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(yè)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(chǎn)小規(guī)格產(chǎn)品，可以控制尾部吐圈的大??；②夾頭夾尾。在生產(chǎn)冷卻要求中等的產(chǎn)品時(shí)使用，例如，軸承鋼（吐絲溫度＜750℃）。③全程夾送。生產(chǎn)冷卻要求非常大的產(chǎn)品時(shí)使用，例如，HYQST（吐絲溫度＜680℃）。在軋制小規(guī)格產(chǎn)品時(shí)，尾部速度將會(huì)增加，導(dǎo)致尾部尺寸控制較差；在軋制大規(guī)格產(chǎn)品時(shí)，尾部速度將會(huì)減小，導(dǎo)致尾部吐圈較小，可能引起吐絲機(jī)堆鋼。設(shè)置夾送輥的目的是使軋件在整個(gè)軋制過程中維持一個(gè)相對于吐絲機(jī)的恒定速度。

目前青島特鋼有限公司2#和3#高線吐絲機(jī)前夾送輥使用達(dá)涅利公司設(shè)計(jì)的氣動(dòng)控制夾送輥，對軋件線速度進(jìn)行尾部降速或者升速。該系統(tǒng)采用記憶中的測量速度加上一個(gè)設(shè)定的低超前速度（或降速）對軋件線速度進(jìn)行干預(yù)，但實(shí)際生產(chǎn)過程中軋件速度受鋼種、鋼溫、張力等多種因素干擾，實(shí)際線速度為變化值，造成參照值與實(shí)際值差別較大。實(shí)際控制過程中無法精確地對線材尾部進(jìn)行降速或升速，導(dǎo)致吐絲機(jī)吐圈尾部出現(xiàn)甩后尾、后尾堆厚堆鋼現(xiàn)象。為此，需要操作人員以人工方式對后尾進(jìn)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(shí)和高速旋轉(zhuǎn)的吐絲盤面或吐絲盤防護(hù)罩相碰，后尾甩出后經(jīng)常出現(xiàn)打蝴蝶結(jié)，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)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(guī)格線材時(shí)為了縮小最后幾圈的圈徑，避免集卷筒內(nèi)線材尾部出現(xiàn)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(jī)后圈形失去控制的傾向，同時(shí)保證圈形良好。具體控制方式：當(dāng)線材尾部進(jìn)入模塊時(shí)，夾送輥的轉(zhuǎn)速就變?yōu)橛洃浿械臏y量速度加上一個(gè)設(shè)定的低超前速度，輕微的超速是為了補(bǔ)償線材尾部通過模塊后的速度輕微增加。當(dāng)尾部出模塊后，速度參考變?yōu)橛洃浿械臏y量速度加上一個(gè)低的降速值，在尾部條件下形成良好的回路。因?qū)嶋H控制過程中無法精確對線材尾部進(jìn)行降速或升速，且由氣缸控制的夾持力難以精確調(diào)節(jié)（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(diào)節(jié)不當(dāng)極易出現(xiàn)后尾堆厚或者堆鋼事故。后尾堆厚將對線材性能產(chǎn)生不利影響，必須要剪除，致使成材率降低。

2 改造實(shí)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(diào)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(diào)整為66mm，然后將液壓缸與拉桿鎖定。自動(dòng)調(diào)節(jié)夾送線材過程中的輥環(huán)之間的間隙，在整個(gè)軋制周期內(nèi)系統(tǒng)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(jìn)而增加了輥環(huán)使用壽命，即使在高速軋制時(shí)也不會(huì)對線材產(chǎn)品表面質(zhì)量造成影響（如劃傷及圓度）。同時(shí)得益于輥縫和夾持力的動(dòng)態(tài)調(diào)整，使夾送輥在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)極低。

圖2 液壓缸安裝示意圖

（2）安裝新的“間隙補(bǔ)償組件”。當(dāng)調(diào)節(jié)桿各鉸鏈關(guān)節(jié)處有磨損產(chǎn)生間隙后，可由此間隙補(bǔ)償組件進(jìn)行補(bǔ)償，使夾送輥的夾持力能達(dá)到精確控制。輥環(huán)拆下后，手動(dòng)將夾送輥間距調(diào)至最大，拆除鉸鏈上定位銷，手動(dòng)將夾送輥間距調(diào)至最小，拆除下定位銷。取出鉸鏈及原調(diào)節(jié)裝置，先將新的間隙補(bǔ)償件套筒安裝到夾送輥上，然后將間隙補(bǔ)償裝置安裝到套筒上，并注意調(diào)整補(bǔ)償件內(nèi)彈簧的預(yù)緊力到合適的值，如圖3和圖4所示。

