鞍鋼中板廠新型板坯表面清理機(jī)的開發(fā)

周寶強(qiáng)，柳 春

（1.鞍鋼重型機(jī)械有限責(zé)任公司，遼寧鞍山114031；2.鞍鋼重型機(jī)械設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧鞍山114031）

板坯表面清理裝置，一般設(shè)置在板坯連鑄生產(chǎn)線火焰切割機(jī)后面的輥道之間。連鑄板坯火焰切割時(shí)，在切割部位粘著許多切割殘?jiān)?，呈毛刺狀，不去除這些毛刺，如果把鑄坯直送熱軋廠，會(huì)損傷熱軋軋輥的表面，影響軋輥的壽命，而且也影響鋼板的質(zhì)量。近年來，隨著鑄坯直接熱送技術(shù)發(fā)展迅速，熱裝熱送比不斷提高，對(duì)無缺陷鑄坯的需求量也隨之增大，所以在線將鑄坯毛刺去除，已成為鑄坯生產(chǎn)中不可或缺的環(huán)節(jié)。

中板廠生產(chǎn)所用原料，都是連鑄板坯，而連鑄板坯在線切割時(shí)定尺都很長(zhǎng)，不能滿足中板生產(chǎn)的要求，需要進(jìn)行二次火焰切割。而此時(shí)鑄坯溫度低，在火焰切割過程中，板坯前后端部下表面產(chǎn)生的毛刺，比連鑄在線切割中的毛刺更大，會(huì)降低軋輥的壽命，也影響軋制的鋼板質(zhì)量。各中板廠為了解決去毛刺問題，采用人工用火焰方式清理，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大，清理得不徹底，鑄坯毛刺一直是中板生產(chǎn)的老大難問題。

我們新研制的刮板式帶夾持輥的板坯表面清理裝置，就是采用全自動(dòng)去毛刺工藝代替手工操作，解決中板生產(chǎn)的鑄坯毛刺問題，把工人從繁重的體力勞動(dòng)中解脫出來，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高軋輥壽命，降低中板生產(chǎn)成本，使中板廠的綜合效益得到提高。

1 板坯表面清理裝置的形式

目前，去除鑄坯毛刺的方法有：刀具刮除、錘頭打擊以及火焰清除等，以錘頭打擊方式應(yīng)用最廣泛。刀具刮除方式，又分為鑄坯固定式、鑄坯移動(dòng)式、圓盤刀具刮除等。

1.1 鑄坯固定刀具刮除形式

寶鋼煉鋼廠連鑄生產(chǎn)采用的，是鑄坯固定式刀具刮除式板坯表面清理裝置。在去毛刺之前，先由高壓水噴射到毛刺部位，使毛刺變脆，易于刮去。然后采用夾緊裝置將鑄坯壓住，使之不能移動(dòng)，每臺(tái)去毛刺裝置有兩套夾緊機(jī)構(gòu)，分別用來夾緊鑄坯的前端和后端，夾緊機(jī)構(gòu)是由氣缸驅(qū)動(dòng)的，在不工作或維修時(shí)，夾緊臂處于上升位置，并裝有安全銷。刀具是裝在升降裝置中，通過升降框架上升使刀架上升，并緊貼住鑄坯的下表面，采用刀具移動(dòng)裝置，使刀具橫向移動(dòng)，完成刮削動(dòng)作。移動(dòng)框架下面的兩側(cè)分別設(shè)有兩個(gè)走行輪，車輪沿下導(dǎo)軌走行，導(dǎo)軌裝在基礎(chǔ)上。為了保證同步，其中一對(duì)走行輪是帶齒輪的，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，共同軸上的兩個(gè)小齒輪與安裝在基礎(chǔ)上的齒條相嚙合，實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)動(dòng)。移動(dòng)裝置由2臺(tái)氣缸驅(qū)動(dòng)。這種形式的去毛刺裝置，適用于場(chǎng)地布置有一定限制、鑄坯搬出周期較緊張的場(chǎng)合。該裝置設(shè)備復(fù)雜，造價(jià)高。

