夾送輥在熱軋帶鋼卷取中的應(yīng)用及改進(jìn)

李 文，趙 磊，劉 寧，陳 飛

(山東鋼鐵股份有限公司濟(jì)南分公司熱連軋廠，山東濟(jì)南250101)

1 引言

濟(jì)鋼1700生產(chǎn)線是我國(guó)第一條具有獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的熱連軋生產(chǎn)線，2006年1月16日投產(chǎn)，僅用半年時(shí)間就順利達(dá)產(chǎn)達(dá)效，年產(chǎn)250萬噸。產(chǎn)線由兩座步進(jìn)式加熱爐、一臺(tái)帶立輥的四輥可逆粗軋機(jī)、六機(jī)架全液壓式精軋機(jī)組和三臺(tái)地下卷取機(jī)組成。主要產(chǎn)品為厚度 1.8～20mm、寬度 900～1 600mm的低碳鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金鋼、耐候鋼、管線鋼等熱軋帶鋼［1］。2008年新上3#卷取機(jī)并調(diào)試成功用于生產(chǎn)，2012年新增平整分卷線和熱卷箱技術(shù)改造順利投入使用，2013年8月進(jìn)行了增加F0軋機(jī)產(chǎn)線技術(shù)改造，并一次性熱負(fù)荷試車成功。

隨著產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，薄規(guī)格比例不斷加大，夾送輥在熱軋帶鋼卷取中作用越來越突出，因夾送輥問題造成塔形、跑偏問題也不斷出現(xiàn)。針對(duì)此類問題采取了解決措施，效果顯著。

2 夾送輥熱軋生產(chǎn)中的應(yīng)用分析

2.1 夾送輥在帶鋼卷取中的作用

卷取機(jī)夾送輥是地下卷取機(jī)的重要組成部分，在帶鋼卷取過程中發(fā)揮著重大作用。在帶鋼到達(dá)卷取機(jī)前以一定的超前率(相對(duì)帶鋼)運(yùn)轉(zhuǎn)等待帶鋼;當(dāng)帶鋼頭部到達(dá)卷取機(jī)夾送輥時(shí)對(duì)帶鋼頭部預(yù)先彎曲，使帶鋼容易進(jìn)入卷取機(jī);當(dāng)帶鋼在卷取機(jī)卷取穩(wěn)定后，夾送輥與卷筒保持速度同步，并將張力在精軋機(jī)與卷取機(jī)之間進(jìn)行合理分配，保證卷型;帶鋼尾部離開精軋機(jī)F6后，夾送輥以一定的滯后率(相對(duì)帶鋼)運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)帶鋼尾部起到一定的拖拽作用。卷取過程中夾送輥以恒定的壓力壓緊帶鋼。

2.2 夾送輥工作原理

為保證卷取的穩(wěn)定和良好的卷形，在卷取過程中卷取機(jī)夾送輥采用具有針對(duì)性的控制方式。夾送輥的輥縫控制方式分為位置控制方式(簡(jiǎn)稱“OPC”)和壓力控制方式(簡(jiǎn)稱“PMC”)。在帶鋼咬入夾送輥前，輥縫采用位置控制，輥縫值為模型設(shè)定值;當(dāng)帶鋼頭部在卷筒上纏繞若干圈并發(fā)生“LoadON”信號(hào)時(shí)，夾送輥輥縫控制將從位置控制切換到壓力控制，即使帶鋼厚度產(chǎn)生一定的波動(dòng)，這種控制方式仍能保證穩(wěn)定的控制壓力和兩側(cè)的壓力平衡;帶鋼尾部離開夾送輥后，夾送輥由壓力控制立即切換回輥縫控制，并打開到300mm開口度。在生產(chǎn)過程中，操作者也可在操作臺(tái)上對(duì)夾送輥壓力進(jìn)行微調(diào)，尤其是兩側(cè)的壓力平衡，這一功能對(duì)帶鋼尾部的卷形具有一定的改善能力。夾送輥的設(shè)定壓力由卷取模型負(fù)責(zé)計(jì)算。

