Предисловие
Линия по производству горячекатаных кислотно-отожжённых рулонов холоднокатаного цеха компании «Паньчжихуа Нью Стил энд Ванадиум Лтд.» была завершена и введена в эксплуатацию в 2004 году. В соответствии с общим планом группы «Паньчжихуа Ирон энд Стил», в 2006 году на её чэндуском филиале был построен одноступенчатый прокатный агрегат. Исходным материалом для этого стана служили стальные рулоны, выпускаемые линией горячекатаных кислотно-отожжённых рулонов холоднокатаного цеха. Для предотвращения коррозии продукция данного агрегата должна обрабатываться смазочным маслом, чтобы соответствовать требованиям смазочно-охлаждающей эмульсии последующего технологического процесса. Агрегат оснащён одним электростатическим масляным распылителем и одним роликовым масляным аппликатором. Поскольку электростатический распылитель недостаточно эффективно наносит смазочное масло, оригинальный роликовый аппликатор был взят с комбинированного агрегата кислотной прокатки предприятия. Эксплуатируемое оборудование, отключённое в ходе модернизации, не отвечает производственным требованиям. Поэтому для модернизации исходного роликового масляного аппликатора был применён высокотехнологичный ролик 3M, отличающийся превосходными эксплуатационными характеристиками.
Проблемы, существовавшие в первоначальном роликовом масляном аппликаторе
Принцип устройства роликового масляного аппликатора представлен на рисунке 1.
При включении аппликатора верхний комплект роликов опускается, а нижний — поднимается, образуя определённый угол охвата между полосой стали и масляным роликом. Как ролик нанесения масла, так и погружной ролик являются ведомыми, приводимыми в движение полосой стали. Масляная форсунка распыляет смазку из системы смазки на масляный ролик; путём взаимного сжатия масляный ролик передаёт масло погружному ролику, который затем равномерно наносит смазку на стальную полосу. Избыточное масло собирается в ёмкости и стекает в бак сбора.
После модернизации комбинированного агрегата кислотной прокатки технические требования к масляному аппликатору были повышены. Конкретные параметры приведены в таблице 1.
До модернизации комбинированного агрегата кислотной прокатки, чтобы предотвратить появление полосовых дефектов без масляной плёнки на поверхности стального листа, была модифицирована форсунка масляного аппликатора. Это позволило более равномерно распылять жидкость на масляный ролик, тем самым устраняя проблему местного отсутствия смазки. Однако аппарат по-прежнему имел следующие недостатки:
- Недостаточная ширина продукции: максимальная ширина продукции агрегата составляла 1150 мм; после модернизации требовалось обеспечить ширину готовой стальной полосы до 1300 мм.
- Сложность обслуживания: перед масляным аппликатором на данном агрегате установлен дисковый резак для обрезки полосы по ширине. Обрезанный край полосы имеет заусенцы, которые повреждают масляный ролик. Масляный ролик выполнен из войлока и легко разрезается краями полосы, что приводит к появлению ворсинок и осыпанию. Его приходится часто заменять, а период между заменами очень короткий.
- Трудно контролировать количество наносимого масла: из-за неравномерного нанесения масла для предотвращения местного отсутствия смазки добавляют больше масла, что приводит к избыточной масляной плёнке в других участках, затрудняет процесс упаковки и увеличивает расход масла.
- Оригинальная система смазки вышла из строя, её система управления отличается низкой точностью, а запасные части для ремонта труднодоступны.
Таким образом, прежний масляный аппликатор не может удовлетворить производственные потребности после модернизации линии горячекатаных кислотно-отожжённых рулонов и требует замены.
Модификация
Ключевой деталью масляного аппликатора является масляный ролик. Чтобы повысить качество смазки и продлить срок службы масляного ролика, был выбран ролик 3M Millennium. Кроме того, в связи с увеличением ширины полосы необходимо было увеличить ширину корпуса аппликатора, длину верхнего и нижнего масляных роликов, длину погружного ролика, а также длину масляной форсунки; потребовалась перепланировка гидравлических и прочих трубопроводов, а также проектирование и изготовление новой системы смазки и системы периодического контроля. Подробности следующие:
Верхний и нижний масляные ролики
Масляный ролик является центральным элементом данной модернизации. Поскольку оригинальный войлочный ролик имеет короткий срок службы, а количество наносимого масла трудно контролировать, это приводит к высоким производственным и эксплуатационным затратам, поэтому его дальнейшее использование нецелесообразно. Был выбран специализированный высокотехнологичный ролик 3M Millennium, обладающий превосходными характеристиками.
Основные свойства продукта следующие:
- Изготовлен из высокопрочных нетканых волокон. При определённых температуре, влажности и давлении порезанный участок способен к самовосстановлению. Пористая структура нетканого материала обладает определённой степенью водопоглощения и маслопоглощения. Масло может наноситься на полосу путём прямого сжатия, а необходимая толщина масляной плёнки регулируется плотностью ролика Millennium, силой зажима и скоростью движения полосы. Таким образом, эффект смазки и адгезии на поверхности полосы выше, чем у традиционных резиновых или войлочных роликов.
- Благодаря пористой структуре небольшое количество загрязнений может проникать внутрь нетканого материала, что снижает риск царапин и загрязнений на полосе.
