森基米爾軋機帶鋼表面噴板劃傷缺陷的分析與改善

賈偉沖，黃懷富，陳建華，高福強，王 斌，楊 曄

（1首鋼股份有限公司設(shè)備部；2首鋼智新遷安電磁材料公司，河北遷安 064404）

前言

森基米爾機組作為取向硅鋼生產(chǎn)的關(guān)鍵、瓶頸機組，要求生產(chǎn)出的帶鋼尺寸精確、板形好、表面光潔、性能高。采用分體式可逆式軋機，設(shè)備主要包括內(nèi)外牌坊本體、主減速機、出入口卷取機、主電機、乳化液系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)及通風除塵系統(tǒng)等構(gòu)成，具有設(shè)備高度集中、設(shè)備精度要求高等特點。乳化液系統(tǒng)主要對軋輥及帶鋼進行潤滑和冷卻，主要設(shè)備包含乳化液循環(huán)系統(tǒng)，真空過濾系統(tǒng)、電磁過濾系統(tǒng)、乳化液噴板等。軋機內(nèi)部乳化液噴板通過液壓系統(tǒng)控制具體位置，使之對準工作輥輥縫，保證軋輥的冷卻及潤滑效果。在實際生產(chǎn)中，多次出現(xiàn)軋制期間無異常操作而噴板自由下降情況發(fā)生，造成帶鋼表面劃傷，產(chǎn)生產(chǎn)品質(zhì)量損失，并多次造成長時間停機，極大降低了生產(chǎn)效率。通過對森基米爾軋機噴板位置異常，造成帶鋼表面劃傷的情況進行跟蹤，從噴板結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路出發(fā)進行分析，確定噴板位置異常的根本原因，并從液壓控制系統(tǒng)優(yōu)化、噴板位置檢測等方面開展了一系列攻關(guān)工作，來減少由于噴板下降造成帶鋼表面劃傷的質(zhì)量缺陷問題。同時，通過噴板結(jié)構(gòu)優(yōu)化改造，減少故障處理時間，提高森基米爾軋機生產(chǎn)效率。

1 表面劃傷情況概述

某廠森基米爾軋機可逆軋機主要生產(chǎn)高牌號取向硅鋼，對帶鋼板型、表面質(zhì)量要求較高。在投產(chǎn)初期，在帶鋼軋制尾部長度1/3 左右，偶發(fā)帶鋼表面線性劃傷缺陷，傷口處呈金屬光澤或灰白色，沿軋制方向，連續(xù)分布整個板面。如發(fā)生在成品道次，直接影響產(chǎn)品質(zhì)量，造成產(chǎn)品降級，造成質(zhì)量帶出。

圖1 劃傷形貌

2 帶鋼表面劃傷問題排查

2.1 軋鋼通道排查

帶鋼表面劃傷缺陷遍布整個板面，帶鋼表面劃傷通常由于過鋼通道設(shè)備引起，一般與工藝方面無直接關(guān)系。首先組織對軋機出入口擦拭輥、出入口導(dǎo)板、軋輥輥系、軋機本體等過鋼通道設(shè)備進行了排查。通過排查，發(fā)現(xiàn)軋機本體內(nèi)部乳化液噴板噴嘴間距與劃傷間距相吻合，懷疑帶鋼表面劃傷由乳化液噴板造成。

2.2 乳化液噴板系統(tǒng)排查

2.2.1 乳化液噴板結(jié)構(gòu)及控制形式

乳化液噴板位于軋機本體內(nèi)部，共計4組，出入口各2組，主要對工作輥進行潤滑及冷卻，保證帶鋼板型及表面質(zhì)量。乳化液噴板采用液壓控制，下噴板采用操作側(cè)單液壓缸控制，上噴板采用操作側(cè)、驅(qū)動側(cè)雙側(cè)液壓缸控制。乳化液噴板通過液壓缸實現(xiàn)上下動作，通過輥徑計算，控制噴板對準輥縫進行乳化液噴淋，保證帶鋼及軋輥的潤滑、冷卻質(zhì)量。

圖2 乳化液噴板結(jié)構(gòu)示意圖

2.2.2 軋制過程中乳化液噴板情況跟蹤

針對帶鋼表面劃傷形貌與乳化液噴板基本吻合的情況，對軋制過程中乳化液噴板的位置進行跟蹤，共跟蹤20 卷，出現(xiàn)2 卷帶鋼表面劃傷缺陷。從帶鋼末道次軋制后噴板位置情況來看，入口上噴板位置出現(xiàn)異常，位置降低與帶鋼表面存在接觸。

