轧机开卷机CPC对中装置改进center position control(CPC)

1、第 31卷 第 6期 2009年 12月 山 东 冶 金Shandong MetallurgyDecember 2009摘要:针对 CPC 对中装置在冷轧过程中存在的问题, 从 CPC 对中系统的影响因素方面采取改进措施, 将夹送辊材质改为42CrMn, 液压系统压力调低到 110MPa, 优化电磁制动器和灯源控制系统, 对 CPC 对中系统定期标定, 解决了跑偏、 卷曲塔 形、 硬件设备损坏过快等问题, 从而保证了卷曲精度, 偏差值在±3mm。 关键词:双机架冷轧; CPC 对中装置; 加送辊; 电磁制动器 图分类 :TG333.7+2文献标识码 :B文章编号 :1004-4620

2、(2009 06-0075-02轧机开卷机 CPC 对中装置改进闻青山 1, 陈丹 2, 臧廷利 1, 崔华翠 1, 曹中军 1(1济钢集团有限公司, 山东 济南 250101; 2山东省冶金科学研究院, 山东 济南 250014 收稿日期 :2009-09-09作者简介 :闻青山, 男, 1978年生, 2002年毕业于东北大学轧钢和 计算机专业。现在济钢冷轧板厂自动化部从事自动化技术工作。1引言带钢在穿带、 运行过程中始终保持在轧制中心线上, 特别是在运行过程中, CPC 对中装置不断调节 和控制。双机架冷轧机生产中每卷带钢达几千米, 且大部分时间在高速轧制, 带钢被正确地控制在轧 制线中

3、心, 否则会出现断带等重大事故。一套运行 稳定良好的 CPC 对中装置, 是带钢对中运行和对边 整齐卷取的关键, 能够保证机组高效生产和高品质 的带钢轧制质量。济钢冷轧板厂对中装置自投用以 来出现较多缺陷以及受其他硬件影响, 不适应快速、 高效的生产节奏, 严重制约了生产。为此, 济钢冷轧板厂结合实际应用进行优化, 并取得了较好效果。2对中系统应用原理开卷机 CPC 带钢对中控制系统由检测单元、 信 号控制单元、 液压伺服单元 3部分组成。检测单元 包括位置传感器、 位置传感器定位装置、 高频光源; 液压伺服单元包括液压站、 伺服阀、 伺服油缸、 位置 传感器 1。检测单元安装在带钢上方钢结构

4、支架 上, 两侧各配有 1个位置传感 (LS13/LS14 , 每个位 置传感器包括 1个测量接收器 LS13和 1个基准位置 接收器 LS14, 两侧的 LS13/LS14安装在同一滑道上, 通过电机皮带传动, 同步移入或移出, 见图 1。图 1对中控制系统EVK 行程Lx带钢最小宽度带钢最大宽度EVK 行程设 备 中 心参考点195光带 LIH 的有效长度光带左侧 EVK2-CP右侧 EVK2-CP光带 LIH 的有效长度 光带在带钢对中开始之前, 带钢边缘位置由电机传 动的传感器定位装置检测。LS13和 LS14各自的高 频光接收圆筒孔道与高频光源的同一发光点对中。 当测量接收器 LS1

5、3的孔道被钢带遮住一半, 基准位 置接收器 LS14高频光接收孔道不受带钢位置的影 响时, 带钢对中在轧机中心线位置上。当带钢偏离 中心位置时, 通过光电检测梁 LS13连续跟踪带钢边 部位置变化, 同时参考光电检测梁 LS14连续检测光 的亮度并对可能产生的变化进行补偿, 对产生的对 比信号量通过信号控制装置进行处理后, 将调节量 发送给伺服阀再控制液压缸并带动执行机构开卷 机, 再将调节后的大小再由开卷机上的位置传感器进行反馈, 最终实现闭环控制 2, 见图 2。图 2CPC 系统控制流程3对中系统存在问题分析冷轧板厂的 CPC 对中系统在带钢通过检测框 架时与框架没有接触, 同时对中传感

6、器无移动部件, 按设计完全属于无损耗和免维护 3。但在现场纠偏 过程中, 始终处于调整的模式下依然存在卷曲塔 形, 且随着时间的推移, 测量纠偏能力呈直线下降趋 势, 不能将带钢对中, 失去了对中装置的作用。 3.1夹送辊影响CPC 带钢对中控制系统是轧机穿带防止跑偏75的核心装置。控制系统的位置传感器定位装置的允 许中心偏差为±8mm, 在穿带过程中, 开卷机在 CPC 系统伺服油缸作用下移动范围为±100mm。 穿带跑偏严重时, 带钢在夹送辊前瓢曲, 控制系统的 对中伺服油缸移动到满行程位, 完全丧失调节作 用。穿带过程中, 当开卷机上方的钢卷压辊抬起时, 开卷机上的钢

