王克柱

（山鋼股份濟(jì)南分公司 熱連軋廠，山東 濟(jì)南 250101）

1 前言

濟(jì)鋼1700mm短流程熱軋帶鋼生產(chǎn)線年設(shè)計(jì)能力250萬t，2006年1月投產(chǎn)。軋線主要設(shè)備有：3座步進(jìn)梁式長板坯加熱爐（包括后增1座）、1架帶立輥四輥可逆式粗軋機(jī)、1臺(tái)切頭飛剪、六機(jī)架精軋機(jī)組、1套帶鋼層流冷卻裝置、3臺(tái)地下卷取機(jī)（包括后增1臺(tái)）。產(chǎn)品為熱軋鋼卷。鋼種主要有低碳鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金鋼、耐候鋼、管線鋼等?？缮a(chǎn)規(guī)格：厚度1.8～20mm、寬度900～1600mm的熱軋帶鋼［1］。隨著產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，薄規(guī)格比例不斷加大，卷取塔形大量出現(xiàn)，嚴(yán)重影響薄規(guī)格帶鋼生產(chǎn)比例的提高，甚至出現(xiàn)卷取機(jī)異常停車、卷取機(jī)組卡鋼等事故，影響生產(chǎn)安全穩(wěn)定運(yùn)行，生產(chǎn)能力受到極大的限制，品種規(guī)格拓展困難。為此，采取了一系列優(yōu)化措施，取得了較好的效果。

2 卷取塔形問題分析

為了快速確定塔形問題優(yōu)化方向，首先從帶鋼長度方向上分3段分析塔形產(chǎn)生的原因。

第1段為帶鋼頭部，包括從夾送輥咬鋼到建立穩(wěn)定卷取張力的時(shí)間內(nèi)卷取的帶鋼。帶鋼出精軋長度約140m。在這段時(shí)間內(nèi)卷取尚未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，帶鋼雖在咬入夾送輥前，通過導(dǎo)尺二次短行程控制達(dá)到對(duì)中狀態(tài)，但在咬入夾送輥后，向助卷輥運(yùn)動(dòng)中頭部?jī)蓚?cè)處于無約束狀態(tài)，頭部的“鐮刀彎”會(huì)引發(fā)卷取的不對(duì)中現(xiàn)象；同時(shí)，由于有時(shí)帶鋼頭部形狀的左右不完全對(duì)稱會(huì)導(dǎo)致帶鋼咬入助卷輥初期的兩側(cè)不均勻受力，從而引起第1圈纏繞位置的不對(duì)中，產(chǎn)生一定的內(nèi)塔形。另外，助卷輥與卷筒的平行度不良時(shí)也將引發(fā)帶鋼頭部的不均勻受力，從而產(chǎn)生內(nèi)塔形。

第2段為卷筒與F6之間建立穩(wěn)定卷取張力后到帶鋼尾部離開F6的時(shí)間內(nèi)卷取的帶鋼。在這段時(shí)間內(nèi)，卷筒與F6建立了穩(wěn)定的卷取張力，同時(shí)側(cè)導(dǎo)板處于動(dòng)態(tài)糾偏的控制狀態(tài)，即使在側(cè)導(dǎo)板開口度偏大或偏小情況下，通過ITV的監(jiān)視也可及時(shí)修正。因此，第2段的控制相對(duì)較為簡(jiǎn)單，引起的鋼卷塔形或面包卷也較少。

第3段為帶尾離開F6開始到全部卷取的時(shí)間內(nèi)卷取的帶鋼，其長度等于F6到卷筒之間的距離，約為120m。在這段卷取過程中，張力靠夾送輥和導(dǎo)尺的夾持產(chǎn)生，任何的板形不良都將明顯地表現(xiàn)出來，并直接影響到卷形而形成外塔形。在實(shí)際生產(chǎn)中，外塔形產(chǎn)生概率較高，塔形量也較大。在板形控制不夠理想時(shí)，控制合適的帶鋼張力與夾送輥壓力之比對(duì)控制外塔形的效果較為明顯。操作者也可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和ITV的觀察情況，通過微調(diào)夾送輥單側(cè)的壓力來適當(dāng)改善外塔形。

3 卷取塔形的控制方法

通過對(duì)帶鋼全長方向上出現(xiàn)塔形情況的分析，提出了針對(duì)卷取機(jī)側(cè)導(dǎo)板、夾送輥等設(shè)備的改造，卷取張力的合理設(shè)定、夾送輥輥型的開發(fā)等一系列控制卷取塔形的措施。

3.1 卷取機(jī)前側(cè)導(dǎo)尺改造

1）卷取機(jī)側(cè)導(dǎo)尺平行度改造。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，導(dǎo)尺平行度超標(biāo)，入口較出口大13mm。由于導(dǎo)尺的不平行現(xiàn)象，造成導(dǎo)尺磨損不均，磨損速度加快，更換頻繁，增加了成本，同時(shí)也造成了卷取卷型的異常，在F6拋鋼后，容易造成塔形。針對(duì)這一現(xiàn)象，改造將1#卷取機(jī)平行段工作側(cè)導(dǎo)尺后移1個(gè)齒距。1個(gè)齒距為13.5mm，這樣就保證了導(dǎo)尺的平行度。

