熱軋卷取機(jī)堆鋼事故原因的分析及應(yīng)對(duì)

王 瑛，丁 正

引言

當(dāng)今，隨著鋼鐵產(chǎn)業(yè)受上游、下游產(chǎn)業(yè)的影響，生存發(fā)展空間日益嚴(yán)峻，企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)加劇。為適應(yīng)市場(chǎng)環(huán)境，馬鋼熱軋廠提出“降本增效”，提高產(chǎn)品成材率等目標(biāo)。然而，在馬鋼熱軋2250mm生產(chǎn)線，卷取區(qū)域經(jīng)常發(fā)生的堆鋼事故是影響“降本增效”的一個(gè)重要因素，堆鋼既減少了小時(shí)產(chǎn)量，又降低了成材率；2015年，卷取區(qū)域因各類原因?qū)е碌亩唁撌鹿示透哌_(dá)十?dāng)?shù)次，嚴(yán)重制約了生產(chǎn)效率。筆者對(duì)近年來該熱軋廠卷取區(qū)域的各種堆鋼事故原因進(jìn)行了整理分析，并提出應(yīng)對(duì)措施。

圖1 熱軋卷取區(qū)域設(shè)備布置圖

1 導(dǎo)致堆鋼事故的原因

1.1 因電氣元器件損壞導(dǎo)致的堆鋼

一些生產(chǎn)線投產(chǎn)多年后，PLC柜內(nèi)大量模板開始老化，且內(nèi)部積灰較多，部分模板使用時(shí)長(zhǎng)可能已經(jīng)接近或超過預(yù)期壽命。這些模板隨時(shí)可能出現(xiàn)故障，而PLC控制模板是自動(dòng)控制的核心，當(dāng)模板出現(xiàn)異常，生產(chǎn)線必然停機(jī)。另外，卷取區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境非常惡劣，溫度高、沖擊振動(dòng)大、水汽腐蝕等使現(xiàn)場(chǎng)元器件極易損壞。而帶鋼卷取是全自動(dòng)的生產(chǎn)過程，設(shè)備現(xiàn)狀的判斷和動(dòng)作的輸出全部依靠現(xiàn)場(chǎng)輸入輸出電氣元件來實(shí)現(xiàn)，某些重要元器件的損壞可能立刻導(dǎo)致堆鋼事故。

1.2 電氣元器件誤感應(yīng)

卷取區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，傳感器極易受到影響。如現(xiàn)場(chǎng)清潔工作管理不善，遺落的廢舊螺栓鐵片有可能讓接近開關(guān)產(chǎn)生誤信號(hào)；卷取機(jī)前的冷金屬檢測(cè)是非常重要的傳感器，用于帶鋼跟蹤信號(hào)修正。在寒冷的冬季，帶鋼冷卻水在開關(guān)過程中產(chǎn)生非常濃密的霧氣，影響冷金屬檢測(cè)開關(guān)的正常使用，可能使卷取機(jī)產(chǎn)生誤動(dòng)作導(dǎo)致堆鋼事故；現(xiàn)場(chǎng)大量使用的冷卻水和甘油，在設(shè)備高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)四處飛濺，芯軸上使用的超聲波位置傳感器也非常容易受到影響等等。

1.3 因機(jī)械間隙造成堆鋼

卷取機(jī)是在高速且有較大沖擊力的非常惡劣的條件下進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障率高。要想保持穩(wěn)定的良好生產(chǎn)狀態(tài)，設(shè)備制造精度、設(shè)備管理制度及設(shè)備維護(hù)非常重要。根據(jù)卷取機(jī)的工作特點(diǎn)及環(huán)境條件，對(duì)卷取機(jī)的性能有特殊要求，如：卷取機(jī)剛度高，不易變形；耐反復(fù)沖擊的高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)；保持高機(jī)械精度的結(jié)構(gòu)等。卷取機(jī)的導(dǎo)衛(wèi)、夾送輥和助卷輥等設(shè)備，經(jīng)過一段時(shí)間的使用后，必然出現(xiàn)磨損間隙，如果此間隙過大，都有可能造成堆鋼事故。

1.3.1 導(dǎo)衛(wèi)間隙的影響

側(cè)導(dǎo)衛(wèi)的功能是將輸出輥道上偏離輥道中心的帶鋼平穩(wěn)地引導(dǎo)到卷取機(jī)中心線，保證以對(duì)中的方式進(jìn)入夾送輥和卷取機(jī)。側(cè)導(dǎo)衛(wèi)是帶鋼進(jìn)入卷取機(jī)的第一道關(guān)口，經(jīng)驗(yàn)證明，導(dǎo)衛(wèi)入口處是堆鋼事故發(fā)生的重災(zāi)區(qū)。導(dǎo)衛(wèi)間隙造成的影響主要是以下幾個(gè)方面：

