CN114055312A - 用于去除金属氧化皮的刷辊移动控制方法、系统及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于去除金属氧化皮的刷辊移动控制方法、系统及装置，涉及金属去氧化皮技术领域。本发明包括：获取刷辊的实时位置数据、刷辊的长度数据、钢材的宽度数据；向横移机构发送控制指令，该控制指令包括驱动刷辊移动至与钢材中线重合的位置，然后驱动刷辊以钢材中线为中心沿刷辊轴向的两侧做往复运动，其中，刷辊向一侧运动的距离大于或等于S值；S值为刷辊长度减去钢材长度的一半。本发明可以根据钢材宽度自动横移，提高了毛刷的利用率，也可以使用同一款刷辊型号处理不同宽度的钢材，既提高了生产效率，节约了生产成本，也增加了钢材的规格范围，扩大了加工领域。

Description

用于去除金属氧化皮的刷辊移动控制方法、系统及装置

技术领域

本发明属于金属去氧化皮技术领域，特别是涉及一种用于去除金属氧化皮的刷辊移动控制方法、系统及装置。

背景技术

众所周知，目前国内氧化皮处理大多采用酸洗方式去除，酸洗技术目前发展较为成熟，被广大生产企业认可并大量使用，其工艺主要都是通过酸液来实现的，根据不同材质的钢种，将对应配方的酸液放入酸池，钢材表面上的氧化皮(FeO、四氧化三铁、三氧化二铁)都是不溶解于水的氧化物，当把它们浸泡在酸液里时，这些氧化物就分别与酸发生一系列化学反应。热轧钢材通过酸液时，使酸液与钢表面氧化皮发生化学反应，生成溶于水的铁盐而溶解于酸溶液内。目前酸洗仍是钢铁生产和钢铁表面处理时不可或缺的工艺过程。但是，钢材酸洗处理工艺的采用也带来如下的一些问题：

(1)大量消耗钢铁材料和酸:在酸洗的过程中，有的主要通过酸与铁皮的化学反应，溶解相应的金属氧化物来除去铁皮，有的，如使用硫酸进行钢材酸洗时，还要借助于酸与钢铁发生化学反应产生的氢气泡的剥离作用来除去氧化铁皮，因此在酸洗过程中，大量消耗酸是必然的，虽然在酸洗中使用酸洗缓蚀剂可以降低钢铁的金属消耗，但是仍有相当量的金属铁损失掉，造成原材料的浪费，工艺成本的增加。

(2)可能降低钢材的物理性能:在酸洗过程中，金属铁和酸之间发生化学反应并产生氢气。由于酸洗液中的氢的化学位高于被酸洗的钢材中氢的化学位，生成的氢会渗入钢中并积存起来造成氢脆，从而影响钢材的机械性能及以后的加工处理。

(3)会带来一系列的环境污染问题:采用酸洗工艺对钢材进行表面处理，由于钢材的品种、产品的规格和生产的规模各不相同，从而造成了在生产装备和生产环境方面有着很大差别。如酸洗槽体的密封、对生产设备的腐蚀、酸洗车间的通风排风、酸雾的排出和处理以及污水的处理和排放等方面，处理方法和处理水平相差悬殊。从而会带来许多环境保护方面的问题，而需要一一加以处理和解决。

(4)废酸和铁盐的处理问题:钢铁的酸洗在消耗大量金属铁的同时还产生大量的废酸液与相应的酸和氧化铁或生成的铁盐溶液。为了回收和利用这些废酸液和铁盐，需要较大的投资来建设相应的回收和处理设备。特别是对于一些小型的、小批量的钢铁件进行酸洗处理时，往往会出现酸洗废液难以集中进行处理的情况，一旦发生直接排放的情况，就会对对环境造成严重污染。

