓強(qiáng)度，既確保了設(shè)計(jì)強(qiáng)度又減少了工程費(fèi)用縮短了施工周期。

3 軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)的改造

主傳動(dòng)是利用原200 kW直流電機(jī)配以新的硬齒面減速箱。傳動(dòng)電控系統(tǒng)通過改造原有的數(shù)據(jù)總線、工業(yè)以太網(wǎng)等數(shù)據(jù)通訊功能，使整體控制系統(tǒng)的布線得到極大的簡(jiǎn)化。采用新一代ABB的DCS500全數(shù)字直流調(diào)速控制系統(tǒng)，調(diào)速范圍達(dá)100倍以上，并且系統(tǒng)具有自動(dòng)優(yōu)化功能，使主傳動(dòng)在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)達(dá)到較高的速度控制精度，穩(wěn)速控制精度在±0.1%以內(nèi)，保證了速度、張力等控制精度的提高。

4 厚控執(zhí)行元件和厚控控制系統(tǒng)的改造

位置傳感器和測(cè)厚儀是直接影響軋機(jī)軋制帶材厚度尺寸公差大小、影響產(chǎn)品質(zhì)量精度的核心執(zhí)行元件，與厚度控制系統(tǒng)組成了系統(tǒng)銅板帶軋制過程中厚度自動(dòng)控制系統(tǒng)(AGC)。在軋制過程中測(cè)厚儀對(duì)軋機(jī)出口所軋制的帶材進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，實(shí)際測(cè)量值與給定值相比得出的偏差信號(hào)，借助厚度電控回路經(jīng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理，改變相應(yīng)參數(shù)控制液壓伺服機(jī)構(gòu)，借助位置傳感器實(shí)現(xiàn)軋制過程中的位置精度閉環(huán)控制。因此，位移傳感器和測(cè)厚儀的質(zhì)量以及精確度、靈敏度將直接影響軋制帶材的厚度精度。

4.1 位置傳感器

將國(guó)產(chǎn)LVDT傳感器改為進(jìn)口MTS傳感器，精度高、滯后小、抗干擾性能好，適用于高速運(yùn)動(dòng)，其安裝如圖2所示。兩種傳感器參數(shù)見表2。

圖2 傳感器安裝位置Fig.2 Installation location of sensor

表2 傳感器參數(shù)Tab.2 Parameters of sensor

壓下油缸外形尺寸是一定的，原軋機(jī)的傳感器磁環(huán)安裝在壓下油缸體的下方，新的傳感器是無(wú)法進(jìn)行安裝的。因此，將傳感器磁環(huán)設(shè)計(jì)在活塞里，解決了位置傳感器的安裝問題，同時(shí)為了防止軋制油對(duì)傳感器污染，在活塞端面設(shè)計(jì)了特別的防塵蓋，取到良好的效果。

4.2 測(cè)厚儀

將國(guó)產(chǎn)泰隆9 510的測(cè)厚儀改用為測(cè)量精度高、分辨率高、系統(tǒng)響應(yīng)快的進(jìn)口福爾默1 085測(cè)厚儀。由于1 085測(cè)厚儀跟隨能力稍差，因此，軋機(jī)改造后的最大軋制速度只能設(shè)計(jì)到300 m/min。

表3 測(cè)厚儀參數(shù)Tab.3 Parameters of thickness gauge

4.3 厚度電控系統(tǒng)

改造后厚控系統(tǒng)采用了研華新一代的工控機(jī)、控制模板厚控軟件，實(shí)現(xiàn)了輥縫、壓力、AGC功能的閉環(huán)控制，系統(tǒng)控制精度高，響應(yīng)速度快，計(jì)算機(jī)人機(jī)界面豐富，可實(shí)時(shí)顯示軋機(jī)軋制過程的各種參數(shù)及厚度精度的變化曲線，并可在軋制過程中修改參數(shù)，軋制完成后自動(dòng)產(chǎn)生軋制精度報(bào)表。數(shù)據(jù)查詢功能圖形化，清晰簡(jiǎn)明，極大方便了生產(chǎn)過程的軋制數(shù)據(jù)查看、追蹤和解讀。

