高压内壁除磷机在锻造企业的使用

孟立社

摘  要：应用径锻机锻管是径锻机设备发展的趋势。径锻机锻管既可满足特殊的用钢工艺需求，还可满足精度要求。锻管能否奏效，很大程度上取决于管坯内氧化皮磷片的处理情况。高压内壁除磷机能在全自动状况下彻底除磷，且速度较快、除磷中温度可保持在工艺要求的范围之内。

关键词：除磷枪;钢坯;闭环控制;光栅

中图分类号：TG315              文献标识码：A               DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.01.153

1  高压内壁除磷机除磷的关键点

锻管管坯在加热后，容易在管内、外壁生成氧化层。如果没有除磷，则穿管后在锻打过程中容易因氧化皮摩擦而造成芯棒卡涩，进而导致管坯无法滑动拔长。因此，应在穿芯棒前，对管内壁进行高压除磷，除掉氧化皮后即可解决上述问题。设计此种设备的关键在于以下2点：①必须使用300 bar以上的高压除磷水;②能自动控制除磷枪，控制除磷在20 s内完成。以下就上述关键点进行论述。

2  自动化控制下的除磷流程

在车间工业水总管进水后，多点供水水流的流量会不稳定。此时，必须根据泵进水流量，并采用变频器控制调节除磷枪的水压保持在300 bar，但因水压太高，必须设置除磷罩，以防止水喷出后伤害人或电气设备。

要想自动控制除磷枪，就要具备能准确插入管壁内部的除磷枪。管坯的大小、长度均不相同，要想保证除磷水枪能插入管壁内部，就要根据管坯不同的组距确定几组不同大小的除磷枪，以保证除磷枪的大小与管内径匹配，以达到除磷喷水足量、足压的目的。新冶钢锻造事业部在线使用的除磷机中有3种规格的除磷枪。由于在整个除磷过程中要尽可能确保管坯的温降速度较慢，且必须在20 s内完成除磷。整个除磷过程为全自动，且无法实现手动控制，自动控制的流程为：管坯进料，光栅监测到钢信号脉冲上升时，除磷箱内输送辊道开始将管坯送至除磷工作位置（有光栅监测），当进料光栅监测到管坯离开、下降的信号时，进料口挡板自动关闭。此时，整个除磷箱的非密封区域仅有高压水枪进枪孔，可有效避免除磷过程中的高压水飞出造成的安全事故和经济损失。钢坯到达工作位置后，必须与除磷罩后挡板上的除磷枪入口对中，依靠V型升降料臂的重力左右对中，根据管坯的规格进行升降自动对中和上下对中。其中，升降对中通过比例阀和油缸线性传感器闭环控制PID调节对中。

高压水枪安装在运送车上。该车采用变频控制，车速可根据管坯的规格和工艺参数调节，达到了除磷强度精度可控的目的。运送车拖动电机轴上连接的绝对值编码器，以反馈喷枪位置，位置信息反馈至PLC后，信号脉冲会转化成位置参数与设定的管坯参数比较并形成闭环，控制各工艺的动作位置。在停机待料时，管坯对中完成后运送车会自动前行插入管坯内部，距前端300 mm时，除磷枪立即开始喷水除磷，且继续向前移动，至管壁末端300 mm时停止前进，除磷枪停止喷水。此时，除磷枪会快速移动至待料位，而待料位必须保证喷枪完全退出除磷罩。因此，还需安装接近开关，以确保喷枪完全退出除磷罩。当喷枪运送车移动至待料位后，除磷机上下对中臂方可降到低位，将管坯放入辊道，打开除磷罩入口挡板后，辊道会后退运行，并将管坯输出出除磷机。整个除磷过程完成后，除磷机进入待机状态。自动化除磷的控制流程为：除磷准备→检测除磷机入口检测到有钢→除磷机辊道正向运行→除磷机入口检测到有钢离开→除磷机前遮盖板关闭→除磷机前遮盖板检测到有钢→管坯与除磷枪对中，轨道升降臂根据管坯规格设定高度动作并通过线性传感器反馈至闭环控制PID，以达到对中的目的→除磷枪前进，根据管坯参设定前进速度后，插入管坯内部至除磷位喷水→继续前进至停止位，停止前进和喷水→通过编码器反馈位置，形成闭环PID调节控制→高压水枪快速退回待料位→升降臂回落，钢坯落在辊道上→前遮盖板打开，辊道反转→除磷机入口检测有钢离开→除磷机辊道停止运行，管坯除磷完成。

对中计算的公式为：

H=h+D/2.                 （1）

式（1）中：H为油缸提升设定值; D为管坯直径。

3  需要准备的设备

为了实现整个除磷过程全自动运行，需要具备油缸线性传感器、光栅和绝对值编码器等检测元器件（必须采用多圈绝对值编码器，以满足长距离测量），所有的检测量、模拟量、数字量、接入PLC模块采用S7-300系列PLC处理。参数通过西门子触摸屏OP277输入存储柜。生产时，只需输入管坯规格，就可调用相应的参数，完成自动除磷。触摸屏编辑显示的信号状态和故障显示功能便于检修、维护。

4  结论

在除磷过程中，除磷机的强度、精度可自动控制，除磷效果较好，不需要人工操作，且除磷速度快，整个除磷过程可在20 s内完成，可完全满足生产标准对管坯温降的要求。

参考文献

[1]徐德，孙同景.可编程控制器PLC 应用技术[M].济南：山东科学技术出版，2001.

[2]谢克明.可编程控制器原理与程序设计[M].北京：电子工业出版社，2002.

[3]王兆义.可编程控制器使用技术[M].北京：机械工业出版社，2004.

[4]钟肇新.可编程控制器原理及应用[M].广州：华南理工大学出版社，1999.

[5]郁汉琪.机床电气及可编程序控制器实验指导书[M].北京：高等教育出版社，2001.

[6]李明河.可编程控制器原理与应用[M].合肥：合肥工业大学出版社，2010.

〔编辑：张思楠

High Pressure in the Inner Wall of Phosphorus Machine Forging Companies

Meng Lishe

Abstract： Forging machine forging diameter pipe diameter forging machine equipment is the trend of development. Trail forging machine forging steel pipe can meet specific process requirements， but also to meet the accuracy requirements. Forged pipe can be effective， depends largely on the handling of phosphorus oxide in the tube sheet. High pressure inside wall function completely phosphorus and phosphorus in automatic condition， and faster， and phosphorus in temperature can be maintained in the range of process requirements.

Key words： phosphorus gun; billet; closed-loop control; grating