2 100 mm×（2～16）mm 大型縱剪機組的改造及能力提升

宋宇光

（1.山西鋼鐵建設（集團）有限公司，太原 030003；2.山西鼎榮冷彎型鋼有限公司，太原030003）

2 100 mm×（2～16）mm 大型縱剪機組的改造及能力提升

宋宇光1，2

（1.山西鋼鐵建設（集團）有限公司，太原 030003；2.山西鼎榮冷彎型鋼有限公司，太原030003）

針對鋼板縱剪機組出現的鋼板剪切質量不達標、剪切后鋼板表面有劃傷、鋼板剪切后產生鐮刀、分離隔片等工藝執行部件磨損嚴重等問題，進行了現場測量、試驗研究及分析。根據分析結果，采用重新修配圓盤剪主刀軸、增加開卷機液壓漲力制動力、改進對中立輥的液壓回路工作原理和推廣使用新的分離隔片等方法，徹底解決了縱剪線工藝設備問題，使該成套設備達產達效。

縱剪機組；主刀軸；對中立輥；液壓漲力制動；分離隔片

山西鋼鐵建設（集團）有限公司為滿足新建冷彎型鋼廠的生產需要，采購國內某大型重型設備制造廠鋼板縱剪機組一套，該設備設計年剪切熱軋卷板能力為30萬t。該成套設備安裝調試后，發現主要存在剪切質量差、板帶在機組中跑偏、板帶分離隔片及剪刃等工藝執行部件損壞嚴重等問題，嚴重影響機組發揮產能，造成型鋼產品質量不達標，因此，決定對該設備進行改進，確保達產達效。

1 機組主要技術參數及特點

1.1 主要技術參數

該機組用于熱軋普通碳素結構鋼、低合金結構鋼、不銹鋼等熱軋卷板的連續縱向剪切分條，剪切范圍為板寬600～2 100 mm，板厚2～16 mm。機組適應的材料強度極限為：板厚≤14 mm時，σs≥480 MPa， σb≤820 MPa； 板厚 14～16 mm 時，σs≥345 MPa， σb≤690 MPa。 原料符合 GB 709—2012或其他相關熱軋卷板產品標準。以下將剪切板寬600～2 100 mm的機組簡稱為2 100 mm×（2～16）mm 機組。

1.2 機組工藝流程

機組工藝流程為：備卷→上卷→開卷→鏟頭、直頭→夾送、矯平→剪切頭尾（橫切）→立輥對中→縱剪→活套儲料→鋼帶分離及張力控制→卷取→卸卷→廢邊卷取。

1.3 機組技術特點

該機組多處采用液壓系統，可實現局部自動控制。電氣部分采用PLC控制及全數字直流電機調速裝置，可實現全程聯動與自鎖。此外，機組適應縱剪分條的板厚范圍廣，可備兩卷料。工人勞動強度低，整個機組操作簡單，維護方便。

1.4 圓盤剪參數及受力分析

縱剪機組核心設備圓盤剪是國內某重型設備制造公司設計的大型圓盤剪，上、下剪刃之間的調整通過圓盤剪牌坊上的蝸輪、蝸桿減速機來實現，如圖1所示。剪刃直徑為550 mm，上下剪刃的直徑和內徑均相等，上下剪刃的重疊量調整是通過上刀軸的提升和下降來完成的，下剪刃固定不動。

圖1 圓盤剪上、下剪刃偏移量調整示意圖

2 原機組存在的主要問題及改進思路

2.1 帶鋼剪切邊部質量問題

2.1.1 原因分析

帶鋼橫斷面形狀示意如圖2所示，實際剪切時受力示意如圖3所示。通過現場觀察與實際測量，圖2及圖3中的上、下剪刃的偏移量和剪刃之間的間隙應當是恒定的尺寸，切分刀片、刀軸的相對位置精度和相對運動精度都是不能變化的，否則剪刃間隙隨刀軸的轉動進行間歇性的波動，會造成帶鋼剪切表面切口呈現不規則的撕裂等邊部質量問題，達不到標準和工藝的要求，具體狀態如圖4所示。

圖2 帶鋼橫斷面形狀示意圖

圖3 實際剪切時受力示意圖

圖4 改進前帶鋼剪切端部狀態

由圖4可以看出，剪刃呈現規則的間斷性撕裂，切口毛刺較大，切口處裂紋呈現規則形式的大面積撕裂狀態，經過現場分析和測量，認為圓盤剪主軸的裝配精度、主軸與鋼板的相對運動精度和相對尺寸精度決定了鋼板剪切的兩個重要工藝參數，一是剪刃的側間隙（一般取剪切鋼板厚度的7%～10%）；二是剪刃的上下重疊量。這兩個工藝指標一次調整到位后，在剪切過程中是不能變動的。