7、卷外圈有松卷现象, 其原因是夹送辊 驱动电机电磁制动器转矩不足。带钢位置由 CPC 位置传感器 (LS13/LS14 检测, 当穿带开始带钢偏离中心位置时, LS13/LS14产生对 比信号, CPC 的控制装置将信号处理后, 控制液压伺 服系统带动开卷机移动。由于钢卷外圈松, 开卷机 在带动钢卷移动时, 最外层带钢与钢卷没有足够的 摩擦力而不能做相应移动。虽然开卷机已经移动到 最初指令位置, 但带钢被检测部分位置没有跟随移 动到目标值, CPC 位置传感器检测到的带钢仍然偏 离中心位置, 对中系统继续发出移动开卷机的指令, 直到 CPC 系统的对中伺服油缸移动到满行程位, 从 而失去调节作用

8、。3.2控制柜及发射光源影响轧机 CPC 装置为光电感应式, 为了排除自然光 和工作环境中各种光的干扰, 传感器使用高频变压 器产生的高频光源。在实际应用中, 这种高频变压 器和灯源故障率较高, 生成高频交变光是一个专门 的高交变压器, 与 CPC 的 CPU、 IO 板和通讯板等控 制系统一同安装在 CPC 的控制柜内。这套变压器 发热量很大, CPC 控制柜就安装在轧机入口处, 所处 环境温度高。在每年 69月份, CPC 控制柜内的温 度达到五十几度, 使测量元件的精度和寿命下降。 高交变压器有专用控制板调节内部参考电位, 控制板经常报警, 只有经常调整参考电位值, 才能保 证 CPC

9、系统正常运行。另外, 由于高频灯管在使用 过程中随着时间的延长, 灯管的整体表面光亮度强 度不一, 从而降低了测量精度。3.3其他方面的影响轧机高速运转产生振动, 严重影响测量精度。 另外位置传感器定位装置传动皮带的松紧度、 高频 光源上的灰尘以及测量和检测接收器的垂直度均会 影响测量精度。4CPC 对中系统优化针对 CPC 对中系统的影响因素, 结合实际情况 对夹送辊、 电磁制动器、 灯源控制系统进行了优化。 4.1夹送辊的优化调整原来的夹送辊表面布满凸起的麻点, 主要与辊 子的材质、 硬度、 粗糙度以及夹送的压力有关。选用 材质为 42CrMn, 并调质处理、 硬度不低于 60HRC、 粗

10、 糙度 Ra 3.2m的新辊, 以减轻夹送辊在使用过 程中产生凸起麻点。同时, 优化上夹送辊压下油缸 的工作压力, 液压系统压力由原设计 140MPa 调低 到 110MPa。在夹送辊运送带钢时, 带钢受力均匀, 带钢与夹送辊不发生相对侧滑。4.2电磁制动器功能优化夹送辊驱动电机电磁制动器制动转矩不足, 造 成 CPC 带钢对中控制系统失去对中功能, 重新调整 电磁制动器内外制动弹簧的配置及分布, 清洗制动 摩擦片上的油污, 装配时调整制动转矩, 将制动间隙 调整到 0.2mm, 使制动器开闭灵活可靠、 制动转矩 大小适中, 保障了 CPC 对中调节。4.3灯源控制系统优化为避免高频变压器和

11、CPC 的 CPU、 IO 板及通讯 板等在同一控制柜内, 优化灯源。它不需要专门的 高频变压器和辅助控制系统, 而是直接用 24V 直流 电作为电源。灯源自身带有 1个控制板, 可以产生 高频光。这种高频光是一种 1000Hz 频波和矩形频 波交叉光, 在自然和一般设备上不能产生这种光。 新灯源增加了特殊的控制技术, 产生的高频光不受 工作环境中的自然光、 工频光和红外光等干扰, 同时 可使用普通常见的冷色调灯管。这样可以保证整体 光源的亮度稳定, 提高了测量精度, 也节约成本。 4.4其他方面的优化在轧机工作时因存在振动, 严重影响到测量位 置的控制精度。通过重新紧固框架螺栓, 调整位置

12、传感器定位装置传动皮带的松紧度等措施来控制因 振动引起的问题, 并定期擦拭落到高频光源上的灰 尘。通过调节检测和参考接收器的垂直度, 既调节 补偿电阻又提高测量精度, 定期对对中系统进行标 定, 即在没有带钢时, 利用万用表测量检测梁和参考 梁的补偿电压是否为 10V/5V, 再调节 EVK 2.11/ EVK 2.12上的 R1R4的电阻值进行补偿, 见表 1。 表 1EVK2.11/EVK2.12补偿调节值接收器光电检测梁 1-AS光电参考梁 1-AS光电检测梁 2-BS光电参考梁 2-BS检测点检测 1参考 1检测 1参考 1补偿电压10V DC5V DC10V DC5V DC调节电位计

13、R1R2R3R45应用效果通过对夹送辊、 电磁制动器及灯源控制系统的 优化, 消除了夹送辊前带钢瓢曲现象和带钢穿带准 备时钢卷外圈松卷问题。在整个穿带过程中, 开卷 机对中油缸窜动量由±100mm 降到 (下转第 78页 76其调制处理工艺为 860淬火后 600高温回火; 部分丝杠材料为 20Cr, 其热处理工艺为 900淬火 后 200低温回火。低碳钢或低碳合金钢经淬火低 温回火后获得的低碳马氏体组织, 具有较高的强度, 较好的塑性和韧性。在交变载荷及多次冲击载荷下 具有较低的缺口敏感性和过载敏感性。其性能与中 碳合金钢调制处理后性能相当, 另一方面, 这类钢热 处理时脱碳倾向小

