涟钢双高棒生产线倍尺飞剪技术研究与应用

0引言

涟钢棒材厂棒三线作为2020年6月建成投产的首条全国产双高速棒材生产线,采用了中钢设备有限公司 自主研发的双线高速棒材技术。该技术成功实现了核心设备的国产化,有效解决了国内全连续式45 m/s高速棒材轧制系统关键技术长期依赖进口的问题。生产线最初设计用于轧制φ12~20规格的棒材,年产能为120万t。通过工艺优化和持续的技术探索,目前该生产线已能轧制φ10~25规格的棒材,年产能提升至150万t。在高速上钢系统的核心设备中,倍尺飞剪以其高速度、高精度、高自动化程度和快速响应等显著特点,成为关键核心设备之一。

1涟钢双高棒生产工艺简介

涟钢双高棒生产工艺布置如图1所示,钢坯自加热炉或直轧输送辊道(来自方坯连铸机)进入轧机,经粗轧、中轧、预精轧后分两线进入A、B通道,后续每个通道均有精轧机组、水冷装置、成品轧机、倍尺飞剪、夹尾制动、转毂上钢,再经冷床冷却、冷剪定尺剪切、收集打包并入库。该生产线采用了直轧工艺、控冷控轧工艺、高精度模块轧机、高速上钢系统等先进工艺与技术。

2双高棒倍尺飞剪结构和工作原理介绍

2.1双高棒倍尺飞剪结构

倍尺飞剪装置位于高速区(成品机架后方),鉴于双高棒工艺的布局需求,设计了两台结构相同的倍尺飞剪,呈左右对称配置。每台飞剪均采用回转式设计,剪刃固定于回转刀架之上,并通过交流电机及齿轮传动机构进行驱动。电机轴端配备编码器,以实现电机加速、减速以及剪刃位置的精确控制。倍尺飞剪由交流电机、鼓型齿式联轴器、飞剪箱体、剪刃和圆盘、剪前转辙器、出口分钢盒等组成,如图2所示。

2.2倍尺飞剪的相关参数

倍尺飞剪相关参数如表1所示。

2.3倍尺飞剪工作原理

倍尺飞剪工作模式为连续运转,通过电机控制剪刃的加速与减速来调整剪切位置,从而确保倍尺长度的精确度。飞剪的上下剪刃重合量及侧向间隙均具备可调性。为避免轧件在剪切过程中发生弯曲,设计要求剪刃的剪切速度(水平分速度)必须大于或等于轧件的移动速度。飞剪前方设有转辙器,与飞剪协同作用以控制倍尺长度,而飞剪后方则设有分钢盒,用以将轧件导入后续的夹尾及转毂通道。

2.3.1飞剪剪刃速度计算^[1]

为了避免轧件头尾弯曲,如图3所示,必须使剪刃的理论速度(sb)高于轧制速度(sr)。

sb=sr/cosα

式中:sb为剪刃圆周速度;sr为轧制速度;α为初始剪切角。

α=arcos[(H—d)/H]

式中:H为转毂中心距;d为轧件直径。

剪刃理论速度具体设定值,可以参照以下公式:

sb=sr十srK

其中,K=5%~10%。

2.3.2倍尺飞剪剪切动作原理

倍尺飞剪根据成品机架的线速度以一定超前系数连续运转,下轴的齿轮与上轴的齿轮啮合实现同比减速并驱动上下圆盘反向旋转,以剪切工件。转辙器位于飞剪前,由伺服电机驱动其摆杆水平左右摆动,轧件达到设定倍尺长度后,摆杆会摆向另一工位,在摆动过程中完成高速剪切,然后经出口分钢导槽上A1、A2(以A线飞剪为例)两个通道进入后面导 管。为了减少轧件的自由摆动,轧制不同规格棒材时需调整转辙器上相应内径的导管 ,转辙器的导管管 径与轧件的关系如表2所示。

