可逆冷軋機帶鋼跑偏分析

王大號，劉銀娟，寇 鵬，夏 宇

(中國重型機械研究院有限公司，陜西 西安 710032)

1 引言

在可逆冷軋機軋制生產過程中，由于來料帶鋼的厚度不均、設備的安裝精度偏差以及工藝不合理等原因，使得帶鋼在軋制過程中不可避免的發生跑偏。帶鋼跑偏不僅會影響帶鋼成品質量，還會嚴重損壞機組設備，對于采用軋制油潤滑的軋機甚至會造成嚴重的火災，給設備的穩定運行帶來嚴重影響。因此，為了保證機組的穩定運行及獲得邊部整齊的帶卷，對帶鋼的跑偏進行研究和控制顯得越來越重要。本文分析了中國重型機械研究院有限公司為寶鋼特鋼分公司設計成套的1450 mm單機架六輥可逆冷軋機組試生產過程中出現的跑偏現象，采取措施解決跑偏問題，滿足生產工藝要求。

2 單機架可逆冷軋機帶鋼跑偏原因分析

2.1 跑偏機理

帶鋼在軋制過程中，帶鋼受到的橫向擾動力大于帶鋼與輥子的橫向靜摩擦力，帶鋼將偏離軋制中心線，發生跑偏，直到橫向擾動力又小于橫向靜摩擦力，帶鋼停止跑偏，在新的中心線上繼續運動［1］。

圖1為寶鋼特鋼分公司1450 mm單機架六輥可逆冷軋機組主要設備示意圖。帶鋼在軋制運行過程中受各種擾動，引起帶鋼的橫向側移，發生跑偏。引起帶鋼跑偏的主要原因有設備安裝精度、來料板形、軋制工藝等幾個方面。該機組在調試生產過程中帶鋼跑偏現象主要表現為以下幾個方面:發生迅速跑偏，刮傷機架前后設備的內側面。

圖1 單機架可逆冷軋機組模型圖Fig.1 Model of single stand reversible cold rolling mill

(3)張力計測得機架前后操作側與傳動側四個檢測點張力不均，表現為機架前入口傳動側張力大于操作側，機后傳動側張力則小于操作側。

2.2 安裝精度不合格引起帶鋼跑偏

(1)帶鋼在卷取機上總是固定的往操作側方向偏移，使得帶卷逐圈外移，鋼卷不齊。

(2)帶鋼高速軋制時，特別是軋制厚料時，

寶鋼特鋼分公司1450 mm六輥可逆軋機的調試生產中，出現頻繁的固定方向性的跑偏現象在根據實踐經驗，帶鋼軋制過程中出現的經常性的、規律性的跑偏現象往往是由設備制造安裝精度不合格引起的。因此初步判斷，設備的安裝精度有可能沒有達到安裝規范要求。委托專業的檢測公司對設備重要的安裝空間尺寸進行檢測，實測的檢測結果如表1所示。

表1 1450 mm六輥可逆冷軋機組主要空間尺寸檢測結果Table 1 Main size test results of 1450 6-roller reversible cold rolling mill

根據《軋鋼設備安裝工程施工及驗收規范》［GB50386-2006］，卷取機及機架前后輥子水平度、垂直度安裝精度應為0.05 mm/1 000 mm，其中卷取機水平度應是卷筒懸臂端應略高于固定端，卷取機卷筒相對機組中心線的垂直度應是卷筒懸臂端背離來料方向側。本機組中，輥面寬度為1 450 mm，據此分析安裝精度中大部分指標未達到安裝規范的精度要求，其中以左轉向輥、右板形輥、右卷取機實測的與規范要求的安裝精度偏差最大，嚴重影響機組的正常軋制，引起帶鋼跑偏。

2.2.1 轉向輥、夾送輥、張力輥的影響

在軋制過程中，夾送輥、導向輥、夾送引導帶鋼運行，并建立張力，如果輥子安裝不水平，就會造成帶鋼一側張緊一側松散，即張力分布不均勻。如圖2所示，如果兩側張力不均，輥面就會給帶鋼施加一個水平橫向的力矩，引起帶鋼在運行過程中朝輥面較低的一側跑偏。

