樊海昇

（天津太鋼天管不銹鋼有限公司，天津 300461）

0 引言

不銹鋼熱軋退火酸洗線作為銜接熱軋工序和冷軋工序的關(guān)鍵性機(jī)組，在全流程生產(chǎn)工序中起到承上啟下的作用。而破鱗機(jī)作為不銹鋼熱軋帶鋼機(jī)械除鱗的必要設(shè)備，廣泛應(yīng)用于不銹鋼的熱軋退火酸洗機(jī)組，其設(shè)置在生產(chǎn)線爐區(qū)和拋丸機(jī)工序之間。破鱗機(jī)主要作用是通過破鱗輥的反復(fù)彎曲延伸，去除不銹鋼帶表面氧化物、降低鋼帶表面粗糙度、提高酸洗效率，同時(shí)改善退火后的原料板型，為后續(xù)冷軋機(jī)組提供板型質(zhì)量保證。而高質(zhì)量的板型又可以避免帶鋼在運(yùn)行中發(fā)生跑偏問題，減少因板型不好對帶鋼通道設(shè)備的損壞。因此，破鱗機(jī)作為熱軋退火酸洗線的重要工藝設(shè)備，對帶鋼酸洗表面的質(zhì)量以及粗糙度和板型質(zhì)量都起到了極大的作用。

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，破鱗機(jī)設(shè)備故障頻繁出現(xiàn)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響退火酸洗機(jī)組的運(yùn)行效率以及產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，分析破鱗機(jī)設(shè)備控制模式和解決常見故障問題顯得尤為重要[1]。本文對不銹鋼熱軋退火酸洗線破鱗機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了介紹，分析了破鱗機(jī)的控制模式在生產(chǎn)線中的重要作用，以及破鱗機(jī)使用時(shí)常見故障產(chǎn)生的原因，提出了對破鱗機(jī)控制模式的改進(jìn)意見，以減少破鱗機(jī)設(shè)備故障的發(fā)生。

1 破鱗機(jī)工作原理

熱軋黑皮退火酸洗機(jī)組的破鱗機(jī)設(shè)備主要作用是機(jī)械去除帶鋼表面氧化物和改善退火后帶鋼板型，具體工作原理分析如下。

1.1 機(jī)械除鱗

利用帶鋼基體與表面氧化層材料性能的差異，采用機(jī)械反復(fù)彎曲折疊的工藝設(shè)計(jì)，使基體材料受力后產(chǎn)生形變?；跓彳埡谄や摼硗嘶鸷蟊砻嫜趸瘜铀苄圆?，強(qiáng)度低，同時(shí)與基體附著力差的特點(diǎn)，在彎曲過程中，氧化層破裂與基體脫落，達(dá)到破鱗除鱗的效果。破鱗機(jī)工作示意如圖1所示。

圖1 破鱗機(jī)工作示意圖

1.2 矯直改善板型

熱軋黑皮鋼卷退火后，由于應(yīng)力釋放，帶鋼顯現(xiàn)出邊浪和中間浪板型，對機(jī)組跑偏和下工序冷軋都會(huì)產(chǎn)生不良影響。破鱗機(jī)采用上三下二的工作輥設(shè)計(jì)，當(dāng)帶鋼在小直徑輥?zhàn)由蠌澢鷷r(shí)，同時(shí)施加張力，由于彎曲和變形的同時(shí)存在，使得帶鋼在遠(yuǎn)低于材料屈服極限的張力下，中心產(chǎn)生塑性延伸，因而能夠改善帶鋼板形。

帶鋼在破鱗機(jī)前后大張力的作用下，通過破鱗機(jī)時(shí)產(chǎn)生了縱向拉應(yīng)力與彎曲應(yīng)力。在兩種力疊加作用下，帶材中形狀不同的長短晶間組織同時(shí)被延伸拉長，在它們彈性收縮之后，延伸變長的晶間組織仍然保留。在經(jīng)過幾次拉伸狀態(tài)下反復(fù)彎曲，使帶鋼產(chǎn)生均勻的塑性延伸，內(nèi)應(yīng)力值相同且方向一致，達(dá)到矯直板型的目的。

