卷取爐導(dǎo)板升降裝置系統(tǒng)優(yōu)化及應(yīng)用*

欒宜強(qiáng)，朱圣菊

(山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東萊蕪 271106)

卷取爐導(dǎo)板升降裝置系統(tǒng)優(yōu)化及應(yīng)用*

欒宜強(qiáng)，朱圣菊

(山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東萊蕪 271106)

通過(guò)拆除驅(qū)動(dòng)元件氣缸缸座內(nèi)防塵圈，減少了柱塞與缸座緩沖孔的摩擦，使氣體能快速通過(guò)緩沖孔作用在活塞上，在保證氣缸正常工作的同時(shí)減少了氣缸的啟動(dòng)和緩沖時(shí)間。更換其控制元件，提高其換向的靈敏性，縮短換向時(shí)間。并對(duì)管路系統(tǒng)改造優(yōu)化，可提高氣缸的反應(yīng)速度，縮短卷取爐導(dǎo)板裝置的升降時(shí)間，提高爐卷軋機(jī)的穿帶速度和軋制速度及軋件頭尾表面質(zhì)量。

快速升降;汽缸;速度;溫度;質(zhì)量

1 引言

當(dāng)前國(guó)內(nèi)軋鋼企業(yè)爐卷軋機(jī)卷取爐導(dǎo)板升降裝置一般采用以下兩種牽引方式:①爐卷軋機(jī)由四輥精軋機(jī)和兩臺(tái)卷取爐組成，卷取爐分為上下兩部分，上蓋可以吊走，下半部分用鋼架支撐，下半部分設(shè)有正確引導(dǎo)帶鋼進(jìn)入芯軸槽口的上下導(dǎo)板裝置，上下導(dǎo)板分別由四臺(tái)氣缸控制其上升下降，氣缸的伸縮動(dòng)作采用電磁換向閥控制。此種方式工作介質(zhì)為壓縮空氣，成本低廉，設(shè)計(jì)安裝簡(jiǎn)單，使用維護(hù)方便。但氣缸的體積大，其動(dòng)作速度不平穩(wěn)，嚴(yán)重影響著軋線的軋制速度和軋件頭尾表面質(zhì)量和溫度。國(guó)內(nèi)爐卷軋機(jī)如張家港浦項(xiàng)、酒泉等鋼廠均采用此種牽引方式;②為上下導(dǎo)板裝置(以下簡(jiǎn)稱導(dǎo)板裝置)分別由4臺(tái)伺服油缸控制其上升下降，油缸的伸縮動(dòng)作采用伺服閥控制。此種方式工作介質(zhì)為液壓油，成本高，液壓缸所占空間小，設(shè)計(jì)安裝復(fù)雜，由于處于高溫區(qū)如出現(xiàn)泄漏易發(fā)生火災(zāi)事故。但其動(dòng)作速度平穩(wěn)，速度可調(diào)范圍大，能根據(jù)不同的軋制速度，調(diào)節(jié)上下導(dǎo)板升降速度，滿足軋線生產(chǎn)要求。國(guó)內(nèi)如江蘇南鋼等爐卷軋機(jī)采用此種方式。

泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司熱軋不銹鋼廠爐卷軋機(jī)的導(dǎo)板裝置采用第一種牽引方式，導(dǎo)板裝置分別由4臺(tái)氣缸控制其上升下降，氣缸的伸縮動(dòng)作采用三位四通電磁換向閥控制。在不銹鋼軋制工藝中要求“搶溫、快軋”，也就是說(shuō)帶鋼溫度要高且恒定，穿帶和軋制速度要快。穿帶速度和軋制速度慢，會(huì)使帶鋼頭尾溫差過(guò)大，極易使AGC壓下自動(dòng)控制系統(tǒng)不穩(wěn)定，造成帶鋼成品厚度不均勻、表面質(zhì)量差。特別是在軋制3.0 mm以下薄規(guī)格不銹鋼產(chǎn)品時(shí)極易造成跑偏和廢鋼事故。爐卷軋機(jī)作為整條熱軋線的核心設(shè)備，其穿帶速度和軋制速度直接影響到帶鋼質(zhì)量。而氣缸作為爐卷軋機(jī)導(dǎo)板裝置的驅(qū)動(dòng)元件，其動(dòng)作速度特別是起始速度慢將嚴(yán)重影響軋線的穿帶速度和帶鋼頭尾表面質(zhì)量。

