雷華北

（攀鋼集團(tuán)西昌鋼釩有限公司板材廠,四川 西昌615012）

攀鋼2#連退機(jī)組由西馬克工程（中國(guó)）有限公司（SMS）、上海重型機(jī)器廠有限公司、炬威冶金技術(shù)（上海）有限公司（DREVER）、中冶南方威仕爐有限公司、西門子（中國(guó)）有限公司（SIEMENS）、攀鋼托日公司共同承建。2#連退機(jī)組主要由入口段、清洗段、入口活套、退火爐、出口活套、平整機(jī)、出口段［1］等設(shè)備構(gòu)成。入口段由開卷機(jī)［2］、矯直機(jī)及夾送輥、切頭剪等構(gòu)成。在入口段帶鋼甩尾過(guò)程中，由于原有控制模型和邏輯缺陷，致使帶鋼甩尾過(guò)長(zhǎng)，造成帶鋼成材率過(guò)低。

1 入口段帶鋼甩尾偏差原因分析

1.1 入口段帶鋼甩尾偏差

2#連退機(jī)組入口段設(shè)備完成帶鋼的穿帶和甩尾工作，為焊機(jī)焊接創(chuàng)造條件。入口段設(shè)備主要由開卷機(jī)，1#、2#、3#夾送輥，1#、2#、3#、4#、5#開關(guān)，矯直機(jī)，測(cè)厚儀及切頭剪等構(gòu)成，2#連退機(jī)組入口段設(shè)備布置示意圖如圖1所示?，F(xiàn)有入口段設(shè)備帶鋼甩尾偏差過(guò)大，不能滿足生產(chǎn)操作甩尾5～10 m的要求。特別是在薄料生產(chǎn)過(guò)程中，實(shí)際帶鋼甩尾長(zhǎng)度比操作界面設(shè)定值大50 m左右，甩尾過(guò)長(zhǎng)造成切頭剪剪切刀數(shù)變多，影響到下一卷備卷時(shí)間，制約著入口段生產(chǎn)節(jié)奏；同時(shí)甩尾過(guò)長(zhǎng)的帶鋼將會(huì)被切廢扔掉，這對(duì)帶鋼成材率造成嚴(yán)重影響，最大時(shí)可使成材率降低1%，影響連退機(jī)組生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性。在厚料生產(chǎn)過(guò)程中，偶爾出現(xiàn)實(shí)際帶鋼甩尾長(zhǎng)度比HMI（人機(jī)操作界面）設(shè)定值偏短的現(xiàn)象，因?yàn)檐垯C(jī)軋制帶鋼過(guò)程中，有一定長(zhǎng)度的帶鋼卷芯有超厚現(xiàn)象，甩尾過(guò)短會(huì)造成帶鋼剪廢長(zhǎng)度不夠，對(duì)焊縫質(zhì)量造成影響；嚴(yán)重時(shí)，帶尾跑出焊機(jī)，造成機(jī)組停機(jī)。

圖1 2#連退機(jī)組入口段設(shè)備布置示意圖Fig.1 Schematic Diagram for Equipment Arrangement at Entrance Section of No.2 Continuous Annealing Unit

1.2 入口段帶鋼甩尾偏差原因分析

依據(jù)現(xiàn)有入口段帶鋼甩尾數(shù)學(xué)模型以及鋼卷長(zhǎng)度體積與鋼卷卷徑體積相等的原則［3］，則：

式中，S為帶鋼計(jì)算長(zhǎng)度，mm；δ為帶鋼計(jì)算厚度，mm；D為鋼卷計(jì)算外徑，mm；d為鋼卷計(jì)算內(nèi)徑，mm；B為帶鋼計(jì)算寬度，mm。