從目前剪切帶鋼端部的變化情況來分析，剪刃的間隙和重疊量呈現周期性變化，導致剪切狀態不穩定。剪刃間隙變大，就會產生鋼板的撕裂，而且毛刺也較大；剪刃間隙和重疊量變小，帶鋼的剪切端口呈現擠壓狀態，帶鋼邊部擠壓帶就比較明顯。

由現場采集的數據來看，此圓盤剪的刀軸存在側彎現象，另外裝配精度也有問題，從而導致剪刃間隙時大時小，呈現周期性變化。當設備高速運行時，通過觀察百分表的波動變化還發現，圓盤剪機組壓下渦輪蝸桿減速機有游動間隙，在負載發生變化時，游動間隙會根據負載發生波動，這也是導致剪刃重疊量的一個重要變化因素。

2.1.2 應對措施和方案

要消除牌坊壓下蝸輪蝸桿減速機刀軸存在的間隙，在圓盤剪機組上下刀軸之間新增加了一個厚度為150 mm的橡膠墊，如圖5所示。在刀軸處于剪切位置時，橡膠墊剛好能夠給予上刀軸的軸承座以反向作用力，刀軸越向下壓，剪切力越大，則橡膠墊給上刀軸的反向作用力越大。采用橡膠墊消除間隙機構后，從根本上消除了壓下蝸輪蝸桿與壓下絲杠之間的間隙，使上刀軸運行平穩。

圖5 橡膠墊消隙機構增加前、后對比示意圖

增加消隙機構后，又復查了刀軸的制造精度和裝配精度?，F場采用6塊百分表測量上、下刀軸的不同位置，上刀軸彎曲0.35 mm，下刀軸彎曲0.31 mm。與制造廠相關技術人員交流后，推斷可能是刀軸加工完畢存放不當、支撐件過少導致的彎曲變形。

反復查找資料和與原設備制造廠商討，最終決定將刀軸從牌坊上分解拆下來，采用堆焊刀軸的辦法，將42CrMo的刀軸表面重新進行堆焊和機加工處理后再裝配到圓盤剪機架上。經過現場百分表檢查，刀軸的徑向跳動和端面竄動都在0.05 mm以內，現場經過負荷試運轉，完全能滿足工藝條件，剪切效果良好。

2.2 帶鋼鐮刀彎現象及解決措施

2.2.1 產生原因

圓盤剪前有一組對中立輥，該立輥的設計意圖是防止被剪切的板帶在進入圓盤剪前跑偏。但實際使用發現，立輥使用的剛性對中，在板帶頭部進入圓盤剪之前一次性將立輥夾持到位，在生產和剪切過程中無法進行調整，造成帶鋼的頭部、尾部和鋼卷中段板帶寬度不一樣。這是因為立輥在鋼板進入圓盤剪前進行了一次對中后定位，后續鋼板在寬度方向發生變化后，對中立輥不能隨著鋼板寬度的變化隨時進行調整，鋼板寬度變寬后，鋼板作為負載擠壓對中立輥，容易造成立輥受力過大損壞或板帶在立輥中拱起，使板帶發生塑性變形；當鋼板寬度變窄后，對中立輥不能跟隨板帶收緊，造成鋼板和對中立輥之間有間隙，鋼板在對中立輥之間來回擺動，起不到對中的作用。

2.2.2 改造措施

結合以上分析，認為應該改造對中立輥的液壓系統工作原理，將現有的普通換向回路改造成可以根據板帶寬窄變化（負載變化）來自動調節開合的液壓回路。結合現場實際情況和參考有關資料，將系統改造成減壓保壓回路最為合理，具體方法是在液壓系統中帶壓的無桿腔回路上串接溢流閥。當液壓系統工作時一旦板帶寬度超過定寬，會產生反向推力，反推力會迅速傳導到液壓缸無桿腔中，使無桿腔中的液壓壓力迅速升高，一旦升高到一定程度，事先調整過的溢流閥可以當做背壓閥或系統安全閥來考慮，溢流閥開啟，消除較大的反向推力，使整個立輥打開到合適狀態，以適應板帶邊寬的變化，實現在圓盤剪前板帶對中的工藝動作。鋼板一旦變窄，在系統中串接的蓄能器會動作，在工作的液壓缸無桿腔內實現壓力恒定，推動無桿腔前進，實現與鋼板邊部的貼合工藝動作，并將此動作壓力恒定，實現在圓盤剪前板帶對中的工藝動作。同時，蓄能器在整個系統中起到了液壓彈簧的作用，快速吸收鋼板邊部寬度波動所產生的沖擊載荷，實現立輥對中的穩定工作。溢流閥還能起到保護液壓缸和機組的作用，使較大的推力或是事故狀態下的推力能夠迅速分解，自動釋放立輥開閉，實現安全防護功能。