2.3 夾送輥在實(shí)際應(yīng)用中的不足

一方面，由于夾送輥為平輥，中間磨損大于邊部磨損，夾送輥輥面磨損不均，在夾送輥末期軋制薄材時(shí)由于輥縫小，中間磨損大，有時(shí)對(duì)帶鋼已經(jīng)沒有壓緊作用，造成尾部跑偏嚴(yán)重，嚴(yán)重的會(huì)造成卡鋼事故，或者卷取機(jī)在進(jìn)行輥縫設(shè)定和執(zhí)行時(shí)出現(xiàn)上下輥面摩擦現(xiàn)象，損傷輥面并影響產(chǎn)品表面質(zhì)量。頻繁的更換夾送輥大大降低了夾送輥的使用壽命和中期平穩(wěn)工作期，限制了熱軋廠薄規(guī)格產(chǎn)量提升，不利于充分發(fā)揮產(chǎn)線的生產(chǎn)能力。

另一方面，由于夾送輥在卷鋼過程中執(zhí)行壓力不準(zhǔn)確或者F6拋鋼后夾送輥單側(cè)壓力不可調(diào)，造成F6拋鋼后卷形不良，在卷取薄規(guī)格帶鋼時(shí)尤為明顯，使軋制薄材時(shí)卷型無法控制，嚴(yán)重地制約了薄規(guī)格帶鋼的生產(chǎn)。

3 夾送輥改進(jìn)及優(yōu)化

3.1 優(yōu)化夾送輥輥型，降低磨損，延長(zhǎng)使用壽命

3.1.1 夾送輥卷鋼過程中受力分析

為優(yōu)化卷取機(jī)夾送輥的輥型配置，對(duì)卷鋼過程中夾送輥的受力情況進(jìn)行詳細(xì)分析，如圖1所示。

圖1 夾送輥的受力狀態(tài)

帶鋼剛進(jìn)入夾送輥時(shí)受力分析:此階段夾送輥的受力一部分是由于夾送輥與帶鋼存在速度差而產(chǎn)生的摩擦力;另外一部分是使帶鋼頭部產(chǎn)生彎曲變形所施加的力。

帶鋼卷到3～5圈時(shí)受力分析:此階段由于夾送輥與卷筒之間產(chǎn)生張力，夾送輥需夾緊帶鋼。

卷鋼中期受力分析:此階段卷取進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，夾送輥受力比較小，帶鋼平穩(wěn)通過夾送輥纏繞在卷筒上。

精軋機(jī)拋鋼前后受力分析:在精軋機(jī)F2機(jī)架拋鋼后，夾送輥開始第1次減速，即精軋機(jī)與卷筒之間的張力逐漸被夾送輥與卷筒之間產(chǎn)生的張力所替代。當(dāng)F6拋鋼后，按照程序控制，夾送輥開始第2次減速，夾送輥與卷筒形成的張力保證尾部帶鋼繃緊并平直地進(jìn)入卷筒。

3.1.2 夾送輥輥型的優(yōu)化

夾送輥輥型配置是熱帶鋼卷取機(jī)重要的工藝參數(shù)之一，它直接影響熱軋成品帶鋼的質(zhì)量。夾送輥在工作過程中受諸多因素的影響，夾送輥在帶鋼寬度方向上的磨損是導(dǎo)致夾送輥輥型改變從而降低夾送輥?zhàn)饔玫闹饕?。通過對(duì)上下夾送輥磨損情況分析，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況給出了合適的夾送輥輥型配置，即上夾送輥凸度為0.75mm，下夾送輥凸度為 1.5mm［2］。

圖2 優(yōu)化后夾送輥輥型

改造后，將上下輥增加邊部導(dǎo)角，使夾送輥系磨損均勻，有效地解決了卷取機(jī)運(yùn)行過程中的不穩(wěn)定性;提高了夾送輥的抗沖擊能力和抗磨損能力，保證了夾送輥在使用過程中的平直度，有利于提高對(duì)帶鋼的控制能力;同時(shí)優(yōu)化后的夾送輥輥型配置，大大延長(zhǎng)了夾送輥的使用壽命，減少了夾送輥磨削、更換的次數(shù)，降低了輥耗，提高了熱軋帶鋼卷型。

3.2 提高夾送輥輥縫精度

在檢修后或長(zhǎng)時(shí)間生產(chǎn)后卷取機(jī)夾送輥輥縫兩側(cè)偏差大，正常標(biāo)定難以取消兩邊的偏差。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和調(diào)查，查出是由于夾送輥框架變形引起的，在對(duì)夾送輥進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)量的基礎(chǔ)上，在上夾送輥軸承座和框架處加個(gè)3.0mm厚的墊片，很好地解決了夾送輥兩側(cè)輥縫偏差大的問題，改進(jìn)后兩側(cè)偏差達(dá)到了0.01mm，符合軋線設(shè)備精度。

