宝钢厚板厂冷矫直机的应用

宝钢厚板厂冷矫直机的应用

1eleeler型2005年4月，大型宝钢板厂开始了一场炎热的负荷试验。现在它是设备的设计和制造阶段。冷矫直机选用HPL(HighPerformanceLeveler)型,其由德国SMSDemag公司设计。该型冷矫直机已在英钢联的Scunthorpe工厂和DillingerHütteGTS的Dunkerque厂分别于1995年和1996年顺利使用。从两家厚板厂的使用实绩来看,矫直一个道次后的钢板平直度达到3mm/m的钢板数占整个月所矫直钢板数的95%,所有经矫直后的钢板内部残余应力的分布达到最小,这就保证了钢板永久平直。2钢板冷矫直机直机考虑到投资的原因,在一期时设置一台冷矫直机,但要兼顾热处理钢板的矫直,所以将此矫直机布置在热处理跨内,见图1。该矫直机具有以下作用:(1)剪切线剪切后的钢板经平直度检测达不到要求时,由定尺剪后的横移修磨台架或横移吊车送至冷矫直机进行冷矫直;(2)对热处理后的钢板进行矫直,也能满足温矫的工艺要求(钢板温度不超过400℃);(3)当钢板不需要矫直时作为过渡辊道将钢板运送至成品库。3冷缩直机的主要参数和结构3.1冷缩直机的主要性能(1)直尺钢板尺寸宽度为900~4900mm;厚度为5~50mm;最大长度为26m;最大屈服强度为1000kN/mm2。(2)可通过最大钢板厚度150mm。(3)最大偏经钢板温度400℃。(4)弯曲速度0~0.5/1.0m/s。(5)酶dm型钢板温度在0~250℃(不带内冷的实心辊)时,上矫直辊为4×ϕ220mm×5100mm;下矫直辊为5×ϕ220mm×5100mm;矫直辊表面硬度为HRC61;钢板温度在250~400℃(带内冷的空心辊)时,上矫直辊为4×ϕ220mm×5100mm;下矫直辊为5×ϕ220mm×5100mm;矫直辊表面硬度为HRC58。(6)支撑辊上支承辊为112×ϕ220mm×120mm;下支承辊为140×ϕ220mm×120mm;支承辊表面硬度为HRC52。(7)自适应辊间距240/280mm。(8)最大臂积35000kN。(9)直机刚性约8000~10000kN/mm。(10)主要轴承9×180kW,0~750/1500r/min。3.2矫直辊和钢板的安装为保证矫直效果,在冷矫直机的入口设有一套钢板对中装置。矫直机由牌坊、上下横梁、上下弯辊调整系统、上下辊系(辊系包括工作辊、支承辊及框架等)、主压下系统、斜楔调整系统、换辊装置和除尘装置等组成,见图2。换辊时,上辊系放在下辊系上,利用由液压马达和链齿轮组成的链式系统移出。上下辊系可同时或单独成组更换,万向接手的端部利用托架支承和锁定,实现快速换辊。矫直辊通过交流电机、电机接手、齿轮箱、万向接手单独传动,电机接手均为安全接手,见图3。堆积在下矫直辊下的氧化铁皮,通过一套摆动装置经过溜槽和氧化铁皮运输带送入氧化铁皮收集筐中。经矫直后的钢板上表面脱落的氧化铁皮通过设在矫直机入口和出口的除尘装置进行收集,避免钢板经多次矫直后脱落的氧化铁皮压入钢板表面和损伤矫直辊表面。该矫直机设有2套不同硬度的工作辊,一套用于矫直温度范围在0~250℃的钢板,另一套用于矫直温度范围在250~400℃的钢板,对后一套辊子在矫直时采用内冷,两套工作辊共用一套支承辊,以减少支承辊的备件数量。每个矫直辊由28个支承辊支承,支承辊采用自润滑轴承,以确保矫直过程中无油滴到钢板表面。支承辊轴承结构见图4。3.3设备的结构特点3.3.1矫直机操作模式目前,传统的钢板矫直机都装有上辊系的平行或倾斜调整系统,实践表明,装有上述调整系统的矫直机已满足不了对钢板平直度、残余应力最小化以及从钢板中心到表面残余应力逐渐减少、防止翘头和一道次矫直的要求。本矫直机的上下矫直辊拥有单独的调整系统。矫直辊的布置见图5。在所有矫直辊单独调整前提下,从入口到出口可以得到理想的钢板矫直曲率,从而对薄规格和高强度钢板可以得到理想的矫直效果。采用单独调整和成组调整的矫直机在矫直后钢板内部的残余应力分布情况见图6。