2）卷取側(cè)導(dǎo)尺短行程和控制時(shí)序改造。通過對(duì)卷取機(jī)導(dǎo)尺短行程時(shí)序的分析，發(fā)現(xiàn)二級(jí)設(shè)定的導(dǎo)尺開口度相對(duì)較大，動(dòng)作不夠迅速，不能及時(shí)夾持到帶鋼。而卷取機(jī)導(dǎo)尺不能及時(shí)將帶鋼頭部導(dǎo)入到中心位置，是形成頭部塔形的重要原因。通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，將二級(jí)設(shè)定的余量W0由135mm修改為100mm，將導(dǎo)尺的一次短行程B由50mm修改為最大70mm，二次短行程D修改為30mm；將卷取側(cè)導(dǎo)板一次短行程的動(dòng)作時(shí)序滯后，二次短行程時(shí)序適當(dāng)提前（見圖1）。針對(duì)導(dǎo)尺響應(yīng)速度慢的問題，對(duì)導(dǎo)尺動(dòng)作速度進(jìn)行了調(diào)整。修改后帶鋼的頭部對(duì)中問題得到解決，很好地控制了卷取內(nèi)塔的超標(biāo)問題，頭部塔形控制良好。

圖1 側(cè)導(dǎo)板動(dòng)作時(shí)序示意圖

3.2 卷取機(jī)夾送輥輥型改造

卷取機(jī)夾送輥工作壓力對(duì)帶鋼的卷形起著非常重要的作用。在卷取過程中，要求夾送輥?zhàn)饔迷趲т摫砻娴牧ρ貛т摫砻鏅M向均勻分布，否則會(huì)在帶鋼表面產(chǎn)生橫向移動(dòng)的力，造成帶鋼跑偏，從而造成帶鋼在卷取過程中出現(xiàn)塔形。

改造前由于夾送輥為平輥，中間磨損大于邊部，造成磨損不均。通過跟蹤生產(chǎn)中使用的夾送輥，對(duì)夾送輥的磨損進(jìn)行了詳細(xì)的分析，夾送輥的多條磨損曲線見圖2。

圖2 夾送輥下機(jī)磨損曲線

分析圖2可知：1）生產(chǎn)1個(gè)輥期后，上夾送輥中部磨損部位的直徑比其邊部磨損部位的平均直徑小3～5mm。此時(shí)夾送輥已經(jīng)起不到壓緊夾持帶鋼的作用，難以實(shí)現(xiàn)工藝上要求的夾送輥的建張要求，鋸齒卷、塔形卷和尾部跑偏問題出現(xiàn)頻繁，產(chǎn)品質(zhì)量明顯下降，造成薄規(guī)格帶鋼無法軋制，此時(shí)必須更換夾送輥。2）下夾送輥也有相當(dāng)程度的磨損。下夾送輥的作用不僅僅局限于輥道傳遞，在軋制薄料時(shí)，上、下夾送輥之間合理的速度匹配及對(duì)帶鋼施加適當(dāng)?shù)膴A持力是良好卷形的保證。

薄料的軋制量增加造成夾送輥磨損量相應(yīng)增大。適當(dāng)增加上、下夾送輥的輥型凸度，可延長夾送輥的使用壽命，減少換輥次數(shù)，同時(shí)使上、下夾送輥的凸度具有更合理的分配［2］。其原因如下：1）夾送輥凸度過大，致使夾送輥與帶鋼之間的接觸由面接觸變?yōu)榫€接觸，從而增大了夾送輥與帶鋼間的壓力，對(duì)卷型也不利；2）考慮到夾送輥受熱膨脹的影響，夾送輥凸度不宜過大［3］。

基于以上分析，經(jīng)過試驗(yàn)和調(diào)整，最終選用如圖3所示的夾送輥輥型配置。即上夾送輥凸度為0.75mm，下夾送輥凸度為1.5mm。

圖3 優(yōu)化后的夾送輥輥型配置

實(shí)踐證明，優(yōu)化后的夾送輥輥型配置，在保持良好卷形的前提下，大幅度提高了夾送輥的使用壽命，減少了換輥次數(shù)，從而提高產(chǎn)能，降低輥耗，提高了卷形質(zhì)量。

3.3 卷取機(jī)夾送輥壓力修正功能

卷取機(jī)夾送輥操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)各有1個(gè)輥縫調(diào)節(jié)液壓缸，每個(gè)液壓缸分別內(nèi)置位置傳感器。液壓缸兩個(gè)腔的液壓回路接壓力傳感器。盡管夾送輥設(shè)計(jì)了輥型，但夾送輥在使用過程中還是會(huì)存在不同程度的不均勻磨損。為延長夾送輥的使用周期，保證卷形質(zhì)量，濟(jì)鋼自行開發(fā)了夾送輥壓力修正功能。夾送輥輥縫液壓傳動(dòng)系統(tǒng)有兩種控制模式：一種是APC（自動(dòng)位置控制）模式；另一種是AFC（自動(dòng)力控制）模式（見圖4、圖5）。