3.3 優(yōu)化夾送輥標(biāo)定程序

在夾送輥卷鋼時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)夾送輥壓力執(zhí)行不準(zhǔn)的情況，有時(shí)操作畫面顯示夾送輥壓力很大，卻不能很好的夾住帶鋼;有時(shí)需要很小的壓力就可將帶鋼夾持住，且卷型良好。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查驗(yàn)發(fā)現(xiàn)夾送輥壓力不準(zhǔn)確。為此對(duì)夾送輥標(biāo)定程序進(jìn)行完善。在傳統(tǒng)的標(biāo)定之前首先進(jìn)行夾送輥壓力標(biāo)定，保證夾送輥執(zhí)行壓力的準(zhǔn)確［3］。

3.4 開發(fā)夾送輥壓力補(bǔ)償功能，緩解薄規(guī)格帶鋼跑偏問題

卷取機(jī)在卷取薄規(guī)格帶鋼時(shí)，F(xiàn)6拋鋼后經(jīng)常出現(xiàn)帶鋼跑偏現(xiàn)象，嚴(yán)重影響帶鋼卷型和后期的加工使用。我們?cè)诰砣〔僮鳟嬅嫔显黾恿藠A送輥壓力補(bǔ)償功能，即根據(jù)不同厚度規(guī)格帶鋼及帶鋼跑偏情況給予夾送輥適當(dāng)壓力補(bǔ)償，此項(xiàng)功能的投用，大大解決了卷取機(jī)的尾部跑偏問題，如圖3所示為夾送輥壓力補(bǔ)償。

圖3 帶尾跑偏夾送輥壓力修正畫面

3.5 開發(fā)夾送輥負(fù)轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)

當(dāng)夾送輥速度設(shè)定值超前于帶鋼實(shí)際速度時(shí)，夾送輥工作在正轉(zhuǎn)矩限幅狀態(tài);當(dāng)夾送輥速度設(shè)定值滯后于帶鋼實(shí)際速度時(shí)，夾送輥工作在負(fù)轉(zhuǎn)矩限幅狀態(tài)。在帶鋼進(jìn)入卷取機(jī)前，夾送輥以一定的超前率超前于帶鋼實(shí)際速度運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)帶鋼頭部進(jìn)入夾送輥以后，夾送輥由位置控制轉(zhuǎn)為壓力控制，夾送輥速度仍然超前于帶鋼速度，夾送輥為帶鋼提供正向轉(zhuǎn)矩，起到夾和送帶鋼的目的。當(dāng)精軋機(jī)拋鋼后，夾送輥以一定的滯后率運(yùn)轉(zhuǎn)，滯后于帶鋼速度，對(duì)帶鋼起到拖和拽的目的。

夾送輥的負(fù)轉(zhuǎn)矩控制，優(yōu)化設(shè)備的速度匹配，消除了因?yàn)樗俣炔黄ヅ湓斐傻钠鹛?、失張等問題，提高在卷取過程中，夾送輥對(duì)帶鋼的控制作用，顯著改善了夾送輥對(duì)帶鋼的夾持作用，提高了帶鋼從卷取前一直到結(jié)束的速度穩(wěn)定性，優(yōu)化效果如圖4所示。

圖4 夾送輥負(fù)轉(zhuǎn)矩優(yōu)化效果圖

通過對(duì)夾送輥輥型的優(yōu)化，提高輥縫精度，標(biāo)定程序優(yōu)化夾送輥壓力補(bǔ)償?shù)纫幌盗袉栴}的改造和改進(jìn)，最大限度地釋放了卷取機(jī)的生產(chǎn)能力，徹底解決卷取機(jī)卷取薄材時(shí)的跑偏問題，卷型及塔形標(biāo)準(zhǔn)完全達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

［1］王克柱．熱軋帶鋼卷取塔形問題分析及控制措施［J］．山東冶金，2013，35(2):17．

［2］鄢檀力．卷取夾送輥?zhàn)饔梅治黾捌漭佇团渲茫跩］．鋼鐵研究學(xué)報(bào)，2004，16(6):34．

［3］李小新，李曉剛．熱軋薄板廠卷取夾送輥?zhàn)詣?dòng)控制過程［J］．控制工程，2008，15(2):63．