熱軋帶鋼卷取塔形問題分析及控制措施

王克柱

（山鋼股份濟南分公司 熱連軋廠，山東 濟南 250101）

1 前言

濟鋼1700mm短流程熱軋帶鋼生產(chǎn)線年設(shè)計能力250萬t，2006年1月投產(chǎn)。軋線主要設(shè)備有：3座步進梁式長板坯加熱爐（包括后增1座）、1架帶立輥四輥可逆式粗軋機、1臺切頭飛剪、六機架精軋機組、1套帶鋼層流冷卻裝置、3臺地下卷取機（包括后增1臺）。產(chǎn)品為熱軋鋼卷。鋼種主要有低碳鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金鋼、耐候鋼、管線鋼等。可生產(chǎn)規(guī)格：厚度1.8～20mm、寬度900～1600mm的熱軋帶鋼［1］。隨著產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，薄規(guī)格比例不斷加大，卷取塔形大量出現(xiàn)，嚴(yán)重影響薄規(guī)格帶鋼生產(chǎn)比例的提高，甚至出現(xiàn)卷取機異常停車、卷取機組卡鋼等事故，影響生產(chǎn)安全穩(wěn)定運行，生產(chǎn)能力受到極大的限制，品種規(guī)格拓展困難。為此，采取了一系列優(yōu)化措施，取得了較好的效果。

2 卷取塔形問題分析

為了快速確定塔形問題優(yōu)化方向，首先從帶鋼長度方向上分3段分析塔形產(chǎn)生的原因。

第1段為帶鋼頭部，包括從夾送輥咬鋼到建立穩(wěn)定卷取張力的時間內(nèi)卷取的帶鋼。帶鋼出精軋長度約140m。在這段時間內(nèi)卷取尚未達到穩(wěn)定狀態(tài)，帶鋼雖在咬入夾送輥前，通過導(dǎo)尺二次短行程控制達到對中狀態(tài)，但在咬入夾送輥后，向助卷輥運動中頭部兩側(cè)處于無約束狀態(tài)，頭部的“鐮刀彎”會引發(fā)卷取的不對中現(xiàn)象；同時，由于有時帶鋼頭部形狀的左右不完全對稱會導(dǎo)致帶鋼咬入助卷輥初期的兩側(cè)不均勻受力，從而引起第1圈纏繞位置的不對中，產(chǎn)生一定的內(nèi)塔形。另外，助卷輥與卷筒的平行度不良時也將引發(fā)帶鋼頭部的不均勻受力，從而產(chǎn)生內(nèi)塔形。

第2段為卷筒與F6之間建立穩(wěn)定卷取張力后到帶鋼尾部離開F6的時間內(nèi)卷取的帶鋼。在這段時間內(nèi)，卷筒與F6建立了穩(wěn)定的卷取張力，同時側(cè)導(dǎo)板處于動態(tài)糾偏的控制狀態(tài)，即使在側(cè)導(dǎo)板開口度偏大或偏小情況下，通過ITV的監(jiān)視也可及時修正。因此，第2段的控制相對較為簡單，引起的鋼卷塔形或面包卷也較少。

第3段為帶尾離開F6開始到全部卷取的時間內(nèi)卷取的帶鋼，其長度等于F6到卷筒之間的距離，約為120m。在這段卷取過程中，張力靠夾送輥和導(dǎo)尺的夾持產(chǎn)生，任何的板形不良都將明顯地表現(xiàn)出來，并直接影響到卷形而形成外塔形。在實際生產(chǎn)中，外塔形產(chǎn)生概率較高，塔形量也較大。在板形控制不夠理想時，控制合適的帶鋼張力與夾送輥壓力之比對控制外塔形的效果較為明顯。操作者也可根據(jù)經(jīng)驗和ITV的觀察情況，通過微調(diào)夾送輥單側(cè)的壓力來適當(dāng)改善外塔形。

3 卷取塔形的控制方法

通過對帶鋼全長方向上出現(xiàn)塔形情況的分析，提出了針對卷取機側(cè)導(dǎo)板、夾送輥等設(shè)備的改造，卷取張力的合理設(shè)定、夾送輥輥型的開發(fā)等一系列控制卷取塔形的措施。

3.1 卷取機前側(cè)導(dǎo)尺改造

1）卷取機側(cè)導(dǎo)尺平行度改造。對現(xiàn)場測量，導(dǎo)尺平行度超標(biāo)，入口較出口大13mm。由于導(dǎo)尺的不平行現(xiàn)象，造成導(dǎo)尺磨損不均，磨損速度加快，更換頻繁，增加了成本，同時也造成了卷取卷型的異常，在F6拋鋼后，容易造成塔形。針對這一現(xiàn)象，改造將1#卷取機平行段工作側(cè)導(dǎo)尺后移1個齒距。1個齒距為13.5mm，這樣就保證了導(dǎo)尺的平行度。