(5)酸洗工艺过程中会产生大量的废水、废气、废渣，其中包含大量的有害因子，且具有较强的腐蚀性，对环境和生物也会产生一定的危害。如果不加治理直接排放，会腐蚀灌渠和建筑物；排入水体，会改变水体的酸碱度，废液中的含磷量会使水体出现大量藻类植物，让河流生出蓝藻，干扰并影响水生植物的生长和渔业生产；排入农田，会改变土壤的性质，使土壤酸化或盐碱化，严重危害农作物的生长；酸碱原料的流失也是一种浪费。

据了解，按照国家排放标准处理达标后排放的废酸溶液处理成本高达万元，按处理一顿钢材消耗20公斤酸计算，每吨钢材仅环保均摊成本费用达到上百元，就目前市场的价格国内没有一家企业能够做到废液完全达标排放，我国在东南亚及其他国家投资的流水线，环保要求也是非常的严格，甚至禁止采用酸洗技术工艺，所以，酸洗技术必须被新型技术所代替，才能一劳永逸，彻底解决污染问题。

而采用刷辊对金属氧化皮去除时，通常刷辊的宽度都要大于钢材的宽度，刷辊在与钢材高速摩擦的过程中，本身的损耗很快，这就使刷辊中间段的刷辊越用越少，而两端的刷辊基本不损耗，当中间段刷辊损耗的差不多时，就会更换刷辊，造成两端刷辊的浪费；而且，刷辊固定座的机械结构通常一样，刷辊的加工宽度基本相同，这就使加工不同宽度钢材时的通用性不强，刷辊过宽造成刷辊材料的浪费，过窄更是影响处理效果。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的之一在于提供一种用于去除金属氧化皮的刷辊移动控制方法、系统、装置，能有效去除钢材在轧钢过程中产生的氧化皮，尤其是针对不锈钢、碳钢等材质，摆脱了传统酸洗加工技术无法环保替代的禁锢，解决了酸洗去氧化皮技术所造成环境污染的重大难题。该技术不仅能快速有效的去除氧化皮，并且能源消耗、成本都低于传统工艺，真正做到了节能，废水、废气、废渣零排放无污染等要求。

本发明的目的之一在于提供一种用于去除金属氧化皮的刷辊移动控制方法、系统、装置，驱动刷辊移动至与钢材中线重合的位置，根据刷辊长度与钢材宽度差值的0.5倍，然后驱动刷辊以钢材中线为中心沿刷辊轴向的两侧做往复运动，可以根据钢材宽度自动横移，提高了刷辊的利用率，也可以使用同一款刷辊型号处理不同宽度的钢材，既提高了生产效率，节约了生产成本，也增加了钢材的规格范围，扩大了加工领域。

本发明的目的之一在于提供一种用于去除金属氧化皮的刷辊移动控制方法、系统、装置，能够快速、高效的清除带钢表面氧化皮，效果优于传统技术，并且运营成本低，零排放无污染，是取代酸洗技术较稳定、可行的物理解决方案，是通过刷辊高速转动，带动刷辊与钢材表面发生摩擦，从而去除钢材表面氧化皮的新型工艺。

本发明的目的之一在于提供一种用于去除金属氧化皮的刷辊移动控制装置，实现了刷辊本体旋转的同时，沿支撑轴的轴向方向往复运动，从而使得横移机构在驱动刷辊本体横移的同时做周向运动，提升了刷辊本体的清洁能力。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的，当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点：

一种用于去除金属氧化皮的刷辊移动控制方法，包括：

获取刷辊的实时位置数据、刷辊的长度数据、钢材的宽度数据；

向横移机构发送控制指令，该控制指令包括驱动刷辊移动至与钢材中线重合的位置，然后驱动刷辊以钢材中线为中心沿刷辊轴向的两侧做往复运动，其中，刷辊向一侧运动的距离大于或等于S值，S值由以下公式得到：