3   倍尺飞剪的应用现状与问题

涟钢棒三线是全国首条国产双高棒生产线 ,之 后柳钢防城港、盛隆均相继建成投产同类生产线 ,其 在产能提升、产品质量改善、成本控制等方面 ,相比 传统普棒线均有显著优势。但因控制精度高、轧制速 度快、控制逻辑复杂、工艺不成熟等因素 ,涟钢双高 棒投产后一段时间设备运行极其不稳定 ,对生产效 率、产品质量和成材率均有较大影响 , 以下介绍比较 典型的设备问题及解决措施。

3.1    剪前热检信号不稳定处理
飞剪倍尺计算及启动的触发均来自于热检信号 ,热检信号的可靠性决定了倍尺飞剪的稳定性和剪切精度 。热检信号检测不稳定 ,会造成信号检测不准 , 引起倍尺精度较差或乱剪 。而现实中控冷后的钢头 温度偏低(600 ℃左右),只能提高热检的灵敏度来保 障热检信号的可靠检测 ,但提高灵敏度容易引起热 检检测到烧红的跑槽而误发信号(烧红的跑槽温度 可达700 ℃)。棒三线全部使用的是HMD600热金属 检测器 ,HMD600系列扫描型热金属检测器 ^[2]用的是 硫化铅(pbs)检测器 ,其输出足够探测到低至250 ℃ 的金属。解决办法: 1)通过在跑槽与热检之间增加隔 热钢板 , 防止跑槽的热辐射造成热检误动作;2)优化 热检防抖程序;3)热检的输出方式由继电器输出改 为晶体管输出 , 以提高热检的响应速度。

3.2    转辙器机械强度不足改进

涟钢棒三线倍尺飞剪前转辙器为国外设计图 纸 , 国内厂家制造。投产后不久就频繁出现拉杆螺纹 滑丝、拉杆断裂、销轴磨损间隙大、凸轮系统轴承损 坏等故障 ,针对这一情况 ,进行了一系列改进。

3.2. 1   对转辙器拉杆总成三个部位进行改造升级 

具体改动位置如图4所示。

1)对凸轮座外形进行了加强 ,并加大了安装1218 轴承的内腔尺寸 。加大外形尺寸是为了配套拉杆增 强而强化与拉杆装配的内螺纹孔(由M22改为M30); 增加轴承安装内腔尺寸 ,可以增加轴承润滑油脂存储 量 ,有效改善轴承润滑效果 ,延长轴承使用寿命。2)对 拉杆进行了整体增强 ,杆径由φ30 mm改为φ40 mm , 与凸轮座连接部位螺纹由M22改为M30 ,并同步修改了相应的锁紧螺母,有效增加了拉杆的连接强度,以杜绝拉杆滑丝及断裂故障。3)对转辙器支架与拉杆连接的耳孔进行扩口后内镶耐磨套,同时调整连接销轴材质,保证在使用过程中销轴优先磨损。然后将销轴作为磨损消耗件,在日常维护中,根据维护标准进行定期检查更换,以此来有效消除转辙器在运行过程中因连接件磨损而导致的行程误差。

3.2.2对转辙器支架尾部转座进行加强

转辙器在使用过程中,受摆动和旋转的动作冲击影响,位于转辙器支架尾部转座部位的轴套和销轴极易发生磨损,磨损产生间隙到一定程度后,对整个支架的稳定性会产生较大影响,造成轧件摆动并影响控制进度。针对这个问题,如图5所示,在现有转座结构的基础上再额外增加一个耳座,将销轴的悬臂支撑改为双耳孔支撑,提高了销轴的支撑稳定性,同时大大降低了销轴及轴套的磨损消耗。