1.2 鑄坯移動(dòng)刀具刮除方式

鞍鋼三煉鋼廠1號(hào)板坯連鑄機(jī)從日本神戶制鋼引進(jìn)的板坯表面清理裝置，就是鑄坯移動(dòng)刀具刮除方式。當(dāng)鑄坯通過去毛刺裝置時(shí)，通過光電開關(guān)，使鑄坯停在指定位置。由升降裝置將刀具抬起壓緊鑄坯下表面，輥道反轉(zhuǎn)使鑄坯后退，靠鑄坯重量壓緊刀具去除前端毛刺。然后升降裝置下降，鑄坯前進(jìn)到達(dá)指定位置后，升降裝置抬起，刀具壓緊鑄坯去除后端毛刺。升降裝置是由2臺(tái)Φ200 mm氣缸驅(qū)動(dòng)的。鑄坯移動(dòng)式靠鑄坯移動(dòng)去除毛刺，無需刀具橫移機(jī)構(gòu)，因而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于鑄坯搬出周期及場(chǎng)地都較寬裕的場(chǎng)合。但該設(shè)備存在剛度不足和同步差等問題。

1.3 圓盤刀具刮除方式

本溪鋼廠板坯連鑄機(jī)，采用了圓盤刀具刮除式板坯表面清理裝置，鞍鋼三煉鋼廠也新引進(jìn)了這種裝置。這種裝置也屬于鑄坯移動(dòng)刀具刮除方式，但刀具不是條形長(zhǎng)刀具，而是在刀具框架上裝有十多個(gè)圓盤刀具，每個(gè)圓盤刀具的直徑為Φ110 mm，圓盤刀具內(nèi)部的小氣缸將刀具壓緊在鑄坯上，消除了鑄坯變形對(duì)刮除毛刺的影響，圓盤刀具可以由鑄坯移動(dòng)而帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，使刀具磨損減少并且均勻。升降裝置由氣囊式氣缸驅(qū)動(dòng)，其結(jié)構(gòu)緊湊。刀具框架上裝有傾翻機(jī)構(gòu)，可以清除圓盤刀具上的氧化鐵皮和刮掉的毛刺。該裝置存在小氣缸受力不均產(chǎn)生磨損和密封等問題。

1.4 錘頭打擊方式

鞍鋼二、三煉鋼的板坯連鑄機(jī)，都使用了錘頭打擊式板坯表面清理裝置。這種裝置由電動(dòng)機(jī)通過萬(wàn)向接軸驅(qū)動(dòng)一個(gè)轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子上裝有8個(gè)支軸，每個(gè)支軸上裝有錯(cuò)開排列的片狀錘頭。當(dāng)轉(zhuǎn)子帶動(dòng)錘頭高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，錘頭在鑄坯前后端部連續(xù)不斷地撞擊，而把毛刺打掉。轉(zhuǎn)子由氣缸可以上下移動(dòng)，不工作時(shí)，轉(zhuǎn)子停在較低位置并停止旋轉(zhuǎn)。這種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占用空間少，易于布置。但是也存在鑄坯停止位置不準(zhǔn)、錘頭易于損壞而造成去毛刺效果不好等問題。

2 新型板坯表面清理機(jī)的研制及特點(diǎn)

新研制開發(fā)的板坯表面清理裝置，是使用在鞍鋼中板廠生產(chǎn)軋制線上，生產(chǎn)工藝要求去除毛刺作業(yè)時(shí)間不得大于30 s，而且鑄坯長(zhǎng)度在0.6～1.7 m，長(zhǎng)鑄坯的毛刺是在鑄坯前后端部，短鑄坯是將鑄坯橫過來運(yùn)送（寬1.2 m），所以毛刺是在鑄坯的兩側(cè)面。因此，采用刮板式帶夾持輥的去毛刺裝置，可以去除各種規(guī)格鑄坯的毛刺。