如果甩尾長(zhǎng)度設(shè)定為L(zhǎng)（mm），入口段開卷計(jì)算運(yùn)行長(zhǎng)度為K（mm），則：

以上為理論情況，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中由于帶鋼厚度δ、鋼卷外徑D、鋼卷內(nèi)徑d是變量，就會(huì)造成鋼卷計(jì)算長(zhǎng)度S值與鋼卷實(shí)際長(zhǎng)度S1出現(xiàn)偏差，而鋼卷甩尾長(zhǎng)度計(jì)算模型中沒有相對(duì)應(yīng)的變化修訂參數(shù)，就會(huì)致使鋼卷實(shí)際甩尾長(zhǎng)度L1與設(shè)定甩尾長(zhǎng)度L不相等，給生產(chǎn)造成被動(dòng)和損失。帶鋼停止之前的速度V1過(guò)大，也會(huì)造成甩尾偏差過(guò)大。實(shí)際甩尾長(zhǎng)度L1與設(shè)定長(zhǎng)度L、鋼卷實(shí)際長(zhǎng)度S1和鋼卷計(jì)算長(zhǎng)度S之間的換算如公式（4）所示：

1.2.1 厚度δ變化影響

下游用戶買同噸位帶鋼要更長(zhǎng)的帶鋼，往往按照國(guó)標(biāo)要求取下限范圍訂貨。為了滿足用戶要求，全部按照國(guó)標(biāo)下限生產(chǎn)，這就會(huì)使實(shí)際的帶鋼厚度 δ1＜ δ，帶入公式（2）可得：

實(shí)際鋼卷帶鋼長(zhǎng)度 S1＞S，帶入公式（4）可得，鋼卷實(shí)際甩尾長(zhǎng)度L1＞L。該情況在薄帶鋼生產(chǎn)中表現(xiàn)明顯，為客觀存在的現(xiàn)象。

1.2.2 外徑D變化影響

由于酸軋機(jī)組下線鋼卷在分切時(shí)，外圈帶鋼在卷曲過(guò)程中，助卷輥為線接觸，沒有軋制過(guò)程中對(duì)鋼卷的包裹力大，致使外圈有松弛現(xiàn)象；同時(shí)酸軋機(jī)組下線的鋼卷在70℃左右，而連退機(jī)組上卷溫度為30℃左右，溫度落差會(huì)造成鋼卷外圈有松弛現(xiàn)場(chǎng)；加之酸軋機(jī)組下線鋼卷在吊車吊運(yùn)過(guò)程中，由于鋼卷捆帶有一定間隙，在帶尾擴(kuò)張力的作用下，也會(huì)造成鋼卷外圈出現(xiàn)松弛。酸軋機(jī)組下線鋼卷外圈松弛后，中間沒有技術(shù)手段能夠?qū)⑺沙诘膸不謴?fù)到實(shí)際值，連退機(jī)組監(jiān)測(cè)的鋼卷外徑為松弛的鋼卷外徑D［4-5］，所以致使鋼卷實(shí)際外圈直徑 D1＜D，根據(jù)公式（2）可得：

鋼卷實(shí)際長(zhǎng)度 S1＜S，帶入公式（4）可得，實(shí)際鋼卷甩尾長(zhǎng)度L1＜L。該情況在厚帶鋼生產(chǎn)中表現(xiàn)很明顯，為客觀存在的現(xiàn)象。

1.2.3 內(nèi)徑d變化影響

酸軋機(jī)組鋼卷在卷取機(jī)上卸卷過(guò)程中，由于軋機(jī)軋制過(guò)程中的單位張力大于40 MPa，當(dāng)卷筒收縮時(shí)，鋼卷內(nèi)圈帶鋼由于其表面有乳化液，摩擦阻力很小，鋼卷內(nèi)圈會(huì)出現(xiàn)向內(nèi)部縮徑現(xiàn)象；同時(shí)酸軋機(jī)組下線的鋼卷在70℃左右，而連退機(jī)組上卷溫度為30℃左右，由于溫度落差也會(huì)造成鋼卷內(nèi)圈向內(nèi)部縮徑現(xiàn)象。酸軋機(jī)組下線鋼卷內(nèi)圈縮徑后，連退開卷機(jī)單位張力在20 MPa左右，沒有技術(shù)手段能夠?qū)⑺沙诘膬?nèi)圈恢復(fù)到實(shí)際值，連退機(jī)組監(jiān)測(cè)的鋼卷內(nèi)徑為松弛的內(nèi)徑d，所以致使鋼卷實(shí)際內(nèi)圈直徑 d1＞d，根據(jù)公式（2）可得：

鋼卷實(shí)際長(zhǎng)度 S1＜S，帶入公式（4）可得，實(shí)際鋼卷甩尾長(zhǎng)度L1＜L。該情況在厚帶鋼生產(chǎn)中表現(xiàn)很明顯，為客觀存在的現(xiàn)象。

