板材矯直機矯直能力提升設計與改進

閻淑麗

（太原重工股份有限公司矯直機研究所，山西 太原030024）

如圖1所示，某中板廠3 000 mm矯直機位于鋼板快速冷卻裝置之后，冷床之前；其主要功能是將經過主軋機軋出的熱軋成品鋼板在熱態下矯直，消除鋼板在熱軋和冷卻過程中出現的單面和雙面浪形彎曲，進而得到平直的鋼板，使矯直后的鋼板能順利通過后續的精整工序。

圖1 原矯直機現場照片

原矯直機結構為機械壓下式結構，且最大矯直力為23 000 kN，自動控制簡單，無矯直模型和參考矯直的相關準確參數，目前已難以實現產能的提高，且本體矯直力不足限制了新產品的開發。

1 新矯直機結構

新矯直機主要結構形式如圖2所示，本體部分由機架裝置、輥系、壓下裝置、活動梁裝置、邊輥調整裝置、機架輥裝置、接軸托架裝置、維修平臺、機上配管等組成。熱矯直機的主要設計改進如下：

圖2 新矯直機三維模型

1）壓下方式。全液壓壓下，四臺帶位移傳感器的AGC液壓缸，伺服閉環控制，通過位移傳感器檢測矯直輥的開口度大小以及傾動量，通過壓力傳感器對設備載荷進行檢測，當設備過載時AGC液壓缸使上輥系快速抬起，可實現設備的過載保護。

2）上輥系具備前后傾動，左右傾動功能。

3）壓下平衡機構采用液壓平衡方式。平衡裝置由四套液壓缸及其附件組成，用于平衡活動梁及上輥系的質量。

4）上輥盒與上受力架采用液壓缸手動旋轉鎖緊型式。

5）入口和出口矯直輥可單獨上下調整。

6）上、下矯直輥系(包括支承輥)整體快速換輥，采用液壓缸推拉輥系。

7）矯直輥采用內部通濁環水(或凈環水)冷卻，外部噴水冷卻（濁環水），上受力架通濁環水冷卻。

8）輥系軸承采用油氣潤滑，減速箱、分配箱采用強制稀油循環潤滑。

9）機旁操作箱實現了可視化步序換輥功能，在操作箱上可看到接軸托架升降過程中入口側及出口側的高度數值。在換輥過程中需拆卸的介質管路接頭全部采用快速接頭，與現場舊輥系可互換。

10）保留現場快速抽出下輥系，修磨上、下矯直輥的功能，單次修磨時間可控制在30 min內。

11）單側的抬升裝置兩端各安裝一個編碼器進行檢測，并參與控制聯鎖，可實現邊輥抬升裝置在生產過程中的穩定可靠，同時可方便更換邊輥抬升裝置。

2 設計改進的主要內容

矯直機本體全套設備全部全新設計、制作、安裝，矯直機本體全套設備進行組裝檢驗并調試達到現場安裝精度，使得現場安裝時本體全套設備無需再做任何調整即可與機架預埋地腳螺栓、主傳動及換輥裝置等接口的快速連接，嚴格保證整體設備設計改進安裝、調試復產時間≤15 d，不影響軋線生產計劃。設計改進的主要內容如下：

2.1 設計、制作、安裝矯直機全套設備

全部全新設計、制作、安裝矯直機全套設備，矯直力≥30 000 kN，設計改進后熱矯直機能力曲線圖如圖3所示，采用全液壓壓下技術，為實現智能軋鋼奠定基礎。全新設計的一套矯直機整體輥系，保證與舊輥系可以互換。

圖3 設計改進后3 000 mm熱矯直機能力曲線圖

2.2 矯直機的配套設計、安裝

矯直機配套設計、安裝高壓伺服液壓站，高壓泵站及伺服閥組，獨立伺服控制站，實時對輥縫進行伺服控制，簡化輥縫壓下控制程序，自動補償設備彈性變形，實現自動頭尾單獨矯直規程。另外通過采用自動控制和液壓AGC動態輥縫調整先進技術，提高了板材的矯直質量，并具有過載保護和AGC彈跳補償等功能。

在系統回路設計中考慮備用及安全回路，在主工作泵裝置中有一臺備用泵。采用冷卻效率高、結構緊湊的板式熱交換器。液壓系統設計有獨立循環、加熱、過濾冷卻裝置，以及高壓油出口過濾、回油過濾多重措施。對于裝有伺服閥或高精度比例閥的閥臺在伺服閥或比例閥的進油管路上安裝高壓過濾器。獨立循環過濾冷卻裝置的循環泵采用低噪音、抗污染強、效率高的螺桿泵組。在系統中設置必要的檢測元件，如壓力及溫度檢測元件，保證較高的自動化控制水平及滿足可靠工作要求。配備必要的自動報警、遠程操作和監視裝置。

2.3 基礎自動化系統（一級系統）升級

基礎自動化系統（一級系統）升級，替換原有控制系統。每臺PLC同種類型的I/O點備用量為20%以上，CPU負荷率≤45%。距離主控單元較遠的子控制站點采用遠程I/O的方式通過現場總線的方式進行連接。控制系統與其他PLC之間的通訊采用工業以太網，與新增ET200之間的通訊采用Profinet網絡。流體控制系統采用ET200M遠程IO站來完成液壓站的啟停控制、連鎖保護及流體系統運行狀況的監控。系統中包含壓下自動定位，自動正矯、反矯，負荷分配，步序換輥等主要功能。

2.4 過程自動化系統的升級

過程自動化系統升級，采用國內領先的二級系統，二級控制系統涉及基礎自動化、過程模型設定和人機界面，系統結構和通信管理如圖4所示。根據來料數據，自動精確計算矯直規程并下發一級系統自動執行矯直和反矯，優化、簡化操作，實現矯直過程的計算機自動控制，避免人工經驗帶來的矯直效果不均，整體性規范矯直工藝、提高矯直效果。

圖4 系統結構和通訊管理

3 結論

對該矯直機矯直力升級設計改進后，通過液壓壓下伺服系統及自動化二級系統以實現實時對輥縫伺服控制，自動補償設備彈性變形等功能，以達到減少鋼板矯直道次，提高產能；其次設計改進后矯直機最大矯直力將提高至30 000 kN，增加設備的可靠性，對應的機架剛度也滿足要求，為將來適應市場要求，擴大產品范圍，矯直不斷升級的產品規格做好技術準備。