可逆冷軋機防纏導板的分析及改進

尉 強 嚴國平 徐時棟 吳有生

(中冶南方工程技術有限公司 湖北武漢430223)

·經驗與革新·

可逆冷軋機防纏導板的分析及改進

尉 強①嚴國平 徐時棟 吳有生

(中冶南方工程技術有限公司 湖北武漢430223)

對現有冷軋機組中防纏導板的工作原理及典型的設備結構進行分析，設計適用于可逆冷軋機且工作輥可水平移動的防纏導板，介紹了此種防纏導板的結構特點，并解析了防纏導板工作位置與工作輥輥徑的函數關系。

可逆冷軋機 工作輥水平移動 防纏導板 乳化液 空氣吹掃

1 前言

隨著鋼鐵工業技術的迅猛發展，市場對冷軋帶鋼成品的要求愈發苛刻，不僅要保證較高的表面質量和良好的機械性能，而且要求厚度越來越薄，這就對工作輥輥徑提出了新的挑戰。工作輥水平移動技術在保證軋輥水平剛度的條件下減小了輥徑，使得可軋帶鋼進一步減薄。工作輥水平移動技術要求防纏導板能適應水平移動，在保護工作輥的同時還要做為乳化液噴射和吹掃設備的載體。具體要求防纏導板能夠保證順利穿帶，防止纏輥時損壞工作輥，防止乳化液殘留在帶鋼表面，能夠保證軋制的順利進行[1]。

2 防纏導板的工作原理及設備結構分析

1)防纏導板作為軋制的輔助設備，主要起到防纏和防濺的作用[2]，同時還布置了乳化液噴射裝置。其防纏功能就是通過液壓缸驅動導板靠近工作輥表面，使導板與工作輥表面之間保持13mm間隙，當發生斷帶事故時保護工作輥，同時也防止帶鋼纏繞在工作輥上，劃傷工作輥。

對于防纏導板的防濺功能，具體是布置吹掃和導板裝置清除及遮擋乳化液，避免乳化液滴落殘留在出口帶鋼表面。究其造成帶鋼表面乳化液殘留的主要原因有：

(1)用于軋制潤滑的乳化液從帶鋼邊部的工作輥輥縫竄流到軋機出口的帶鋼表面，造成乳化液殘留；

(2)中間輥竄輥致使大量乳化液從中間輥竄動的空位處飛竄到軋機出口的帶鋼表面，造成乳化液殘留；

(3)由于軋輥的高速旋轉，使乳化液反彈飛濺到牌坊內各處，冷凝后落到帶鋼表面，造成乳化液殘留；

(4)由于乳化液管路關閉時，管內乳化液不能及時排空，從噴嘴處滴落到帶鋼表面，造成乳化液殘留。

2)通過以上對乳化液殘留原因的分析而產生的解決乳化液殘留的設計思想有兩種：

(1)通過吹掃或者封堵把乳化液遮擋在有乳化液噴射裝置的一側，盡量減少乳化液竄流到軋輥另外一側，國內某冷軋廠的I型防纏導板就是在有乳化液噴射的位置相向布置乳化液吹掃裝置，所謂哪兒噴哪兒“吹”，把乳化液阻擋在“源頭”，結構布置如圖1所示。國內某設計院根據其基本原理，發明了無吹掃軋制，通過調整噴射擋板的寬度，把既將要竄流的乳化液擋在軋機一側，所謂哪兒噴哪兒“擋”。

圖1 I型防纏導板乳化液噴射及吹掃布置圖

1-上中間輥和支承輥噴射; 2-上工作輥分段冷卻; 3-帶鋼上表面輥縫噴射; 4-帶鋼下表面輥縫噴射; 5-下工作輥分段冷卻; 6-下中間輥和支承輥噴射; 7-中間輥橫移空位吹掃; 8-帶鋼上表面吹掃; 9-輥縫吹掃; 10-乳化液擋板

(2)對將要竄流到軋機出口側的乳化液先不加阻礙，讓其自由竄流到軋輥另一側再做處理。具體是在出口帶鋼上表面增加遮擋導板，飛濺竄流到機架出口側的乳化液集流到導板表面從帶鋼兩側流下，再通過內部吹掃和抽吸裝置分別除去從輥縫竄流到帶鋼上表面和下表面的殘留乳化液，達到清除的效果。國內某冷軋廠設計的II型防纏導板(圖2)就使用此種方法，其乳化液噴射裝置(圖3)固定在防纏導板上下兩側的機架上，噴射乳化液時需將防纏導板退到初始位。