可选的，向横移机构发送控制指令还包括以下步骤：

获取用户所输入的刷辊横移速度数据、阶段横移时间数据和横移的运行模式数据，并根据上述数据向横移机构发送控制指令。

可选的，横移机构包括电机和固定于电机轴端的刷辊、编码器，编码器用于实时检测刷辊位置数据。

一种用于去除金属氧化皮的刷辊移动控制系统，包括：

检测单元，用于实时检测刷辊横移的位置信息；

人机交互单元，用于接收用户输入的刷辊横移速度信息、刷辊的长度数据、钢材的宽度数据、横移的时间间隔信息、横移运动模式设置信息；

控制单元，用于接收并处理检测单元和人机交互单元所采集的数据，并根据对上述数据的处理结果向执行单元发送控制指令；

执行单元，接收并执行控制指令，驱动刷辊沿其轴向的两侧做往复运动。

可选的，检测单元包括中位开关、编码器，中位开关用于检测横移设备和钢材的中点、零点的位置数据，编码器用于实时检测刷辊的位置数据。

可选的，执行单元用于驱动刷辊以钢材中线为中心沿刷辊轴向的两侧做往复运动。

可选的，刷辊向一侧运动的距离大于或等于S值，S值由以下公式得到：

可选的，控制单元包括PLC和计数模块。

可选的，检测单元还包括限位开关，限位开关装设于横移机构的两端。

一种用于去除金属氧化皮的刷辊移动控制装置，该装置应用有如上任一项所述方法。

可选的，该装置包括横移机构，横移机构包括：刷辊本体、支架，刷辊本体，刷辊本体第一端设有内凹的支撑孔，刷辊本体第二端设有外凸的连接轴，连接轴的外壁上沿轴向方向上开设有收缩部，该收缩部上设有外螺纹；支架，支架一端装设有插设在支撑孔内的支撑轴，支架另一端装设有电机，电机的输出端装设有周向转动的驱动筒，且连接轴滑动配合在驱动筒内，驱动筒的内壁设有与收缩部螺纹配合的螺母。

本发明的有益效果是：

本发明通过驱动刷辊移动至与钢材中线重合的位置，根据刷辊长度与钢材宽度差值的0.5倍，然后驱动刷辊以钢材中线为中心沿刷辊轴向的两侧做往复运动，可以根据钢材宽度自动横移，提高了刷辊的利用率，也可以使用同一款刷辊型号处理不同宽度的钢材，既提高了生产效率，节约了生产成本，也增加了钢材的规格范围，扩大了加工领域。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明在实施例中的系统框图；

图2为本发明在实施例中横移机构的结构示意图；

图3为图2中A处放大结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

为了保持本发明实施例的以下说明清楚且简明，本发明省略了已知功能和已知部件的详细说明。

实施例1：在本实施例中提供了一种用于去除金属氧化皮的刷辊移动控制方法，包括以下步骤：

S01、获取刷辊的实时位置数据、刷辊的长度数据、钢材的宽度数据；

S02、向横移机构发送控制指令，该控制指令包括驱动刷辊移动至与钢材中线重合的位置，然后驱动刷辊以钢材中线为中心沿刷辊轴向的两侧做往复运动，其中，刷辊向一侧运动的距离大于或等于S值，S值由以下公式得到：

在本实施例的一个方面中，向横移机构发送控制指令还包括以下步骤：

获取用户所输入的刷辊横移速度数据、阶段横移时间数据和横移的运行模式数据，并根据上述数据向横移机构发送控制指令。

在本实施例的一个方面中，横移机构包括电机和固定于电机轴端的刷辊、编码器，编码器用于实时检测刷辊位置数据，具体的，在本实施例中，横移机构通过编码器将自身位置反馈给控制单元，控制单元根据此位置信号判断横移机构的移动方向。

值得注意的是，在刷辊的长度大于钢材宽度、或钢材宽度大于刷辊长度的情况下，均可采用本实施例对钢材进行处理，可以根据钢材宽度自动横移，提高了刷辊的利用率，也可以使用同一款刷辊型号处理不同宽度的钢材，既提高了生产效率，节约了生产成本，也增加了钢材的规格范围，扩大了加工领域。在刷辊的长度与钢材宽度相同的情况下，也可采用本实施例对钢材进行处理，以增强对刷辊的处理效果，本实施例并不局限于刷辊长度和钢材宽度相异的情况。

