連鑄連軋廠夾送輥系統性能優化

牛宇， 郭靜

（邯鋼連鑄連軋廠，河北 邯鄲056015）

1 引 言

卷取夾送輥系統是熱軋工藝中的主要設備之一，該設備在整個系統中起著至關重要的作用，它能否正常運行將直接影響著熱軋帶鋼的產品質量和產量。邯鋼CSP生產線自1999 年投產以來一直處于滿負荷工作狀態，夾送輥系統在運轉過程中經常出現運轉不穩定、異常振動、事故堆鋼等問題，針對這些問題我們對夾送輥系統進行了一些探索和優化，取得了一定成效。

2 設備概況

圖1 夾送輥系統布局圖

邯鋼CSP 生產線共安裝有2 套夾送輥，設計結構基本相同，主要由機架輥1、上夾送輥及搖臂2、夾送輥液壓控制系統3、活門板4、下夾送輥5、機架6 等部分組成，如圖1 所示。

上夾送輥及搖臂2 通過兩個輥縫設定液壓缸設定輥縫，下夾送輥5 軸承座通過兩個液壓缸鎖緊定位調整偏心量。

3 夾送輥系統在生產中存在的問題

夾送輥系統的穩定運行，是保證順利生產的前提，也是保證產品的良好表面質量及卷型的前提，其意義非常重大。邯鋼CSP 卷取機上夾送輥是一個長1830mm、直徑為880～900mm 的空心輥子，原始輥型的剖面為矩形；下夾送輥是一個長1830mm、直徑為470～500mm 的實心輥子，原始輥型的剖面也為矩形。上夾送輥兩側各有一個液壓缸，通過液壓缸實現上下夾送輥的輥縫，即位置控制。過鋼時，亦通過液壓缸保證夾送力，即卷鋼時可滿足合理的壓力控制及力矩控制，同時保證速度控制。邯鋼連鑄連軋廠CSP 生產線自投產以來，夾送輥系統不斷出現問題，經常造成堆鋼及停澆事故：

（1）在軋制過程中，上、下夾送輥轉動噪音很大、振動異常，即壓力控制和位置控制達不到理論設計狀態，造成軋制很不穩定，容易引起設備事故；

（2）在運轉過程中不穩定，主要表現是上夾送輥操作側與傳動側的控制力偏差大、位置偏差大，使夾送輥系統在卷鋼過程中不就緒或待鋼時間延長，造成堆鋼事故；

（3）在更換新夾送輥或運行一段時間后進行數據標定時，不能正常完成，造成軋鋼等待時間延長或停澆事故。夾送輥的更換周期為20～30 天，經統計測量，見圖2，下機上夾送輥的輥徑磨損量為1.5～2.5mm，下夾送輥的輥徑磨損量為1～1.5mm。夾送輥的輥身長1830mm，而卷取機軋制的帶鋼的寬度基本上都在1250～1500mm 之間，偶爾軋制1600mm、1680mm 寬度的帶鋼。所以，夾送輥在線使用一定時間時，夾送輥輥面在帶鋼寬度方向上的磨損加劇，而夾送輥輥面的邊部因為不接觸鋼帶，沒有磨損。經測量中部與邊部半徑上相差1～3mm，此時在軋制薄規格（2mm 以下）時，夾送輥已起不到壓緊夾持帶鋼的作用，而且會發生嚴重的上下夾送輥邊部啃輥現象，造成夾送輥兩側壓力控制不穩定、波動較大，直接影響到建立帶鋼卷取張力，因夾送輥系統故障造成的堆鋼事故明顯增多，同時造成備件費用增高；

圖2 下機夾送輥磨損曲線

（4）卷取機在卷取SPHC 鋼種、2.0mm 以下厚度、1270mm寬度的帶鋼時，曾頻繁出現上夾送輥纏鋼的惡性事故，即位置控制和速度控制等控制失靈造成。這嚴重影響了生產秩序，使得薄規格的產品不能按時軋制完成，同時也大大影響了產量。而且，每一次的夾送輥纏鋼勢必會對上下夾送輥輥面、活門耐磨板、刮水板等機械設備造成不同程度的損壞，芯軸上熱卷無法及時卸出，極大地影響了芯軸運行，降低了設備的使用壽命，大大增加了生產成本。

