橫切線開卷鋼板劃傷的分析與處理

殷恒波，李亨杰

華菱漣鋼2250熱扎板廠，湖南 婁底 417009

0 引言

華菱漣鋼2250熱扎板廠板材橫切及熱處理工程由德國西馬克設計，2010年2月開工，于2010年10月投產，是將熱軋板廠生產的成品鋼卷加工成板材，一部分作為商品材，另一部分進行熱處理。在熱連軋生產線后對鋼板進行熱處理，這一技術走在世界的前列，該線的裝備水平達到國際先進水平。橫切線設計生產規模為年產50萬t橫切板。熱處理部分按兩期規劃，其中一期在新建廠房內建設1#、2#熱處理生產線及其它配套設備、設施，設計年產熱處理板15萬t。二期建設3#、4#熱處理生產線及其它配套設備、設施，設計年產熱處理板15萬t。板材橫切及熱處理生產線投產后在鋼板通過開卷機時，鋼板表面形成低于扎制面的縱向劃溝，嚴重影響板材的成材率和產品質量。為此項目組成立攻關小組，小組針對存在問題，對開卷機的生產工藝、過程的受力分析和控制系統分析，找到了原因，采取了相應措施，解決了這一難題，達到了預期的效果，為華菱漣鋼作出較大的貢獻。

1 開卷時鋼板劃傷的原因分析

1.1 表面劃傷的定義

所謂劃傷，即是鋼板表面有低于軋制面的縱橫向劃溝，單個或斷續地分布在鋼板表面上，高溫刮傷溝底有薄層氧化鐵皮，冷態刮傷可見金屬光澤，溝底呈灰白色。產生的原因是鋼板在軋制或輸送過程中，機械設備上尖角或突出部分劃傷其板面所致。

1.2 表面劃傷的原因分析

自華菱漣鋼2250熱扎板廠橫切線熱負荷試車成功以來，生產16mm以下的鋼板按照SMS設計的步驟和方式進行開卷時，鋼卷在開卷過程中沒有產生表面缺陷。當生產16mm以上的鋼板再按照SMS設計的步驟和方式進行開卷時，鋼卷在開卷過程中不可避免地產生表面缺陷：挫傷！同類型生產線在我國還為數不多，通過實地考察了解到，馬鋼同種生產線也存在同樣的問題，且一直沒找到到很好的解決辦法。開卷設備示意圖如圖1：

圖1

結合現場對生產過程的仔細觀察，分析其產生原因，主要有以下幾個方面：

1） 機組運行參數不匹配

在穿帶時會出現各單體機組的速度不匹配或者是參數不正常，也會出現挫傷。

2） 鋼卷松卷

鋼卷在上料前已經松卷，為了保證松卷的鋼卷能夠順利地進入開卷機，鋼卷在地輥站上旋緊，鋼卷層與層之間會發生相對位移，這個過程對鋼卷有一定的損傷。

3）相對運動造成的摩擦

鋼卷進入開卷機反轉200°后，壓輥壓下來，由于壓輥是一個自由輥和一個由液壓馬達驅動的主動輥，自由輥在鋼卷表面的摩擦會造成鋼板表面的挫傷，另外，厚鋼板的強度比薄鋼板的強度大，在反轉過程中，鋼卷有松卷過程，只要鋼卷在開卷機上松卷，就會產生挫傷。

在用處理輥壓帶鋼的頭部時，開卷機帶動鋼卷旋轉，帶鋼的頭部在穿帶臺上肯定是向下扣的，那么開卷機帶動鋼卷旋轉時，帶鋼的頭部不會順利前進，會給開卷很大的摩擦阻力，將會造成層與層之間發生相對位移，因而會產生挫傷。

4） CPC 跑偏

CPC跑偏時，開卷機芯軸在CPC對中時，會發生鋼板與處理輥的摩擦，從而產生挫傷。

2 針對存在的問題，攻關小組采取的措施

2.1 機組運行參數的調整

生產前確認該鋼卷參數的合理性，主要是確認每卷鋼卷的物理參數，如重量、寬度、厚度等，由此設置各單體機組的速度，使各設備間的速度能夠匹配。

2.2 避免鋼卷松卷措施

我們對鋼板的壓頭方式進行了改進，以前所用的是處理輥在0到900的橫移行程下，處理輥向下壓帶頭，改進后處理輥在-400到900的橫移行程下壓帶頭，首先用壓輥推動鋼卷旋轉，使帶鋼頭部到穿帶臺上有一定的長度，再用處理輥壓一下帶頭，在不上升處理輥的情況下，穿帶臺上升，盡可能地使帶鋼頭部足夠的向上，根據實際情況重復前面的動作，再把處理輥橫移到鋼卷的正上面壓住鋼卷，穿帶臺上升，帶鋼頭部此時已向上翹，從而大大減小了帶鋼前進時由于帶鋼頭部下扣造成的阻力，使帶鋼能順利前進。從而消除了鋼卷在開卷機上的松卷。

