中板厂热矫直机的升级改造.docx
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中板厂热矫直机的升级改造
中板厂热矫直机的升级改造
摘要
钢板在轧制和快速冷却的过程中,由于各种因素的影响,轧出的钢板常常会出现瓢曲、波浪等缺陷,所以热轧后的钢板必须经过热轧机的矫正。
热矫直机是安装在生产线上的重要的机械设备,决定了生产线板材的基本性能和质量,可以改善板材的平直度、消除残余应力。
中厚板在加热、轧制、冷却、剪切以及热处理的生产过程当中，常常会发生板带的纵向纤维在宽度方向和厚度方向上长度不一样的现象，钢板内部材料产生的临界纵向内应力如果大大超过了热轧钢板的临界屈服应力,就很有可能造成平直度缺陷，而矫直机就是用来消除这种平直度缺陷。
中板一热矫直机因为投产的时间比较早,原矫直机的生产工艺设计已不能完全地适应现在的工业生产高强度轧钢生产工艺和设备的技术发展需要,为进一步提高对钢矫直能力和控制矫直板形,增强矫直能力,保证钢板的控制和矫直高强钢板的正常工艺生产和质量,保证矫直高强钢板的质量，减少人为因素对矫直过程的影响，适应现代轧钢高质量、高产量、高效率的要求，针对热矫直机控制系统、辊系、工作辊表面大量粘结硬质氧化铁颗粒，进行分析改进。
关键词:
热矫直机,压下装置,辊系,粘钢,改进
1绪论
1.1课题背景
中板宽厚板生产的车间热矫直机设备落后，产品品种单一，主要轧制普碳钢板，只能依靠产量创效，随着时间推移，已不能适应国内钢铁市场需求。
近年来，随着公司生产经营战略目标的转变，创效模式转向品种钢增效，高附加值品种钢生产比例逐年提高。
在线热矫直机制造年代久远，构造简单，但是矫直能力小，矫直机的矫直能力严重制约品种钢生产，使生产效益受阻。
1.1.1热矫直机的作用
我国发达地区冶金钢铁的工业生产中,中厚板也被认为是重要的工业产品之一。
它的其专业水平和其生产的技术水平和其优良的产品质量直接地反映了一个发达国家及其地区冶金钢铁工业的核心竞争力和其发展的水平。
同时,宽厚板也在我国是重要的战略物资,中厚板主要广泛应用在大型的船舶和大型汽车的制造、大口径的钢铁和液化石油气的直缝焊管以及大型军事武器的装甲、大型民用建筑物的钢结构以及大型机械制造等冶金钢铁工业的领域,但是由于大型的中厚板在其进行轧制、冷却等的工作过程中,由于各种因素的相互综合作用的影响,经常都会容易使得中厚板本身产生一些缺陷形状上的一些缺陷。
因此一些例如大型的中厚板经常会有明显的纵向弯曲、横向弯曲、边缘起浪、中间瓢曲以及又称镰刀弯等等形状上的一些缺陷,为了有效地消除这些缺陷形状上的这些缺陷,生产制造和轧出优良的热轧钢板,对于热轧钢板辊式矫直机来说是必不可少。
热轧辊式矫直机是一种可以采用交变弯曲和反向变形进行轧制排列辊式矫直机。
中厚板轧件在辊式矫直机中经过多次的交错弯曲和反向变形排,使原始矫直辊弯曲率的不均匀度逐渐地减小,进而矫平。
1.1.2热矫直机改造的目的和意义
在线热矫直机制造年代久远矫直性能远不能满足现在生产需求，现今暴露出很多问题:
1、压下控制系统简单；
2、矫直能力不足,难以矫直屈服强度590MPa的钢板；
3、在轧辊使用强度矫直较高的中等强度不锈钢板时,工作在轧辊的辊体表面大量出现粘结硬质的活性氢氧化铁金属颗粒。
