冷軋帶鋼糾偏設備機械故障優(yōu)化路徑

陳紹龍

軋制是鋼材主要的成型方法，據統(tǒng)計，目前超過 90% 的鋼材均采用軋制成形工藝。室溫條件下軋制成形的帶鋼稱之為冷軋帶鋼。相比于熱軋工藝，冷軋得到帶鋼具有更高的尺寸精度、更均勻的厚度、更光滑的產品表面、更優(yōu)異的機械性能以及更薄的鋼板厚度。伴隨著家電、汽車、橋梁工程、化工、紡織等領域或產業(yè)的飛速發(fā)展，各領域對設備材料品質的要求也逐漸增加，因此，對性能更加優(yōu)異的冷扎帶鋼的需求量也逐漸提高。據統(tǒng)計，2006 年至 2016 年十年間，全球冷軋帶鋼產品的需求與產量均呈現上升趨勢。其中，2016 年產量達到 2.7 億噸。我國鋼鐵產業(yè)相比西方發(fā)展較為緩慢。僅就冷軋帶鋼而言，早在 19 世紀中葉，德國就率先開啟了冷軋帶鋼生產線，而我國首套冷軋帶鋼生產線是在 20 世紀 60 年代于鞍鋼建立。近年來，冷軋帶鋼產業(yè)發(fā)展迅速，武鋼、鞍鋼、本鋼、馬鋼、太鋼、首鋼等先后引進了超寬冷連軋機組，大大提高了產品的品質與供應量。目前，我國冷軋帶鋼整體大致可滿足自身需求，但整體質量相比國外進口產品仍有所不足。

目前，連續(xù)性軋制生產機組已成為冷軋帶鋼的主要生產設備，設備生產的連續(xù)性對于產品穩(wěn)定的產量與品質的十分重要。因此，對企業(yè)而言應當盡可能排除影響連續(xù)生產的不利因素，保障機組的穩(wěn)定運行。然而，在實際生產中，帶鋼跑偏現象始終難以得到根治。據文獻報道，首鋼京唐某機組帶鋼跑偏率甚至可達到 40% 以上。帶鋼跑偏現象已成為影響生產效率、產品品質的最主要因素，尤其是在酸洗與軋機聯(lián)合機組、連續(xù)鍍鋅機組等產線中，整條帶鋼的長度可以達到幾千米，一旦發(fā)生帶鋼跑偏將嚴重降低生產效率并造成巨大經濟損失。同時，對于生產高度較高的鍍鋅線、冷卻塔等部位，帶鋼在長距離運送過程中容易發(fā)生左右或上下擺動，進而造成跑偏。此時，跑偏不僅會本身的正常運行造成不利影響。此外，如果跑偏帶鋼速率過快，也將對其周圍軋制機組造成二次損壞，進而引發(fā)生產事故。

針對上述問題，本文系統(tǒng)性地對冷扎帶鋼的跑偏機制、常見的糾偏設備以及其糾偏過程的工作原理進行了深入總結。同時考慮到糾偏設備的機械故障同樣是誘發(fā)帶鋼跑偏的重要因素，本文又對冷軋帶鋼糾偏設備常見的機械故障進行了分析與總結，并針對性地提出了解決方案以及優(yōu)化手段。期望本文的相關闡述與分析能夠為冷軋帶鋼新產業(yè)工人了解帶鋼跑偏的及糾偏裝置的基本原理、為相關技術人員了解糾偏裝置的常見機械問題及掌握相應處置手段、為相關管理人員建立合理的安全管理機制以保證帶鋼生產的連續(xù)穩(wěn)定進行提供理論與實踐指導。

1 冷軋帶鋼跑偏的影響機制

帶鋼跑偏是其生產過程中一種常見的現象，該現象不僅會影響生產的連續(xù)進行，嚴重時甚至會造成生產機組設備的損壞。分析帶鋼跑偏原因，確定跑偏影響機制是抑制此類現象、保障生產連續(xù)的重要前提，因此，本文首先對冷軋帶鋼跑偏的影響機制進行如下總結。

通常而言，冷軋帶鋼的板型、硬度與包角、輥子的粗糙程度以及凸度都是造成冷軋帶鋼跑偏的主要影響因素。良好、合理的設計能夠盡可能地降低上述因素對于冷軋鋼帶跑偏的影響，是目前解決上述問題的根本保障。設計時需要將帶鋼自由端長度與實際產品的規(guī)格、工藝參數以及設備布置聯(lián)系一起，并且應當注意糾偏設備的配置以及合理的糾偏角度。同時，在方案設計中應當合理地利用比例效應輥、積分效應輥以及比例積分效應輥，通過合理的配置手段使得整體設備的糾偏水平大幅提高。在實際應用過程中，應當注意糾偏精度以及實際生產條件對糾偏設備的需求情況。如在圓盤剪、連軋機入口處等高精度需求的部位，應當針對性地配置高精度糾偏裝置，保證產品質量。在涉及溫度變化的應用場景中，應當考慮溫度對糾偏設備的影響。例如，對于連續(xù)退火機組，應當根據不同位置的溫度情況，合理分配糾偏裝置。對于連續(xù)熱鍍鋅機組，需要將輥面加工出螺紋形狀，進而極大地提高輥面與帶鋼之間的摩擦力，保障帶鋼的加工的順利進行。