2 破鱗機(jī)設(shè)備的整體組成

2.1 破鱗機(jī)基礎(chǔ)設(shè)備

（1）導(dǎo)向輥（張力計(jì)輥）：安裝張力計(jì)，用來測量破鱗機(jī)區(qū)域鋼帶張力。

（2）工作輥：上部兩彎一矯3 個(gè)工作輥是核心工作單元。前2 個(gè)工作輥的壓下量較大，插入深度較大，鋼帶的彎曲半徑較小，主要起到彎曲折疊、鐵鱗剝離的作用；最后一個(gè)工作輥，壓下量較小，主要起到矯直的作用。工作輥由液壓系統(tǒng)控制，行程由液壓缸內(nèi)的線性傳感器測量位置、控制行程。鋼帶下方為2個(gè)固定的工作輥。

（3）換輥裝置：為了便于更換工作輥，需要專用的裝卸設(shè)備。

（4）除塵裝置：由于破鱗機(jī)工作時(shí)，大量鐵鱗的脫落，產(chǎn)生大量的粉塵，需要除塵裝置搜集，達(dá)到環(huán)保要求后排放。

2.2 張力輥組

張力輥組的作用是使帶鋼產(chǎn)生張力，它由4 根入口張力輥和4 根出口張力輥組成。由于破鱗機(jī)需要大張力，所以選擇多組張力輥，用以提升張力。張力輥組為S 型布置，這樣布置的輥組，使得帶鋼與輥?zhàn)又g接觸摩擦的總包角最大，可以使帶鋼產(chǎn)生最大的張力效果。張力輥布置如圖2所示。

圖2 張力輥組裝置示意圖

張力輥組的每個(gè)輥均由相應(yīng)的交流異步電動(dòng)機(jī)通過減速機(jī)傳動(dòng)，出口張力輥組的線速度高于入口張力輥組，帶鋼的張力就是由速度差產(chǎn)生的。張力輥組通過PLC 和變頻器控制，每個(gè)輥電機(jī)的速度和力矩大小可調(diào)。由于入口和出口張力輥組中的電機(jī)處于不同的工作狀態(tài)，入口張力輥電機(jī)是在帶鋼的拖動(dòng)下工作，為了平衡帶鋼的力，電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，我們在實(shí)際生產(chǎn)過程中，觀察到電流是負(fù)電流。如果發(fā)現(xiàn)單獨(dú)一個(gè)電機(jī)狀態(tài)變成了正電流值，通常是由于電機(jī)和輥的聯(lián)軸器出現(xiàn)問題。 出口的張力輥始終處于電動(dòng)狀態(tài)，電流始終是正值[2]。

3 破鱗機(jī)控制方式

3.1 工作輥壓下量控制

工作輥由液壓系統(tǒng)控制上升、下降，同時(shí)使用位置傳感器測量工作輥的位置。工作輥壓下量要根據(jù)不同鋼種彎曲變形工藝要求來調(diào)整。通常來說，壓下量越大，彎曲半徑越小，破鱗效果越好，帶鋼延伸也越多。所以在大壓下量時(shí)，只能使用張力控制或者大延伸率控制，無法保證小延伸率控制。

調(diào)試工藝參數(shù)過程中，首先使用張力控制來調(diào)整壓下量，觀察破鱗效果和板型狀況，同時(shí)觀察延伸率，最終確定各個(gè)鋼種和規(guī)格的控制參數(shù)。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)情況來看，在相同的延伸率作用下，更大的壓下量，可以更明顯的看到氧化層的剝離，但是破鱗輥也受到了更大的力，輥面和軸承磨損更快[3]。