为进一步提高钢板的强度和板形,需要进一步提高采用热矫直机的钢板矫直加工能力,保证矫直高强钢板的加工质量,减少了人为因素对于热矫直机加工过程的决定性影响,适应了现代加工对冷轧钢高质量、高产量、高效率的加工技术要求,迫切需要对于现有热矫直机加工工艺实行技术改进。
2热矫直机改进
2.1热矫直机压下装置升级改造
热矫直机主要从三方面进行升级改造：
1、车间的热矫直机投用时间较早采取机械压下进行辊缝调整，其自动化程度比较低，调整的速度慢，不具备对自身垂直方向弹性变形进行动态补偿的功能，因而造成了设备能力没有得到全面的发挥，不能满足矫直精度和产量提升的要求，因此对现热矫直机压下装置改造，采取液压压下。
2、车间的热矫直机如果不改造辊系,受矫直力的限制,高附加值品种钢矫直效果比较差,通过改造辊系来提高矫直能力。
3、热矫直机在使用过程中，工作辊辊面极易出现粘钢缺陷，分析原因并进行改进措施。
2.1.1采用液压压下装置叙述
采取伺服电机液压压下,液压压下模型矫直装置的特点:
（1）矫直装置在改造中采用了伺服电机的液压agc自动矫直液压压下模型的动态矫正和辊缝压力调整自动控制技术,提高了液压压下板材的自动矫直和甩尾质量,并且同时具有良好的过载方向自动保护和垂直方向弹跳补偿等自动矫正和保护的作用;
（2）改造过程中当在控制系统辊缝矫直力的自动控制作用下引起板材垂直方向的弹性材料发生变形时,伺服电机液压压下模型控制系统根据根据矫直方向压下装置的过载实测值之间的辊缝载荷和压力偏差分别设定了相应的压下量,使矫直模型系统通过压下后的液压缸不断自动地补偿设定值的板坯压下量,以便于及时修正与设定值之间有偏差的板坯压下量;（3）在矫直过程中系统采用自动控制矫直模型系统能够根据矫直过程中发生的材料弹性变形的自动控制原理和自动计算得出的设定值板坯矫直和压下量数据,设计并控制出了相应的矫直模型载荷咬入和甩尾条件,完成了对设定值矫直模型压下量参数的自动设定计算及对矫直模型物料的自动跟踪,实现了对板材在矫直过程中的载荷咬入、矫直、甩尾三个过程和阶段的载荷自动控制和甩尾的功能,提高了矫直模型板头和尾端的自动控制矫直和甩尾的质量;（4）对于在加工过程中物料板头和辊缝尾端完全变形较大难以完全咬入的特殊加工情况,可以适当地对物料采用钢压式矫直。
该模型采用加大物料板头和其辊缝的尾端开口度,提高了物料的咬入载荷条件的矫直模式,在加工过程实现物料板头完全变形难以完全咬入后,采用钢压式矫直。
该模型采用带钢压下的矫直方式对其辊缝尾端进行了矫直。
液压压下活动梁装置设备的辊缝倾斜度调整装置采用4个带垂直压力和位移传感器的液压缸和agc传感器液压缸实现辊缝垂直调整的装置和动作。
agc传感器液压缸的上辊系直接安装在电动机架上部的活动横梁内,其下部与机架的活动倾斜梁互相连接。
辊缝垂直倾斜度调整装置当液压压下电动机架可以同步或分组地自动调整4个带垂直压力和位移agc传感器类型的矫直液压缸时,可实现调整液压压下装置设备活动倾斜梁的主要垂直压力和倾斜度值自动调整及液压压下活动倾斜梁的主要垂直倾斜度调整,以更好地实现和达到了调整液压压下活动梁辊缝倾斜度值的主要垂直调整目的。
通过带垂直压力和位移传感器液压缸可以自动检测矫直辊缝倾斜度值的方向和压力载荷大小以及活动横梁的倾斜活动量,压力通过位移传感器对液压压下装置设备的压力载荷和活动梁压力载荷进行了自动检测,当装置设备的垂直压力倾斜梁过载时agc的液压缸传感器可以自动使上辊系快速将液压压下活动倾斜梁抬起,实现了液压压下活动梁对设备的压力过载控制和保护。