2 爐卷軋機(jī)中氣缸工作原理［1］

如圖1所示:氣缸主要由缸座、內(nèi)防塵圈、緩沖柱塞、活塞、活塞密封圈、端蓋及密封等組成。其工作原理:當(dāng)活塞在壓縮空氣推動(dòng)下向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，缸右腔的氣體經(jīng)柱塞孔及缸座上的氣孔排出。在活塞運(yùn)動(dòng)接近行程末端時(shí)，活塞右側(cè)的緩沖柱塞將柱塞孔堵死、活塞繼續(xù)向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，封在氣缸右腔內(nèi)的剩余氣體被壓縮，緩慢地通過(guò)緩沖閥經(jīng)氣口排出，從而取得緩沖效果，使活塞在行程末端運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，不產(chǎn)生沖擊。調(diào)節(jié)緩沖閥閥口開(kāi)度的大小，即可控制排氣量的多少，從而決定了被壓縮容積(稱緩沖室)內(nèi)壓力的大小，以調(diào)節(jié)緩沖效果。若令活塞反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，從缸座右氣孔輸入壓縮空氣，推動(dòng)活塞向左運(yùn)動(dòng)。

圖1 工作原理

3 設(shè)備結(jié)構(gòu)及存在問(wèn)題

3.1 導(dǎo)板裝置的工作原理

如圖2所示，導(dǎo)板裝置由靠近夾送輥的下導(dǎo)板和靠近卷筒的上導(dǎo)板組成。

圖2 導(dǎo)板裝置工作原理簡(jiǎn)圖

兩段導(dǎo)板分別由兩個(gè)氣缸帶動(dòng)，兩段導(dǎo)板圍繞同一根心軸擺動(dòng)，在卷取及開(kāi)卷過(guò)程中下導(dǎo)板位置是固定的，當(dāng)鋼板離開(kāi)卷取爐后，下導(dǎo)板抬起到水平位置;上導(dǎo)板在鋼板離開(kāi)軋機(jī)后要進(jìn)入卷取爐進(jìn)行卷取時(shí)，上導(dǎo)板處于導(dǎo)向位置。當(dāng)鋼板頭部進(jìn)入卷筒槽口開(kāi)始進(jìn)行卷取時(shí)，上導(dǎo)板下降到水平位置。當(dāng)鋼板離開(kāi)卷取爐后，上導(dǎo)板下降到水平位置，此時(shí)上、下導(dǎo)板作為爐門(mén)使用。上、下導(dǎo)板的極限位置由接近開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制。導(dǎo)板心軸通過(guò)旋轉(zhuǎn)接頭進(jìn)行內(nèi)部冷卻，導(dǎo)板內(nèi)通循環(huán)水進(jìn)行冷卻。帶鋼進(jìn)入精軋機(jī)進(jìn)行軋制之前，導(dǎo)板應(yīng)處于導(dǎo)向位置，即上導(dǎo)板處于上極限位置，下導(dǎo)板應(yīng)處于下極限位置。當(dāng)鋼板進(jìn)入卷筒槽口，(由卷筒上的編碼器計(jì)算鋼板頭部位置)卷筒和偏導(dǎo)輥開(kāi)始旋轉(zhuǎn)進(jìn)行卷取，之后上導(dǎo)板下降至水平位置。

3.2 存在問(wèn)題及改進(jìn)的原因

在機(jī)械工業(yè)中，氣壓傳動(dòng)主要是依靠氣體壓力來(lái)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(氣缸)的活塞在控制元件(換向閥)的控制下實(shí)現(xiàn)設(shè)備的負(fù)載運(yùn)動(dòng)。泰鋼熱軋不銹鋼廠原導(dǎo)板裝置配套氣缸型號(hào)φ500 mm×φ56 mm～500 mm，升降速度50 mm/s，相應(yīng)爐卷軋機(jī)穿帶速度1.5 m/s，正常生產(chǎn)時(shí)，1.5 m/s的穿帶速度無(wú)法滿足薄規(guī)格不銹鋼軋制要求，必須將爐卷軋機(jī)穿帶速度提高為2.8 m/s，而相對(duì)應(yīng)氣缸升降速度必須達(dá)到100 mm/s，如果導(dǎo)板裝置的升降速度問(wèn)題不能得到解決，薄規(guī)格不銹鋼產(chǎn)品將無(wú)法軋制，軋線軋制速度將無(wú)法提高，影響正常生產(chǎn)。因此加快氣缸的動(dòng)作速度縮短卷取爐導(dǎo)板裝置的升降時(shí)間，就容易提高爐卷軋機(jī)的穿帶速度和軋制速度，減小帶鋼頭尾溫差，AGC壓下自動(dòng)控制系統(tǒng)就會(huì)更加穩(wěn)定，減少帶鋼成品厚度不均勻、表面質(zhì)量等缺陷，提高成品合格率。