圖3 間隙補(bǔ)償組件安裝示意圖

圖4 間隙補(bǔ)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(gè)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(tǒng)采用為航空航天工業(yè)開發(fā)的EHA電液作動(dòng)系統(tǒng)，提供最佳的液壓動(dòng)力性能。它是由一個(gè)無刷伺服電機(jī)，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(tǒng)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(diǎn)動(dòng)模式下將夾送輥輥軸間距調(diào)至最小，等幾分鐘后重復(fù)操作，直至排盡空氣。加壓使回路壓力保證在工作狀態(tài)4.5MPa＜P≤5MPa，非工作狀態(tài)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(qū)動(dòng)卡。系統(tǒng)配有獨(dú)立的配電盤,也安裝在電氣柜里，安裝新的1級動(dòng)態(tài)夾送輥控制軟件以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)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(tǒng)，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(shù)監(jiān)控、設(shè)定的上位機(jī)軟件與原OWS、WINCC畫面整合，提供新的IBA或PDA過程數(shù)據(jù)采集分析軟件，采樣周期小于1ms，同時(shí)采集2048個(gè)模擬量和數(shù)字量信號，能進(jìn)行在線監(jiān)測、數(shù)據(jù)存儲、離線分析等功能。

（4）控制方式為軋件后尾進(jìn)入精軋機(jī)開始輕夾，軋件后尾進(jìn)入雙模塊開始重夾，開始夾送時(shí)間可通過手動(dòng)輸入距離值進(jìn)行微調(diào)。夾送輥超前系數(shù)、夾送輥扭矩、夾送長度在程序中設(shè)計(jì)設(shè)定值與實(shí)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(zhǔn)，設(shè)定合理的超前系數(shù)（0～2%）。夾送輥夾持長度設(shè)定：以精軋機(jī)至減定徑距離為參數(shù)，后尾離開精軋機(jī)，設(shè)定高壓夾持的長度（0～100%）。夾送輥扭矩設(shè)定：使設(shè)定扭矩與工作扭矩相吻合，如圖7所示。

圖7 夾送輥參數(shù)設(shè)定

（6）保證成品后尾的尺寸及張力的穩(wěn)定，2#臺崗位人員每小時(shí)將軋件后尾在精軋機(jī)的張力值通知值班長及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

4 編碼器位置標(biāo)定及調(diào)試

（1）手動(dòng)將夾送輥中心距調(diào)整至最大位置，使用游標(biāo)卡尺測量為330±0.25mm，保持這個(gè)位置，并在程序內(nèi)通過HMI進(jìn)行記憶（圖8和圖9）。

圖8 中心距測量

圖9 距離標(biāo)定

（2）手動(dòng)將夾送輥中心距調(diào)整至最小位置，使用游標(biāo)卡尺測量為300±0.25mm，保持這個(gè)位置，并在程序內(nèi)通過HMI進(jìn)行記憶。

（3）在點(diǎn)動(dòng)模式下測試中心距是否能達(dá)到以上記憶的最大、最小中心距，并在電腦內(nèi)顯示正確。

（4）裝上一對夾送輥輥環(huán)，手動(dòng)讓夾送輥關(guān)閉，直到上下輥環(huán)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(huán)的直徑，如圖11所示。

圖10 夾送輥關(guān)閉

圖11 電腦顯示數(shù)值

（5）在點(diǎn)動(dòng)模式下手動(dòng)使上下輥環(huán)接觸，檢查液壓伺服系統(tǒng)的泵轉(zhuǎn)速（圖12）及系統(tǒng)壓力（圖13）是否在范圍內(nèi)。

圖12 泵轉(zhuǎn)速

圖13 系統(tǒng)壓力

（6）確保調(diào)節(jié)裝置的螺母鎖緊的情況下，通過控制盤點(diǎn)動(dòng)使上下輥環(huán)接觸，然后檢查輥環(huán)和出入口導(dǎo)衛(wèi)是否干涉。

5 結(jié)論

改造后后尾甩尾及堆厚得到了解決，產(chǎn)生實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益。改造后每一卷線材剪后尾的數(shù)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(chǎn)品出售。剪切的后尾只能作為廢鋼出售，廢鋼噸售價(jià)1800元；節(jié)省的圈數(shù)增加了產(chǎn)量，噸售價(jià)4000元。一支鋼最終盈利額（以最低5圈計(jì)算）=30圈后尾廢鋼價(jià)+5圈正品價(jià)-35圈廢鋼價(jià)=0.0198×1800+0.0033×4000-0.0231×1800=7.26元，兩條線日產(chǎn)量1240支，日盈利0.9002萬元，則年創(chuàng)造效益328.573萬元。