实施例2：

如图2所示，在本实施例中提供了一种用于去除金属氧化皮的刷辊移动控制系统，包括：

检测单元，用于实时检测刷辊横移的位置信息；

人机交互单元，用于接收用户输入的刷辊横移速度信息、刷辊的长度数据、钢材的宽度数据、横移的时间间隔信息、横移运动模式设置信息；

控制单元，用于接收并处理检测单元和人机交互单元所采集的数据，并根据对上述数据的处理结果向执行单元发送控制指令；

执行单元，接收并执行控制指令，驱动刷辊沿其轴向的两侧做往复运动。

在本实施例的一个方面中，检测单元包括中位开关、编码器，中位开关用于检测横移设备和钢材的中点、零点的位置数据，编码器用于实时检测刷辊的位置数据。

在本实施例的一个方面中，执行单元用于驱动刷辊以钢材中线为中心沿刷辊轴向的两侧做往复运动，具体的，在本实施例中，执行单元可选用三相异步电机或伺服电机或步进电机，当电机接收到控制单元给它的正转或者反转信号时，电机发生动作，使刷辊发生左移或者右移，同时通过编码器反馈的数据，判断刷辊横移方向的位置。

在本实施例的一个方面中，刷辊向一侧运动的距离大于或等于S值，S值由以下公式得到：

在本实施例的一个方面中，控制单元包括PLC和计数模块。具体的，刷辊自动横移运行之前，将刷辊单元横移至最左或最右侧，到达极限位后再往中间横移，碰到中位开关后停止横移，中位开关采用传感器，在安装时可以调整传感器或者挡块，确保停止时刷辊的中心和生产线的中心基本重合(公差由工艺要求决定)，由于部分传感器误差较大(如接近开关)，从最左侧横移至中线和从最右侧横移至中心，停止位误差较大，故统一采用左移或右移至极限位再横移至中线位，这样可以较好的保证中线位的一致性。横移至中线位时，编码器计数设为0，然后输入各工艺参数。

举例而言，钢带宽1000MM，刷辊长1400MM，刷辊沿钢带宽度方向设置，阶段运行时间2S，阶段停顿时间10S(如果设为0S即为连续运行)运行速度 60MM/MIN。PLC根据这些工艺参数制定运行轨迹，当生产线启动时，刷辊单元就以60MM/MIN的速度往一侧横移2S，再停顿10S，再右移2S，如此重复运行，同时编码器记录横移距离，当横移距离大于S＝200MM(S＝|1400-1000|/2)时，刷辊单元往反方向横移，运行模式不变，当横移至-200MM位置时，再反向横移，如此重复。为消除运行时编码器累计误差，可以选用绝对值编码器，或者定向横移至中线位时，将编码器数据归零。

在本实施例的一个方面中，检测单元还包括限位开关，限位开关装设于横移机构的两端，具体的说，是装在刷辊两端，限位开关起到了限位保护的作用。

具体的，对本实施例可按如下步骤操作：

装好执行单元、限位开关及编码器，完成电气接线，检查电路确保无误；

手动控制执行单元，检查动作是否符合设计要求，限位开关是否有保护作用；

在人机交互单元上输入刷辊横移速度、刷辊长度、钢材宽度、横移的时间间隔、横移运动模式信息，并将其保存到控制单元中；其中，人机交互单元可选用工业触摸屏或上位机，通过编译软件设计好显示界面及参数设置窗口，通过在触摸屏或上位机上输入控制参数，传输给控制单元，经过运算比较再通过执行单元控制刷辊横移来调节刷辊与钢材的接触位置，同时将位置数据显示在触摸屏或者上位机上，方便对系统运行数据的判断来优化设置参数；横移运动模式信息包括电机动作频率、电机转速、刷辊与钢材的接触压力中的一种或多种。