（1）導(dǎo)衛(wèi)梁和銷子間存在間隙，導(dǎo)衛(wèi)不能緊密隨同液壓缸同時(shí)進(jìn)退。這會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)衛(wèi)無法標(biāo)定準(zhǔn)確，位置傳感器不能正確顯示導(dǎo)衛(wèi)的實(shí)際位置。

（2）導(dǎo)衛(wèi)的兩個(gè)液壓缸之間的齒輪齒條存在間隙，形成導(dǎo)衛(wèi)頭尾偏差，即導(dǎo)衛(wèi)的入口側(cè)和出口側(cè)始終或者在某些時(shí)候出現(xiàn)輥縫值不一致（正喇叭口或者負(fù)喇叭口），造成難以標(biāo)定準(zhǔn)確，導(dǎo)衛(wèi)也難以發(fā)揮糾偏作用，使卷形不好，甚至帶鋼頭部撞擊導(dǎo)衛(wèi)入口直接堆鋼。另外，喇叭口的特點(diǎn)造成帶鋼對(duì)耐磨板的磨損量前后不一致。

（3）導(dǎo)衛(wèi)耐磨板的磨損。當(dāng)磨損量大于一定值時(shí)，會(huì)出現(xiàn)帶鋼卷邊，或者卡阻堆鋼。

（4）耐磨板與導(dǎo)衛(wèi)梁間的安裝間隙過大，帶鋼頭部有可能無法順利通過，造成卡阻。

圖2 耐磨板與導(dǎo)衛(wèi)梁間間隙過大

1.3.2 夾送輥間隙的影響

夾送輥位于卷取機(jī)入口處，其主要功能是引導(dǎo)帶鋼頭部順利進(jìn)入卷取機(jī)溜槽導(dǎo)板，并在帶鋼尾端拋出精軋機(jī)后，在夾送輥和芯軸間形成所需要的卷取張力。若夾送輥因輥輥面磨損不均勻、油缸漲套松動(dòng)、下輥水平度差等原因造成兩側(cè)輥縫偏差，那么夾送輥與帶鋼之間呈現(xiàn)出一定的夾角，在卷取過程中就會(huì)產(chǎn)生水平側(cè)向力，將帶鋼拉向一邊，造成鋼卷塔形或者溢出。甚至輥面磨損超過帶鋼厚度時(shí)，夾送輥將不能提供有效夾持力，造成松卷堆鋼。

1.3.3 助卷輥間隙的影響

三個(gè)助卷輥平均分布于芯軸四周，其主要功能是將帶鋼頭部準(zhǔn)確的送到芯軸位置，并對(duì)帶鋼施加彎曲加工，使其變成容易卷取的形狀，然后以適當(dāng)壓緊力將帶鋼壓在芯軸上，輔助芯軸和帶鋼間形成有效張力。在工藝設(shè)定中，超過4 mm規(guī)格的帶鋼將采用助卷輥踏步控制。從圖3中可以看出，在踏步過程中，3個(gè)助卷輥中，有2個(gè)助卷輥同時(shí)壓靠在鋼卷上。若此時(shí)這2個(gè)助卷輥因剛度差，不能提供及時(shí)有效的壓緊力，帶鋼頭部就會(huì)出現(xiàn)松散。松散的帶鋼頭部和芯軸間沒有足夠的靜摩擦力，使芯軸與夾送輥間不能形成張力，最終會(huì)造成堆鋼事故。

圖3 助卷輥踏步動(dòng)作

1.3.4 芯軸間隙的影響

芯軸的使用周期，一般情況下是以其生產(chǎn)帶鋼總重量來衡量的，按照使用強(qiáng)度不同，其預(yù)期壽命一般在150萬t左右。芯軸從上線到下線，其運(yùn)動(dòng)部件都有不同程度的磨損（見圖4），內(nèi)部間隙也越來越大。

圖4 芯軸內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

當(dāng)芯軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，在離心力作用下，芯軸扇形板與連桿的間隙被消除，芯軸的實(shí)際外徑變大，但此時(shí)漲縮缸的實(shí)際位置并沒有改變，傳感器檢測(cè)距離沒有變化，導(dǎo)致實(shí)際直徑大于顯示直徑（見圖5）。