圖2 輥子兩側不水平引起的跑偏分析Fig.2 Deviation caused by roller maladjustment

輥子相對機組中心線的垂直度即輥子相互的平行度也會引起帶鋼跑偏。如圖3所示，帶鋼在兩個互不平行的轉向輥上運行，產生跑偏。跑偏量兩與輥子之間的間距以及兩輥之間的夾角有關。帶鋼跑偏量Δ是帶鋼在兩輥之間懸空長度L與兩輥夾角α的正弦的乘積，即Δ=L·sinα。但實際上不平行的輥子使帶鋼張力不夠均勻，使帶鋼成鐮刀彎，帶鋼的跑偏量要比理論上小，因為上述關系是以帶鋼與輥子成90°為基礎的，而實際上帶鋼與輥子軸線是大于90°，所以要加以修正，乘以修正系數K。K值與帶鋼張力與帶鋼的性能有關。修正后的跑偏量為 Δ'=K×L×sinα

在試生產過程中，當兩卷取機之間可逆軋制時，帶鋼總是在機前轉向輥附近往操作側跑偏，不同的來料后這種現象還是存在，根據表1所實測數據可以發現，機前轉向輥垂直度遠離機組中心線，對本機組中機前轉向輥進行速度分析，如圖3所示，帶鋼在轉向輥上運行時，做為驅動輥的轉向輥與帶鋼接觸面線速度v，該速度分解為一個使得帶鋼前行的速度v1，還有一個側移的橫向分速度v2，

圖3 帶鋼在兩個互不平行的運送輥上的跑偏分析Fig.3 Deviation caused by unparallel slewing rollers

橫向分速度v2使得帶鋼往操作側偏移，該理論分析帶鋼偏移方向與實際情況相符合。

2.2.2 軋制線調整不水平

根據單機架可逆冷軋機的工作原理，機組工作前需要先調整標定軋制生產線，軋制線的標高是以上工作輥的下表面為基準，通過壓上油缸將下工作輥壓靠，以確定零輥縫時的位置，然后根據壓下油缸的行程確定實際軋制時的輥縫大小。如圖4所示，當軋線調整裝置操作側和傳動側不在一個水平面時，即便輥縫控制很精確，由于這個時候輥縫是傾斜的，帶鋼會朝較低的一側跑偏。例如表1中，實測的上支承輥兩側不水平會使得輥縫傾斜，從而造成跑偏。

圖4 軋制線標定不水平引起的跑偏Fig.4 Deviation caused by rolling line out of horizontal

2.2.3 兩卷取機卷筒不平行

卷取機的安裝精度對設備的運行影響較大。由表1可以看出該機組左右卷取機的水平度垂直度均未達到安裝精度，從操作側看，相對于主機，左右兩卷取機呈內“八”字狀，此時，帶鋼卷取時就會出現一側緊一側松的現象，帶材在卷筒壓力、張力、表面摩擦力的作用下，卷取時向松的一側滑動，造成了如圖5所示的跑偏。

2.3 來料因素

由于帶鋼來料的板形形式多種多樣并且可隨機變化，其對帶鋼與輥子之間的摩擦狀態的影響相當復雜，因此對帶鋼跑偏的影響很大。當來料橫向厚度、硬度、表面粗糙度等性能不均勻時，使得帶鋼不能均勻貼繞在轉向輥上，這些不對稱因素會在與轉向輥接觸的帶鋼表面上產生垂直于運行方向的側向力，在此側向力的作用下，帶鋼發生側向滑移，使帶鋼跑偏。

圖5 卷筒不平行卷取引起的跑偏Fig.5 Deviation caused by unparallel coiler reels

帶鋼的鐮刀彎也會使帶鋼向曲率中心的反方向跑偏，如圖7所示。跑偏量與鐮刀彎的程度相一致，而且帶鋼張力大小和兩輥之間的距離大小對實際跑偏量也有影響。

2.4 機組工藝對跑偏的影響

從帶鋼的跑偏機理上來講，帶鋼與輥子之間的摩擦狀態影響帶鋼的跑偏，提高帶鋼張力，其靜摩擦力變大，有利于帶鋼的穩定運行及抗橫向擾動能力;張力的穩定也有利于抑制帶鋼的跑偏，若張力波動較大將破壞帶鋼與輥子之間的摩擦平衡，引起帶鋼跑偏。機組速度對帶鋼跑偏的影響較大，當機組速度提高時，帶鋼橫向擾動大，跑偏速度也大，操作工來不及控制，易產生跑偏，此種情況對設備會造成嚴重損害。

