鍍鋅線退火爐帶鋼跑偏停車分析和處理研究

李東輝

（鞍鋼廣州汽車鋼有限公司，廣東 廣州 511434）

0 引言

鍍鋅線退火爐采取的生產(chǎn)技術(shù)相對(duì)完善，爐內(nèi)分為預(yù)熱區(qū)、加熱區(qū)和冷卻區(qū)等，因鋼種規(guī)格具有較大的跨度，再加上退火爐具有較長(zhǎng)的生產(chǎn)線，因此，在實(shí)際運(yùn)行期間容易發(fā)生帶鋼跑偏等問(wèn)題，導(dǎo)致停車，甚至還會(huì)導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)斷帶。本文分析了退火爐帶鋼跑偏問(wèn)題的成因，并提出改進(jìn)對(duì)策，可為解決同類問(wèn)題提供參考。

1 鍍鋅線退火爐帶鋼跑偏停車原因分析

1.1 來(lái)料板形存有缺陷

如果來(lái)料板形足夠平整，且板帶尺寸足夠均勻，帶鋼在寬度方向上會(huì)受到均勻的力作用，不會(huì)發(fā)生跑偏。然而，當(dāng)板形存在缺陷，如兩邊厚度不一，且板形存在單邊浪形時(shí)，會(huì)影響板帶和輥面的接觸，在寬度方向受力不夠均勻，帶鋼在退火爐連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的工況下，帶鋼會(huì)向受力大的一側(cè)偏移，發(fā)生跑偏。同時(shí)，軋制板形呈現(xiàn)月牙彎形狀，受慣性的影響也會(huì)發(fā)生帶鋼跑偏。據(jù)調(diào)查，有75%以上的帶鋼跑偏事件是因板形缺陷引起的[1]。由此可知，導(dǎo)致帶鋼發(fā)生跑偏的主要原因即板形的缺陷。

1.2 鋼種和規(guī)格不同引起的跑偏

帶鋼因種類和規(guī)格有所不同，導(dǎo)致和輥面接觸情況也存在差異。在生產(chǎn)中，軟鋼和輥面接觸更加緊密，在寬度上可獲得相對(duì)均勻的受力，發(fā)生跑偏的機(jī)率不高。硬鋼受材質(zhì)的影響，和輥面接觸不如軟鋼般良好，在彼此接觸上可能會(huì)出現(xiàn)摩擦，導(dǎo)致受力不夠均勻，引發(fā)跑偏。帶鋼規(guī)格的不同對(duì)跑偏程度也會(huì)產(chǎn)生不同的影響，退火爐中間部分具有較寬的平輥距離，呈現(xiàn)著階梯形狀的凸起，對(duì)比寬帶鋼來(lái)說(shuō)，窄帶鋼發(fā)生跑偏的機(jī)率更高。

1.3 爐內(nèi)褶皺

在鍍鋅線退火爐生產(chǎn)線中，帶鋼爐內(nèi)褶皺屬于非常嚴(yán)重的生產(chǎn)事故，不但會(huì)因帶鋼跑偏引發(fā)停車，嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)斷帶。此原理和板形缺陷原理大體相同，都是因帶鋼和輥面接觸不良導(dǎo)致跑偏。同時(shí)，在發(fā)生褶皺后，收縮了寬度尺寸，提高了跑偏的可能性。基于生產(chǎn)工藝角度進(jìn)行分析，爐內(nèi)張力、溫度都是影響爐內(nèi)褶皺的因素，帶鋼在爐內(nèi)張力不合理的情況下，會(huì)受到較大的張力作用，進(jìn)而產(chǎn)生褶皺，帶鋼受到急劇的溫度變化也會(huì)形成褶皺。同時(shí)，如果設(shè)定的溫度不夠標(biāo)準(zhǔn)，在事故停車時(shí)也會(huì)引發(fā)帶鋼爐內(nèi)的褶皺。

2 以汽車板鍍鋅生產(chǎn)線A 線為例分析原因

2.1 設(shè)備運(yùn)作現(xiàn)狀

以汽車板鍍鋅生產(chǎn)線A 線為例，在鍍鋅線生產(chǎn)線運(yùn)作期間，受到原料影響，退火爐帶鋼會(huì)發(fā)生跑偏，引發(fā)爐內(nèi)停車[2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020 年，因跑偏導(dǎo)致停車共計(jì)發(fā)生了32 次，因停車導(dǎo)致的降級(jí)品增加了成本，也影響了生產(chǎn)線的運(yùn)作。