圖5 芯軸截面圖

1.4 因介質(zhì)系統(tǒng)泄漏跳泵

介質(zhì)系統(tǒng)是熱軋?jiān)O(shè)備的重要?jiǎng)恿υ?。在軋線運(yùn)行過程中，因各種原因，造成介質(zhì)系統(tǒng)管路油液泄漏，當(dāng)油箱液位低于一定值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停泵，此時(shí)若軋線上，尤其是層流區(qū)域仍有帶鋼在行進(jìn)，則必然造成堆鋼事故。

1.5 夾送輥背壓異常

為了使卷取機(jī)夾送輥液壓缸在上下動(dòng)作時(shí)能夠保持穩(wěn)定，在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，特增加了背壓控制，避免失控、失速等現(xiàn)象的發(fā)生。但在生產(chǎn)中，偶爾會(huì)出現(xiàn)背壓穩(wěn)定的情況。背壓不穩(wěn)定所造成的影響與其壓力浮動(dòng)程度成正比。輕微的壓力波動(dòng)，可能使夾送輥的自動(dòng)位置控制或壓力控制的反應(yīng)速度以及精度變差；大的壓力波動(dòng)，甚至背壓閥卡死，背壓值降為0或者升到系統(tǒng)壓力，造成夾送輥無法動(dòng)作。此時(shí)卷取區(qū)域若存在行進(jìn)中的帶鋼，則必然出現(xiàn)堆鋼事故。

1.6 來料異常

由于帶鋼在軋制過程中環(huán)境狀況十分復(fù)雜，影響板形的因素很多，如坯料楔形、溫度分布不均、軋機(jī)兩側(cè)剛度存在差異、軋機(jī)調(diào)整量不合適等,易產(chǎn)生板形缺陷。常見的板形缺陷有鐮刀彎、浪形和瓢曲等。其中的鐮刀彎板型對(duì)卷取的影響最大。在經(jīng)過精軋機(jī)軋制，進(jìn)入層流輥道后彎曲程度更加嚴(yán)重，很容易在卷取入口卡阻堆鋼。

1.7 帶鋼通道異物卡阻

熱軋坯在經(jīng)過精軋工序后，在層流輥道上行進(jìn)速度達(dá)到最大，薄規(guī)格帶鋼速度一般超過12 m/s，此時(shí)若輥道上或卷取通道內(nèi)存在異物對(duì)帶鋼頭部或邊部有稍許阻礙，就可能造成帶鋼頭部折疊、卡阻等。有時(shí)短時(shí)間的卡阻后，頭部雖擺脫了阻隔，但由于此時(shí)帶鋼本體與跟蹤信號(hào)不一致，導(dǎo)致設(shè)備動(dòng)作，尤其是助卷輥的踏步控制時(shí)序出現(xiàn)異常，帶鋼頭部最終卡在卷取機(jī)中。

2 避免產(chǎn)生堆鋼的措施

2.1 確保電氣設(shè)備正常

（1）對(duì)PLC室房鎖實(shí)施嚴(yán)格管理，不允許外來人員進(jìn)入。門窗要保持關(guān)閉狀態(tài)，盡量減少室內(nèi)灰塵。

（2）PLC室溫度要保持在25℃以下。

（3）在檢修日對(duì)PLC柜內(nèi)模板進(jìn)行有計(jì)劃的清灰維護(hù)或者更換。

（4）完善點(diǎn)檢標(biāo)準(zhǔn)，并嚴(yán)格執(zhí)行。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的故障時(shí)間記錄，科學(xué)合理制定詳細(xì)的電氣元器件更換周期表，并按照周期更換。

（5）對(duì)重要的傳感器，設(shè)置冗余保護(hù)。

2.2 弱化現(xiàn)場(chǎng)惡劣環(huán)境的影響

（1）加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理工作，及時(shí)清除現(xiàn)場(chǎng)與生產(chǎn)無關(guān)的廢舊螺栓、墊片、破布等物品。

（2）針對(duì)冬季低溫時(shí)大水霧對(duì)CMD的影響，在適當(dāng)增加風(fēng)機(jī)數(shù)量的情況下，進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化，在控制程序中增加限制條件，使系統(tǒng)具備辨別真假信號(hào)的能力，以增強(qiáng)抗霧氣干擾的能力。

（3）調(diào)整冷卻水的大小和噴射方向，使其既滿足生產(chǎn)需要，又不影響到電氣元件的使用。如果實(shí)在無法兩者兼得，則在電氣元件前增加擋板進(jìn)行保護(hù)。