重新启动设备，开启自动控制模式，设备即按照设定的工艺参数运行。

现提供一种可供选择的实施方式，该实施方式只为说明本实施例，本申请并不以此为限：

选用1个500MM宽、250MM直径的刷辊，1个300脉冲的增量编码器，2个限位开关，1个中间位检测开关，一台西门子S7-1214系列PLC和一台西门子TP1200触摸屏。运行设备，在触摸屏上设置钢材宽度为400MM,模式为连续,开启自动模式运行设备，刷辊根据编码器数据判断自身位置，再由PLC控制电机移动至中位检测开关处停止，然后刷辊则以中位开关为中心往两侧50MM往复运动。

在本实施例中，刷辊结构是采用申请号为CN201910947037.8的专利中公开的破鳞辊的结构，在该专利中的实施例部分有详细介绍。

在本实施例中，刷辊的位置是通过电机横移来实现的，所以电机的转速和丝杆的螺距是电机横移精度的关键，电机转速越低，丝杆螺距越小，横移的速度就越慢，控制精度也越高，但是更换刷辊的时间就延长了，影响了生产效率。所以设计时要将自动运行的电机速度设置小一点，更换刷辊时速度设置大一点，合理利用电机多段速度的功能。

此外，为了使刷辊能够平稳的运行，传感器不受外界因素的干扰，刷辊工作不受钢材表面平整度和光滑度的影响，可对其运行过程进行优化；具体包括对干扰信号的屏蔽，执行单元间隔动作，设置横移限位保护参数防止因编码器故障导致执行单元误动作损坏设备。值得注意的是，本申请并不以此为限。

实施例3：在本实施例中提供了一种用于去除金属氧化皮的刷辊移动控制装置，该装置应用有如实施例1中任一方面所述方法，或加载有如实施例2中任一方面所述系统。

该装置包括横移机构，如图2、3所示，横移机构包括：刷辊本体1、支架 4，刷辊本体1第一端设有支撑孔101，刷辊本体1第二端设有连接轴103，连接轴103的轴向方向上开设有收缩部102；支架4一端装设有插接配合在支撑孔 101内的支撑轴3，支架4另一端装设有电机5，电机5的输出端装设有驱动筒 2，且连接轴103滑动配合在驱动筒2内，驱动筒2的内壁设有滑动配合在收缩部102内的螺母201，螺母201与驱动筒2的内壁固定连接。

具体的说，所述的支架4包括主体部41，主体部41的两端向上延伸出支撑梁42，支撑轴3横向设置，且支撑轴3的一端与其中一个支撑梁42上端固定连接，电机5固定设置在另一个支撑梁42的上端，驱动筒2也是横向设置。

连接轴103与驱动筒2可预留足够的长度，同时也可以增加螺纹的密度，以增加刷辊本体1在单向移动时的转动时间。

驱动筒2在电机的作用下只能周向旋转，而不能轴向移动，在螺母201与连接轴103的螺纹配合作用下，使得连接轴103带动刷辊本体1轴向移动，因为支撑轴3滑动插置在支撑孔101内，所以支撑轴3不会脱开刷辊本体1；这样就实现了刷辊本体1转动的同时又沿着轴向方向移动。

具体的，横移机构接收到控制指令之后向电机5发送驱动指令，电机5驱动驱动筒2旋转，从而带动刷辊本体1旋转，刷辊本体1旋转的同时，沿支撑轴3的轴向方向往复运动，从而使得横移机构在驱动刷辊本体1横移的同时做周向运动，提升了刷辊本体1的清洁能力；通过改变电流方向或者电机的正转反转，使得刷辊本体1可以来回移动；为了避免撞击，在驱动筒2内以及环形槽104内设有防撞橡胶垫块(未图示)。