3.2 延伸率控制

延伸率是指帶鋼在壓下力與拉伸張力的作用下，帶鋼長度所產(chǎn)生的增量部分占原始長度的百分比，延伸率計(jì)算公式為（L2-L1）/L1，其中L1為帶鋼原始長度，L2為帶鋼成品長度。

延伸率可以通過測量破鱗機(jī)前后的張力輥速度實(shí)時(shí)測量，由于輥直徑相同，延伸率=（V2-V1）/V1=（N2/n2-N1/n1）/（N1/n1），其中V2 為出口鋼帶速度，V1 為入口鋼帶速度，N2 為出口電機(jī)轉(zhuǎn)速，n2為出口輥減速比，N1 為入口電機(jī)轉(zhuǎn)速，n1 為入口輥減速比。

使用延伸率控制時(shí)，利用安裝在破鱗機(jī)出、入口張力輥電機(jī)的脈沖發(fā)生器來進(jìn)行測速，一側(cè)的電機(jī)速度穩(wěn)定，通過PLC 和變頻器調(diào)節(jié)另一側(cè)的電機(jī)速度達(dá)到調(diào)節(jié)延伸率的參數(shù)。但生產(chǎn)過程中，由于帶鋼延伸，造成帶鋼長度變長，會(huì)降低全線的生產(chǎn)效率。因此在不銹鋼生產(chǎn)過程中，延伸率通常設(shè)定為0.5%～3%。

3.3 張力控制

破鱗輥打開時(shí)，使用張力控制模式。張力控制時(shí)，破鱗機(jī)一側(cè)的電機(jī)速度穩(wěn)定，通過調(diào)節(jié)另一側(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩或是速度，達(dá)到調(diào)節(jié)張力參數(shù)的目的。張力由張力輥表面摩擦力產(chǎn)生。

變頻器對張力輥電機(jī)有兩種控制模式，速度控制方式和轉(zhuǎn)矩控制方式。為了使張力輥能平衡工作，一組張力輥中只有一個(gè)輥采用速度控制，其他輥都采用負(fù)荷分配的方式，將張力分配到其他電機(jī)上，采用轉(zhuǎn)矩控制。

3.4 破鱗機(jī)焊縫通過模式

熱軋退火酸洗機(jī)組為連續(xù)性生產(chǎn)機(jī)組，不銹鋼卷之間通過焊機(jī)焊接在一起。由于焊縫彎曲易開裂，不能直接通過破鱗機(jī)，當(dāng)焊縫通過前，要將工作輥打開。工作輥動(dòng)作時(shí)，延伸率波動(dòng)較大，無法進(jìn)行延伸率控制，所以破鱗機(jī)動(dòng)作以前，首先要轉(zhuǎn)換為張力控制模式，工作輥穩(wěn)定后，才能使用延伸率控制。

4 破鱗機(jī)常見故障及解決措施

由于破鱗機(jī)前后的張力差較大，破鱗輥在焊縫通過時(shí)要打開、閉合，造成此處的故障較多，以下我們對常見的故障進(jìn)行梳理分析，并制定解決措施。

4.1 張力輥打滑

張力輥所建立張力的大小取決于帶鋼和張力輥間的摩擦力，當(dāng)傳動(dòng)電機(jī)的功率增大時(shí)，需要帶鋼和張力輥間的摩擦力也要相應(yīng)地增大。具體原理為：根據(jù)歐拉公式：T2=T1×eμα，其中T1 為張力輥入口端的帶鋼張力，T2 為張力輥出口端的帶鋼張力，μ 為包角處帶鋼與輥面的摩擦系數(shù)，α 為帶鋼與輥面的包角，e為常數(shù)[4]。具體示意如圖3所示。

