论文部分内容阅读
摘要：热卷箱是将钢坯从粗轧机高速送至精轧机低速开卷的中间过程设备，具有保温、缩短辊道长度的功能。而开卷臂是热卷箱的关键部件之一，对开卷臂的良好控制能为稳定顺利开卷提供强有力的保证。本文详细介绍了热卷箱开卷臂液压控制回路的故障与排除。
关键词：热卷箱;开卷臂;液压系统
热卷箱主要用于热连轧机组中，在一定程度上改善了头尾终轧温度差和中间坯温度的不均匀性，从而提高了产品质量。热卷箱设置在粗轧机和精轧机之间，将粗轧机轧出的厚度在20～40mm的中间坯采用无芯卷取方式卷绕成卷，然后立即反向开卷，送入精轧机，实现边开卷边轧制。基于此，本文在分析了热卷箱开卷臂工作过程的基础上，针对某钢厂热卷箱开卷臂在调试过程中出现的压力无法调整到工作压力的现象，论述了其产生的原因，并提出了合理的解决方案。
一、热卷箱作用
热卷箱是提高热连轧产品质量的关键设备，它与轧机及辊道的速度匹配更为重要，直接影响整条生产线的稳定性及产品质量。其位于粗轧机之后，又位于切头飞剪之前轧线中部位置，是轧制工艺中间环节。当粗轧机轧出的中间坯（厚度30～45mm）完成最后一道次轧制时，由输送辊道经过热卷箱前侧导位进入热卷箱将热中间坯卷成热带钢卷，然后再将热带钢卷进行开卷，经托卷辊及夹送矫直辊将中间坯矫直送入切头飞剪进行切头或切尾，中间坯切头后除鳞进入精轧机进行轧制。
1、具有保温的作用。在轧制过程中，由于将中间坯卷成卷，所以有效的减小了带钢的散热面积、辐射面积，以及带钢头尾温差及带钢边部温降。
2、具有均温作用。由于中间坯卷成卷，所以中间坯在全长度方向上成卷后发生热传递、热辐射，有效地保证了带钢的温度均匀性，同时有效的减少了加热炉在烧钢过程中产生的黑印。
3、具有破鳞作用。由于卷取和开卷过程中中间坯发生机械弯曲变形，使带钢表面脆硬的二次氧化铁皮碎裂，同时由于带钢的高速卷取，使氧化铁皮大部分被抛离带钢，其余部分只是附着在表面保证了精轧除鳞的良好效果。
4、由于热卷箱具有双站工作特点，能放两个中间卷，即缩短了轧线长度，又能作为粗、精轧的缓冲带。
二、热卷箱开卷臂开卷工作过程
热卷箱开卷臂开卷工作过程如图1所示，热卷箱的卷取过程完成后，热卷箱进入开卷过程，开卷臂在回转液压缸的驱动下，使开卷刀首先与中间坯热卷外径接触，当回转液压缸继续带动开卷臂向下运动时开卷刀沿着中间坯热卷外径浮动下滑，直至开卷刀插入中间坯热卷的头部，开卷刀继续向下运动到极限位置，将中间坯热卷的头部打开，完成开卷。
三、热卷箱开卷问题及原因
1、热卷箱开卷问题。某钢厂在热卷箱投用调试初期，当中间坯完成卷取后，开卷失败问题主要表现为：开卷刀首先与中间坯热卷外径接触，当回转液压缸继续带动开卷刀向下运动时，开卷刀没有沿着带卷外径浮动下滑，而是把热卷推离开卷位置，从而无法继续完成开卷。
2、热卷箱开卷过程受力分析。热卷箱开卷过程受力分析如图2所示，由力的平衡条件可得开卷条件为：
G=N1 cosα+N2 cosβ-F sinθ-fsinα（1）
F cosθ≤N1 sinα-N2 sinβ+f cosα（2）
式中：G为钢卷的重量（N）;
N1为辊道对钢卷的压力，（N）;
N2为辊道对钢卷的压力，（N）;