（5）夾送輥使用不合理。夾送輥下機經磨削加工后直徑變小，雖在圖紙設計范圍內，但上機后出現一些諸如輥面振痕等不正常現象，影響軋制的順利進行。

夾送輥系統存在的以上問題一直制約著CSP 生產線的順利生產，同時也大大增加了生產成本和勞動強度。

4 夾送輥系統的綜合優化

目前，受市場經濟形勢的影響，同時為了達到提高品質增加效益的目的，現在邯鋼CSP 生產線軋制品種鋼、薄規格等產品的數量逐日增多，為了提升夾送輥系統性能，我們從分析夾送輥控制原理入手，針對夾送輥系統存在的問題，從機械、電氣、軋制工藝、液壓多方面共同努力，對夾送輥系統性能進行了綜合優化，主要表現在以下兩方面：

4.1 位置控制及壓力控制方面

當卷取機就緒后，上下夾送輥輥縫間無帶鋼時總是位置控制在起作用，其輥縫可根據帶鋼數據和所選操作方式自動設定，參考值為帶鋼厚度減去一個特定值，輥縫的實際值通過位于兩個輥縫設定液壓缸底部的位置傳感器進行測量。帶鋼卷取時壓力控制投入，一旦帶尾到達夾送輥，壓力控制就切換回位置控制方式。在切換前很短時間內，要檢測上夾送輥的實際位置，并通過搖臂模型計算轉換成位置參考值，再由位置傳感器進行精確定位，這就避免了上夾送輥無控制移動。所以為了保證夾送輥動作平穩，就需要保證夾送輥的組裝及液壓系統控制精度，主要采用以下方法：

（1）優化上下夾送輥組裝、更換方法。在組裝夾送輥前，認真檢查輥面、親自測量輥面的硬度，確保夾送輥輥面質量，確保輥面良好的硬度、耐磨性、耐熱性。對每一套夾送輥建立設備檔案，跟蹤觀察每一套夾送輥的使用狀況、下機原因及壽命；

（2）研究、確定小輥徑的補償方法。在上、下夾送輥軸承座處安裝補償墊片來補償因夾送輥的使用磨損和正常磨削帶來的輥徑差異。將上下夾送輥的速度值、兩側的輥縫值、上夾送輥兩側的壓力值進行了進一步的優化，確保上下夾送輥速度控制匹配合理，輥縫值穩定合理。并及時清理夾送輥軸承座安裝接觸面的雜質，檢測消除兩側軸承座安裝偏差，保證上下夾送輥的輥面間距及轉動時的平行度；

（3）通過科學計算優化增大上下夾送輥的偏心距，達到合適的偏心量，使得帶鋼頭部順利進入卷取機，防止帶頭上翹，降低了上夾送輥纏鋼事故；

（4）根據現場實際使用情況，對活門耐磨板進行改造，縮短活門耐磨板寬度，以降低耐磨板與上夾送輥接觸間距，避免因帶頭上翹，帶鋼鉆入上夾送輥與活門板中；

（5）卷取機上下夾送輥原始輥型的剖面為矩形。經過長期的現場觀察，PDA 數據分析，下機上下夾送輥磨損情況統計，將輥型改為梯形：短邊900mm，凸度1.5mm，短邊與斜邊的弧度1.5mm，如圖3 所示。同時，在電氣方面對上下夾送輥的輥縫參數進行了優化，對上夾送輥兩側的壓力參數進行了優化。

改進后，大大提高了夾送輥運行的穩定性，保證了薄規格產品的順利軋制，減少了帶卷的壓痕、劃傷，提高了帶卷的表面質量；減少了帶卷的錯層、塔形、松卷等問題，提高了帶卷的卷型質量；避免了夾送輥堆鋼、上下夾送輥纏鋼等生產事故的發生。同時減少了操作工在線修磨夾送輥次數，降低了勞動強度，為生產節約了時間；

