DR材連退生產(chǎn)時(shí)卷取擦傷的原因及對(duì)策

王 立 段泉義 楊 耕

(寶山鋼鐵股份有限公司冷軋薄板廠 上海200431)

DR材連退生產(chǎn)時(shí)卷取擦傷的原因及對(duì)策

王 立①1段泉義2楊 耕3

(寶山鋼鐵股份有限公司冷軋薄板廠 上海200431)

產(chǎn)品厚度在0.22mm以下的薄板連退線機(jī)組在生產(chǎn)二次冷軋基板(即是DR)時(shí)，一般速度達(dá)到每分鐘600m以上。故在高速卷取過(guò)程中，帶鋼易受到異常板形，卷軸異常狀態(tài)，在卷取過(guò)程中產(chǎn)生的卷取時(shí)晃動(dòng)或者跳動(dòng)，從而造成的橫向短劃傷缺陷，這種缺陷對(duì)會(huì)導(dǎo)致罐體穿孔。通過(guò)提高卷取機(jī)的機(jī)械精度以及提高帶鋼在卷取時(shí)的穩(wěn)定性，可以有效地降低此類(lèi)缺陷的發(fā)生，再輔以 EPC邊部對(duì)中反饋方式，可以進(jìn)一步起到預(yù)防缺陷發(fā)生的作用。

DR材 連退 卷取 劃傷

1 前言

1.1 二次冷軋材(DR材)產(chǎn)品和用途介紹

制罐行業(yè)對(duì)鍍錫和鍍鉻薄鋼板的需求量較大，但隨著鋼質(zhì)罐與鋁質(zhì)罐以及其他代用材料罐的越來(lái)越激烈的競(jìng)爭(zhēng)，制罐行業(yè)使用的鍍錫或鍍鉻板呈現(xiàn)減薄趨勢(shì)。例如：在德國(guó)20世紀(jì)50年代制作牛奶罐用的鍍錫板，板厚為0.24mm，80年代已經(jīng)減薄到0.12mm(罐身)和0.15mm(罐底和蓋)。這意味著在保證性能的前提下，厚度上進(jìn)一步減薄，因此二次冷軋技術(shù)逐漸發(fā)展起來(lái)。二次冷軋(DOUBLE COLD REDUCTION)產(chǎn)品部分國(guó)際通用牌號(hào)，如表1所示。

1.2 二次冷軋材(DR材)生產(chǎn)工藝介紹

目前現(xiàn)代化的鋼鐵企業(yè)中，一般都是用高速

表1 部分DR最終產(chǎn)品厚度和寬度規(guī)格表

薄板連退機(jī)組生產(chǎn)DR材的鍍錫或鍍鉻板。通過(guò)酸軋、連退(不在線平整)、DCR(二次減薄冷軋機(jī)組)工序后，帶鋼通過(guò)大變形量的二次軋制減薄后，變成了更薄、更高強(qiáng)度、更環(huán)保(產(chǎn)品輕量化)的二次冷軋?jiān)澹@些原板通過(guò)涂鍍工藝后，成為了最終產(chǎn)品, 如圖1所示。

圖1 二次冷軋產(chǎn)品全工序機(jī)組介紹

為了保證二次材退火過(guò)程的均勻性，國(guó)內(nèi)外一些知名鍍錫(鍍鉻)板廠，一般都是采用高速連續(xù)退火機(jī)組生產(chǎn)鍍錫(鍍鉻)基板。此類(lèi)連退機(jī)組區(qū)別于汽車(chē)板或者高強(qiáng)鋼等連退線，其具有速度快，規(guī)格薄等特點(diǎn)，一般爐子段生產(chǎn)速度最高可達(dá)600～700m/min，在剪切后出口過(guò)速度條件下，速度可達(dá)700～800m/min。

2 卷取橫向劃傷的原因分析

2.1 缺陷的形貌

大多數(shù)二次冷軋都采用離線機(jī)組，其前道連退采取只退火不平整工藝，這樣軋機(jī)遺傳浪形不良將會(huì)引起卷取不佳。高速生產(chǎn)下，易產(chǎn)生卷取時(shí)鋼卷兩側(cè)由于板形影響造成鋼卷擺動(dòng)。此時(shí)，帶鋼卷入層與前一層間受到層間起伏影響，會(huì)產(chǎn)生相對(duì)位移，進(jìn)而產(chǎn)生短擦傷。擦傷的形貌以及電子顯微鏡下的照片，如圖2所示。