除設備設計因素外，設備的制造和安裝也是冷軋帶鋼跑偏的一類重要影響因素。尤其在我國鋼鐵產業(yè)現代化的背景下，設備的設計日趨成熟，相比之下制造和安裝引起的跑偏問題更為突出。例如，對于精度要求較高的設備，盡管其出廠前已經完成了精度檢驗，而在實際運輸、吊裝、安裝過程中仍會造成精度超差。常見的案例有輥子水平度或機組和輥子垂直度的安裝偏差，運輸、吊裝過程造成的軸承磨損、變形或輥面粗糙等問題。此外，還需要注意 CPC 結構框架等安裝問題。由于該設備通常在其他設備就位后就開始安裝，框架的中心線與機組的中心線的偏離也會引發(fā)整個設備偏差大于設計允許的最大公差范圍，導致設備不能按原設計目的進行正常運行，進而容易誘發(fā)冷軋帶鋼跑偏。在實際加工過程中，輥子加工的精度偏差，或者是應用中造成輥子的單邊磨損嚴重，均可能會導致輥子輥體呈現錐形。區(qū)別于正圓柱體形狀的輥體，錐型輥體在沿軸轉動的過程中，不同輥面位置的旋轉線速度有所不同，這會導致帶鋼在輥徑較大的輥錐方向具有橫向分力，而當該分力大于橫向摩擦力時，帶鋼會向輥徑較大方向跑偏。

同時，不當的設備工藝參數也會造成帶鋼運行過程中在輥面發(fā)生跑偏。通常，帶鋼橫向摩擦力小于其橫向的擾動力是出現跑偏現象的最重要原因。而且?guī)т撛谳伱娴哪Σ亮σ彩芷渑c輥面之間張力的影響，錯誤的工藝參數會導致帶鋼與輥面之間張力過小，引發(fā)帶鋼跑偏。有時候，應當根據實際加工情況對工藝參數進行靈活調整。例如，發(fā)生剪切或甩尾時應當及時針對性地做出減速或加速處理。應當注意速度變化的平緩性，防止速度變化過快引起的打滑問題。而在加工過程中，如果夾送輥兩側輥壓不同，也會造成帶鋼向壓力小的方向跑偏。應對此類現象，應當考慮更換軋輥以改善壓力不均勻情況。

此外，原料本身的缺陷性質或板型、板面問題也會引起帶鋼跑偏問題。對于鐮刀彎、單邊浪、焊縫對齊不良等原料而言，原料中的缺陷極易造成帶鋼加工過程中的跑偏問題。同時，板型缺陷會導致帶鋼在輥子上所受張力的不均勻性，嚴重時將引起橫向擾動力過大，當擾動力大于摩擦力時會引發(fā)跑偏現象。同理，對于板面而言，過于粗糙的表面也會導致擾動力過大 ；相反，如果鋼材表面涂有防銹油層，不加處理直接加工會導致摩擦力較低，也會引發(fā)跑偏現象。

2 冷軋帶鋼糾偏設備及其工作原理

糾偏設備對于抑制帶鋼加工生產過程中的跑偏現象，提高生產的連續(xù)性與穩(wěn)定性發(fā)揮了重要的保障作用。本文對常見的冷軋帶鋼糾偏設備及其工作原理進行了如下總結。