- Обладает высоким коэффициентом трения, недостижимым для традиционных резиновых, стальных и войлочных роликов. Эта особенность обеспечивает достаточное сцепление, эффективно предотвращая проскальзывание ролика и избегая вторичных царапин на поверхности полосы.
Таблица 2 показывает сравнение характеристик ролика 3M Millennium с традиционными резиновым и войлочным роликами.
Технические параметры ролика 3M Millennium, используемого в данной модернизации, приведены в таблице 3.
Новая система смазки
Оригинальная система смазки вышла из строя из‑за длительного срока эксплуатации, поэтому её необходимо было заново спроектировать и изготовить. Принцип работы новой системы представлен на рисунке 2.
Система обладает следующими характеристиками:
- Клапан управляет подачей и отводом масла насосом; избыточное масло, возвращающееся из камеры смазки, стекает в бак сбора под действием силы тяжести; собранное масло фильтруется и отправляется в основной бак для повторного использования насосом подачи масла.
- Контроль чистоты: система оснащена всасывающим фильтром, напорным масляным фильтром и фильтром для сбора масла. Основной и сборный баки также оборудованы воздушными фильтрами для обеспечения чистоты масла и предотвращения засорения форсунок.
- Контроль уровня в основном баке: осуществляется постоянный мониторинг уровня масла, вывод сигнала на удалённый пункт и связь с насосом подачи масла. При достижении верхнего предела датчик уровня 4 автоматически (или вручную) прекращает подачу масла (соответствующий сигнал отображается на пульте управления); при достижении нижнего предела насос автоматически (или вручную) возобновляет подачу масла; если уровень опускается ниже нижнего предела, насос подачи масла останавливается и подаёт сигнал тревоги.
- Контроль уровня в сборном баке: осуществляется постоянный мониторинг уровня масла, вывод сигнала на удалённый пункт и связь с насосом подачи масла. При достижении верхнего предела масло автоматически перекачивается в основной бак; при достижении нижнего предела подаётся сигнал тревоги; если уровень опускается ниже нижнего предела, насос подачи масла автоматически прекращает подачу и подаёт сигнал тревоги.
- Контроль температуры: основной масляный бак оснащён датчиком температуры масла с выходом сигнала на удалённый пункт. Электрический нагреватель работает в режиме замкнутого контура: при температуре ниже 20℃ нагреватель включается автоматически, при температуре выше 40℃ — автоматически отключается, обеспечивая стабильность температуры масла в заданном диапазоне.
Модификация системы электрического управления
Оригинальная система управления смазкой нуждается в перепроектировании и изготовлении из‑за низкой точности управления и сложностей с закупкой запасных частей. Была внедрена отдельная система управления PLC S7‑200, реализующая следующие функции:
- Ручной запуск системы смазки: насос подачи масла работает на малых оборотах, электромагнитный клапан обесточен, и масло циркулирует в нерабочем состоянии.
- PLC выдаёт аналоговый сигнал скорости движения полосы (4–20 мА) и сигнал включения/выключения электромагнитного клапана (пассивная точка), формируя замкнутый контур с регулятором постоянного тока. На пульте управления масляным аппликатором регулятор постоянного тока, получая аналоговый сигнал скорости полосы, изменяет скорость двигателя, тем самым регулируя подачу масла насосом. На пульте имеется цифровой индикатор скорости двигателя.
- На пульте предусмотрены функции переключения между ручным и автоматическим режимами: в ручном режиме (приоритет ручного управления на месте) оператор не зависит от аналогового сигнала скорости полосы, поступающего от PLC, а вручную регулирует скорость двигателя, управляя насосом подачи масла. В автоматическом режиме подача масла насосом пропорциональна скорости полосы агрегата; при отказе рабочей системы автоматически включается резервный насос. После запуска системы смазки или при отсутствии сигнала скорости полосы от PLC в течение 10 минут во время работы система автоматически останавливается.
- Сигнал тревоги, сброс ошибок; отображение основных параметров и их настройка.
Другие соответствующие модификации оборудования
- Для сокращения сроков реализации проекта было решено использовать оригинальное основание масляного аппликатора. С учётом размеров исходных монтажных отверстий на основании ширина была увеличена на 150 мм, и был спроектирован новый корпус аппликатора.
- Функция погружного ролика — передавать смазочное масло от масляной форсунки к масляному ролику. Достаточно лишь увеличить его длину на 150 мм в соответствии с оригинальной конструкцией, после чего выполнить его переустройство и изготовление.
- В соответствии с модернизацией основной части масляного аппликатора должны быть изменены и перепрофилированы исходные гидравлические, пневматические и смазочные трубопроводы.
Эксплуатационные характеристики после модернизации
Модернизация масляного аппликатора была завершена в июне 2006 года и после ввода в эксплуатацию полностью удовлетворила производственные требования. Ролик 3M Millennium не показал видимых повреждений, остальное оборудование аппликатора работало в штатном режиме.
Ввиду естественных недостатков роликовых масляных аппликаторов другие агрегаты холоднокатаного цеха группы «Паньчжихуа Ирон энд Стил» практически отказались от них, заменив электростатическими распылителями. Тем не менее данная модернизация принесла хорошие результаты благодаря использованию высококачественного ролика Millennium, благодаря чему роликовый масляный аппликатор сохранил своё место в холоднокатаном производстве. По факту эксплуатации ролика Millennium он уже применяется на линии оцинковки.