圖2 II型防纏導板乳化液噴射及吹掃布置圖

1-帶鋼上表面預噴; 2-帶鋼下表面預噴; 3-氣幕吹掃; 4-帶鋼上表面吹掃; 5-帶鋼下表面抽吸裝置

圖3 II型防纏導板的乳化液噴射布置圖

1-上中間輥與支承輥噴射; 2-上工作輥分段冷卻; 3-帶鋼上表面輥縫噴射; 4-帶鋼下表面輥縫噴射; 5-下工作輥分段冷卻

3)對于上述兩種防纏導板設計，都適用于可逆冷軋機，軋輥兩側都布置有乳化液噴射和吹掃裝置，一側乳化液工作，則另一側空氣吹掃工作，卻各有設計側重點。I型防纏導板把帶鋼上表面乳化液噴射和吹掃裝置布置在其導板內側，用擋板遮擋乳化液，避免乳化液飛濺滴落到出口帶鋼表面，通過伸縮液壓缸適應輥徑變化，同時設計有精確調整機構，保證導板與工作輥之間間隙。但I型防纏導板還需布置其他導板輔助穿帶，對帶鋼下表面的吹掃考慮較少，當工作輥可水平移動時此種導板就不在適用；II型防纏導板是在出口帶鋼上表面設計遮擋導板，遮擋上方滴下的乳化液，同時能保證穿帶順利進行，并且在上導板頭部布置氣幕吹掃，防止乳化液從導板頭部與工作輥之間的間隙中滴落。下導板布置抽吸裝置，能清除帶鋼下表面的乳化液，通過帶有位移傳感器的液壓缸驅動前行，精確保證前行距離。但工作輥分段冷卻和輥縫噴射是單獨的設備，乳化液噴射時需要退出防纏導板，增大了操作的復雜程度，對于工作輥輥徑減小的軋機，防纏導板與噴射梁布置困難，同時工作輥水平移動時分段冷卻不能保證乳化液噴射的均勻性。

3 新型防纏導板的設計

根據工作輥可水平移動六輥可逆冷軋機的特點，結合現有防纏導板的結構形式，設計出新型的防纏導板，布置于工作輥兩側，結構如圖4所示。

圖4 新型防纏導板乳化液噴射及吹掃布置圖

1-上中間輥與支承輥輥縫噴射; 2-上工作輥分段冷卻; 3-帶鋼上表面預噴; 4-下工作輥分段冷卻; 5-帶鋼下表面輥縫噴射; 6-帶鋼上表面輥縫噴射; 7-帶鋼下表面預噴; 8-氣幕吹掃; 9-帶鋼上表面吹掃; 10-帶鋼下表面抽吸裝置

1)新型防纏導板的特點

(1)集乳化液噴射、吹掃裝置和工作輥分段冷卻裝置于一起，結構緊湊，適用的工作輥輥徑范圍更大；

(2)可隨工作輥水平移動，兩側防纏導板一側進一側退，反之亦然，隨時保護工作輥。同時，工作輥分段冷卻裝置隨工作輥水平移動，使冷卻乳化液噴射更加連續均勻，有利于板形的精確控制；

(3)噴射乳化液時防纏導板無須退出，操作更加便捷，提高了機組生產效率。

2)新型防纏導板結構設計

新型防纏導板主要有四部分組成：防纏導板骨架，乳化液噴射裝置，工作輥分段冷卻裝置和乳化液吹掃及抽吸裝置，以下分別介紹各部分組成及功能。

(1)防纏導板骨架由上下導板組成，通過安裝在下導板上的液壓缸(帶位移傳感器)驅動前行。防纏導板內部支架設計成傾斜式，有利于穿帶，導板頭部設計有上下鏟頭，在發生斷帶或纏輥損壞時方便更換。

(2)乳化液噴射裝置主要有帶鋼預噴和工作輥輥縫噴射。帶鋼預噴布置在防纏導板內部，噴射方向與帶鋼運行同向且有一定夾角，預噴一方面可以加熱帶鋼，使軋輥熱凸度盡快達到穩定狀態；另一方面可以阻斷輥縫處乳化液反彈回流，防止乳化液順帶鋼回流到軋機入口。工作輥輥縫噴射布置在防纏導板頭部，主要為軋制提供潤滑，減小工作輥與帶鋼之間的摩擦力。乳化液噴射裝置設計主要是確定噴嘴的各項參數，首先確定需要乳化液流量，然后根據工藝及安裝位置確定噴嘴到帶鋼距離，再根據帶鋼寬度確定噴嘴間距和噴嘴數量，最后選擇合適噴嘴類型(噴射角及流量)。噴射裝置的總噴射寬度要保證乳化液能夠覆蓋到帶鋼寬度，又不能超出帶鋼寬度很多，以免造成資源浪費且給吹掃帶來壓力[3]。