2.1.2液压压下装置分析
热矫直机的上横梁预应力机架是采用了横梁框架焊接整体结构的设计。
此机架由两个上横梁、两个中间焊接框架、一个下横梁机架、四根预紧拉杆、八个预应力横梁螺母（四个主要用于液压矫直机架的预应力螺母）四个部分共同组成。
整个液压矫直机架具有整体结构简单刚度高荷载系数大、重量轻、加工和设计拆装方便等的产品设计特点。
上横梁矫直机的安装压下比例装置主要是安装在两个上横梁的连接处,只要一次打开四个上横梁液压机架的上横梁螺母就已经完全可以将两个上横梁完全地拆下,现在需重新加工和设计制造出既能够很好地满足压下agc缸的安装,又需要尽量能够保持与上横梁安装接口空间和安装尺寸一致;再进行机架现有的活动上横梁与机架垫的连接部分上横梁装置进行了重新改造,以使两个上横梁能够更好地适应满足了压下比例连接;并且在该矫直机的基础上新增配套的满足压下比例的伺服电机控制系统和阀台、管线等配套的设备。
2.1.3采用液压压下装置的方案
主要通过设备的机械部分、流体传动系统、电控系统三个部分方面,在能够充分利用原来制造设备的基础上,减少了投资,提高了设备的能力。
1.机械部分
（1）保持与使用现有的机架安装以及接口位置尺寸一致的必要条件下,新增了两个上横梁,以更好地适应4个压下AGC缸安装与日常维修时的更换。
（2）拆除原机械压下传动装置,新增4个AGC压下缸。
（3）利旧改造利用现有的活动梁和液压垫的连接部分,以便AGC液压缸的连接。
2流体系统
（1）拆除原机上液压垫的液压管路,其余管路利旧。
（2）改造时必须保留原有的液压站,用于控制除了AGC液压缸外的其他液压缸。
（3）新增压下比例伺服液压控制阀台,并且新增加相应的液压控制系统。
（4）新增配套液压站。
（5）新增机上液压管线、中间管线。
3电控系统
（1）保留了现有的电气自动化柜、电气自动箱和电气传动柜,利旧使用。
（2）新增液压压下伺服控制传动系统。
（3）同时新增了各种能充分满足机械矫直机以及液压机和压下机等各种操作机械功能应用需求的台、箱、柜。
（4新增了一套满足矫直机自动矫直的自动化控制管理系统及自动化矫直机的模型管理控制系统。
4.现场施工方案
（1）预先进行设计完成的新增AGC缸与新增上横梁组装。
（2）预先完成新增配套液压站及中间管线安装等。
（3）同时松开上辊盒的夹紧连接机构,解除活动梁与上辊盒的连接状态。
（4）拆掉原机械压下部分。
（5）拆下平衡油缸及其管路,待回装。
（6）采用高压油泵依次对四个机架预紧螺母打压拆卸。
（7）拆除现机架上横梁。
（8）拆下辊盒夹紧管路,吊出活动梁,待回装。
（9）装入改造后活动梁。
（10）组配好的新增AGC缸与机架上横梁进行装入。
（11）连接平衡油缸及其管路。
（12）连接辊盒夹紧连接管路,夹紧上辊盒。
（13）安装上新增的AGC缸液压配管。
（14）负荷调试。
2.2热矫直机辊系改造
为进一步提高强硬度钢板的矫直板形,需要进一步提高现有热矫直机的效率和矫直板形能力,保证矫直高强度钢板的生产质量,适应现代轧钢高质量、高产量、高效率的发展要求,迫切需要对公司现有热矫直机设备实行辊系升级改造。