（4）對(duì)直接受到鋼卷高溫輻射的電纜、傳感器實(shí)施隔熱防護(hù)。

2.3 加強(qiáng)設(shè)備精度管理

（1）根據(jù)每個(gè)設(shè)備的特點(diǎn)，利用趨勢(shì)圖曲線軟件對(duì)關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控。

（2）制定有效的設(shè)備剛度測(cè)試方法，每周進(jìn)行機(jī)械間隙評(píng)價(jià)。對(duì)使用狀態(tài)不佳的設(shè)備，及時(shí)更換。對(duì)更換下來設(shè)備的磨損情況進(jìn)行觀察分析和記錄，結(jié)合趨勢(shì)圖數(shù)據(jù)總結(jié)規(guī)律，進(jìn)一步優(yōu)化間隙評(píng)價(jià)。

2.4 設(shè)定油位監(jiān)控，實(shí)施漏油預(yù)警

為了防止突然停泵造成緊急停機(jī)，應(yīng)設(shè)立快速有效的油位監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)。在系統(tǒng)工作時(shí)，油箱的液位處于浮動(dòng)狀態(tài)，液壓系統(tǒng)和潤(rùn)滑系統(tǒng)的油箱液位值浮動(dòng)有各自的特征，甚至同是液壓系統(tǒng)，由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)流量的不同，特征也有所區(qū)別。如果對(duì)液位值進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)不同的特征進(jìn)行甄別，找出泄漏發(fā)生時(shí)的特征值，準(zhǔn)確對(duì)泄漏進(jìn)行判斷并實(shí)時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，就可以做到對(duì)泄漏實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)。發(fā)現(xiàn)漏油后，可根據(jù)當(dāng)時(shí)的泄漏情況，判定是否繼續(xù)維持生產(chǎn)。若出現(xiàn)緊急高速泄漏情形，系統(tǒng)應(yīng)自動(dòng)禁止帶鋼進(jìn)入精軋機(jī)區(qū)域。

2.5 背壓的維持穩(wěn)定

背壓的異常與背壓閥的關(guān)系最大。背壓閥較容易受到油液中雜物的污染，性能會(huì)受到影響。因此必須保持油液的潔凈。另外，將夾送輥的背壓信號(hào)用趨勢(shì)圖軟件實(shí)施監(jiān)控，電氣值班工程師每個(gè)班次進(jìn)行記錄或利用PLC對(duì)波動(dòng)范圍進(jìn)行直接檢測(cè)預(yù)警。對(duì)有問題的減壓閥及時(shí)進(jìn)行檢查和處理，以避免突發(fā)故障造成堆鋼事故。

2.6 防止帶鋼頭部被卡阻的措施

（1）防止鐮刀彎跑偏堆鋼。采取提高計(jì)算機(jī)模型設(shè)定精度、提高軋輥制造和磨削精度、采用壓下率分配的平衡方式、改善帶鋼溫度狀況、調(diào)整機(jī)架窗口各襯板和軋輥各軸承座襯板、使用跑偏控制技術(shù)和跑偏檢測(cè)裝置等手段，盡量減弱帶鋼鐮刀彎的程度。對(duì)于已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的較大鐮刀彎板型，操作人員應(yīng)及時(shí)打開導(dǎo)衛(wèi)，人工干預(yù)，防止帶鋼頭部在卷取機(jī)入口卡阻。

（2）對(duì)可能導(dǎo)致帶鋼頭部前進(jìn)受阻的障礙物應(yīng)及時(shí)處理。

3 結(jié)束語

熱軋生產(chǎn)線自投產(chǎn)以來，隨著操作熟練程度和對(duì)事故判斷水平的不斷提高，堆鋼現(xiàn)象大幅度減小。通過生產(chǎn)實(shí)踐證明，熱軋線的生產(chǎn)過程中如果能夠?qū)Χ唁撌鹿蔬M(jìn)行快速而準(zhǔn)確的判斷，不僅可以有效地減少事故的處理時(shí)間，還能針對(duì)這些現(xiàn)象制定出有效的防范措施，從根本上減少堆鋼事故的發(fā)生。以上只是簡(jiǎn)要地介紹和總結(jié)了一些常見的堆鋼現(xiàn)象和原因，在實(shí)際的生產(chǎn)過程中堆鋼事故的形式是多種多樣的，還需要我們不斷地學(xué)習(xí)，努力提高技術(shù)水平找出原因并采取相應(yīng)的措施。

[1]蔣榮生，楊慶豐，苑曉東 等.鞍鋼1780 mm熱連軋卷形質(zhì)量研究與改進(jìn)[C].2012年全國(guó)軋鋼生產(chǎn)技術(shù)會(huì)論文集（上），2012（8）：96-97.