圖4 夾送輥APC控制模式

圖5 夾送輥AFC控制模式

1）APC模式：夾送輥輥縫位置控制是通過比較輥縫設(shè)定值和實(shí)際反饋值來控制夾送輥輥縫。實(shí)際位置通過安裝在夾送輥輥縫液壓缸內(nèi)的位置傳感器檢測(cè)出來。設(shè)定值和反饋值的偏差通過PI（比例積分）環(huán)節(jié)給到伺服閥的輸出。

2）AFC模式：夾送輥輥縫壓力控制是通過比較壓力設(shè)定值和實(shí)際反饋值來控制夾送輥壓力。實(shí)際壓力通過安裝在夾送輥輥縫液壓缸有桿腔和無桿腔內(nèi)的壓力傳感器檢測(cè)出液壓缸的壓力；液壓缸的壓力在Power PC中變換成夾送輥力實(shí)際值。Power PC計(jì)算助卷輥力設(shè)定值和實(shí)際值的偏差，偏差通過PI（比例積分）環(huán)節(jié)給到伺服閥的輸出。

隨著卷取機(jī)夾送輥在卷取帶鋼時(shí)的磨損，會(huì)造成帶鋼偏移，薄材對(duì)夾送輥的要求更高。為了更好地控制卷取機(jī)的卷形，延長卷取機(jī)夾送輥的使用周期，在電氣一級(jí)控制畫面上增加了夾送輥張力修正畫面。對(duì)于夾送輥的不均勻磨損，操作人員可以進(jìn)行人工修正。此項(xiàng)功能的投用，大大改善了卷取的卷形質(zhì)量，解決了卷取機(jī)的尾部跑偏問題。

3.4 優(yōu)化卷取機(jī)張力設(shè)定

現(xiàn)代熱軋帶鋼卷取生產(chǎn)中，普遍采用張力卷取來改善卷取過程中帶鋼的變形狀態(tài)，減輕塔形、扁卷、松卷和尾部跑偏等缺陷。卷取機(jī)卷筒在卷鋼過程中必須有一定的張力。卷取張力的大小取決于卷取機(jī)卷筒的工作狀態(tài)和產(chǎn)品規(guī)格，不合適的張力數(shù)值會(huì)直接影響產(chǎn)品質(zhì)量［4］。過大的卷取張力會(huì)影響產(chǎn)品內(nèi)部的金相組織，甚至造成生產(chǎn)產(chǎn)品的規(guī)格不滿足交付要求。反之，過小的卷取張力亦會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量及出現(xiàn)帶鋼跑偏。

為了使設(shè)定的張力值適應(yīng)生產(chǎn)實(shí)際，在生產(chǎn)中選取滿足上述理論和生產(chǎn)實(shí)際的單位張力值，找出單位張力與帶鋼厚度、鋼種之間的變化規(guī)律，建立數(shù)學(xué)模型。通過現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)實(shí)際情況，對(duì)卷取單位張力數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了優(yōu)化，并對(duì)夾送輥的負(fù)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行了優(yōu)化，保證了精軋拋鋼后的張力，優(yōu)化效果如圖6所示。

圖6 優(yōu)化前后卷取張力曲線

優(yōu)化前張力設(shè)定值不合理，曲線波動(dòng)較大，張力的波動(dòng)必然會(huì)造成卷質(zhì)量的波動(dòng)，這也是造成薄規(guī)格帶尾跑偏的原因之一。優(yōu)化后張力設(shè)定值逐漸趨于合理，曲線波動(dòng)比較平穩(wěn)。張力的平穩(wěn)與合理使卷形控制得到了保障，對(duì)解決帶鋼的跑篇問題有很大的促進(jìn)作用。

4 應(yīng)用效果

通過對(duì)卷取機(jī)機(jī)前導(dǎo)尺短行程的優(yōu)化，夾送輥輥型開發(fā)和壓力修正功能的投用及卷取張力優(yōu)化，解決了帶鋼在卷取后的頭部塔形和尾部跑偏問題，目前頭部塔形控制在30mm內(nèi)，尾部微小塔形不超過半圈，滿足了客戶的要求，提高了合格率。通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用，生產(chǎn)運(yùn)行1.5 a，安全穩(wěn)定。由于卷取機(jī)造成的塔形改判率由原來的0.4%降低到目前的0.16%，卷取塔形問題產(chǎn)生的次品量減少60%。

［1］ 賈澤明，劉韶山.完善濟(jì)鋼1700mm熱連軋生產(chǎn)工藝的探討［J］.山東冶金，2006，28（8）：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）：33-36.

［3］ 冶金工業(yè)部武漢鋼鐵設(shè)計(jì)研究院.板帶車間機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1987.

［4］ 李彥清.張力卷筒的設(shè)計(jì)及受力分析［J］.鋼鐵技術(shù)，2005（1）：10-14.