车间的热矫直机如果不重新设计改造支承辊系,受矫直力的限制和屈服强度的限制,高附加值的品种新型钢进行矫直的能力效果比较差,通过热矫直机改造辊系支承结构来大大提高新型钢进行设计和矫直的极限承载能力,热矫直机原来辊系最大极限承载能力约12000KN,产线现在生产的高附加值的品种新型钢,由于强度大，原有矫直力不能满足生产需求，矫直能力对钢板的屈服强度限制需要达到590Mpa,现辊系最大载荷极限的矫直力约20000KN。
热矫直机设计和改造车间现有的品种钢辊系现有3排支承辊,按skf探索者系列高承载的轴承核算,辊系所最大承载的极限矫直力约12000KN（载荷最大极限的矫直系数是1.429）,在热矫直机设计和改造品种钢辊系的过程中,为了更好地充分利用制造企业单位和车间现有的支承辊的材料和装备件,通过改造辊系的辊盒,增加一排支承辊,改造辊盒既节省了材料又节约金钱，使得辊系最大所可承受的载荷极限矫直力屈服强度可以最大达到20000KN。
2.3热矫直机工作辊辊面粘钢的原因和技术改进
热矫直机在更换和修磨工作辊使用的整个过程中,一般情况在工作辊重新更换20天后工作辊的辊面就会出现了压痕和粘钢等一些缺陷,产线的热矫直机靠人工在线进行修磨是比较困难的，而且产线的生产节奏比较快和紧张，在线修磨费时又费力，即使在线进行修磨好由于粗糙度值过高而达不到工作辊的粗糙度要求,也极易在原来出现粘钢的部位再次出现压痕和粘钢。
在板面上会有较大的粗糙度和压痕,影响了产品质量。
2.3.1热矫直机工作辊辊面粘钢原因分析
在微观的压应力条件下,钢板与工作辊表面的边缘轮廓是凸凹不平的,在一般的与机械零件相接触时,轮廓接触面积约为名义接触面积的4%～15%,而实际机械零件轮廓接触的面积只为名义机械零件轮廓接触面积的0.01%~0.1%,因实际机械零件名义轮廓接触的面积小,故实际接触面积上的压应力远大于按名义接触面积所计算出的数值,矫直力加上钢板本身以及弹塑性变形产生的高温,金属将会在焊接钢板上产生大量金属电子的快速扩散及与其他金属原子的结合,使得钢板与焊接的金属工作辊在轮廓接触该点之间产生一种也就是所谓的"冷焊"的现象。
当钢板与工作辊的结合点处产生高强度的摩擦或者在冷焊后滑动时,冷焊后强度相对较低的钢板颗粒将被直接的撕离母体,部分颗粒就被直接滞留在强度较高的部分工作辊表面上,形成"粘接瘤"。
但是当"粘接—撕裂"不断的重复,就在工作辊的表面形成粘钢现象。
这样在工作辊表面上直接形成的"粘接瘤"直接的划伤到了钢板的表面,加大了工作辊的摩擦,加剧了对工作辊的摩擦和磨损,降低了其工作辊的性能和其使用寿命,并且使得工作辊与其他钢板的结合点处表面更加容易产生粘接的压痕。
辊面的粗糙度越低,辊面之间产生粘接的摩擦和压痕可能性越小,反之越大。
避免或减缓工作辊辊面粗糙度值增大是提高工作辊使用寿命的有效途径。
在日常的生产和使用的时间和过程中,有很多的一些决定性因素都会直接地造成对粗糙度的影响,即辊面的减小粗糙度增大值的可能性增大。
1.辊面的氧化层对于辊面粗糙度的重要影响
工作辊采用的附着性金属材料主要是中耐热性的热作模具钢,在一个工作辊使用了很长一段时间后,工作辊面的氧化膜上形成一层致密的对金属附着性比较强的金属附着性氧化膜,这种氧化膜可以有效防止金属被继续的氧化或者受到腐蚀,对工作辊有很好的保护作用。
在矫直机正常工作的过程中,辊面的氧化层不断被磨损,但又会不断的释放出新的化学物质从而使得氧化层重新的生成,当这一处理过程达到了平衡时,可以有效的大大提高了工作辊的性能和其使用寿命,反之则大大降低了整个工作辊的性能和其使用寿命。