圖2 卷取劃傷缺陷宏觀形貌及垂直于軋制線的微觀形貌(200倍)

2.2 缺陷產(chǎn)生的機(jī)理

主要有兩方面的原因：首先，板形不良的帶鋼在卷取過(guò)程中，由于同板差以及浪形部分的累計(jì)疊加。其次，卷軸扇形塊的真圓度不佳或者由于卷取前帶鋼穿帶過(guò)程中的異常導(dǎo)致內(nèi)芯打底不良。

圖3 第j層帶鋼受力分布

從理論上來(lái)說(shuō)，由于卷取不良，造成了帶鋼間的動(dòng)摩擦，產(chǎn)生橫向劃移造成缺陷產(chǎn)生，如圖3所示。在張力Ts根據(jù)卷取模型[1]分析可知，帶鋼層與層之間作用有徑向壓應(yīng)力Psi和摩擦應(yīng)力τsi，若想保證層與層之間沒(méi)有相對(duì)滑移的現(xiàn)象出現(xiàn)只須保證下式成立：

(2)由兩個(gè)函數(shù)優(yōu)化結(jié)果可以看出，零件A加工帶檢測(cè)環(huán)節(jié)的方式不僅可以提高零件加工精度，還可以降低制造成本。說(shuō)明對(duì)于該零件加工的質(zhì)量成本控制，在線檢測(cè)夾具的模式更好。

μgPsi>τsi

(1)

式中μ—帶鋼層與層之間的摩擦系數(shù)；g—重力加速度；Psi—徑向壓應(yīng)力；τsi—摩擦應(yīng)力。

2.3 缺陷的產(chǎn)生頻度與生產(chǎn)速度、厚度、寬度的關(guān)系

此缺陷多發(fā)生在鋼卷上下表面層間。此外，通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，如圖4、圖5、圖6所示，分別代表了從速度、厚度和寬度三個(gè)維度，對(duì)發(fā)生缺陷的規(guī)格和同時(shí)間段生產(chǎn)的未發(fā)生缺陷的規(guī)格進(jìn)行分析，得到：當(dāng)生產(chǎn)速度大于600m/min，厚度0.2mm以下，寬度900mm以上時(shí)，板形或者卷取的穩(wěn)定性影響因素顯著增加，進(jìn)而發(fā)生卷取擦傷的風(fēng)險(xiǎn)顯著增加，產(chǎn)生缺陷的頻度增加。

圖4 缺陷產(chǎn)生頻度與生產(chǎn)速度關(guān)系分布圖

圖5 缺陷產(chǎn)生頻度與帶鋼厚度關(guān)系分布圖

圖6 缺陷產(chǎn)生頻度與帶鋼寬度關(guān)系分布圖

3 卷取劃傷的一些對(duì)策

3.1 克服不良板形對(duì)卷取質(zhì)量的影響

板形上來(lái)看，主要通過(guò)軋機(jī)源頭板形控制和機(jī)組自身彌補(bǔ)的兩個(gè)方面進(jìn)行。

首先從軋機(jī)的源頭板形看，來(lái)料中浪過(guò)大，是造成卷取不良的一個(gè)重要原因。由于中間浪形部分起拱，在卷取時(shí)層層疊加，容易造成中間的卷取擦傷。通過(guò)試驗(yàn)，軋機(jī)的對(duì)稱(chēng)微雙邊浪控制的板形不僅對(duì)連退高速通板大有好處，也對(duì)卷取的穩(wěn)定性有積極作用。通過(guò)對(duì)同規(guī)格鋼種大中浪板形卷和微邊浪板形卷按同一速度同一卷軸生產(chǎn)時(shí)的比較，微雙邊浪的卷取穩(wěn)定性明顯好于中浪板形。同時(shí)在DCR機(jī)組開(kāi)卷時(shí)，微雙邊浪板形開(kāi)卷也較穩(wěn)定。圖7所示為軋機(jī)的大中浪板形在DCR開(kāi)卷，圖8所示為軋機(jī)的微邊浪板形在DCR開(kāi)卷。