14、, 淬火时不易变形开裂, 淬火后低 温回火也比调质时的高温回火经济 1。压力机的丝母改制所用材料为 ZQAl9-4铸造铝 青铜, 经 950高温淬火时有明显的强化效果, 淬火 后进行 260时效处理可以提高其机械性能, 同时 淬火介质对其热处理强化亦有影响, 盐水淬火能获 得比水淬更高的强度和硬度 2。处理后抗拉强度由 铸态 570MPa 提高到 900MPa, 硬度由 120HB 提高 到 210HB, 同时保证了材料具有良好的塑性和韧 性, 从而提高了产品的使用寿命。虽然 ZQAl9-4铝 青铜机械性能优良, 但其价格昂贵, 除 630T、 1000T 等大吨位的压力机还在采用外, 其余压

15、力机丝母材 料都采用了价格较为便宜的球墨铸铁或变质铸铁。 由于变质铸铁工艺较为复杂, 现在主要使用球墨铸 铁。经过多年实践, 采用 QT40-17的球墨铸铁, 延伸 率为 17%, 此种球墨铸铁热处理方式为 860淬火 后 560回火, 因其导热性较差, 加热保温时间比钢 长, 热处理后硬度为 200HB, 具有良好的强度、 塑 性、 韧性和耐磨性, 能够满足使用要求 3。2.3改善润滑条件当螺旋副工作时, 由于相对滑动较软的丝母螺 纹牙表面容易被划伤而产生磨粒磨损, 外界硬屑落 入螺旋副内也将产生磨粒磨损, 磨损后螺纹牙遭到 破坏, 牙厚减薄, 最后导致其强度不足而折断。压力 机螺旋传动为低

16、速重载传动, 不易形成油膜, 摩擦热 虽然不大, 但可能因重载而出现冷焊粘着而磨损。 减轻或防止磨粒磨损和粘着磨损的主要措施 有:提高螺纹牙表面硬度; 降低表面粗糙度值; 降低 滑动系数; 注意润滑油的清洁与定期更换; 最后要特 别注意环境清洁, 减少磨粒进入。为提高螺旋传动 的抗胶合能力, 宜选用黏度较高的润滑油。在矿物 油中适当加些油性添加剂 (如加入 5%的动物脂肪 , 有利于提高油膜厚度, 减轻胶合危险。压力机螺旋 副为重载荷低速螺旋副, 低速传动, 不易形成油膜; 而重载荷容易把润滑膜挤出摩擦表面, 导致摩擦面 缺少润滑, 而且非密封环境, 加油润滑较为困难。润 滑油要有较大的黏度,

17、 有良好的抗挤压性和油性; 有 良好的减磨抗磨性, 能降低摩擦阻力。山东鲁耐窑 业丝杠丝母螺旋副使用的润滑脂为二硫化钼极压润 滑脂, 并加入抗磨添加剂, 润滑频率为每小时 1次, 多年来一直坚持 “6S” (整理、 整顿、 清扫、 清洁、 素养、 安全 管理, 有良好的除尘设备, 每班都清扫设备、 地 面, 减少了进入螺旋副的磨粒, 提高了丝杠、 丝母的 使用寿命。3改造效果为有效提高丝杠、 丝母的使用寿命, 降低使用成 本, 山东鲁耐窑业对大部分摩擦压力机都进行了优 化 改 造 , 包 括 7台 J67-500T、 3台 GC-260T、 6台 F127-300T、 14台 GC-300T

18、等型号的压力机, 改造方 法与以上介绍的 260T 压力机相似, 其中以 J67-500T 压力机改造效果最为明显。J67-500T 压力机是山 东鲁耐窑业致密砖生产的主要设备, 改造后使用寿 命由原来的 5个月提高到 20个月, 备件费仅为原来 的 1/3, 每台 J67-500T 压力机每年节约费用十多万 元。其他型号的压力机改造后使用寿命也增加了 1倍以上, 每年节约材料费、 加工费、 检修费等费用 200多万元。参考文献:1乔明俊, 柏斯森, 李建明.机械工程材料学 M .洛阳:河南科学 出版社, 1983.2邓芬燕, 邹安全, 邓俊彦, 等.强韧化热处理对 ZQAl 9-4组织 性能的影响 J .矿冶工程, 2006, 26(4 :61-63.3国家机械工业委员会.金属学及热处理基础 M .北京:机械工 业出版社, 2005.(上接第 76页 ±20mm, CPC 带钢对中控制系统灵 活可靠, 轧机穿带平稳顺畅。重新紧固框架螺栓, 调 整位置传感器定位装置和传动皮带的松紧度, 减轻 了传动过程中的位置误差; 定期擦拭高频光源上的 灰尘, 减少了接收器的光源