1.2.4 帶鋼甩尾速度過(guò)大影響

由于帶鋼甩尾時(shí)的制動(dòng)時(shí)間和制動(dòng)力矩恒定，當(dāng)帶鋼甩尾的速度V1過(guò)大，會(huì)出現(xiàn)帶鋼甩尾偏差，如下公式（8）所示。

式中，V1表示帶鋼甩尾速度，m/min；α表示帶鋼甩尾加速度，m/s2；t表示帶鋼甩尾完成時(shí)間，s；

帶鋼甩尾加速度α是個(gè)恒定值，開卷機(jī)的制動(dòng)盤制動(dòng)力矩T也是個(gè)恒定值，當(dāng)帶鋼甩尾速度從V1變?yōu)?時(shí)，甩尾制動(dòng)時(shí)間需要t，當(dāng)V1變大，那么t也會(huì)變大，開卷機(jī)的制動(dòng)盤制動(dòng)力矩T作用時(shí)間變長(zhǎng)，造成帶尾在入口段定位不準(zhǔn)確，為客觀存在的現(xiàn)象。

2 入口段帶鋼甩尾偏差解決措施

根據(jù)帶鋼δ、鋼卷外徑D、鋼卷內(nèi)徑d三個(gè)變量的理論分析，可以得出，帶鋼厚度δ會(huì)致使所有鋼卷帶鋼甩尾實(shí)際帶尾變長(zhǎng)；鋼卷外徑D和內(nèi)徑d僅致使厚鋼卷帶鋼甩尾實(shí)際帶尾變短，在鋼卷帶鋼厚度δ作用下，厚料鋼卷帶鋼甩尾基本受控，但在2#連退機(jī)組4年的生產(chǎn)過(guò)程中也出現(xiàn)過(guò)3次（1次鋼卷外徑過(guò)度松弛引起的，1次厚帶鋼進(jìn)行正偏差生產(chǎn)引起的，1次為甩尾速度過(guò)高引起的）的帶尾逃逸現(xiàn)象。

2.1 增設(shè)糾偏系數(shù)

根據(jù)帶鋼甩尾偏差原因分析可知，用戶要求帶鋼進(jìn)行下極限生產(chǎn)，造成帶鋼甩尾過(guò)長(zhǎng)，薄料超長(zhǎng)測(cè)試統(tǒng)計(jì)表見表1。為滿足用戶下極限的實(shí)際需求，解決思路是將鋼卷內(nèi)徑參數(shù)d通過(guò)糾偏系數(shù)E進(jìn)行彌補(bǔ)，如下公式（9）所示：

表1 薄料超長(zhǎng)測(cè)試統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistical Table for Overlength Test of Thin Materials

通過(guò)對(duì)表1鋼種厚度的分析，E=3 mm能解決所有鋼卷帶鋼實(shí)際甩尾帶鋼過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題，但會(huì)產(chǎn)生鋼卷帶鋼甩尾實(shí)際帶尾變短的問(wèn)題，出現(xiàn)帶尾逃逸。

2.2 增設(shè)兩次降速

根據(jù)圖1所示，上通道包括開卷機(jī)，1#、2#、3#夾送輥，1#、2#、3#、4#、5#開關(guān)，矯直機(jī)，測(cè)厚儀及切頭剪等。由于酸軋機(jī)組穿帶帶鋼10 m長(zhǎng)度范圍內(nèi)厚度波動(dòng)大，需要切除才能保證連退焊機(jī)焊接質(zhì)量。為保證帶鋼停止位置準(zhǔn)確，避免慣性對(duì)停機(jī)位置的影響，所以增設(shè)兩次降速控制來(lái)降低帶鋼甩尾的動(dòng)能，使其小于制動(dòng)力矩，滿足精確甩尾定位的需要。

因?yàn)?#連退機(jī)組實(shí)際生產(chǎn)鋼卷外徑D在Φ1 000～Φ2 000 mm之間，內(nèi)徑d為Φ610 mm，糾偏系數(shù)E為3 mm，代入公式9進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)公式（9）設(shè)置開卷機(jī)第一次降速，將剩余帶鋼長(zhǎng)度S2=150 000 mm作為第一降速到120 m/min的先決條件，修訂控制邏輯見公式（10）：