2.2 帶鋼跑偏停車控制存在的問(wèn)題

一是在跑偏后，未對(duì)外發(fā)出足夠的預(yù)警信息，無(wú)法警示操作人員，并在較短的時(shí)間內(nèi)采取應(yīng)急措施，降低或消除停車風(fēng)險(xiǎn)。圖1 是退火爐帶鋼CPC6 跑偏位置的系統(tǒng)操作界面。電動(dòng)伺服缸動(dòng)作的最大量程在產(chǎn)生糾偏動(dòng)作后達(dá)到了80%，會(huì)對(duì)外產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，提示操作人員采取對(duì)策來(lái)降速。然而，因設(shè)立的報(bào)警標(biāo)識(shí)不大，一些工作人員在緊急情況下無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

圖1 CPC6 糾偏系統(tǒng)操作界面

二是糾偏系統(tǒng)內(nèi)部默認(rèn)指標(biāo)和現(xiàn)實(shí)運(yùn)作指標(biāo)不相符，如系統(tǒng)默認(rèn)100 mm 是帶鋼跑偏停車最大的偏移量，當(dāng)偏移量達(dá)到此限定值時(shí)候，會(huì)自動(dòng)發(fā)出停車信號(hào)，導(dǎo)致帶鋼運(yùn)行停車。然而現(xiàn)實(shí)情況卻是，當(dāng)偏移量達(dá)到100 mm 時(shí)，帶鋼因運(yùn)行受阻對(duì)爐壁產(chǎn)生剮蹭，引發(fā)爐內(nèi)斷帶。

2.3 鍍鋅線退火爐帶鋼跑偏停車原因分析

在生產(chǎn)線運(yùn)作期間，如果帶鋼存在的缺陷不是特別嚴(yán)重，可以為操作人員預(yù)留時(shí)間實(shí)施改進(jìn)對(duì)策，通過(guò)調(diào)整和控制參數(shù)，降低停車風(fēng)險(xiǎn)。近些年，公司加大了鍍鋅生產(chǎn)線產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)力度，研發(fā)了很多高強(qiáng)鋼。但是，部分原料鋼產(chǎn)品品質(zhì)特性不夠穩(wěn)定，帶頭或帶尾存在鐮刀彎，對(duì)其進(jìn)行熱處理可能會(huì)引發(fā)鋼產(chǎn)品的變形。對(duì)照生產(chǎn)規(guī)格文件，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況加以確認(rèn)，了解到100 mm 是帶鋼跑偏極限限定值。但到達(dá)臨界值時(shí)，可能會(huì)存在斷帶風(fēng)險(xiǎn)。因此，可以完善控制程序并參照帶鋼的種類和規(guī)格來(lái)調(diào)整跑偏極限值，降低停車風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 改進(jìn)措施

一是完善控制程序?？梢栽诋嬅嬷刑砑优芷＼嚨念A(yù)警閃爍畫面來(lái)警示操作人員，也能使操作人員集中注意力。分析糾偏系統(tǒng)動(dòng)作，對(duì)連接控制程序和畫面通信數(shù)據(jù)機(jī)制加以完善，保障各個(gè)程序可以和畫面及時(shí)通信。

二是更新硬件配置[3]?？梢栽诓僮魇抑性O(shè)置報(bào)警燈，安裝聲光報(bào)警裝置，如圖2 所示，便于操作人員作業(yè)。

圖2 帶鋼跑偏聲光報(bào)警裝置

增加預(yù)警功能，操作人員可以在爐內(nèi)帶鋼發(fā)生跑偏的第一時(shí)間實(shí)施擴(kuò)大張力和降速的對(duì)策，降低停車風(fēng)險(xiǎn)。此裝置聲音較大，操作人員如果處于狹窄的空間下，報(bào)警裝置會(huì)影響操作人員的聽(tīng)力。因此，可以修改程序和畫面，在原來(lái)基礎(chǔ)上添加復(fù)位按鈕，并增加聲光報(bào)警復(fù)位功能。在裝置發(fā)生報(bào)警后，操作人員采取應(yīng)對(duì)對(duì)策修正各個(gè)參數(shù)后，將帶鋼運(yùn)行控制在可控范圍，就可屏蔽此報(bào)警信號(hào)。

三是參照生產(chǎn)線實(shí)際情況，分析出帶鋼規(guī)格和種類不同下的跑偏規(guī)律，對(duì)程序下的跑偏極限值作出更改，比如可以修改控制功能塊，對(duì)CPC6 糾偏系統(tǒng)傳遞的“Ro66-out”信號(hào)進(jìn)行屏蔽，參照帶鋼寬度運(yùn)輸數(shù)據(jù)，設(shè)定各通信功能塊的信號(hào)值。