2）卷取側(cè)導(dǎo)尺短行程和控制時序改造。通過對卷取機導(dǎo)尺短行程時序的分析，發(fā)現(xiàn)二級設(shè)定的導(dǎo)尺開口度相對較大，動作不夠迅速，不能及時夾持到帶鋼。而卷取機導(dǎo)尺不能及時將帶鋼頭部導(dǎo)入到中心位置，是形成頭部塔形的重要原因。通過現(xiàn)場實踐，將二級設(shè)定的余量W0由135mm修改為100mm，將導(dǎo)尺的一次短行程B由50mm修改為最大70mm，二次短行程D修改為30mm；將卷取側(cè)導(dǎo)板一次短行程的動作時序滯后，二次短行程時序適當(dāng)提前（見圖1）。針對導(dǎo)尺響應(yīng)速度慢的問題，對導(dǎo)尺動作速度進行了調(diào)整。修改后帶鋼的頭部對中問題得到解決，很好地控制了卷取內(nèi)塔的超標(biāo)問題，頭部塔形控制良好。

圖1 側(cè)導(dǎo)板動作時序示意圖

3.2 卷取機夾送輥輥型改造

卷取機夾送輥工作壓力對帶鋼的卷形起著非常重要的作用。在卷取過程中，要求夾送輥作用在帶鋼表面的力沿帶鋼表面橫向均勻分布，否則會在帶鋼表面產(chǎn)生橫向移動的力，造成帶鋼跑偏，從而造成帶鋼在卷取過程中出現(xiàn)塔形。

改造前由于夾送輥為平輥，中間磨損大于邊部，造成磨損不均。通過跟蹤生產(chǎn)中使用的夾送輥，對夾送輥的磨損進行了詳細的分析，夾送輥的多條磨損曲線見圖2。

圖2 夾送輥下機磨損曲線

分析圖2可知：1）生產(chǎn)1個輥期后，上夾送輥中部磨損部位的直徑比其邊部磨損部位的平均直徑小3～5mm。此時夾送輥已經(jīng)起不到壓緊夾持帶鋼的作用，難以實現(xiàn)工藝上要求的夾送輥的建張要求，鋸齒卷、塔形卷和尾部跑偏問題出現(xiàn)頻繁，產(chǎn)品質(zhì)量明顯下降，造成薄規(guī)格帶鋼無法軋制，此時必須更換夾送輥。2）下夾送輥也有相當(dāng)程度的磨損。下夾送輥的作用不僅僅局限于輥道傳遞，在軋制薄料時，上、下夾送輥之間合理的速度匹配及對帶鋼施加適當(dāng)?shù)膴A持力是良好卷形的保證。

薄料的軋制量增加造成夾送輥磨損量相應(yīng)增大。適當(dāng)增加上、下夾送輥的輥型凸度，可延長夾送輥的使用壽命，減少換輥次數(shù)，同時使上、下夾送輥的凸度具有更合理的分配［2］。其原因如下：1）夾送輥凸度過大，致使夾送輥與帶鋼之間的接觸由面接觸變?yōu)榫€接觸，從而增大了夾送輥與帶鋼間的壓力，對卷型也不利；2）考慮到夾送輥受熱膨脹的影響，夾送輥凸度不宜過大［3］。

基于以上分析，經(jīng)過試驗和調(diào)整，最終選用如圖3所示的夾送輥輥型配置。即上夾送輥凸度為0.75mm，下夾送輥凸度為1.5mm。

圖3 優(yōu)化后的夾送輥輥型配置

實踐證明，優(yōu)化后的夾送輥輥型配置，在保持良好卷形的前提下，大幅度提高了夾送輥的使用壽命，減少了換輥次數(shù)，從而提高產(chǎn)能，降低輥耗，提高了卷形質(zhì)量。

3.3 卷取機夾送輥壓力修正功能

卷取機夾送輥操作側(cè)和傳動側(cè)各有1個輥縫調(diào)節(jié)液壓缸，每個液壓缸分別內(nèi)置位置傳感器。液壓缸兩個腔的液壓回路接壓力傳感器。盡管夾送輥設(shè)計了輥型，但夾送輥在使用過程中還是會存在不同程度的不均勻磨損。為延長夾送輥的使用周期，保證卷形質(zhì)量，濟鋼自行開發(fā)了夾送輥壓力修正功能。夾送輥輥縫液壓傳動系統(tǒng)有兩種控制模式：一種是APC（自動位置控制）模式；另一種是AFC（自動力控制）模式（見圖4、圖5）。