圖3 張力輥產(chǎn)生張力模式示意圖

當(dāng)張力輥表面由于爐區(qū)冷卻段未完全干燥，造成輥面帶水或摩擦系數(shù)下降，無法產(chǎn)生足夠的摩擦，帶鋼就會(huì)出現(xiàn)打滑趨勢。由于在破鱗機(jī)前后的張力差較大，此處需要多個(gè)張力輥產(chǎn)生足夠的摩擦力才能保證鋼帶的正常運(yùn)行。在設(shè)備維護(hù)過程中，要避免輥面帶入油或水，同時(shí)防止輥面的摩擦系數(shù)降低。實(shí)際生產(chǎn)過程中，發(fā)生打滑時(shí)，在現(xiàn)場通?？梢月牭捷伱婺Σ廉愴憽Ｌ幚矸绞剑呵謇磔伱?，更換張力輥，降低前后的張力差。

4.2 張力輥聯(lián)軸器損壞

生產(chǎn)過程中，由于機(jī)械磨損或其他原因?qū)е聫埩侂姍C(jī)或是減速機(jī)的聯(lián)軸器損壞，造成傳動(dòng)電機(jī)空載，張力負(fù)荷分配不均勻，其他張力輥電機(jī)轉(zhuǎn)矩變大，甚至造成電機(jī)過流跳閘。尤其在破鱗輥打開關(guān)閉的時(shí)候，張力波動(dòng)較大時(shí)候，極易發(fā)生過流的問題。處理方式：更換聯(lián)軸器，或是臨時(shí)更改張力輥組的轉(zhuǎn)矩分配，聯(lián)軸器損壞的轉(zhuǎn)矩按比例分配給其他張力輥。

4.3 破鱗機(jī)處無法建張

現(xiàn)場生產(chǎn)過程中由于破鱗機(jī)張力預(yù)設(shè)值偏小，實(shí)際張力計(jì)測量值超過了預(yù)設(shè)值，造成張力輥倒轉(zhuǎn)，進(jìn)而發(fā)生鋼帶堆積等異常狀況，所以破鱗機(jī)處的張力預(yù)設(shè)值要有最小限幅保護(hù)。同樣張力計(jì)故障，也會(huì)導(dǎo)致測量值不準(zhǔn)確。處理方式：檢查更換傳感器備件。

4.4 破鱗輥竄輥

破鱗機(jī)工作輥軸頭異常發(fā)熱磨損，說明工作輥受到了水平軸向的力，通常是由于工作輥磨損或是機(jī)械結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，輥面受力不垂直導(dǎo)致，需要更換工作輥或是停機(jī)檢測機(jī)械結(jié)構(gòu)。處理方式：降低破鱗機(jī)的張力或是減少破鱗輥的壓下量。

5 結(jié)語

不銹鋼熱軋退火酸洗機(jī)組破鱗機(jī)的高效和穩(wěn)定運(yùn)行可有效減少機(jī)組化學(xué)除鱗的運(yùn)行負(fù)荷。機(jī)組化學(xué)除鱗過程要使用大量酸和水，使得整條退火酸洗線要產(chǎn)生大量的污泥和廢酸洗液。在目前我國環(huán)境保護(hù)要求越來越嚴(yán)的情況下，酸洗污泥和廢酸洗液存放、運(yùn)輸、處理問題越來越成為企業(yè)生產(chǎn)的制約環(huán)節(jié)，而且污泥和廢酸洗液的處理費(fèi)用也較高，這又增加企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的負(fù)擔(dān)。

因此越來越多的不銹鋼冷軋生產(chǎn)廠家開始研究可替代化學(xué)除鱗的更清潔、更環(huán)保除鱗方法，以減少除鱗過程中污染物的排放量，因此傳統(tǒng)的機(jī)械除鱗方式越來越得到重視。常用的拋丸機(jī)械除鱗由于機(jī)械磨損大，維護(hù)成本高，工作量大也倍受責(zé)問；而破鱗機(jī)作為傳統(tǒng)機(jī)械除鱗的代表無疑會(huì)受到進(jìn)一步的重視，對重型破鱗機(jī)和多輥破鱗機(jī)研究和使用也是未來應(yīng)用和發(fā)展方向。