3 以汽車板鍍鋅生產(chǎn)線B 線為例分析原因

3.1 設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)狀

退火爐屬于工藝段控制的核心設(shè)備。降低鋼硬度，提升鋼性能、提升鋼塑性變形力、預(yù)防鋼變形以及穩(wěn)定組織是其目的。在整個(gè)流程工藝環(huán)節(jié)中，帶鋼形變金屬退火是其關(guān)鍵環(huán)節(jié)，此環(huán)節(jié)的控制工作直接關(guān)系到帶鋼的機(jī)械性能指標(biāo)，因此，要合理的選擇退火的工藝制度。在生產(chǎn)上，退火爐屬于密封式封閉爐，在爐內(nèi)設(shè)計(jì)了爐溫計(jì)和板溫計(jì)，可以實(shí)時(shí)反饋帶鋼和爐內(nèi)的溫度。

3.2 帶鋼跑偏停車控制存在的問(wèn)題

一是降低生產(chǎn)線的速度。在帶鋼跑偏后為降低停車風(fēng)險(xiǎn)，會(huì)降速運(yùn)行，但爐內(nèi)存在慣性，帶鋼速度發(fā)生改變后，會(huì)引發(fā)爐內(nèi)退火溫度的起伏，對(duì)帶鋼產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)生消極影響。

二是當(dāng)帶鋼糾偏裝置達(dá)到臨界值時(shí)會(huì)引發(fā)停車，同時(shí)，為預(yù)防出現(xiàn)剮蹭爐壁的現(xiàn)象，也會(huì)主動(dòng)停車，此舉對(duì)帶鋼質(zhì)量也會(huì)產(chǎn)生不利影響。

三是帶鋼跑偏速度過(guò)快、裝置未能及時(shí)響應(yīng)，帶鋼會(huì)剮蹭爐壁，引導(dǎo)斷帶，在出現(xiàn)此種現(xiàn)象后，退火爐要主動(dòng)停車，降溫冷卻。在處理斷帶問(wèn)題時(shí)，要打開(kāi)爐蓋，對(duì)其中受損的設(shè)施加以維護(hù)，并在吹掃和升溫后保障生產(chǎn)線的運(yùn)行，此過(guò)程花費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)，大約需要20～40 h 不等。因此，對(duì)于生產(chǎn)部門來(lái)說(shuō)，要控制退火爐設(shè)備的運(yùn)行速度、降低帶鋼跑偏概率，保障連續(xù)生產(chǎn)[4]。

3.3 鍍鋅線退火爐帶鋼跑偏停車原因分析

3.3.1 張力

帶鋼張力分布情況發(fā)生變化，張力合力和帶鋼的幾何重心不重合，此時(shí)帶鋼會(huì)對(duì)輥?zhàn)邮┘幽骋环较虻牧?，由于輥?zhàn)庸潭ㄔ谳S向方向，輥?zhàn)釉谑芰笠矔?huì)對(duì)帶鋼產(chǎn)生反作用力，引發(fā)帶鋼的偏移，帶鋼跑偏程會(huì)隨著張力的變小而嚴(yán)重。

3.3.2 爐輥結(jié)瘤

在鍍鋅線生產(chǎn)線運(yùn)作中，因爐內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)作，帶鋼表層會(huì)遺留氧化的鐵皮和雜質(zhì)，這些物質(zhì)在受熱后在爐輥表層會(huì)形成“結(jié)瘤”，爐輥結(jié)瘤現(xiàn)象不但會(huì)影響帶鋼的質(zhì)量，也會(huì)因結(jié)瘤分布不均導(dǎo)致生產(chǎn)受阻，引發(fā)帶鋼在爐內(nèi)跑偏，產(chǎn)生停車風(fēng)險(xiǎn)。

3.3.3 表面粗糙度

如果原料和爐輥表面相對(duì)光滑，帶鋼在爐內(nèi)運(yùn)作時(shí)會(huì)受到張力的作用，其表面和爐輥面彼此貼合，如果原料和爐輥表面足夠粗糙，帶鋼表面和爐輥面會(huì)產(chǎn)生制約，在爐內(nèi)，爐輥會(huì)按照固定的位置去運(yùn)行，保障了爐輥中心線位置可以和帶鋼中心線位置相重合，降低帶鋼跑偏風(fēng)險(xiǎn)。

3.4 改進(jìn)對(duì)策

一是做好張力的優(yōu)化設(shè)置。退火爐包含較多個(gè)分區(qū)，不同分區(qū)對(duì)工藝和溫度有著不同的需求。在溫度較低的分區(qū)內(nèi)，帶鋼和爐輥因摩擦力不夠容易打滑，針對(duì)此分區(qū)可以設(shè)置較大的張力。針對(duì)溫度較高的分區(qū)，帶鋼和爐輥摩擦力較大，可以適當(dāng)降低張力。不同規(guī)格和種類的帶鋼，在張力設(shè)置上也應(yīng)有所不同。針對(duì)較厚以及加熱難度大的帶鋼，要設(shè)置較大的張力。針對(duì)較薄的且容易受熱的可以設(shè)置較小的張力。針對(duì)高強(qiáng)度的帶鋼，可以設(shè)置較大的張力。反之，針對(duì)低強(qiáng)度的帶鋼，可以設(shè)置較小的張力。