圖4 夾送輥APC控制模式

圖5 夾送輥AFC控制模式

1）APC模式：夾送輥輥縫位置控制是通過比較輥縫設(shè)定值和實際反饋值來控制夾送輥輥縫。實際位置通過安裝在夾送輥輥縫液壓缸內(nèi)的位置傳感器檢測出來。設(shè)定值和反饋值的偏差通過PI（比例積分）環(huán)節(jié)給到伺服閥的輸出。

2）AFC模式：夾送輥輥縫壓力控制是通過比較壓力設(shè)定值和實際反饋值來控制夾送輥壓力。實際壓力通過安裝在夾送輥輥縫液壓缸有桿腔和無桿腔內(nèi)的壓力傳感器檢測出液壓缸的壓力；液壓缸的壓力在Power PC中變換成夾送輥力實際值。Power PC計算助卷輥力設(shè)定值和實際值的偏差，偏差通過PI（比例積分）環(huán)節(jié)給到伺服閥的輸出。

隨著卷取機夾送輥在卷取帶鋼時的磨損，會造成帶鋼偏移，薄材對夾送輥的要求更高。為了更好地控制卷取機的卷形，延長卷取機夾送輥的使用周期，在電氣一級控制畫面上增加了夾送輥張力修正畫面。對于夾送輥的不均勻磨損，操作人員可以進行人工修正。此項功能的投用，大大改善了卷取的卷形質(zhì)量，解決了卷取機的尾部跑偏問題。

3.4 優(yōu)化卷取機張力設(shè)定

現(xiàn)代熱軋帶鋼卷取生產(chǎn)中，普遍采用張力卷取來改善卷取過程中帶鋼的變形狀態(tài)，減輕塔形、扁卷、松卷和尾部跑偏等缺陷。卷取機卷筒在卷鋼過程中必須有一定的張力。卷取張力的大小取決于卷取機卷筒的工作狀態(tài)和產(chǎn)品規(guī)格，不合適的張力數(shù)值會直接影響產(chǎn)品質(zhì)量［4］。過大的卷取張力會影響產(chǎn)品內(nèi)部的金相組織，甚至造成生產(chǎn)產(chǎn)品的規(guī)格不滿足交付要求。反之，過小的卷取張力亦會影響產(chǎn)品質(zhì)量及出現(xiàn)帶鋼跑偏。

為了使設(shè)定的張力值適應(yīng)生產(chǎn)實際，在生產(chǎn)中選取滿足上述理論和生產(chǎn)實際的單位張力值，找出單位張力與帶鋼厚度、鋼種之間的變化規(guī)律，建立數(shù)學(xué)模型。通過現(xiàn)場的生產(chǎn)實際情況，對卷取單位張力數(shù)學(xué)模型進行了優(yōu)化，并對夾送輥的負轉(zhuǎn)矩進行了優(yōu)化，保證了精軋拋鋼后的張力，優(yōu)化效果如圖6所示。

圖6 優(yōu)化前后卷取張力曲線

優(yōu)化前張力設(shè)定值不合理，曲線波動較大，張力的波動必然會造成卷質(zhì)量的波動，這也是造成薄規(guī)格帶尾跑偏的原因之一。優(yōu)化后張力設(shè)定值逐漸趨于合理，曲線波動比較平穩(wěn)。張力的平穩(wěn)與合理使卷形控制得到了保障，對解決帶鋼的跑篇問題有很大的促進作用。

4 應(yīng)用效果

通過對卷取機機前導(dǎo)尺短行程的優(yōu)化，夾送輥輥型開發(fā)和壓力修正功能的投用及卷取張力優(yōu)化，解決了帶鋼在卷取后的頭部塔形和尾部跑偏問題，目前頭部塔形控制在30mm內(nèi)，尾部微小塔形不超過半圈，滿足了客戶的要求，提高了合格率。通過現(xiàn)場實際應(yīng)用，生產(chǎn)運行1.5 a，安全穩(wěn)定。由于卷取機造成的塔形改判率由原來的0.4%降低到目前的0.16%，卷取塔形問題產(chǎn)生的次品量減少60%。

［1］ 賈澤明，劉韶山.完善濟鋼1700mm熱連軋生產(chǎn)工藝的探討［J］.山東冶金，2006，28（8）：17.

［2］ 鄢檀力.卷取夾送輥作用分析及其輥型配置［J］.鋼鐵研究學(xué)報，2004，16（6）：33-36.

［3］ 冶金工業(yè)部武漢鋼鐵設(shè)計研究院.板帶車間機械設(shè)備設(shè)計［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1987.

［4］ 李彥清.張力卷筒的設(shè)計及受力分析［J］.鋼鐵技術(shù)，2005（1）：10-14.