2.3 消除相對運動造成的摩擦劃傷

1）對設備進行了改造。增加一套液壓馬達驅動系統，把壓輥的兩個輥子都改成主動輥，使鋼卷在壓輥壓緊的情況下再推動鋼卷旋轉，并增大壓輥的壓力，到100bar左右。減小穿帶時的張力，使其在40kN～50kN之間，保證正常壓頭開卷。

圖2

如圖2所示，輥1和輥2固定在同一個輥架上，未改造前，輥1為主動輥，由一個液壓馬達驅動；輥2為被動輥，通過輥1帶動鋼卷，而鋼卷才能帶動輥2轉動。由于壓輥兩端安裝有滾動軸承，不可避免的是，輥2必須先克服軸承的滾動摩擦力才能轉動，由此形成了輥2與鋼板表面的摩擦力。

根據兩個具有固定軸線的圓柱，其中主動圓柱以N力壓另一圓柱，兩個圓柱相對滾動，主圓柱上受到的滾動阻力矩為：

其中：N為主動力；

k為滾動摩擦力臂；

R1、R2為圓柱半徑。

由此可知，當k一定（鋼-鋼時取值0.5mm）、R1/R2也一定時，N越大，則M也越大。

2）建立處理輥與伸出鋼板的力學模型為圓柱面與平面接觸

根據彈性體接觸面應力的計算公式

若E1=E2=E，v1=v2=0.3，則

其中：E1、E2為接觸體彈性模量；

υ1、υ2為接觸體泊松比；

P為處理輥對鋼板施加的壓力；

此處 E1=E2，υ1=υ2。

由于實際生產過程中，鋼板應力最大值σmax已知，可求得壓力P。

鋼板應力最大值σmax根據鋼板的鋼種和相關參數的不同而各有不同，所以壓力P應能滿足生產最極端產品的能力。

2.4 CPC糾偏的處理

CPC跑偏主要是生產操作的精細化，穿帶是整個橫切生產過程中很重要的環節，因此，我們嚴格控制開卷過程的操作程序，在開卷過程中，注意穿帶過程中是否跑偏，使CPC的位置在一個合理的范圍內。

2.5 改進

攻關小組在針對挫傷所造成的原因進行相應的改造和調整基礎上，我們還對其他生產工藝過程進行了相應的改進。

1）增大處理輥的行程，處理輥可以橫移到鋼卷的垂直中心線上，這樣可以保證鋼卷的帶頭在伸出長度較短的情況下也能壓好帶頭；

2）增大穿帶臺向上的行程，這樣穿帶臺就增加了一個功能，它不僅能滿足穿帶，還能幫助處理輥壓帶頭。

3 改進前后的效果對比

在改進前，幾乎生產一個厚規格的鋼卷都是挫傷，只是挫傷的長度不等，有的有20m或者30m，有的更加多或者是一整卷鋼。在改進前我們總共生產16mm以上的鋼板有1000多噸，就有800多噸是挫傷，20mm以上的全部是挫傷。在改進后，厚度在16mm～20mm之間的沒有挫傷，20mm以上的，我們總共生產了6000多噸鋼，只有幾十噸存在挫傷。通過現場觀察，發現這些挫傷的原因有3個，一是原料卷散卷造成前面幾十米在上料前就已經挫傷；二是改進后的操作方法不是很快就能適應，造成前面一張鋼板或者兩張鋼板出現挫傷；三是 CPC偶爾跑偏造成前面的鋼板挫傷。

4 結論

華菱漣鋼2250熱扎板廠板材橫切及熱處理攻關小組，針對開卷機生產過程中造成的劃傷，系統的分析，并予以改造，有效的解決了鋼板開卷過程中的挫傷，在同類型生產線有較好的推廣意義。通過這系列的改造，使板材橫切及熱處理生產線板材成材率和合格率達到98%以上，產品質量得到了保證，取得了可觀的經濟效益。

[1]機械設計手冊（新版）[M].機械工業出版社，2004，8.

[2]華菱漣鋼橫切熱處理員工培訓教材.