2.1 冷軋帶鋼糾偏設備

冷軋帶鋼帶糾偏設備通常有定心輥子、強制糾偏裝置、自動糾偏裝置等形式。定心輥子是一種通過將輥子設計成凹、凸或溝槽等特殊形狀，使其在帶動帶鋼運動的過程中始終給予帶鋼一個指向中心的作用力。該作用力保證了帶鋼在向某些方向偏移的過程中，能夠及時地獲得一個反方向的作用力。這種作用力保證了帶鋼跑偏現象從很大程度上得到抑制。為保證該裝置起到作用，必須要求帶鋼本身的尺寸均勻，能與輥子有良好的接觸。同時，由于該方法糾偏能力有限，所以也要求所需求的糾偏量相對較小。強制糾偏裝置是一種采用側導板或導輥的實現強制約束帶鋼，防止跑偏的裝置。相比于定心輥子裝置，該裝置可實現的糾偏量更大，更適用于那些帶鋼較為厚重，且運行速度較緩的應用場景之中。相反，對于速率較快或者厚度較薄的帶鋼，該設備容易造成材料損壞，影響機器連續(xù)生產能力。自動糾偏裝置是一種相對更為復雜、智能化水平更高的、糾偏精度高的糾偏裝置。自動糾偏裝置通常有擺動式和移動式兩種結構形式。前者主要應用于冷軋機入口、鍍鋅機活套帶材等場景中，按輥數量可分為單輥、雙輥和三輥三種形式。單輥是輥子沿著軸線支點方向擺動，通過擺動產生的摩擦力實現冷軋帶鋼的糾偏。雙輥則是兩個輥子共同沿著支點擺動。三輥更為復雜，分上輥和下輥兩種擺動糾偏輥，兩者協(xié)同實現左右擺動，進而完成糾偏過程。移動式糾偏裝置則是采用開卷機和卷取機實現軸向移動糾偏。

2.2 冷軋帶鋼糾偏設備的工作原理

在闡述糾偏設備工作原理之前，首先對帶鋼跑偏機理進行簡單介紹。在冷軋帶鋼連續(xù)式生產過程中，造成跑偏現象主要有兩方面的機理。其一，材料板型問題引發(fā)的跑偏。帶鋼邊緣出現彎曲、波浪、塔型等不規(guī)則形狀。這些不規(guī)則形狀導致，連續(xù)生產過程中，帶鋼所受到的擾動力增加，進而提高了發(fā)生跑偏的概率。其二，糾偏設備本身的質量問題。實際運轉過程中，由于糾偏設備發(fā)生輥軸錐化、輥面粗糙等問題，導致糾偏設備的糾偏能力嚴重下降，進而引起帶鋼出現難以避免的跑偏。

為了強化對帶鋼跑偏的控制，降低跑偏對連續(xù)生產的影響，一般生產線中多會將多臺 CPC 糾偏設備共同投入到生產線中，進而強化糾偏能力以及糾偏的穩(wěn)定性。這些 CPC 糾偏系統(tǒng)主要有五個部分構成，即 ：位置檢測器、測量信號放大器、電液伺服器、糾偏液壓缸、糾偏輥和支架。整個 CPC 系統(tǒng)是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，位置探測器在帶鋼運動過程中始終對其兩端進行檢測，同時對相應信號進行實時記錄并輸入到信號放大器之中。信號放大器負責將信號處理并輸入到控制器之中。控制器在得到信號之后，根據信號的內容可以實時的對電機、液壓缸以及糾偏輥的運動進行控制，以保證帶鋼始終保持在機組中心線附近的安全范圍內。

3 冷軋帶鋼糾偏設備機械故障及優(yōu)化路徑

糾偏設備在長期運轉過程中，難免會出現機械故障。這些故障會導致設備的糾偏能力的下降，并影響生產效率?，F對冷軋帶鋼糾偏設備出現的常見機械故障進行總結，并針對性地提出相應解決和優(yōu)化路徑。

糾偏設備的機械故障主要表現在支撐滑道變形、糾偏輥問題、液壓系統(tǒng)故障、結構框架變形這四個方面。

3.1 支撐滑道變形

在帶鋼軋制生產線上，為帶動帶鋼的運行，通常需要對其施加較大的張力。因此，相應地也會對帶鋼的糾偏裝置的支撐滑道產生較大的沖擊力。糾偏設備也會在長期的受力作用下發(fā)生形變或磨損。支撐滑道的中位是糾偏設配最薄弱的環(huán)節(jié)，因而最容易因受力而發(fā)生變形以及磨損。經過長期使用，滑道中位處容易受壓形成一個凹陷的圓形淺坑，受液壓缸作用，支撐輪經常在淺坑處滑入以及滑出。淺坑的存在會影響支撐輪進出的速度，進而對糾偏能力造成影響。通常，滑入時支撐輪速度變快，糾偏阻力變小，容易出現過度糾偏，而滑出時，糾偏阻力增大，使得糾偏性能降低。糾偏能力的頻繁變化還會導致糾偏設備的交變負荷增大，進而引起糾偏靈敏度的下降。此外，頻繁的交變負荷也會對糾偏設備控制支架造成嚴重負擔，容易最終引起支架或連接處部件的斷裂。針對支撐滑道變形的情況，應當定期對滑道進行檢修，對于形變不嚴重的情況，應當適當對滑道進行修復。然而，對于變形嚴重的情況，應當及時進行更換，避免由于滑道磨損變形引發(fā)的生產事故。