液壓蓄能器容量的選定，只需要完成一卷鋼卷在機組工作時間段內的壓力損耗即可，待一卷鋼卷工作完畢后，下一卷鋼卷需要穿過對中立輥機組時，人工操作換向閥，這時整個大系統的壓力會迅速將蓄能器的壓力補充到系統的工作壓力，非常方便。

圖6是立輥對中液壓回路改造前后的對比。從圖6可以看出，改造后液壓系統新增加了壓力表、溢流閥和蓄能器等液壓工作元件。

圖6 立輥對中液壓回路改造前、后對比圖

經過改造后的機組，在試運轉中表現出了良好的性能，可以根據板帶的寬窄來迅速調整對中輥的位置，通過調整液壓蓄能器和溢流閥壓力，實現液壓彈簧力矩大小的控制及不同板帶厚度的對中，使帶鋼鐮刀彎問題得到徹底解決。

2.3 開卷過程松卷現象及改進措施

2.3.1 產生原因

開卷機在將板帶送入矯平機前進行正向轉動，以便鋼板能夠順利進入矯平機內，一旦鋼板進入矯平機后，開卷機與矯平機之間會形成速度差，導致板帶運行速度差變大，造成鋼板在矯平機和開卷機之間拱起；速度差變小，在開卷機強制動力的狀態下會造成鋼板在矯平機和開卷機之間爬行，造成鋼板內外圈之間的挫傷。

2.3.2 對應措施

經過分析，開卷機引料入矯平機前應當處于主動正轉狀態。當矯平機咬入鋼板卷頭時候，這時開卷機應當執行微制動工藝動作。制動力根據板帶情況可以進行調整。制動力調整要根據板帶的寬度、厚度、屈服強度極限等方面來考慮。板帶厚、鋼卷寬、鋼卷材質的屈服強度大、彈性狀態力大，則開卷機產生的微制動力大；反之，鋼板薄、寬度窄、鋼板屈服強度小，則開卷機產生的制動力大，制動力大于板帶屈服變形所需要的拉力，則鋼板產生塑性變形，造成鋼板荷葉邊及鐮刀彎的產生，嚴重的時候會造成鋼板撕裂現象。

選取合適的制動力是關鍵，而且開卷制動力需要根據剪切鋼板的情況實現分級調整。結合上述問題，將原有開卷機液壓制動只有打開和閉合兩檔液壓制動變成六級制動力的液壓系統。改造前、后的開卷機制動控制系統如圖7所示。

圖7 改造前、后開卷機液壓制動系統對比圖

從圖7（a）可以看出，原有開卷制動液壓系統只有制動和打開兩個動作控制，機組在工作狀態下是采用整個液壓系統壓力10 MPa進行強制動，如需要上卷操作則執行元件泄壓，無工作壓力，此系統不能滿足鋼板規格發生變化后的使用條件，制動力過大時，會拉壞鋼卷，只能松開制動，這樣必然使鋼卷處于松卷狀態，導致鋼卷之間摩擦，產生層間劃傷。

改造后由于并聯了五組25號零件，使溢流閥當卸荷閥用，每一個卸荷閥壓力調整都不同，打開哪個卸荷閥，制動力執行相應檔壓力，可實現系統制動力分級可調。共有五檔微制動力和使用系統壓力的強制動力，這樣實現了六檔制動力，窄薄板用小檔位，寬厚板用大檔位，同時配合現場工人操作，取得了良好的效果。

2.4 分離隔片不耐用現象及解決對策

2.4.1 原因分析

分離隔片是在縱剪機組圓盤剪剪切后，張力機構前后分離剪切后，防止鋼板錯層的工藝圓片。從現場照片來看，該分離隔離片使用工況較為惡劣，屬于典型的表面需要硬度而心部需要韌性的零件。其表面和鋼板接觸，每剪切30 t鋼卷需要硬摩擦700 m左右，全年設計產能30萬t，則需要工作700萬m，而分離后的鋼板在內應力變化的條件下均產生不規則的推力，導致與其接觸的分離隔片承擔較大的推力，并產生劇烈摩擦使該零件極不耐用，磨損情況如圖8所示。