对传统矫直机而言,它的最大缺点是矫直钢板的厚度范围受到限制,这主要是因为矫直机的辊数和辊距不能变化造成的,当然,这可通过设置2台矫直机或2套辊系来实现,1套辊系用于矫直厚板,1套辊系用于矫直薄板,通过更换不同的辊系来满足厚度的变化,但会造成操作不便和高的成本。对于所有矫直辊均可单独调整的矫直机,就有可能将其中的某几根矫直辊移到矫直辊的原始位置而不参与矫直过程。例如当钢板厚度较大时,该矫直机可将其中的3#、4#、6#、7#4根矫直辊提升,由其余5根矫直辊进行矫直,矫直辊间距增大了,矫直范围上升了大约50%,具有2台常规矫直机的能力。即矫直机可按2种模式进行操作:9辊矫直机可矫直薄钢板和高屈服强度钢板,见图7;5辊矫直机可矫直低屈服强度的厚钢板,见图8。3.3.2矫直辊附加扭矩由于在矫直过程中钢板产生塑性变形,钢板的长度将发生变化,在每个矫直辊处的曲率半径相同,辊子的转速和速度分别相差达3%。成组驱动的矫直机中,矫直辊之间由于在上述原因的作用下产生不可控的径向力,这种力在矫直辊的传动机构上将产生附加扭矩,因此,在矫直机传动机构上要传递的扭矩要比矫直工艺本身所需要的扭矩大得多。附加扭矩是造成成组驱动矫直机的传动轴和齿轮经常损坏的原因,矫直辊在钢板上的打滑可以减轻对传动机构的损害(打滑是不可控制的),但会造成钢板表面和/或矫直辊表面缺陷。采用矫直辊的单独传动可以解决这一问题,即每个矫直辊均通过各自的电机、减速机和万向轴驱动,减速机布置在同一个齿轮箱中,见图3。每个矫直辊由各自的传动机构提供所需要的矫直扭矩。所有的矫直辊单独传动按照扭矩—转速控制回路进行控制,这些单独控制集中在一个载荷补偿控制系统中,不仅控制钢板在入矫直机时的扭矩过载峰值,而且保证在矫直过程中载荷分布均匀。这种传动装置避免了传统的成组传动常见的缺点,还由于装配件小而具有备品备件少的优点,即总投资少。矫直辊单独驱动的另一个显著的优点是能够同时采用不同辊径的矫直辊,大大节省了矫直辊的修磨时间和修磨成本,提高了经济效益。3.3.3液压调整系统的设计方差分析传统矫直机上的电—机辊子调整系统在设定位置时表现出精度不高、再现性和动态响应差的缺点,它们已不能满足现代化矫直机的要求,只有采用液压调整系统,各个方面的性能才能有显著的提高。液压调整系统由位置控制回路(带伺服控制的设定单元)和位移传感器(反馈实际位置值)组成。(1)矫直辊辊缝调整上辊系、上弯辊框架和上横梁由4个主油缸支撑,可在无负荷的情况下快速闭合以及在带负荷的情况下进行辊缝调整,另外,主油缸也用于过载保护,当超过最大矫直力时,矫直辊辊缝将打到最大。单个矫直辊的升降由一对斜楔和带位置控制的液压缸组成,只适用于无载荷下的调整,见图3。辊缝控制属于液压调整位置控制回路,辊缝控制的原则是在整个矫直过程中保持辊缝恒定,这样钢板的头尾均得到很好的矫直质量。(2)产生弹性变形弯辊缸设置在横梁和上下辊系框架之间并固定在弯辊框架上(上下各8个)见图9,采用压力控制的方式进行控制。在矫直过程中,由于受到矫直力的作用,机架将产生弹性变形,具体表现为机架拉长、压缩、偏转从而导致辊缝变大和辊缝形状的变化,如果没有横梁的变形补偿系统,将不会得到理想的矫直效果。在矫直力的作用下,横梁呈抛物线形状变形,这无法用主油缸的调整来补偿。为了补偿这种抛物线形状变形,就要对辊缝形状进行控制,该矫直机通过设在上下弯辊框架内的短行程油缸来控制,使辊缝在钢板的宽度方向达到希望的平行度,即钢板进入矫直机、离开矫直机和工艺参数改变后也进行控制,在整个矫直过程中都保持矫直辊辊缝的恒定。4矫直机的特点通过以上分析,得出以下结论:(1)所有矫直辊可以单独调整以得到最理想的辊缝形状,得到最好的钢板平直度和最小的残余应力。从已投产的2台HPL矫直机来看,矫直的效果非常理想。(2)采用矫直辊的单独传动,避免对万向轴和齿轮的损伤,操作可靠性大大提高。(3)采用变辊距和辊数(从9辊变为5辊),扩大矫直厚度范围约50%,最大矫直钢板厚度可达50mm,矫直钢板的最大屈服强度