2.1 新型板坯表面清理機(jī)的結(jié)構(gòu)形式

該裝置采用鑄坯移動(dòng)方式，兩組下輥道由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，兩組上輥道由氣缸壓下，夾緊鑄坯。刀具架由氣缸抬起，并壓緊鑄坯下表面，靠上下輥夾緊鑄坯前后移動(dòng)，完成去除鑄坯前后端部的毛刺。去除毛刺時(shí)鑄坯的運(yùn)行速度為0.4～0.7 m/s，采用變頻調(diào)速將去毛刺裝置前后輥道的速度調(diào)整為與去毛刺裝置的速度相一致，去除毛刺時(shí)采用低速，進(jìn)坯和去除毛刺后在1.7 m/s的高速運(yùn)行，保證去毛刺周期控制在20 s之內(nèi)。為使鑄坯順利通過，在去毛刺裝置前后輥道及中部的兩側(cè)加擋板。在去毛刺裝置下面設(shè)一個(gè)斜溜槽，將刮掉的毛刺導(dǎo)入旁邊地坑中的收集箱。

板坯表面清理機(jī)采用框架式結(jié)構(gòu)，左右框架呈W型并連接成整體?？紤]拆裝方便，上下輥均采用整體軸承座。當(dāng)輥道出現(xiàn)問題時(shí)，上下輥道與軸承座及氣缸可以一起拆下。上輥軸承座和刀具架裝有自潤(rùn)滑銅板。刀具架上裝有4組相同的刀具，每組刀具下面安裝2組碟形彈簧，以消除鑄坯變形對(duì)去除毛刺的影響。上輥及刀具架的同步，通過在氣動(dòng)管路上安裝調(diào)速節(jié)流閥，分別控制調(diào)整。

2.2 主要參數(shù)的確定

2.2.1 電機(jī)功率

（1）首先確定去除毛刺時(shí)的阻力，根據(jù)國(guó)外的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，普碳鋼和低合金鋼在鋼坯溫度1 100℃時(shí)，去除毛刺的阻力為

（2）滿載運(yùn)行時(shí)傳動(dòng)輥?zhàn)铀璧牧亍?/p>

其中，輥?zhàn)幼枇?/p>

式中，

Gr——1根輥?zhàn)拥膬糍|(zhì)量(kg)；

g——重力加速度(9.81m/s2)

C——1臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的輥?zhàn)痈鶖?shù)；

μ1——軸承的摩擦系數(shù)；

dm——軸承的平均直徑，對(duì)滾動(dòng)軸承dm=（內(nèi)徑+外徑）/2。

（3）運(yùn)送鋼坯的阻力矩。

式中，

Q——鋼坯重力與氣缸壓力之和(N)；

μ2——鋼坯與輥面間的摩擦系數(shù)；

Dr——輥?zhàn)又睆?m)。

（4）毛刺產(chǎn)生的阻力矩。

則，去除毛刺時(shí)的電機(jī)功率

式中，

nr——輥?zhàn)拥霓D(zhuǎn)速(r/min)；

η——機(jī)械效率。

（5）運(yùn)送鋼坯的啟動(dòng)力矩。

式中，

GD2——1根輥?zhàn)拥娘w輪力矩(N·m)；

g——重力加速度(9.81m/s2)；

f——鋼坯與輥?zhàn)娱g的滾動(dòng)摩擦系數(shù)。

則，鋼坯啟動(dòng)時(shí)的電機(jī)功率N2=TQ·nr/（974·η）(W)