圖3 帶鋼軋制前后噴板位置對比

從帶鋼表面劃傷排查情況來看，軋機本體內(nèi)乳化液噴板位置偶發(fā)位置異常，造成噴板與帶鋼表面接觸，出現(xiàn)帶鋼表面劃傷缺陷。

3 乳化液噴板位置異常原因分析

3.1 乳化液噴板液壓控制系統(tǒng)介紹

乳化液噴板動作通過液壓控制實現(xiàn)，噴板速度通過2 級出口調(diào)速進行精準控制，當噴板位置到達設(shè)定位置后，三位四通電磁閥回中位，通過液壓鎖實現(xiàn)噴板位置鎖定。上下噴板的液壓原理基本一致。原理圖見圖4。

圖4 軋機乳化液噴板液壓原理圖

3.2 液壓元件及管路的泄漏排查

排查系統(tǒng)內(nèi)液壓鎖及管路的泄漏情況，在停機狀態(tài)下對噴板液壓系統(tǒng)進行保壓試驗。在噴板到達設(shè)定位置后，在液壓進、回油路進行壓力檢測，通過檢測，保壓60 min 后壓力保持穩(wěn)定，未發(fā)現(xiàn)異常泄漏。排除液壓元件及管路泄漏情況。

3.3 乳化液噴板液壓控制系統(tǒng)設(shè)計壓力核算

根據(jù)噴板的受力情況，對系統(tǒng)的設(shè)定壓力進行確定。

式中：W——噴板所受最大力（考慮二中間換輥時，軋輥重力），N；

G——噴板自重，N；

L——二中間中心距離轉(zhuǎn)動軸距離；

L1——液壓缸拉力距離轉(zhuǎn)動軸距離，m；

L2——噴板重心距離轉(zhuǎn)動軸距離

n——液壓缸數(shù)量；

P——液壓系統(tǒng)設(shè)定壓力，MPa；

a——安全系數(shù)，取a=1.5。

P≈10 MPa，考慮換輥過程中沖擊，在噴板提升有桿腔增加溢流閥，溢流壓力設(shè)定為P溢=P+1=11 MPa。

從系統(tǒng)壓力進行壓力實際測量，系統(tǒng)壓力設(shè)定為10 MPa，滿足設(shè)計要求。軋機乳化液噴板控制示意圖見圖5。

圖5 軋機乳化液噴板控制示意圖

3.4 模擬帶鋼軋制狀態(tài)，對噴板系統(tǒng)壓力進行排查

在停機情況下，對噴板系統(tǒng)進行保壓試驗，未發(fā)現(xiàn)異常。但考慮停機和軋鋼狀態(tài)存在區(qū)別，主要區(qū)別集中在軋鋼狀態(tài)下，要進行乳化液噴淋。通過模擬軋鋼狀態(tài)，開啟乳化液噴淋模式，對噴板狀態(tài)、液壓控制系統(tǒng)進行進一步跟蹤排查。30 min后乳化液噴板位置存在下降，液壓缸兩側(cè)壓力也出現(xiàn)不同程度上升。

3.4.1 噴板下降的原因分析

從模擬軋鋼狀態(tài)下系統(tǒng)保壓試驗數(shù)據(jù)來看，液壓缸兩側(cè)壓力均存在不同程度上升，為了保證噴板保持位置不變，要滿足液壓缸提供拉力大于噴板自重，對噴板進行受力分析。

式中：G——噴板自重，N；

L1——液壓缸拉力距離轉(zhuǎn)動軸距離，m；

L2——噴板重心距離轉(zhuǎn)動軸距離；

n——液壓缸數(shù)量；

P1——有桿腔壓力，MPa；

P2——無桿腔壓力，MPa。

當無桿腔壓力升高超過7.12 MPa，乳化液噴板出現(xiàn)下降。

3.4.2 噴板系統(tǒng)壓力上升原因分析

乳化液噴板到達設(shè)定位置后，通過液壓鎖實現(xiàn)噴板位置鎖定，噴板液壓管路可視為密閉容器，當乳化液噴淋后，乳化液設(shè)定溫度為50～60 ℃，而液壓油初始溫度為30 ℃。由于液體受到管壁的強制約束，管子所受到的壓力是液體膨脹壓。其體積增量公式為：

由于乳化液熱傳遞造成液壓油溫度升高，而造成系統(tǒng)壓力不斷升高。由于液壓管路為不銹鋼剛性管路，在管壁約束下，液體充滿管子后體積不再增大，而壓力急劇上升。令ΔV=0，則得到壓力增加值。

式中：β——介質(zhì)在T1～T2 溫度范圍內(nèi)的平均溫度膨脹系數(shù)，1/K;