F为开卷刀对钢卷的推力，（N）;
f为钢卷与辊道的摩擦力，（N）。
由式（2）可知，当开卷刀沿着带卷外径浮动下滑时，θ角的数值变小，Fcosθ的值增大，当θ角的数值为0时，Fcosθ的值为最大F，此时如果仍能满足式（2），则表示满足开卷条件，反之，则不满足开卷条件。
3、开卷臂液压控制回路分析。通过上述分析可知，导致开卷失败的原因是开卷刀对钢卷的推力F偏大，推力F是由开卷臂摆动液压缸来控制，其液压原理图如图3所示。
元件1在拆换阀台元件时切断主压力管路;元件2控制开卷臂摆动液压缸伸出和缩回;元件3控制液压缸伸出和缩回的速度;元件4锁定液压缸停位;元件5控制节流流量;元件6控制液压缸无杆腔壓力;元件9为二级压力调节阀，远程控制元件6的溢流压力。
当开卷臂准备开卷时，电液换向阀2上的电磁铁b得电，压力油通过单向节流阀3和液控单向阀4进入液压缸的无杆腔，液压缸上的无杆腔压力通过溢流阀6来调节。溢流阀6上的油口X接到比例溢流阀9上，通过给定比例溢流阀9控制信号来实现对溢流阀6远程压力调节，控制开卷刀推力F的大小。
开卷故障出现初期，怀疑开卷臂液压缸压力无法减小的原因是比例溢流阀9给定的信号偏大，导致溢流阀6的设定压力偏大，减小比例溢流阀9的信号，通过压力传感器10读的数值为2.1 MPa，当继续减小比例溢流阀9的给定信号时，压力传感器10的数值仍为2.1 MPa，问题没有得到解决。经过排查，初步确定导致液压缸无杆腔压力无法减小的原因是无杆腔供油流量和溢流流量不匹配造成的。
产生液压缸无杆腔压力无法减小的原因描述如下：当热卷箱准备开卷时，压力油通过电液换向阀2进入液压缸的无杆腔，同时给定比例溢流阀9控制信号，设定溢流阀6的溢流压力，当回转液压缸带动开卷刀向下运动，开卷刀沿着带卷外径下滑时，液压缸在外力的作用下迫使有杆腔缩回，此时，溢流阀6需要溢流的流量小于通过电液换向阀2的流量和液压缸有杆腔缩回产生的流量之和，导致液压缸无杆腔的压力只能减少到2.1 MPa，无法继续减少。
分析原因后，在不改变原设计回路的基础上，只要适当减少进入液压缸无杆腔的流量，就可以解决此问题。在调试现场，调试人员适当调节单向节流阀3，减少进入液压缸无杆腔的流量后，在不改变比例溢流阀9设定值的情况下，液压缸无杆腔的压力可以减小到1.3 MPa，问题得以解决。
四、结语
热卷箱是现代化板带钢轧制工艺中用于将中间坯卷取并开卷的设备，位于粗轧机之后切头飞剪之前。此工艺是将从粗轧机过来的高速中间坯卷成带卷，然后再开卷将中间坯以低速送入精轧机组。而开卷臂液压系统的作用为通过改变压强增大作用力，为此，本文首先阐述了热卷箱开卷臂的工作过程，结合某工程热卷箱开卷问题，详细分析了开卷臂液压控制回路开卷问题产生的原因，为今后热卷箱的调试和设计提供依据。
参考文献：
[1]黄庆学.轧钢机械设计[M].北京：冶金工业出版社，2014.
[2]刘复兴.热连轧热卷箱滚轮式开卷装置改造[J].重型机械，2015（05）：68-70.
[3]杜和来.电液比例技术在开卷装置上的应用[J].重型机械，2014（06）：27-28.
[4]廖松林.热卷箱开卷问题的原因分析及预防措施[J].梅山科技，2015（04）：22-24.