取N1和N2的較大值為Nj，可以選取電機(jī)的功率

2.2.2 確定輥?zhàn)舆\(yùn)送鋼坯的停止精度

（1）鋼坯慣性移動(dòng)的最大距離SZ1計(jì)算

式中，

Vr1——與電機(jī)最高轉(zhuǎn)速n1相對(duì)應(yīng)的鋼坯移動(dòng)速度(m/s)

n1=1.03 n額；

n額——額定轉(zhuǎn)速(r/min)

t1——停止指令滯后時(shí)間(s)；

tZ1——與n1相對(duì)應(yīng)的制動(dòng)時(shí)間(s)。

（2）鋼坯慣性移動(dòng)的最小距離SZ2計(jì)算

式中，

Vr2——與電機(jī)最低轉(zhuǎn)速n2相對(duì)應(yīng)的鋼坯移動(dòng)速度(m/s)n2=0.97 n額(r/min)；

tZ2——與n2相對(duì)應(yīng)的制動(dòng)時(shí)間(s)。

其中，制動(dòng)時(shí)間

式中，

TZmin——最小制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，TZmin=0.7 T額；

TZmax——最大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，TZmax=1.3 T額；

T額——額定轉(zhuǎn)矩

Ti——有鋼坯時(shí)電機(jī)軸上所需的轉(zhuǎn)矩；

Ti0——無鋼坯時(shí)電機(jī)軸上所需的轉(zhuǎn)矩。

則，輥?zhàn)拥耐Ｖ咕?/p>

這樣，可按照輥?zhàn)拥耐Ｖ咕却_定去除毛刺的最小行程范圍。

2.3 全自動(dòng)控制方式

控制系統(tǒng)采用PLC自動(dòng)控制，自動(dòng)控制原件是由光電開關(guān)和接近行程開關(guān)完成的。鑄坯運(yùn)行位置采用光電開關(guān)檢測(cè)，氣缸行程位置采用接近開關(guān)檢測(cè)。設(shè)備正常工作時(shí)，由PLC自動(dòng)控制；檢修和調(diào)試時(shí)，用手動(dòng)控制。當(dāng)去毛刺裝置出現(xiàn)故障時(shí)，可以將去毛刺裝置的電機(jī)并列到后輥道一起操作，鑄坯直接通過去毛刺裝置，不影響正常生產(chǎn)。采用聯(lián)鎖信號(hào)要求，去毛刺區(qū)域有鑄坯時(shí)，除鱗輥道不工作，使后續(xù)鑄坯不能進(jìn)入去毛刺區(qū)域，保證設(shè)備安全運(yùn)行。

3 使用效果

新型板坯表面清理機(jī)在鞍鋼中板廠軋制生產(chǎn)線上應(yīng)用已8年多。實(shí)踐證明，該設(shè)備去除毛刺效果好，毛刺去除率達(dá)到98%以上。結(jié)構(gòu)緊湊布置合理，動(dòng)作靈活準(zhǔn)確。采用PLC全自動(dòng)控制，自動(dòng)化程度高。通過調(diào)整執(zhí)行原件的工作順序，去除毛刺的工作周期在18～20 s左右，完全滿足生產(chǎn)工藝要求。經(jīng)過去毛刺處理后所軋制的鋼板質(zhì)量好，減少了軋輥的刮撞損耗。設(shè)備穩(wěn)固可靠，可以整體機(jī)架更換，也可以實(shí)現(xiàn)上下輥及刀具架的快速更換。傳動(dòng)輥和刀具架采用噴水冷卻，適合于高溫生產(chǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

該開發(fā)項(xiàng)目已經(jīng)獲得國(guó)家專利，并且已經(jīng)在首鋼中厚板廠、邯鋼中厚板廠、新余中厚板廠等鋼廠應(yīng)用到生產(chǎn)線上，使用效果很好。由于其結(jié)構(gòu)緊湊和適用性廣等特點(diǎn)，可以在連鑄生產(chǎn)和中厚板生產(chǎn)中推廣使用。

[1]劉明延，呂漢耀，孫啟醒，等.板坯連鑄機(jī)：制造工藝與生產(chǎn)管理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.

[2]陳家祥.連續(xù)鑄鋼手冊(cè)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1990.