α——介質(zhì)在T1～T2 溫度范圍內(nèi)的平均體積壓縮系數(shù),1/MPa。

每道次乳化液噴淋時間10 min，軋制完成后，經(jīng)實測液壓管路內(nèi)液壓油ΔT 為10。乳化液噴板液壓控制用油為46#液壓油，經(jīng)查其膨脹系數(shù)及體積壓縮系數(shù)，經(jīng)查其膨脹系數(shù)β 為7×10-4，體積壓縮系數(shù)7.14×10-4,經(jīng)計算ΔP為9.8 MPa，即無桿腔壓力P2為9.8 MPa，大于式（2）計算中噴板位置穩(wěn)定所要求的P2≤7.12 MPa。所以造成軋制期間，噴板位置出現(xiàn)下降，造成帶鋼表面劃傷。

4 帶鋼噴板劃傷解決措施

4.1 溢流閥壓力優(yōu)化

由圖4可知，當電磁閥通電狀態(tài)下，乳化液噴板液壓缸有桿腔通壓力油，噴板提升。由于有桿腔油路設(shè)有溢流閥，導(dǎo)致軋制過程中，噴板液壓缸有桿腔保持壓力恒定，而無桿腔由于熱膨脹造成壓力升高，從而造成噴板受力不平衡下降。所以將溢流閥壓力升高，以此保證噴板受力平衡，位置恒定。由式（2）可得，計算得，即P1≥14.9 MPa，可優(yōu)化溢流閥設(shè)定壓力保證在每道次軋制過程中，噴板位置恒定，不會因噴板位置異常降低，對帶鋼造成劃傷。

4.2 噴板調(diào)速方式優(yōu)化

在噴板位置設(shè)定過程中，為了實現(xiàn)噴板動作平穩(wěn)，提高位置控制精度，噴板動作速度設(shè)計很慢（5 mm/s），這就要求調(diào)速閥的開度很小，并且調(diào)速方式采用出口調(diào)速（利于實現(xiàn)噴板動作平穩(wěn)），但在噴板動作平穩(wěn)的同時也造成了動作過程中回油管壓力較大，如果點動時造成的壓力更大。再考慮軋制期間液壓管路熱膨脹因素，更容易出現(xiàn)噴板位置下降，帶鋼表面劃傷的情況。同時這也是帶鋼表面劃傷偶發(fā)的因素，造成排查困難。為了降低噴板動作過程中，系統(tǒng)壓力影響，將設(shè)計的出口調(diào)速，更改成出入口調(diào)速相結(jié)合的調(diào)速方式，同時優(yōu)化操作規(guī)范，減少噴板點動操作。

4.3 溢流閥位置優(yōu)化

由于噴板液壓系統(tǒng)中，溢流閥位于噴板提升液壓缸有桿腔，主要是防止出現(xiàn)換輥時，出現(xiàn)換輥工具異常時，能夠?qū)ο到y(tǒng)起沖擊保護作用。但未充分考慮軋制過程中，乳化液噴淋，液壓系統(tǒng)熱膨脹得情況。為了徹底解決該問題，避免由于提高溢流閥壓力后，由于系統(tǒng)過高，造成泄漏等事故隱患，對系統(tǒng)進行改造，在無桿腔增加溢流閥。

4.4 噴板位置監(jiān)控改造

當出現(xiàn)噴板液壓系統(tǒng)內(nèi)泄、噴板連接機構(gòu)異常等問題造成噴板位置異常時，為了能夠及時發(fā)現(xiàn)，避免出現(xiàn)帶鋼表面劃傷等質(zhì)量事故。開展了噴板位置的實時監(jiān)控改造工作，將噴板液壓缸增加內(nèi)置傳感器，通過噴板液壓缸位置與噴板位置的對應(yīng)關(guān)系，來實現(xiàn)噴板的位置實時監(jiān)控。

5 結(jié)論

通過對森基米爾軋機噴板位置異常，造成帶鋼表面劃傷的情況進行跟蹤，從噴板結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路出發(fā)進行分析，確定噴板位置異常的根本原因，并從液壓控制系統(tǒng)優(yōu)化、噴板位置檢測等方面開展了一系列攻關(guān)工作，來減少由于噴板下降造成帶鋼表面劃傷的質(zhì)量缺陷問題。同時，對于噴板其他原因造成異常下降，帶鋼表面劃傷情況，也做了關(guān)于乳化液噴板的其他延伸管理工作，例如噴板剪切銷釘?shù)母脑?、噴板變形后快速恢?fù)生產(chǎn)的工具的開發(fā)等，避免出現(xiàn)其他由于乳化液噴板問題造成的長停機及質(zhì)量損失，提高森基米爾軋機的產(chǎn)能及質(zhì)量水平，為企業(yè)創(chuàng)造更多效益。