4 改進(jìn)的內(nèi)容及實(shí)施過(guò)程

經(jīng)實(shí)踐和分析發(fā)現(xiàn)影響汽缸運(yùn)行速度的因素主要有以下兩個(gè)方面。

4.1 氣缸自身設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題

導(dǎo)板裝置氣缸為雙作用緩沖氣缸，氣缸由缸體、活塞、活塞桿構(gòu)成，分為有桿腔和無(wú)桿腔［1］。兩腔受壓后用于活塞桿的伸縮，在氣缸的兩端設(shè)有緩沖裝置，使活塞在行程末端運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，不產(chǎn)生沖擊現(xiàn)象。氣缸兩缸座分別裝有內(nèi)防塵圈，防塵圈起著防止灰塵進(jìn)入和導(dǎo)向作用。所述的氣缸兩缸座分別裝有內(nèi)防塵套圈，經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)防塵圈，在氣缸內(nèi)部，起不到防塵作用，反而加大活塞桿的摩擦，制約著活塞桿的動(dòng)作速度;且與氣缸兩缸座設(shè)有的緩沖閥形成雙重緩沖，由于緩沖過(guò)大同時(shí)阻礙了氣缸的動(dòng)作速度。

4.2 氣缸的改進(jìn)

拆除氣缸缸座內(nèi)防塵圈使緩沖柱塞能順利進(jìn)入缸座緩沖孔，減少了柱塞與缸座緩沖孔的摩擦，氣體能快速通過(guò)緩沖孔作用在活塞上。在保證氣缸正常工作的同時(shí)減少了氣缸的啟動(dòng)和緩沖時(shí)間。此外，將活塞兩側(cè)的緩沖柱塞端部的倒角加大，以將原有倒角3×15°改為6×45°從而增加緩沖柱塞受力面積。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)使用后效果明顯。

4.3 輔助系統(tǒng)存在的問(wèn)題及輔助系統(tǒng)優(yōu)化

原配套國(guó)產(chǎn)三位四通電磁換向閥響應(yīng)速度慢，靈敏度低，換向時(shí)間約為100 ms.更換美國(guó)產(chǎn)型號(hào)為: ROSS－W7077C63311 24DC三位四通電磁閥，換向時(shí)間約為30 ms。使其響應(yīng)速度加快，提高其換向的靈敏性，縮短換向時(shí)間。

通過(guò)氣壓傳動(dòng)原理公式:V=Q/A可知在相同活塞面積下，增加氣體流量也可以提高氣缸速度［2］。在此原理下，對(duì)氣缸輔件管路部分進(jìn)行了改造，將原來(lái)內(nèi)徑30 mm的鋼管改為內(nèi)徑為60 mm的鋼管。汽缸活塞直徑為500 mm，具體計(jì)算如下:

5 改進(jìn)效果

如表1所示，實(shí)踐證明，此次導(dǎo)板氣缸系統(tǒng)優(yōu)化效果顯著。氣缸的升降速度明顯提高，卷取爐導(dǎo)板裝置的升降速度加快了50 mm/s，導(dǎo)板裝置的升降時(shí)間縮短了5.5 s，爐卷軋機(jī)的穿帶速度由原來(lái)的1.5 m/s提高到2.8 m/s，滿足軋線軋制要求。

表1 改進(jìn)前后參數(shù)對(duì)比

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)采取拆除氣缸缸座內(nèi)防塵圈改進(jìn)氣缸兩端緩沖裝置及更換控制元件、改造管路等措施，大大提高了氣缸的反應(yīng)速度，縮短了卷取爐上下導(dǎo)板的升降時(shí)間，提高了爐卷軋機(jī)的穿帶速度和軋制速度，提高了成品合格率;同時(shí)也為國(guó)內(nèi)同類型爐卷軋機(jī)軋鋼企業(yè)提供借鑒。

［1］ 師忠秀.機(jī)械原理［M］.第1版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

［2］ 白 柳，于 軍.液壓與氣壓傳動(dòng)［M］.第1版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

Optimization and Application of Steckel Mill Guide Plate Cylinder System

LUAN Yi－qiang，ZHU Sheng－ju
(Shandong Taishan Steel Group Co.，Ltd，Laiwu Shandong 271106，China)

By removing the dust ring cylinder driving element，the friction between the plunger and the cylinder seat cushion hole is reduced，and the gas could pass the cushion hole acting on the piston in the cylinder which ensures normal operation of the cylinder while reducing the start－up and buffer time.The control element is replaced，which could improve the sensitivity of its commutation and shorten commutation time.The speed of steckel mill conveyor and rolling is improved，due to the increased speed of response of the cylinder and shorten the rise and fall times of the guide device，by removed the dust ring of guide device steckel mill cylinder rod chamber cover，by improved cylinder ends cushioning unit and auxiliary systems reform and other measures.Thus，the quality of the rolled piece surface is improved.

quick lift;cylinder;speed;temperature;quality

TH12

A

1007－4414(2013)05－0054－03

2013－08－06

欒宜強(qiáng)(1977－)，男，山東萊蕪人，工程師，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)方面工作。