[5]程靳.理论力学[M].北京：高等教育出版社，2014.
[6]成大先.机械设计手册[M]（第四版）.北京：化学工业出版社，2014.
关键词：热卷箱;开卷臂;液压系统
热卷箱主要用于热连轧机组中，在一定程度上改善了头尾终轧温度差和中间坯温度的不均匀性，从而提高了产品质量。热卷箱设置在粗轧机和精轧机之间，将粗轧机轧出的厚度在20～40mm的中间坯采用无芯卷取方式卷绕成卷，然后立即反向开卷，送入精轧机，实现边开卷边轧制。基于此，本文在分析了热卷箱开卷臂工作过程的基础上，针对某钢厂热卷箱开卷臂在调试过程中出现的压力无法调整到工作压力的现象，论述了其产生的原因，并提出了合理的解决方案。
一、热卷箱作用
热卷箱是提高热连轧产品质量的关键设备，它与轧机及辊道的速度匹配更为重要，直接影响整条生产线的稳定性及产品质量。其位于粗轧机之后，又位于切头飞剪之前轧线中部位置，是轧制工艺中间环节。当粗轧机轧出的中间坯（厚度30～45mm）完成最后一道次轧制时，由输送辊道经过热卷箱前侧导位进入热卷箱将热中间坯卷成热带钢卷，然后再将热带钢卷进行开卷，经托卷辊及夹送矫直辊将中间坯矫直送入切头飞剪进行切头或切尾，中间坯切头后除鳞进入精轧机进行轧制。
1、具有保温的作用。在轧制过程中，由于将中间坯卷成卷，所以有效的减小了带钢的散热面积、辐射面积，以及带钢头尾温差及带钢边部温降。
2、具有均温作用。由于中间坯卷成卷，所以中间坯在全长度方向上成卷后发生热传递、热辐射，有效地保证了带钢的温度均匀性，同时有效的减少了加热炉在烧钢过程中产生的黑印。
3、具有破鳞作用。由于卷取和开卷过程中中间坯发生机械弯曲变形，使带钢表面脆硬的二次氧化铁皮碎裂，同时由于带钢的高速卷取，使氧化铁皮大部分被抛离带钢，其余部分只是附着在表面保证了精轧除鳞的良好效果。
4、由于热卷箱具有双站工作特点，能放两个中间卷，即缩短了轧线长度，又能作为粗、精轧的缓冲带。
二、热卷箱开卷臂开卷工作过程
热卷箱开卷臂开卷工作过程如图1所示，热卷箱的卷取过程完成后，热卷箱进入开卷过程，开卷臂在回转液压缸的驱动下，使开卷刀首先与中间坯热卷外径接触，当回转液压缸继续带动开卷臂向下运动时开卷刀沿着中间坯热卷外径浮动下滑，直至开卷刀插入中间坯热卷的头部，开卷刀继续向下运动到极限位置，将中间坯热卷的头部打开，完成开卷。
三、热卷箱开卷问题及原因
1、热卷箱开卷问题。某钢厂在热卷箱投用调试初期，当中间坯完成卷取后，开卷失败问题主要表现为：开卷刀首先与中间坯热卷外径接触，当回转液压缸继续带动开卷刀向下运动时，开卷刀没有沿着带卷外径浮动下滑，而是把热卷推离开卷位置，从而无法继续完成开卷。
2、热卷箱开卷过程受力分析。热卷箱开卷过程受力分析如图2所示，由力的平衡条件可得开卷条件为：
G=N1 cosα+N2 cosβ-F sinθ-fsinα（1）
F cosθ≤N1 sinα-N2 sinβ+f cosα（2）
式中：G为钢卷的重量（N）;
N1为辊道对钢卷的压力，（N）;
N2为辊道对钢卷的压力，（N）;
F为开卷刀对钢卷的推力，（N）;
f为钢卷与辊道的摩擦力，（N）。
