一種中厚板軋機主傳動系統能力提升的實踐技術

張明劍 潘河明 趙磊

【摘 要】為了滿足市場的需求，首先不斷研發高強度鋼板，在此過程中一種中厚板軋機主傳動系統的十字軸萬向聯軸器多次發生斷裂事故，這不僅影響了生產的有序進行，而且給公司造成了重大的經濟損失。由以往類似案例的分析可知，此次事故很可能是由扭振造成的，為了分析事故發生的原因，本文采用理論分析與現場實測相結合的方法對主傳動系統的扭振進行了研究。

【關鍵詞】中厚板軋機；系統能力；實踐技術

一、成果概述

軋材廠板材工序寬板主傳動設計參數：電機采用雙繞組東芝直流勵磁凸極轉子同步電機，主要技術參數：功率8000kW×2；級數12P；轉速90-220rpm；額定電壓3150V；過載能力：225%1min，275%10S。主傳動控制柜采用東芝三電平矢量交直交變頻器，設備型號：TOSVERT—Ms 650 W：整流單元：三電平PWM IEGT整流器，容量約為8MVA×2，輸入電壓為3 550 Vac，輸出電壓為±2430Vdc。逆變單元：三電平PWM IEGT逆變器，容量約為8MVA×2，輸入電壓為±2430Vdc，輸出電壓為3 150 Vac，過載能力為150% 1 min。

寬板主傳動軋制實際軋制能力不夠表現為：高強船板較大壓下量過鋼時，主傳動速度很慢，與給定速度相差大，再加大壓下量會時電機堵轉甚至跳閘。如高強船板25mm左右壓下量，整個道次給定80m/min速度，實際反饋速度介于10-20m/min之間；此時傳動柜整個道次上下主電機均已達到設定電流限幅，為額定電流的234%。主傳動另一問題是直流母線過電壓，報OVP或OVN故障，為壓下量或軋制力較大時，主傳動堵轉或速降較大情況下引起。

軋材廠板材工序寬板主傳動實際軋制能力未能達到設計軋制能力，致使實際生產有如下問題：1、軋制壓下量給定小，軋制道次多，節奏慢，機時產量較低；2、由于道次多，薄規格板溫降大，容易刮框；3、軋機對鋼坯加熱程度依賴高，某些軋制工藝溫度要按上限來控，增加了煤氣消耗；4、由于道次多，致使噸鋼電耗較高；5、雪橇效果不明顯，不能在線有效改善鋼板叩頭現象，機械沖擊較大；6、制約了高強度大壓下量新品種鋼的開發。主傳動實際軋制能力弱已經成為寬板線提高產能及降低成本的瓶頸。

二、成果具體內容

針對軋材廠板材工序寬板主傳動實際軋制能力未能達到設計軋制能力，對主軋機傳動系統參數優化修改，調試投入SFC功能，將主電機TS2062N21E10速度傳感器更換為TS2062N31E10。TS2062N31E10內部有溫度補償線路，可以根據溫度的變化削減因此導致的位置信號偏移。

雪橇控制方式采用一種軋機雪橇分段投入的方法。本方法引入軋機道次計算，自動識別軋機當前道次來選擇雪橇投入量。本軋機雪橇分段投入方法針對整個軋制過程設計，通過自動投切不同方向、大小和時間的雪橇來有效控制因粗軋和精軋軋制過程中軋制曲率不同引起的不同趨勢的彎曲（叩頭和翹頭）。