5 軋輥軸承的潤(rùn)滑改造

(1)采用油氣潤(rùn)滑技術(shù)。軋輥軸承潤(rùn)滑采用最新的油氣潤(rùn)滑技術(shù)代替原軋輥軸承的油脂潤(rùn)滑。油氣潤(rùn)滑是利用單相流體壓縮空氣和單相流體油混合后形成兩相油氣混合流，將潤(rùn)滑油送到潤(rùn)滑點(diǎn)進(jìn)行機(jī)械潤(rùn)滑，油和壓縮空氣并不真正融合，而是在壓縮空氣的流動(dòng)下，帶動(dòng)潤(rùn)滑油沿管道內(nèi)壁形成一層連續(xù)油膜，精細(xì)的連續(xù)油滴不斷地以螺旋狀流動(dòng)的方式被導(dǎo)入潤(rùn)滑點(diǎn)進(jìn)行潤(rùn)滑。油氣潤(rùn)滑相對(duì)油霧潤(rùn)滑和油脂潤(rùn)滑具有油耗低，只相當(dāng)于油霧潤(rùn)滑的十到十二分之一、干油潤(rùn)滑的幾十分之一，不污染環(huán)境，對(duì)潤(rùn)滑點(diǎn)的冷卻和潤(rùn)滑效果好等優(yōu)點(diǎn)。

(2)利用乳化油作為軋輥軸承的潤(rùn)滑油。由于本案軋機(jī)軋制過程是采用乳化液作為軋制工藝液，在軋輥軸承的潤(rùn)滑由油脂潤(rùn)滑改為油氣礦物油潤(rùn)滑后，雖然大大減少了礦物油對(duì)工藝油的污染，但工作時(shí)間長(zhǎng)后同樣存在少量油被帶入軋制工藝液中引起軋制工藝液受污染變質(zhì)以致影響到軋制的銅帶材的表面質(zhì)量。因此，針對(duì)本案軋機(jī)軸承工作轉(zhuǎn)速不高的特點(diǎn)，軸承潤(rùn)滑采用乳化油來作為潤(rùn)滑介質(zhì)，利用乳化油作為潤(rùn)滑介質(zhì)對(duì)軋輥軸承進(jìn)行潤(rùn)滑，油氣的出口積聚的乳化油滴被工藝液帶回工藝液油站后，稀釋為同一介質(zhì)的工藝液被利用，不但節(jié)約了潤(rùn)滑油成本，而且解決了以往采用礦物油作為工藝潤(rùn)滑時(shí)，潤(rùn)滑的礦物油對(duì)工藝潤(rùn)滑液的污染和造成銅帶表面的質(zhì)量問題。改造后機(jī)組試運(yùn)行三個(gè)多月，未發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑油對(duì)軋輥軸承潤(rùn)滑有不良的影響，而且軋制銅帶退火后帶材表面質(zhì)量提高。

6 軋輥工藝潤(rùn)滑冷卻和除油裝置的改造

(1)軋輥工藝潤(rùn)滑冷卻。軋輥工藝潤(rùn)滑冷卻噴頭由原來簡(jiǎn)單的單噴嘴噴液改為多噴嘴分段噴液。分段冷卻裝置由上下冷卻梁組成，軋機(jī)左右兩側(cè)各有上下兩個(gè)軋輥冷卻梁，每個(gè)軋輥冷卻梁共有十三個(gè)噴嘴以一定的角度交叉排列，組成中間五噴嘴，兩側(cè)各四噴嘴，分三段同時(shí)向支承輥和工作輥進(jìn)行軋輥工藝潤(rùn)滑冷卻?？筛鶕?jù)生產(chǎn)實(shí)際要求調(diào)節(jié)各段噴嘴的流量大小，以適應(yīng)帶材板形變化的要求。

(2)除油裝置。軋制帶材的除油是采用三輥除油裝置，三根擠油輥的進(jìn)口并出口都設(shè)計(jì)有氣刀，進(jìn)入除油輥的銅帶材表面軋制油先被進(jìn)口氣刀吹干大部分后，繼而被擠油輥擠干和被出口氣刀徹底吹干，對(duì)軋制帶材的表面起到非常好的除油效果，確保了帶材退火后的表面質(zhì)量。氣刀的開口高設(shè)計(jì)為0.008 mm，吹掃效果非常好。

7 結(jié)論

(1)廣州銅材廠有限公司φ 150/φ 500×450 mm精軋機(jī)改造后，各項(xiàng)精度指標(biāo)都達(dá)到了改造要求，產(chǎn)品精度達(dá)到國(guó)產(chǎn)同類軋機(jī)產(chǎn)品的最高精度。最大卷重達(dá)3 500 kg以上，成品精度0.27±0.003 mm。

(2)廣州銅材廠有限公司φ 150/φ 500×450 mm精軋機(jī)組的改造費(fèi)用只是重新設(shè)計(jì)制造同樣一臺(tái)新軋機(jī)投資的50%，是新建一臺(tái)軋機(jī)生產(chǎn)線投資的35%。達(dá)到了投資少，見效快，效益高的效果。