二是控制爐輥結(jié)瘤。為減少帶鋼表層的氧化鐵皮，可以增大原料酸洗的時(shí)間，保障帶鋼在進(jìn)入爐內(nèi)之前表面足夠干凈。將帶鋼表面的乳化液和殘留物進(jìn)行清除，提升堿洗效果，以免進(jìn)入爐內(nèi)形成結(jié)瘤。控制爐內(nèi)的溫度，監(jiān)控燃?xì)獾南牧?，保障爐內(nèi)溫度不得急劇變化，在發(fā)生問(wèn)題后可以實(shí)施爐溫和板溫模式共同控制的方式，盡最大可能減少爐內(nèi)帶鋼過(guò)熱和過(guò)冷形成結(jié)瘤。通過(guò)在線磨輥和人工修磨，可以減少出現(xiàn)爐輥結(jié)瘤的概率。在線磨輥特指在生產(chǎn)期間對(duì)帶鋼運(yùn)行速度作出控制和改變，憑借速度差對(duì)結(jié)瘤進(jìn)行修磨。在線修磨在作業(yè)期間需要不停地修磨，效果較差。再加上在修磨期間內(nèi)需要不間斷地升降速操作，加大了爐內(nèi)控制的風(fēng)險(xiǎn)。人工修磨時(shí)，操作人員在檢修期間將爐蓋打開(kāi)，用油石修磨爐輥表面。人工修磨工作人員直接面向爐輥，可以更直接地判斷爐輥表面狀態(tài)，對(duì)比在線磨輥方式，效果更佳。但是，工作人員需要開(kāi)爐蓋，工作強(qiáng)度較大，也面臨一定的安全隱患。因此，操作人員要了解不同修磨方式的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，并結(jié)合實(shí)際情況，選擇適合的修磨方式。

三是保持爐輥的粗糙度。要明確測(cè)量粗糙度的周期，為保障測(cè)量精度，可以應(yīng)用粗糙度儀來(lái)完成測(cè)試，對(duì)于粗糙度較低的爐輥，可以采取人工修磨的方式，特殊情況下，也可以及時(shí)更換爐輥。帶鋼跑偏也會(huì)受到設(shè)備精度的影響，因此，需要專業(yè)人員定期檢查設(shè)備，及時(shí)調(diào)整設(shè)備精度，降低帶鋼跑偏引發(fā)停車的概率。

四是加強(qiáng)入口板形的管理力度。為預(yù)防帶鋼爐內(nèi)跑偏，降低停車風(fēng)險(xiǎn)，要對(duì)爐內(nèi)張力、溫度和速度等指標(biāo)進(jìn)行控制。在入口焊接結(jié)束后，要密切觀察來(lái)料板形情況并向中控反映。工作人員也要分析板形情況，針對(duì)不同的板形實(shí)施不同的改進(jìn)對(duì)策，如針對(duì)輕微的雙邊浪，只需對(duì)工藝參數(shù)作出調(diào)整，保持參數(shù)穩(wěn)定即可。針對(duì)變形嚴(yán)重的單邊或雙邊浪，可以在爐內(nèi)適當(dāng)增加張力，避免出現(xiàn)褶皺，同時(shí)，降低速度，避免發(fā)生帶鋼跑偏的現(xiàn)象。針對(duì)月牙彎狀的板形，工作人員要予以重視，究其原因，此種形狀的板形缺陷嚴(yán)重，會(huì)導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)的斷帶，帶來(lái)安全隱患，因此，要及時(shí)停車并將其切除。針對(duì)板形彎度不明顯的缺陷，工作人員為預(yù)防出現(xiàn)帶鋼跑偏，可以適當(dāng)降低爐內(nèi)速度，避免停車風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，鋼鐵企業(yè)開(kāi)始將冷軋帶鋼的生產(chǎn)重心集中在性能優(yōu)化、質(zhì)量完善和產(chǎn)品形狀的改善上，以此順應(yīng)多樣化的市場(chǎng)需求。在鍍鋅線退火爐帶鋼生產(chǎn)中，因受到板形缺陷、爐輥結(jié)瘤和設(shè)備精度等因素的影響，容易發(fā)生帶鋼跑偏引發(fā)停車的現(xiàn)象，不但降低了生產(chǎn)質(zhì)量，也影響了機(jī)組的穩(wěn)定高效發(fā)展。本課題以兩組退火爐帶鋼運(yùn)作案例為主，探究設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)狀、帶鋼跑偏問(wèn)題以及跑偏原因，并提出改進(jìn)措施，希望可以在源頭上降低發(fā)生故障的頻次，在降低生產(chǎn)成本的基礎(chǔ)上保障鍍鋅線穩(wěn)定生產(chǎn)。