刷辊本体1第二端可开设有与驱动筒2相对应的环形槽104，便于刷辊本体 1横移时，驱动筒2可以由筒口处插入环形槽104内，减小了横移机构的占地面积。环形槽104包围的与收缩部102相连的部分形成连接轴延伸部105，该连接轴延伸部105外周上也设有外螺纹。

在本实施例中，刷辊本体1的外周设有磨料丝，其具体结构是采用申请号为CN201910947037.8的专利中公开的破鳞辊的结构，在该专利中的说明书实施例部分有详细介绍。

上述实施例可以相互结合。

需要注意的是，在本说明书的描述中，诸如“第一”、“第二”等的描述仅仅是用于区分各特征，并没有实际的次序或指向意义，本申请并不以此为限。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种用于去除金属氧化皮的刷辊移动控制方法，其特征在于，包括：

获取刷辊的实时位置数据、刷辊的长度数据、钢材的宽度数据；

向横移机构发送控制指令，该控制指令包括驱动刷辊移动至与钢材中线重合的位置，然后驱动刷辊以钢材中线为中心沿刷辊轴向的两侧做往复运动，其中，刷辊向一侧运动的距离大于或等于S值，S值由以下公式得到：

2.如权利要求1所述的一种用于去除金属氧化皮的刷辊移动控制方法，其特征在于，向横移机构发送控制指令还包括以下步骤：

获取用户所输入的刷辊横移速度数据、阶段横移时间数据和横移的运行模式数据，并根据上述数据向横移机构发送控制指令。

3.如权利要求1或2所述的一种用于去除金属氧化皮的刷辊移动控制方法，其特征在于，横移机构包括电机和固定于电机轴端的刷辊、编码器，编码器用于实时检测刷辊位置数据。

4.一种用于去除金属氧化皮的刷辊移动控制系统，其特征在于，包括：

检测单元，用于实时检测刷辊横移的位置信息；

人机交互单元，用于接收用户输入的刷辊横移速度信息、刷辊的长度数据、钢材的宽度数据、横移的时间间隔信息、横移运动模式设置信息；

控制单元，用于接收并处理检测单元和人机交互单元所采集的数据，并根据对上述数据的处理结果向执行单元发送控制指令；

执行单元，接收并执行控制指令，驱动刷辊沿其轴向的两侧做往复运动。

5.如权利要求4所述的一种用于去除金属氧化皮的刷辊移动控制系统，其特征在于，检测单元包括中位开关、编码器，中位开关用于检测横移设备和钢材的中点、零点的位置数据，编码器用于实时检测刷辊的位置数据。

6.如权利要求5所述的一种用于去除金属氧化皮的刷辊移动控制系统，其特征在于，执行单元用于驱动刷辊以钢材中线为中心沿刷辊轴向的两侧做往复运动。

7.如权利要求6所述的一种用于去除金属氧化皮的刷辊移动控制系统，其特征在于，刷辊向一侧运动的距离大于或等于S值，S值由以下公式得到：

8.如权利要求4-7任一项所述的一种用于去除金属氧化皮的刷辊移动控制系统，其特征在于，控制单元包括PLC和计数模块。

9.一种用于去除金属氧化皮的刷辊移动控制装置，其特征在于，该装置应用有如权利要求1-3任一项所述方法。

10.如权利要求9所述的一种用于去除金属氧化皮的刷辊移动控制装置，其特征在于，该装置包括横移机构，横移机构包括：

刷辊本体(1)，刷辊本体(1)第一端设有内凹的支撑孔(101)，刷辊本体(1)第二端设有外凸的连接轴(103)，连接轴(103)的外壁上沿轴向方向上开设有收缩部(102)，该收缩部(102)上设有外螺纹；

支架(4)，支架(4)一端装设有插设在支撑孔(101)内的支撑轴(3)，支架(4)另一端装设有电机(5)，电机(5)的输出端装设有周向转动的驱动筒(2)，且连接轴(103)滑动配合在驱动筒(2)内，驱动筒(2)的内壁设有与收缩部(102)螺纹配合的螺母(201)。

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