（6）定期測量上夾送輥活門間隙，根據活門耐磨板的磨損、損壞情況，及時更換活門耐磨板，定期調整上、下夾送輥與導板的間隙，避免發生纏鋼、堆鋼事故；

（7）優化和改進夾送輥輥縫控制系統，確認程序控制邏輯與機械、液壓要求的邏輯是否相符；對各種參考數據進行記錄、對比，優化和改進夾送輥力控系統，經過優化可以保證力控穩定實現。同時，修改夾送輥位置控制輥縫參考值，根據現場實際合理地減小了輥縫參考值，經過優化可以保證位控穩定實現，達到補償輥徑磨損的目的。

4.2 速度控制和力矩控制方面

因為在夾送輥和卷筒之間的帶鋼建立張力前，夾送輥以超前速度運行。當帶鋼建立張力后，夾送輥切換到滯后速度。在帶尾離開精軋機的最后一架機架前，以最后一架機架為基準，帶尾離開最后一架機架后，下輥切換到同步運行速度，上輥切換到滯后速度。同時，當帶頭通過夾送輥前的帶材跟蹤系統時，夾送輥就由速度控制切換為力矩控制。為避免帶卷卷緊時張力超過機架張力，當卷取一圈后超前張力開始減小，直到卷取張力建立，夾送輥切換到滯后速度，以滯后力矩控制，以承擔部分卷取張力。當帶尾離開精軋機第六機架時夾送輥承擔的張力上升，到帶尾離開最后一架機架后夾送輥承擔全部卷取張力。之后下夾送輥切換到速度控制，上夾送輥仍是力矩控制，通常以下夾送輥的電流值作為控制限幅值［1］。所以為達到控制精度，我們采用以下幾種改進方法，：

（1）在電氣方面優化和改進夾送輥帶頭和帶尾的跟蹤控制系統，并及時消除測量裝置的干擾因素（如帶尾表面滯留未除凈的冷卻水，影響了帶尾的跟蹤），實現帶頭和帶尾的精確定位，確保張力的穩定建立，以及張力控制和速度控制的順利切換。

（2）對夾送輥的冷卻水管進行了改造，增加了過濾器，優化夾送輥系統冷卻和潤滑制度，加大冷卻噴嘴的清理力度，充分保證了上下夾送輥良好的冷卻效果，避免了上夾送輥溫度高而粘鋼及氧化鐵皮的嵌入，降低了纏鋼等事故的發生，減少了帶鋼表面質量損失。

（3）采取臨時措施，每次標定夾送輥在輸入夾送輥輥徑數據時適當減小上夾送輥輥徑，以達到上夾送輥加速的目的，并根據現場夾送輥輥面使用情況進行在線修磨；

圖3 夾送輥輥型改造示意圖

（4）經過長時間對上下夾送輥的磨損情況的統計，合理優化了夾送輥的更換周期、更換方案，由30 天改為10天。另外，嚴格控制了夾送輥輥面耐磨性、不粘鋼性，合理配置上下夾送輥的使用，避免了夾送輥由于磨損嚴重而導致纏鋼等事故的發生。

（5）認真研究與分析液壓原理圖，確認液壓控制邏輯與電氣控制邏輯是否相符及其合理性，研究液壓控制系統各液壓元器件的功能和控制優化方法，將各元器件調試到最佳狀態，真正做到控制準確、動作靈活，如圖4，經改進后，夾送輥PDA 壓力控制曲線已趨于平穩狀態。圖4中，上夾送輥在待鋼期間是位置控制，壓力基本為零，在卷取機卷鋼后轉為壓力控制，達到了設定壓力值，同時上夾送輥兩側壓力控制趨于平行，降低了夾送輥的過度磨損，并提高了帶鋼卷形質量。

5 結 語

根據連鑄連軋廠的生產實踐，夾送輥系統綜合優化的實施是非常成功的。保證了連鑄連軋生產線穩定、均衡生產、達到了品質增效的目的。

圖4 夾送輥PDA 曲線

［1］ 楊迎春.熱帶卷取機夾送輥過程控制的設計與實現［J］.現代設計與制造技術，2009（11）：110-111.