該控制方法具有以下優點：

1、通過道次識別使單機架軋機雪橇實現分段調節；

2、自動投切不同方向、大小和時間的雪橇來控制因軋制曲率不同引起的不同趨勢的彎曲（叩頭和翹頭）；

3、緊急情況下雪橇可一鍵投入或取消。

在引入軋機道次計算后，通過分兩段設定同一軋件不同道次區間的雪橇量和雪橇投入時間來完成對整個軋件軋制過程中叩翹頭情況的控制。

三、成果的技術特點和先進性

對主軋機傳動系統升級改造后，使軋機軋制能力提高，對傳動系統的優化具體表現在：

1）通過速度傳感器Resolver更換升級增加溫度補償功能后，保證主傳動磁極位置定位精度；

2）通過選擇軋件軋制道次并設置分段雪橇投入較好的解決了軋件在粗軋和精軋道次所需雪橇量不同的問題，且緊急情況下雪橇可一鍵投入或取消；

3）通過主傳動參數優化調整使主傳動性能達到原主要設計參數要求；

4）調試投入SFC功能，改善軋機扭振；

5）解決可能因器件老化或各部件散熱等導致問題；

四、效果分析

主傳動升級系統改造后，使軋機軋制能力大幅提高，雪橇分段控制的投入使用，減少了鋼板扣頭對主軋機前后輥道設備的沖擊損害。

1）于2014年2月8日對12mm和10mm的普碳板進行了道次減少軋制試驗。

規格為12*2000mm的Q235B板材軋制試驗

在軋制12*2000mm的板材過程中，將其實際軋制道次由11道降低為9道。

采用9道次軋制后其終軋溫度大幅度提高，由出口平均溫度784℃提高到了880℃，提高了96℃。從實際的軋制效果可以看出，9道次軋制穩定，出口板形良好，沒有出現不可控的板形情況。對于規格為12*2000mm的板材其軋制壓力最大也未超過30000kN，實際軋制過程中軋制也很順暢，說明此時軋機主電機能力足夠，因此，對于此規格的板材軋制過程，采用9道次軋制完全可行。

其它規格板進行試驗同樣滿足降道次、壓下量增加要求。

2）主轉動軋制能力提升，機時產量提高、增加薄規格產品比重、提高倍尺率及成材率、降低能耗及擴寬軋制品種。

改造前6個月平均品種板占41.8%，改造后6個月平均品種板占49.7%，實際提高品種板比例7.9%；主傳動軋制能力提升后軋制壓下量可大幅提高，實際軋板的軋制道次減少大于1個道次。

五、存在問題和改進措施

存在問題：軋材廠板材工序寬板主傳動軋制實際軋制能力不夠，軋制高強船板時壓下量不能滿足要求，壓下量或軋制力較大時，主傳動報直流母線過電壓故障跳閘。

改進措施：通過對主軋機傳動系統參數優化修改，調試投入SFC功能，將速度傳感器Resolver更換升級增加溫度補償功能，實施雪橇分段控制，從而提升軋機主傳動實際軋制能力。

六、推廣應用情況

主軋機速度傳感器Resolver更換升級增加溫度補償功能能保證主傳動磁極位置定位精度，主傳動升級系統改造，參數的優化調整，主傳動軋制能力提升。通過實施雪橇分段控制，有效改善鋼板叩頭現象，減少鋼板軋制過程中對輥道的機械沖擊。軋機軋制能力的提高拓展了產品品種和規格，進而為促進產品開發和拓展市場奠定了基礎。該項目投入小，見效大，在同類企業中具有很高的推廣應用價值。

七、效益分析包括

（一）直接經濟效益：主傳動升級改造后，至2017年12月，主傳動軋制能力提升實際各規格板的軋制道次減少1-2個道次，此項綜合提高軋材廠寬板主軋機軋制節奏12%以上。主軋機軋制速度提高2%，雪橇分段控制的投入使用，減少了鋼板扣頭對主軋機軋制的影響，軋機主傳動跳閘次數大幅減少，此項綜合提高軋材廠寬板主軋機軋制節奏2%以上。主傳動升級改造合計提高主軋機軋制節奏14%以上。

主傳動軋制能力提升改造提高主軋機軋制節奏14%以上，增加板材工序寬板機時產量，減少工序能耗，改造前12個月產量985118.839噸，改造后12個月產量1240393.6噸（2014年板材累計噸鋼毛利88元），在滿負荷搶產增效生產過程中，主傳動升級改造提高主軋機產量產出增加效益。此改造增加薄規格產品比重、提高倍尺率及成材率、降低能耗及擴寬軋制品種，提高噸鋼經濟效益。

投資成本計算：項目總投資76.98萬元，設備折舊按15年算，殘值率5%，年費用=76.98×（1-5%）÷15=4.87萬元

年經濟效益總額=改造前一年產量×噸鋼毛利×軋制節奏提升率×貢獻率-投資成本=985118.839×88×14%×90%-48700=1087.43萬元/一年

（二）間接經濟效益及社會效益

（1）改造后，主傳動控制系統運行比較穩定，傳動故障跳閘減少，軋制節奏增快，刮框板減少，減少了設備搶修和維修工作量，降低了人員勞動強度，產生了較好的社會效益。

（2）主傳動升級改造后提高了軋機的軋制能力，拓展了產品品種和規格，進而為促進產品開發和拓展市場奠定了基礎。

（3）改造后，軋機控制運行比較穩定，使整個生產連續順暢，減少了不必要的能源消耗，為企業節能降耗起到了積極作用。

【參考文獻】

[1]馮煌；厚板軋機主傳動軸系統力學行為分析和修復技術研究[D]；上海交通大學；2011年