采用工作辊内水进行冷却的一种处理方式同时,如也可能需要同时采用外冷却水，对于工作辊身的氧化膜进行周期性的冷却，这就导致了可能会直接造成了整个工作模具辊在周期性的高温、高速和周期性的骤冷骤热三种工作条件下的正常工作,加上辊在周期性的交变和应力的双重作用下，辊面的氧化膜微裂纹就会形成。
裂纹氧化膜在粗糙度达到一定疲劳极限后,会迅速地产生扩展。
裂纹氧化膜在工作辊尺寸的粗糙度增长大到一定的程度时,垂直于工作辊面的氧化膜微裂纹与氧化膜和平行于工作辊面的金属裂纹会迅速发生相互汇合,在工作辊的钢板矫直机力和垂行于工作辊与钢板的交变应力的作用下,辊面的金属氧化膜微裂纹会迅速发生脱落,使得平行于工作辊辊面金属裂纹工件粗糙度的随之而增加。
2.支承辊对工作辊辊面粗糙度的影响
根据钢板产生的不同板形,需要对支承辊设置一定的负弯或正弯,同时两个支承辊之间在工作辊轴向存在的一定的距离,再加上支承辊在装配过程中有误差存在，支承辊和工作辊之间的接触就有可能是点接触，容易形成应力相对集中。
特别是在支承辊的棱边和点接触处,接触应力的直接影响和作用下轴承氧化层容易产生脱落,工作轴承辊辊面被棱边的氧化层脱落和划伤。
同时,支承辊在正常生产和使用的装配过程中由于有缺陷的工作辊轴承缺少的润滑油容易造成轴承损坏而使工作辊轴承卡死的这种情况也可能会对有缺陷的两个工作辊表面的氧化层粗糙度产生了较大程度的脱落和划伤,这些的情况下可能都会直接导致正常使用的两个工作辊面的氧化层粗糙度增大。
3.相对滑动对辊面的粗糙度的影响
矫直的过程中由于板带和工作辊面的相对方向会产生一定的滑动，一般会发生两种状况,一种是热矫直机的辊系通过电脑自动控制传动形成固有的传动形式，,在矫正钢板时，辊系一般是设置入口的辊缝比较小,出口的辊缝比较大,,从而容易使得钢板在各工作辊的压弯量的不同,即弯曲的半径不一样,使得钢板在工作辊系入口处中性层的速度远远大于钢板在出口的速度,当速度差已经达到一定的程度,工作钢板在辊间形成的负转矩足于克服辊面与钢板之间的摩擦力时,就会容易导致钢板与工作辊面之间发生相对滑动,这时容易因为钢板辊面的发热和摩擦辊面产生拉力而在出口处之间留下了相对方向打滑的裂纹。
另一种相对方向滑动的这种情况是由于计算机检测器控制传输系统造成的,可以做到完全避免的。
钢板的位置是由热金属检测器采集并把信号传给计算机，当钢板的跟踪位置与实际位置不一样时，轧件跟踪系统通过检测器自动修正或通过操作工校准。
当热矫直前热金属检测仪出现问题时，不能准确的检测到钢板位置或检测到的钢板位置不精确，将会导致矫直机提前提速或者未及时提速。
矫直的过程为高温计检测到钢板时，输送辊道的速度降到钢板咬入速度，钢板咬入后输送辊道和矫直机提升到矫直速度，最后再减速，让钢板以较低的速度抛出。
矫直机无法提前的进行提速或未及时的减速都将钢板很有可能直接使得工作辊的钢板在相对工作辊的钢板表面进行滑动时产生较大的划伤和滑动。
这两种相对工作辊的滑动都会造成工作辊表面的划伤，使辊面的粗糙度值增大。
2.3.2热矫直机工作辊辊面粘钢改进措施
1降低工作辊表面的粗糙度
降低辊体表面的耐磨粗糙度，原热矫工作辊辊面粗糙度为Ra0.8，粗糙度偏高，使工作辊粘钢的几率增加。
现更换工作辊的辊面粗糙度为Ra04，可以有效减少工作辊的粘钢事故的发生。
2减少钢板与辊面之间的滑动