圖7 軋機(jī)中浪板形在DCR開(kāi)卷

圖8 軋機(jī)微邊浪板形在DCR開(kāi)卷

其次，通過(guò)自身的在線平整張力輥結(jié)合機(jī)架內(nèi)的各種固定或者移動(dòng)輥系，模仿大張力多輥矯直。張力輥?zhàn)畲筇峁┑膯挝粡埩?00N/mm，通過(guò)施加一個(gè)適當(dāng)?shù)膹埩?，再將所有可壓下和頂升的輥系全部投入，一定程度上，通過(guò)大張力多輥的上下運(yùn)行，對(duì)板形的平直度有一定的幫助。如圖9所示，圖中虛線表示的輥系為平整工作輥和支承輥，在此過(guò)程中不投入。此外，國(guó)際和國(guó)內(nèi)，針對(duì)單機(jī)架平整來(lái)克服來(lái)料板形不良的情況也有出現(xiàn)，但平整時(shí)應(yīng)避免出現(xiàn)邊部未被軋制力覆蓋的情況。

圖9 連退在線平整機(jī)空通時(shí)在大張力多輥模擬矯直示意圖

3.2 提高卷取機(jī)卷取設(shè)備的機(jī)械精度

首先，需要降低卷軸的高速旋轉(zhuǎn)撓度對(duì)卷取的影響，需要從機(jī)械上進(jìn)行計(jì)算，并且優(yōu)化芯軸以及外支撐的位置等措施加以克服。如圖10所示，卷軸傳動(dòng)側(cè)一端與電機(jī)相連，操作側(cè)一端由外伸支撐軸承支撐，卷軸承受鋼卷重量的同時(shí)，在卷取張力下對(duì)鋼卷進(jìn)行卷取。卷取機(jī)能承受最大卷重為24t，對(duì)卷軸受力過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)化，理論求解最大卷重時(shí)卷軸撓度的變化。

圖10 卷軸受力過(guò)程簡(jiǎn)化

根據(jù)受力簡(jiǎn)圖[2]，左端為傳動(dòng)側(cè)受力支撐，右端為操作側(cè)軸承支撐，F(xiàn)作用處為鋼卷在卷軸上卷重質(zhì)心作用點(diǎn)。卷軸受力撓度和轉(zhuǎn)角分別用?和θ表示，以卷軸左端A側(cè)為原點(diǎn)，卷軸右側(cè)為x方向，通過(guò)受力分析，卷軸撓曲線方程和端截面轉(zhuǎn)角如公式(2)和(3)所示：

(2)

(3)

根據(jù)以上公式，可以獲知最大的撓度點(diǎn)進(jìn)而對(duì)整個(gè)卷取機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行剛度檢驗(yàn)并采取后續(xù)的增加剛度的措施。

3.3 對(duì)卷筒圓度的測(cè)量和調(diào)整

卷筒的測(cè)量需要兩種方式，一種是卷筒卸壓后，裝上套環(huán)進(jìn)行測(cè)量，針對(duì)脹開(kāi)狀態(tài)的整體圓度跳動(dòng)值。另一種是，單塊扇形塊的單獨(dú)測(cè)量，目的是測(cè)量單塊扇形塊楔形槽的磨損情況。通過(guò)2種方式的測(cè)量后，可以了解卷筒的真圓度、跳動(dòng)值以及單塊扇形塊的狀態(tài)。

通過(guò)墊片、嵌條調(diào)整，修復(fù)等措施，保證扇形塊的跳動(dòng)值在某個(gè)精度內(nèi)，這樣可以保證機(jī)械精度，提高卷取質(zhì)量。但是如果在緊急情況下，也可以增加臨時(shí)的橡膠材質(zhì)的薄壁套筒，可以臨時(shí)緩解機(jī)械精度不佳造成的卷取缺陷。圖11、圖12為單側(cè)壓板固定的卷筒俯視圖和側(cè)視圖，描繪的是套筒通過(guò)傳動(dòng)側(cè)的固定壓板和螺栓組成。