(3)工作輥分段冷卻裝置具體是通過噴嘴給工作輥表面噴射冷卻乳化液，達到控制工作輥熱凸度的目的，解決由于工作輥熱凸度引起的高次不對稱板形問題。對于工作輥可水平移動的軋機，以圖5來說明分段冷卻隨防纏導板移動的必要性。噴嘴噴出的乳化液幕必須有一定的重疊量，保證乳化液噴射的均勻性。每個廠家的噴嘴重疊量都不同，以萊克勒為例，其重疊量為四分之一到三分之一。從圖中可看出工作輥沒有水平移動之前重疊量約為22.98/74.98=30.6%，當工作輥水平移動而分段冷卻裝置未移動時重疊量約31.826/83.826=38%，已超過所要求的重疊量，兩噴嘴之間乳化液已發生干涉，結果不均勻的噴射沒有消除熱凸度反而引進另外一不利因素，同時乳化液所覆蓋寬度也發生變化，影響了冷卻效果，當分段冷卻裝置與工作輥同時移動時可保證乳化液噴射的均勻性和穩定性。

(4)乳化液吹掃裝置由氣幕出掃及帶鋼上下表面吹掃組成。首先，通過氣幕吹掃可使乳化液集流到導流槽內，從帶鋼兩側流到乳化液收集裝置中；其次，帶鋼上表面吹掃是通過安裝在防纏導板內部的噴嘴(呈外八字布置)逆向帶鋼吹出壓縮空氣，使從工作輥輥縫竄留的乳化液流向帶鋼兩側，直接滴落或由下抽吸裝置除去；最后，帶鋼下表面抽吸裝置是由安裝在下導板上的空氣放大器抽氣，使帶鋼下表面與空氣放大器上部形成局部負氣壓，乳化液隨空氣進入空氣放大器，從其底部流出，達到清除乳化液的目的。

防纏導板及分段冷卻裝置隨工作輥水平移動，為工作輥提供 “貼身”保護和“精細”冷卻，防纏導板內部布置的吹掃裝置，清除了殘留在帶鋼表面的乳化液，保證了軋制的順利進行和良好的帶鋼表面質量。

圖5 工作輥水平移動對乳化液噴射均勻程度的影響

4 防纏導板與工作輥的位置關系分析

防纏導板到工作輥表面的距離必須恰當，此距離的確定應該考慮所軋帶鋼厚度及吹掃氣幕的特性。因軋機工作輥在軋制過程中不斷磨損，再加上工作輥的水平移動，就要求防纏導板的水平移動具有精確的行程控制，才能保證間隙。通過在驅動液壓缸內部安裝位移傳感器來精確定位，精度可達到0.05mm。根據圖6可推導出液壓缸行程和工作輥輥徑之間的函數關系。由圖6可知：

BO1=R+R0+δ

式中δ—防纏導板到工作輥表面的距離；R—工作輥半徑；R0—防纏導板頭部倒圓半徑。

AO1=R-AO

式中AO—防纏導板頭部倒圓圓心到過鋼線距離。

根據圖示幾何關系可知：

上式中R0、δ和AO為已知，最大工作輥徑時液壓缸行程為L0，防纏導板頭部到工作輥表面的距離為S0，L0和S0為最初始的設計距離。液壓缸行程L與工作輥輥徑之間的函數關系為：

L=L0+S0-AB±S移

式中S移—工作輥水平移動距離，與第一道次帶鋼方向相同取加號，相反取減號。

當工作輥輥徑變化之后，可準確得出液壓缸行程，為防纏導板的位置控制提供了重要的理論依據。

圖6 液壓缸行程與工作輥輥徑的關系

5 結束語

通過對防纏導板的分析，總結出防纏導板上乳化液噴射裝置布置方式及吹掃裝置布置方式，解決了工作輥水平移動時乳化液噴射不均的問題，通過解析幾何的方法推導出輥徑與液壓缸行程的函數關系，為防纏導板的設計及自動控制提供了理論依據。但目前防纏導板所占空間比較大，內部結構復雜，能源消耗比較大等問題，還需在以后的生產實踐中不斷探索改進。

[1]耿曉琳, 秦雷, 田孜強. 防纏導板在冷軋生產中的應用和改進.一重技術—設計與計算，2012(6).

[2]張康, 侯云峰. 冷軋機工作輥防纏導板的結構設計.一重技術,2008(1).

[3]張振,江東海,丁殿愷. 乳化液及空氣吹掃裝置在冷軋單機架中的應用.冶金設備,2013(6).

Analysis and Improvement of Anti-Sticker Guide for Reversing Cold Rolling Mill

Yu Qiang Yan Guoping Xu Shidong Wu Yousheng

(WISDRI Engineering & Research Incorporation Limited, Wuhan 430223)

The structure of working principle and typical equipment of anti-sticker guide in cold rolling mills are analyzed, the design is suitable for working roller of the reversible cold rolling mill and horizontal moving, introduces the structure characteristics of this anti-sticker guide, and analyzes the anti-sticker guide working position function relationship with work roll diameter.

Reversing cold rolling mill Horizontal shift of work roll Anti-sticker guide Emulsion Air wipers

尉強，男，1983年出生，畢業于燕山大學機械設計及理論專業，碩士，工程師，從事機械設備研發工作

TG333.72

B

10.3969/j.issn.1001-1269.2015.05.010

2015-05-12)