3.2.3对转辙器总成钢质底座及伺服电机基座进行加强

转辙器摆动频繁,动作响应时间短,运行造成的冲击较大。原钢质底座是一个由钢板和型钢焊接而成的高约900 mm的支架,通过螺栓固定安装在飞剪的大基础钢板上。该底座在实际生产过程中,对应转辙器的运行工况,存在刚度不足缺陷。通过提高电机基座连接强度,增加钢质底座自重以及与飞剪大底座之间连接支撑,增加转辙器基座与飞剪本体刚性连接等手段,提高了该底座的支撑、连接强度,有效改善了其支撑稳定性。

3.3零位的校正及研究

涟钢高棒线投产后,初期生产过程中频繁在倍尺飞剪剪切过程中出现废钢,据统计,高速区因零位校正造成故障及废钢的比例占了80%左右,所以飞剪零位的正确校正尤为关键。

成品机架最高轧制速度达到45 m/s,因而高速下无法通过肉眼或者普通的监控设备观察其运动轨迹。现场采用在剪刃上涂刷油漆的方法,当飞剪剪切轧件时会在剪刃上形成一个剪印,这个剪印是用于判定摆杆与飞剪剪刃之间的对应关系。倍尺飞剪剪切是否稳定,取决于剪印位置是否合理,经过摸索发现影响剪印的几个因素有:1)应提高零位(机械极限位及电气零位)校正的可靠性,特别是在转辙器存在少量机械间隙时准确校正倍尺飞剪的零位。经过实践总结了一个光斑法用于零位校正:凸轮机构的最大行程与最小行程应分别与通道的A1与A2对齐(以A线飞剪为例),同时与刀盘的中心线对称,可以使用手电筒的光线通过转辙器导管形成的光斑来检测其对称性,如果不对称可以调节转辙器拉杆来校正,此时的位置校正称之为机械极限位。遇到更换转辙器备件时,必须对机械极限位进行重新校正,这是保障剪切精确的基础。但当存在少量机械间隙时,应当按偏心轮盘的受力方向进行校正。电气零位也存在同样的现象,手动盘刀盘到剪刃闭合,同时调整转辙器的零位接近开关点亮时,也会存在转辙器机械间隙影响情况,此时的间隙应该按折中的位置校正。按此方法校正后的零位基本是归中的。2)导管的内径影响到剪印的变化,通过对参数的调整来实现剪印位置微调。根据工作原理,第一次启动转辙器会自动进行一次找零位动作。它是根据转辙器的伺服电机编码器及联轴器上的感应片(接近开关信号)决定的。1线与2线(双高棒分A线、B线,每一线又分1线、2线,即A1、A2和B1、B2)分别是-95°与+95°,中间点为转辙器的零位。根据程序的设定启机时1线摆到2线时进行一次编码器角度归零,同时确定零点。根据这个规律可以手动盘车将转辙器从1线摆向2线逼近接近开关,调整接近开关刚好亮时为转辙器导管正对刀片正中间。

机械零位无间隙,稳定性较好时,通过参数进行剪印校正。校正情况如表3(以B线转辙器为例,轧制规格为φ12)所示。

根据上述调整分析,增加1线校正角度可以使得靠近本体的剪印往外移,增加2线的校正角度可以使得远离本体的剪印往内移,最终实现剪印在剪刃中部基本重合。当然,为了延长刀片的使用寿命,轧制小规格时采取双剪印;但轧制大规格(φ20以上)时,因剪切断面较大,应尽量使两个剪印往剪刃中间靠,达到基本重合的效果,避免发生剪不断的情况。

4 结束语

技术人员经过不断摸索努力,熟悉、消化了涟钢棒三线倍尺飞剪的结构原理、控制理论,并在此基础上进行完善、改进,基本消除了设备故障,为该条生产线迅速达产达效打下了坚实的基础。同时,涟钢高棒线倍尺飞剪的成功应用对其他同类设备运行维护具有指导借鉴意义。

[参考文献]

[1] 中钢设备有限公司.高速上钢区设备安装说明书[Z],2020.

[2] 常州潞城传感器有限公司.扫描型热金属检测器HMD600系列用户手册[Z],2018.

《机电信息》2025年第11期第19篇