軋機工藝潤滑量過大也會引起帶鋼的跑偏。過大的工藝潤滑量會造成帶鋼表面除油不干凈，殘油量增大，卷取機卷筒卷取帶鋼時，帶鋼每層之間的軋制油會減小帶鋼橫向的阻力，從而造成鋼卷不齊。工藝潤滑量的設定可以通過控制帶鋼鋼卷溫度在一個范圍內來調節。

從以上的分析可以看出，引起該機組試生產中出現跑偏是多方面的，其中最重要的是設備的安裝精度未達到安裝規范的要求，另外工藝潤滑量設置的不合理以及部分來料厚度不均也是引起跑偏的原因。

3 解決帶鋼跑偏的措施

根據實踐應用，跑偏現象是不可避免的。問題在于如何采用一些措施來減少帶鋼跑偏，使跑偏量控制在允許范圍之內，滿足生產工藝要求，以及當帶鋼一旦發生跑偏后如何采取合理的保護措施來盡可能的減少跑偏給設備帶來的損害［2］。

從理論上而言，控制跑偏首先應該精確計算帶鋼運行時的最大跑偏量，但是這是一個非常難以準確計算的數據。因為帶鋼的跑偏主要是由帶鋼本身的板形和機械設備的安裝誤差造成的，而很多邊界條件是難以確定的。在實際中，主要通過不斷的實踐應用總結而來。通過實踐知道帶鋼跑偏主要由以下影響因素:帶材的張力，材料特性，帶材運行的速度，以及機械設備的安裝誤差。因此，為了減小跑偏，以及減少跑偏給設備帶來的損害相應地可以采取如下措施:

(1)保證輥子圓柱表面制造精度和機組安裝精度，定期對設備進行檢修。對于長期運轉的設備，要定期的對設備中的重要基準進行檢查，調整，以保證設備性能的長期穩定性。

(2)增大張力，選擇合理成熟的軋制工藝。在設備及工藝允許的情況下盡可能的使用大張力，同時選擇合理的穩定道次壓下量，以避免軋制壓力等參數的波動引起跑偏。

(3)設定合理的工藝潤滑量。合理的工藝潤滑量會降低帶鋼表面的殘油量，從而增加帶鋼表面的抗阻能力，減少因軋制油過多引起的帶鋼跑偏量。

(4)對中側導衛裝置內側增加立導輥。對中側導衛裝置通過對帶鋼兩邊的剛性限制，使帶鋼運行在機組中心，該導衛裝置內側增加立導輥，一旦帶鋼發生嚴重跑偏時，帶鋼邊緣與立導輥直接發生滾動摩擦，立輥轉動導向，可以有效的降低帶鋼跑偏時對設備的損壞。

(5)對于使用軋制油的可逆軋機，為防止帶鋼迅速跑偏刮擦兩側設備引起的火災隱患，可以在設備兩側各增加一對對射光電開關，該開關信號與軋機關停聯動，當帶鋼發生極限跑偏量時，開關發訊停止軋機作業。

4 結論

帶鋼跑偏是一個復雜的各種因素綜合作用的結果，要想分析找出其具體的原因必須根據跑偏現象的特性，從設備、來料、工藝以及操作水平等多個因素來逐個分析排除，本文針對寶鋼特鋼分公司1450 mm六輥可逆軋機試生產過程中出現的跑偏現象，從設備、來料、工藝等多個角度對帶鋼跑偏的原因進行了分析，并提出了一些行之有效的措施，為同類軋機的跑偏分析提供參考。

［1］ 唐英．帶鋼跑偏控制［J］．重型機械科技，2007(3)．

［2］ 謝忠亮．帶鋼的“跑偏”及糾正［J］．本溪冶金高等專科學校學報，2003(2):14－16．

［3］ 陳建民．雙機架可逆冷軋機穿帶跑偏分析與解決［J］．設備管理與維修，2007．

［4］ 葉紅．冷軋機組帶鋼糾偏研究［J］．裝備制造技術，2010(4)．