3.2 糾偏輥問題

糾偏輥問題主要體現在其不同部位出現的磨損、形變問題。首先體現在糾偏輥輥面的粗糙程度變化的問題。糾偏輥是整個糾偏設備的核心設備之一，負責實行糾偏動作。其輥面多為聚酯材料，該材料可產生較強的張力，但長期使用也會導致輥面因與帶鋼摩擦而變光滑，導致其與帶鋼之間的摩擦力相應減小。摩擦力可以約束帶鋼的無序擾動，輥面變光滑會導致糾偏能力嚴重下降。針對此列情況，同樣應當定期對輥面進行檢修，將粗糙度不足的輥面進行及時更換，保證生產的穩(wěn)定性。

其次是糾偏輥錐度問題。糾偏輥的形狀對糾偏效率有很大影響，尤其是對于錐形的糾偏輥，由于輥面各點線速度的不同會導致帶鋼上會形成摩擦力矩，進而會導致帶鋼不同位置應力分布不均。同時，隨著輥體錐度的增大，帶鋼的不同區(qū)域張應力的差異也隨著增加，造成帶鋼跑偏速率隨之增加。正常情況下，糾偏輥輥體應該為正圓柱形狀，造成輥體錐化的原因有如下兩方面原因。其一是加工輥體過程中出現偏差，使得輥體本身呈現錐體形狀。另一個原因是輥子在使用過程中，不同部位磨損情況不同，進而形成的錐形。針對輥體不規(guī)則引起的問題，也應當定期對輥體進行檢修，同時在日常生產過程中應該注重觀察輥體運行情況，如發(fā)現帶鋼出現習慣性跑偏，則應該立即對輥體進行測量，并及時更換問題輥體，保證生產秩序與效率。

3.3 液壓系統(tǒng)故障

液壓系統(tǒng)是整個糾偏系統(tǒng)的重要的動力來源，盡管其工作環(huán)境為密閉條件，但在復雜的工況下，液壓系統(tǒng)仍可能受到外界環(huán)境中有害污染物的污染而造成腐蝕，或者接觸到粉塵碎屑的長期磨損，導致油封、馬達、控制閥等部件出現泄露，進而引起上述器械的故障或壽命縮短，嚴重時甚至可能導致整個液壓系統(tǒng)的癱瘓。液壓系統(tǒng)的故障會導致其液壓數值的不準確，對糾偏系統(tǒng)的精通造成重大影響。針對液壓系統(tǒng)可能出現的問題，應當定期對其進行檢修，尤其是過濾器，應當定期對其進行清洗或更換。同時，對于液壓油的油品也要有定期檢測，發(fā)現異常應當及時更換，避免其中污染物或金屬碎屑對整個液壓系統(tǒng)造成的潛在風險。

3.4 結構框架變形

糾偏設備框架的正常結構是保證糾偏系統(tǒng)正常運行的重要前提，然而，生產過程長期的受力或者某些錯誤操作均可能使得糾偏系統(tǒng)框架結構的變形或者出現局部連接螺栓的松動等問題。加之糾偏設備本身的支撐輪、中心輪的磨損變形，導致糾偏系統(tǒng)糾偏阻力增大，糾偏液壓缸承受負荷增大，最終可能導致液壓缸損壞并引起整個糾偏系統(tǒng)癱瘓。針對結構框架變形問題，一方面應當制定合理的檢測機制，定期檢修和養(yǎng)護，針對易磨損區(qū)域應當加派人手進行維護。另一方面應當及時檢修糾偏液壓缸，保障缸內注油量充足，為糾偏設備提供動力保證。此外，也應該在年修時將框架整體進行全面的測量，尤其是針對可移動配合加工面，應嚴格確保偏差在合理的公差范圍內。

4 結語

綜上所述，本文系統(tǒng)地總結和分析了冷軋帶鋼跑偏機制、常見的冷軋帶鋼糾偏設備及其糾偏原理、冷軋帶鋼糾偏設備機械故障及優(yōu)化路徑。在實際的加工生產過程中，帶鋼跑偏是一種較為普遍的現象，該現象受到帶鋼板材、加工或糾偏設備偏差或損耗等多種因素的影響。糾偏裝置可以較好地抑制帶鋼跑偏現象，是提高生產連續(xù)性與穩(wěn)定性、保障帶鋼質量與品質的重要設備。然而，在長期的生產過程中糾偏設備也會發(fā)生不同類型的損耗、形變或者故障，這些問題均會導致糾偏設備的糾偏能力嚴重下降，影響生產穩(wěn)定性，嚴重時甚至可能導致生產機組的損壞，引發(fā)安全事故。應對上述問題應當首先建立定期檢修制度，保障糾偏機組處在良好狀態(tài)，同時也應當針對易損部位設置專人進行重點監(jiān)測，以確保糾偏機組的穩(wěn)定、安全運行。