当操作人员发现矫直机轧件存在明显提前提速或未及时的提速时,及时的检查热金属检测器的是否正常或存在故障,操作人员应对矫直机轧件的跟踪检测器系统进行校准,同时也应及时的进行检查了矫直机钢板轧件跟踪检系统是否正常，这样可以有效的避免矫直机的提速慢或者提前提速,可有效的消除和避免由于矫直机钢板相对摩擦力，所造成的磨损和辊面受到划伤等的事故。
采用单轴驱动代替集中驱动是消除钢板在辊间滑动的根本办法，但在已固有的集中驱动的结构上去改造为单轴的驱动不一定能够很好的使其得到有效实现。
而目前的矫直机通常都是采用入口4根的工作轴转辊由一台电机驱动,出口5根集中转辊由另一台的电机驱动,两台电机通过电气同步,两台的电机之间的可设定一定的速度差,可有效的消除和减少了矫直机钢板在辊间的相对摩擦力和滑动。
3.工作辊采用内水冷却
工作辊在钢板表面产生的氧化层可直接起到减磨耐磨的保护作用,如果采用外冷水对辊面进行冷却，工作辊辊面在钢板加热和外冷却液的交替作用下，使氧化层热疲劳破损，增加辊面的粗糙度，因此避免用外水冷却。
矫直的工作辊在较高的温度下虽然具有良好抗软化的能力,但是使用钢板的温度通常高于540℃会使硬度出现迅速的下降,必须在矫直时采用合适的内水进行冷却。
在矫直过程中，工作辊辊面与钢板接触的瞬时温度可达到400℃左右，在辊面与钢板脱离接触后，温度迅速降到100℃以下。
内冷却水的流量为15m3/h，在矫直完钢板后测量工作辊辊面温度为75℃，冷却水进水温度t1=25℃，出水温度为t2=34℃，同时，工作辊矫直钢板是间断性的和不断旋转的，这都有利于辊身的降温。
所以单独使用内冷却水是可以达到冷却工作辊并保证辊面硬度的目的，确保辊面不会由于软化而被划伤。
4改善支承辊的工作条件
在热矫直机支承辊辊身的两端分别设计约30mm×0.3mm的应力倒角,这样就可以有效保证和改善支承辊的棱边对于工作辊辊面摩擦造成的应力集中。
辊系一般在支承辊使用3个月后,支承辊两端的应力倒角基本上被支承辊磨平,定期对支承辊的棱边进行应力拆卸修磨、提高热矫直机辊系的轴承装配工作精度,提高轴承工作辊与其他支承辊的接触面积,提高工作辊与支承辊的接触面积是保证辊型和避免棱边处应力集中的一个有效的措施。
热矫直机支承辊的划伤和卡死一般都是由于热矫直机轴承缺油造成的,热矫直机辊系采用的分配器是递进式油气混合润滑,使用递进式的分配器对热矫直机辊系的轴承供油,可以在线实时监测热矫直机辊系的轴承供油运行情况,发现供油异常时及时对分配器和油气混合块进行清洗和更换，可有效避免支承辊的卡死和工作辊表面由于划伤而形成的粘钢。
结论
中板厂现有的热矫直机因投产时间比较早,原设计已不能适应现在生产高强钢的需要,暴露出3个问题,本文主要是针对这三个问题进行改进。
改进的方式如下:
（1）采用液压压下装。
（2）增加一排支撑辊。
（3）辊面粘钢的改进措施。
采用此技术解决方案对热矫直机压下传动系统进行了设计的升级和技术改造后,生产能力和技术优势得以实现,矫直机的生产精度和所用材料的生产量均进一步得到了提高,具有良好的生产经济性、有效性、施工方便和生产周期短等优点。
改造后的热矫直机通过液压压下，精确控制辊缝，大大提高了矫直能力和压下机构操作性和可靠性，保证了矫直机的安全运行。
增加一排支撑辊提高热矫直机的矫直能力，可矫直屈服强度590MPA，钢板矫直不平度待处理降低越50%，生产出适应现代轧钢的高质量、高产量、高效率。
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