式中，S2表示帶鋼計(jì)算剩余長(zhǎng)度，mm；D2表示鋼卷計(jì)算剩余外徑，mm；

因?yàn)?#連退機(jī)組實(shí)際生產(chǎn)鋼卷帶鋼厚度δ在0.35～2.5 mm，為了保證5～10 m的甩尾量，根據(jù)公式（9）設(shè)置開卷機(jī)第二次降速，將剩余帶鋼長(zhǎng)度S3=30 000 mm作為第二降速到60 m/min的先決條件，修訂控制邏輯如公式（11）所示：

式中，S3表示帶鋼計(jì)算剩余長(zhǎng)度，mm；D3表示鋼卷計(jì)算剩余外徑，mm；

因?yàn)槿肟诙蔚募訙p速度是恒定的，經(jīng)過(guò)兩次降速，可以有效降低帶鋼運(yùn)行動(dòng)能，確保其低于開卷機(jī)制動(dòng)力矩，減少帶鋼停止時(shí)的沖擊偏差。

2.3 增設(shè)“或”保護(hù)控制邏輯

由圖1上通道的布置圖可知，上通道1#開關(guān)到切頭剪距離12.5 m，上通道2#開關(guān)到切頭剪距離11 m。為了避免甩尾過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短，根據(jù)上通道到切頭剪距離11 m的這兩個(gè)開關(guān)，編輯一個(gè)“或”的開關(guān)保護(hù)控制邏輯，當(dāng)上通道1#開關(guān)或上通道2#開關(guān)中的任意一個(gè)開關(guān)未檢測(cè)到帶鋼作為上通道停機(jī)的必要條件，此時(shí)上通道切頭剪動(dòng)作進(jìn)行鋼卷帶鋼甩尾剪廢。根據(jù)圖1所示，對(duì)于下通道來(lái)說(shuō)，下通道修訂控制邏輯與上通道相似：開卷機(jī)第一次降速按照公式（9）修訂控制邏輯；開卷機(jī)第二次降速按照公式（10）修訂控制邏輯；下通道1#開關(guān)和下通道2#開關(guān)編輯成一個(gè)“或”的控制邏輯，保護(hù)帶尾不逃逸，定位長(zhǎng)度準(zhǔn)確，見圖2所示。

圖2 “或”保護(hù)控制示意圖Fig.2 Protective Control Schematic for OR Order

3 應(yīng)用效果

通過(guò)采取上述措施，攀鋼2#連退機(jī)組實(shí)際鋼卷甩尾長(zhǎng)度偏差受控，再未出現(xiàn)帶尾逃逸出焊機(jī)現(xiàn)象，連切頭剪位置也未出現(xiàn)過(guò)帶尾逃逸，剪廢實(shí)際長(zhǎng)度控制在5～10 m。整個(gè)控制模型改造后，其成材率由原來(lái)的94.5%提高到95.6%，提升了1.1個(gè)百分點(diǎn)，焊縫斷帶次數(shù)明顯降低，可在同類型連續(xù)生產(chǎn)機(jī)組推廣應(yīng)用，應(yīng)用效果統(tǒng)計(jì)表見表2。

表2 應(yīng)用效果統(tǒng)計(jì)表Table 2 Statistical Table for Application Effect mm

4 結(jié)語(yǔ)

攀鋼2#連退機(jī)組定位生產(chǎn) （0.35～2.5）mm×（850～1620）mm的高強(qiáng)汽車板，已成功開發(fā)生產(chǎn)DP980 MPa和QP980 MPa產(chǎn)品。針對(duì)其入口段帶鋼甩尾偏差大的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)帶鋼厚度δ、鋼卷外徑D、鋼卷內(nèi)徑d、帶鋼甩尾速度V1的原因分析，提出在甩尾數(shù)學(xué)模型增加糾偏系數(shù)，設(shè)置開卷機(jī)第一次和第二次降速降低甩尾速度，上下通道雙開關(guān)“或”保護(hù)控制邏輯的解決對(duì)策，將帶鋼的甩尾長(zhǎng)度控制在5～10 m之內(nèi)，減少了帶尾切廢浪費(fèi)，提升了機(jī)組生產(chǎn)效益，在同行業(yè)具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。