由式（2）可知，当开卷刀沿着带卷外径浮动下滑时，θ角的数值变小，Fcosθ的值增大，当θ角的数值为0时，Fcosθ的值为最大F，此时如果仍能满足式（2），则表示满足开卷条件，反之，则不满足开卷条件。
3、开卷臂液压控制回路分析。通过上述分析可知，导致开卷失败的原因是开卷刀对钢卷的推力F偏大，推力F是由开卷臂摆动液压缸来控制，其液压原理图如图3所示。
元件1在拆换阀台元件时切断主压力管路;元件2控制开卷臂摆动液压缸伸出和缩回;元件3控制液压缸伸出和缩回的速度;元件4锁定液压缸停位;元件5控制节流流量;元件6控制液压缸无杆腔壓力;元件9为二级压力调节阀，远程控制元件6的溢流压力。
当开卷臂准备开卷时，电液换向阀2上的电磁铁b得电，压力油通过单向节流阀3和液控单向阀4进入液压缸的无杆腔，液压缸上的无杆腔压力通过溢流阀6来调节。溢流阀6上的油口X接到比例溢流阀9上，通过给定比例溢流阀9控制信号来实现对溢流阀6远程压力调节，控制开卷刀推力F的大小。
开卷故障出现初期，怀疑开卷臂液压缸压力无法减小的原因是比例溢流阀9给定的信号偏大，导致溢流阀6的设定压力偏大，减小比例溢流阀9的信号，通过压力传感器10读的数值为2.1 MPa，当继续减小比例溢流阀9的给定信号时，压力传感器10的数值仍为2.1 MPa，问题没有得到解决。经过排查，初步确定导致液压缸无杆腔压力无法减小的原因是无杆腔供油流量和溢流流量不匹配造成的。
产生液压缸无杆腔压力无法减小的原因描述如下：当热卷箱准备开卷时，压力油通过电液换向阀2进入液压缸的无杆腔，同时给定比例溢流阀9控制信号，设定溢流阀6的溢流压力，当回转液压缸带动开卷刀向下运动，开卷刀沿着带卷外径下滑时，液压缸在外力的作用下迫使有杆腔缩回，此时，溢流阀6需要溢流的流量小于通过电液换向阀2的流量和液压缸有杆腔缩回产生的流量之和，导致液压缸无杆腔的压力只能减少到2.1 MPa，无法继续减少。
分析原因后，在不改变原设计回路的基础上，只要适当减少进入液压缸无杆腔的流量，就可以解决此问题。在调试现场，调试人员适当调节单向节流阀3，减少进入液压缸无杆腔的流量后，在不改变比例溢流阀9设定值的情况下，液压缸无杆腔的压力可以减小到1.3 MPa，问题得以解决。
四、结语
热卷箱是现代化板带钢轧制工艺中用于将中间坯卷取并开卷的设备，位于粗轧机之后切头飞剪之前。此工艺是将从粗轧机过来的高速中间坯卷成带卷，然后再开卷将中间坯以低速送入精轧机组。而开卷臂液压系统的作用为通过改变压强增大作用力，为此，本文首先阐述了热卷箱开卷臂的工作过程，结合某工程热卷箱开卷问题，详细分析了开卷臂液压控制回路开卷问题产生的原因，为今后热卷箱的调试和设计提供依据。
参考文献：
[1]黄庆学.轧钢机械设计[M].北京：冶金工业出版社，2014.
[2]刘复兴.热连轧热卷箱滚轮式开卷装置改造[J].重型机械，2015（05）：68-70.
[3]杜和来.电液比例技术在开卷装置上的应用[J].重型机械，2014（06）：27-28.
[4]廖松林.热卷箱开卷问题的原因分析及预防措施[J].梅山科技，2015（04）：22-24.
[5]程靳.理论力学[M].北京：高等教育出版社，2014.
[6]成大先.机械设计手册[M]（第四版）.北京：化学工业出版社，2014.