圖8 磨損后的分離隔片

經過現場分析認為，分離隔片在材質和制造工藝上的缺陷導致分離隔片不耐用。同時，在太鋼引進的法格公司和山西太鋼大明不銹鋼制品有限公司引進的意大利菲米公司的縱剪機組做了現場調研，機組的分離隔片使用狀態良好，無任何磨損和失效，我們選取了一片法格公司的分離隔片與磨損嚴重的國產分離隔片一起進行了試驗分析，其化學成分見表1，硬度試驗結果見表2，分離隔片表面情況見表3。

表1 進口與國產分離隔片的化學成分對比

表2 進口與國產分離隔片的材料硬度對比

表3 進口與國產分離隔片的表面情況

同時，對進口及國產分離隔片的材料進行了金相分析，試驗結果表明，進口分離隔片的組織為回火屈氏體，國產的為回火馬氏體+屈氏體。國產分離隔片組織較為粗大，厚度方向中心部位偏析嚴重，熱處理后形成馬氏體帶，原材料應為連鑄坯軋制而成。

2.4.2 對應措施

進口分離隔片硬度適中，韌性好，表面鍍層大大提高了分離隔片的耐磨性。國產分離隔片雖然硬度較高，但本身材料的耐磨性較差，因此表面磨損嚴重。另一方面，國產分離隔片材料韌性較差，易發生斷裂現象。我們仿造進口分離隔片的材料和工藝，制造了40CrNi2Mo2材料的分離隔片，控制材料的熱處理工藝，硬度HRC45±2，表面精磨，零件加工后進行鍍鉻處理，鍍鉻層厚度 15 μm。

使用仿造分離隔片經過30萬t鋼卷板料的剪切，無任何問題，且壽命已經是原有零件壽命的11倍，證明原有65Mn分離隔片的材料和工藝選型不合理，是導致零件急劇磨損而失效的重要原因。

2.5 機組改造前、后效果對比

圖9為縱剪機組改造前、后板帶剪切質量對比。從圖9可以看出，改造后板帶剪切質量明顯提高。

圖9 縱剪機組改造前、后板帶剪切質量對比

3 結 語

針對山西鋼鐵建設（集團）有限公司新投產的鋼板縱剪機組出現的鋼板剪切質量不達標問題，進行了較為詳實和細致的分析，并且經過大量的現場測量、工藝試驗和對比試驗，找出了影響剪切質量和機組不達產達效的主要問題，即剪切后鋼板表面有劃傷、產生鐮刀彎、分離隔片等工藝執行部件磨損嚴重，提出了重新修配圓盤剪主刀軸、增加開卷機液壓漲力制動力、改進對中立輥的液壓回路工作原理和推廣使用新的分離隔片材料等方法，徹底解決了縱剪線工藝設備問題。在后續近兩年的運行中，該機組工作狀態良好，累計剪切材料30萬t以上，其中涵蓋了T610L、TQ700QZ、TQ750MCD、T4003、Q450NQR1、904L等高強鋼、雙相鋼、不銹鋼等新型鋼種，均未再出現投產初期發生的工藝問題，證明該機組改造是成功的，為公司創造了良好的經濟效益。

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Technological Remould and Ability Enhancement of 2 100 mm×（2～16）mm Large-scale Slitting Line

SONG Yuguang1,2
（1.Shanxi Steel Construction(group)Co.,Ltd.,Taiyuan 030003,China;2.Shanxi Ding Rong Cold-formed Sections Co.,Ltd.,Taiyuan 030003,China）

Aim at some problems appeared in steel plate slitting line,such as shear quality is not up to standard,scratch on surface,edge camber and serious wear of executive components(separator etc.),the field measurement,experimental study and analysis were carried out.According to analysis results,it adopted some methods to completely solve the problem of the slitting line process equipment,make the complete equipment reach production capacity and profit,including repairing the disc shearing shaft,increasing the braking force of decoiler hydraulic tension,improving hydraulic circuit working principle of centring vertical roll and promoting the new separator.

slitting line;operator shaft;centering vertical roll;hydraulic tension brake;separator

TG333.21

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2016.06.013

宋宇光（1977—），男，本科，工程師，長期從事厚壁方矩型鋼管、厚壁冷彎型鋼、鐵路、塔吊、商用汽車、核電與軍工冷彎型鋼的工藝研究及生產組織、設備管理工作。

2016-02-18

黃蔚莉