圖11 壓板固定后的卷筒俯視圖

圖12 壓板固定后的卷筒側(cè)視圖

固定后，起到了方便操調(diào)的作用，并且通過(guò)這個(gè)措施，徹底解決了原先由于受卷軸脹縮產(chǎn)生嵌條印影響、造成卷取初始芯部不圓的問(wèn)題。很好地提高了卷取芯部的穩(wěn)定性，為卷取穩(wěn)定創(chuàng)造了條件，收到了較好的效果。

4 生產(chǎn)時(shí)預(yù)防卷取劃傷的可探測(cè)方式

卷取劃傷主要產(chǎn)生在卷取機(jī)，而一般連退質(zhì)量檢查鏡面檢查室都在卷取機(jī)前，所以此缺陷在線很難發(fā)現(xiàn)，存在一定的隱蔽性。此類(lèi)缺陷將造成批量質(zhì)量問(wèn)題，而這種缺陷的修復(fù)是不可逆的，即使二次冷軋后此缺陷依舊存在。一般食品或者飲料裝罐后，罐體發(fā)生針孔泄漏，往往制罐廠會(huì)對(duì)整批產(chǎn)品進(jìn)行索賠，造成重大損失。通過(guò)摸索，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鋼卷不良卷取時(shí)，由于累計(jì)作用，鋼卷卷徑增加；外圈擺動(dòng)越嚴(yán)重，卷取前帶鋼左右位移也越大，這將導(dǎo)致EPC信號(hào)有規(guī)律的波動(dòng)。故對(duì)EPC自動(dòng)循邊測(cè)量值信號(hào)進(jìn)行監(jiān)控，可起到預(yù)警作用，如圖13所示。

圖13 產(chǎn)生卷取異常前后的信號(hào)對(duì)比

5 本技術(shù)的實(shí)施效果

縱上所述，通過(guò)提高克服不良板形影響以及提高卷取機(jī)機(jī)械精度等措施，顯著提高了卷取穩(wěn)定性，降低了卷取不良的風(fēng)險(xiǎn)，降低了產(chǎn)生卷取劃傷缺陷的發(fā)生。這些措施已全部實(shí)施。從機(jī)組的質(zhì)量數(shù)據(jù)看，缺陷率由實(shí)施前的0.26%，下降到實(shí)施后的0.05%，比原先下降了80%以上。

[1]白振華.冷連軋機(jī)高速生產(chǎn)過(guò)程核心工藝數(shù)學(xué)模型.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2009:179-222.

[2]呂維干.本鋼硅鋼連退卷取機(jī)的振動(dòng)檢測(cè)[J].現(xiàn)代冶金,2010,Vol.38(4):23-25.

[3]李秀軍.寶鋼1220二次冷軋機(jī)組極薄鍍錫板核心生產(chǎn)工藝的開(kāi)發(fā)[J].上海金屬,2007,Vol.29(5):41-46.

Reason and Control of the Scrape from the DR Strip Reeling Process in Continuous Annealing Line

Wang Li1Duan Quanyi2Yang Geng3

(Sheet Steel Cold Rolling Plant of Baoshan Steel and Iron Co., Ltd, Shanghai 200431)

The speed of continuous annealing line which was used in producing DR (Double Reduction) strips below 0.22mm of the thickness above 600 meters per minute. In the process of high speed continuous annealing, the strip was easily influenced by the strip shape problem, wrong state of the reel and the unstable status during the process of reeling which leads to scrape defect. Such defect may cause pinhole when the strip was made into bottles in the package factory. By means of improving of mechanical accuracy on the tension reel and increasing the running stability of the strip, the scrape defect can be decreased efficiently. Otherwise, pre-rectification on the strip by pre-back technique on the EPC was taken to control the reeling process, the scrape defect was easily to be detected and anticipated.

DR Continuous annealing Reeling Scrape

王立，男，1981年出生，2005年畢業(yè)于上海大學(xué)材料學(xué)院金屬材料專(zhuān)業(yè)，本科，工程師，主要從事于鍍錫和鍍鉻板的酸軋、冷軋、連續(xù)退火、二次冷軋工藝和技術(shù)

TG156.2

B

10.3969/j.issn.1001-1269.2015.05.007

2015-07-14)