冷軋連續退火爐密封輥改造

陳 慧 李春明

(中冶南方工程技術有限公司 湖北武漢430223)

1 前言

在冷軋高速連續帶鋼處理線上，對帶鋼運行過程中的跑偏控制要求極高，尤其是立式退火爐內，帶鋼由于板型問題、設備安裝精度、輥面磨損等原因，跑偏不可避免，在帶鋼跑偏量比較大的情況下，帶鋼邊緣會與爐襯、噴嘴等發生干涉，使帶鋼邊部與爐內設備都受到損傷，嚴重時甚至會造成爐內斷帶。因此為保證爐內帶鋼運行穩定，通常會在退火爐出口設置一套糾偏輥，傳統的做法是在爐子出口密封輥下方設置一套單輥或雙輥的糾偏輥裝置，考慮到帶鋼的彈塑性變形，一般糾偏輥輥徑較大，在一些空間狹小的地方，密封和糾偏分為兩臺設備布置即占空間，成本又高，還增加了操作、檢修、維護的難度。本文針對某鋼廠的連續退火爐出口帶鋼跑偏問題，只對爐子出口密封輥進行改造，增加糾偏擺動機構，將該密封輥改造成集密封、糾偏功能于一體，充分利用原有結構，設備改造量小，改造后，起到了立竿見影的效果。

2 改造背景及方案

某鋼廠光亮退火機組，原設計帶鋼厚度0.2-2.0mm，帶鋼寬度750-1300mm，爐子段速度80m/min，立式退火爐出口原設置有一套密封輥，密封輥規格Ф150x1500m，用于密封爐內氣氛及夾送帶鋼，如圖1所示。自2012年投產以來，當爐子段速度達到50m/min時，在爐子出口經常出現帶鋼跑偏現象，爐子段速度一直上不去，機組產能遠達不到設計要求，為解決這一問題，決定對爐子出口密封輥進行改造。

改造方案：如圖2所示，增加一套液壓缸執行機構用于驅動密封輥機架擺動，包括液壓缸及液壓缸支座，相應對原密封輥機架進行改造，增加擺動點A、B處的擺動鉸軸，并設置一套液壓配管；同時增加一套CPC檢測機構用于檢測帶鋼的位置，CPC檢測機構含液壓站、液壓閥臺、電感式檢測器、線性位置傳感器等；原密封輥更改膠層材質，原氣動配管做局部改造，原傳動機構利舊。

圖1 原密封輥結構1-密封輥機架；2-密封輥； 3-傳動機構；4-氣缸執行機構

圖2 改造后密封輥結構1-密封輥機架；2-密封輥；3-傳動機構；4-氣缸執行機構；5-液壓執行機構；6-CPC檢測機構

3 糾偏原理

從圖3可以看出：當帶鋼在中間位置時，帶鋼運動方向與密封輥線速度方向一致，帶鋼中心線與機組中心線重合，帶鋼沒有產生跑偏。

當帶鋼往操作側跑偏時，雖然帶鋼運動方向與密封輥線速度方向仍然一致，但帶鋼中心線與機組中心線分離，此時，帶鋼中心偏離機組中心線的距離為S。

在糾偏位置，密封輥在液壓缸的驅動下發生擺動，擺動傾斜角為a，帶鋼運行方向VD和輥子運行線速度方向VG之間產生傾斜角a，因此產生輥子對帶鋼的相對運動VGD，其方向與密封輥的軸線方向平行，從而產生由VGD引起的輥子對帶鋼的動摩擦力F， F=uN ,u為帶鋼與輥子的動摩擦系數，N為氣缸壓力。F與VGD方向相同，F分解為水平力F1和垂直力F2，F1即為帶鋼產生橫向運動的動力，使帶鋼沿密封輥軸線產生了與跑偏方向相反的橫向位移，從而使帶鋼回到中間位置。反之亦然。

4 控制方式

氣缸執行機構使密封輥夾緊帶鋼，當帶鋼處于中間位置不跑偏時，密封輥處于水平位置，相應的液壓缸處于“0”位，當CPC檢測器檢測到帶鋼向操作側跑偏時，便發信號給液壓閥臺，液壓閥臺發出指令驅動液壓缸活塞桿縮回，將密封輥機架擺動點B向右上方向擺動，根據圖3的糾偏原理，帶鋼向傳動側發生橫向位移，帶鋼逐漸回復到中間位置，線性位移傳感器反饋數值對糾偏過程進行閉環控制。反之亦然。

5 設計注意事項

圖中液壓執行機構也有采用電動推桿。兩者比較如下：

表1 液壓式與電動式執行機構的對比

從表1中可以看出，電動推桿由于推桿需要在一定行程內頻繁往復運動，因此會導致絲桿局部磨損，磨損后的絲桿不能單獨更換，需將整個電動推桿更換，后續使用費用高。結合現場調研情況，如采用液壓式驅動，無需新增液壓站，借用機組入口液壓站即可，可適當降低費用，綜合考慮，采用液壓式驅動更為可靠耐用。考慮到驅動密封輥力矩較小，且液壓缸啟動時會產生沖擊，液壓缸最終采用Φ40缸徑，不帶緩沖、低摩擦密封、啟動壓力低于0.2MPa。

由于這種夾送糾偏的形式是半連續式的，在CPC檢測器檢測到帶鋼跑偏達到一定量時，液壓缸開始動作，每次動作時會對密封輥有一定的沖擊，會造成帶鋼波動，因此輥身最好為襯膠輥，膠層硬度不宜過高，且糾偏過程中帶鋼與輥子之間存在一定的夾角，帶鋼邊部會對輥面產生割傷，易在帶鋼表面產生輥印等缺陷。在本改造設計中密封輥輥面采用乙烯丙烯橡膠(EPDM)，輥面硬度：Hs75±5度，其耐熱性好、耐油、耐老化。

由于密封輥在氣缸作用下夾緊，為保證密封輥操作側、傳動側壓力均勻，防止兩側壓力不均而導致帶鋼跑偏，在氣動配管的進氣口設置減壓閥，同時在氣缸無桿腔進氣，密封輥壓下回路上，每個氣缸各設置一個減壓閥，用于單獨調節每個氣缸的壓力。

6 結論

冷軋連續退火爐密封輥的設計可采用夾送糾偏輥的形式，集密封和糾偏功能于一體，該結構簡單、設備投資少、檢修維護量小、糾偏效果明顯，可有效解決爐內帶鋼跑偏問題，保證爐內帶鋼質量。