軋鋼機械設備及設備冷床穩定運行的重要性

汲康康，劉辰嬌，張 瑞

（河鋼邯鋼大型軋鋼廠，河北 邯鄲 056000）

軋鋼機械設備是鋼鐵企業生產鋼材需要用到的一個重要生產設備，其主要是利用軋輥向熔煉后的鋼坯施加壓力改變鋼坯的形狀，進而實現對鋼材的軋制。而設備冷床是用于金屬原料熔煉的設備，鋼錠、鋼坯的生產首先是要利用設備冷床對金屬原料進行熔煉，然后在設備冷床中再對其進行冷卻定性，最后通過軋鋼機械設備軋制，本質上冷床屬于軋鋼機械設備的一部分，是鋼鐵生產工藝中必須應用到的機械設備。近年來國民經濟迅速發展，而鋼鐵產業作為國民經濟的重要組成部分，其在其他產業發展中也發揮著重要的帶動作用，據有關數據統計，2001 年國內鋼鐵產業的產值達到了1648.35 億元，鋼鐵產量達到了9.45 億噸，其產量占到了世界鋼產量的34.15%；2003 年國內鋼鐵產業鋼材總產量又達到了一個高峰，粗鋼總產量達到了13.45 億噸，占全世界粗鋼產量的45.64%[1]。但是從2005 年開始，國內鋼鐵產量開始走向了下坡路，粗鋼產量逐年下降，并且鋼的質量也不是很高，由于生產成本較高，企業盈利較少，國民鋼鐵企業虧損比較嚴重，65%的國民鋼鐵企業宣告破產，雖然政府為了扶持國民經濟采取了一系列的鋼鐵企業優惠政策和產業調控政策，但是也沒有取得預期的成效。之所以出現這種狀況，相關研究人員表明主要原因是因為鋼鐵行業對軋鋼機械設備及設備冷床的穩定運行關注程度較低，對設備管理和維修意識較差，導致在生產過程中設備故障頻發，而企業采取的應對措施只是對出現故障的設備進行更換，或者高薪聘請技術人員對其進行維修，這樣不僅嚴重影響到了生產效率，還導致鋼鐵企業設備維修成本提高，并且生產出來的產品大部分質量不符合標準，鋼鐵產業沒有從根本上認識到軋鋼機械設備及設備冷床穩定運行的重要性，為此提出軋鋼機械設備及設備冷床穩定運行的重要性研究。

1 軋鋼機械設備穩定運行的重要性

軋鋼機械設備穩定運行能夠有效保證原材料的利用率，鋼材在生產過程中會過多過少造成一定的原料損失，原料的損失主要分為設備軋制過程的損失和設備后續加工過程的損失，如果軋鋼機械設備運行不穩定，會導致設備參數在運行過程中發生改變，就會導致物料在軋制過程中產生嚴重的浪費，軋制是在高溫狀態下進行的，設備參數不穩定會使軋鋼機械設備軋具溫度過低或者過高，當軋具溫度過低時會使軋具對鋼坯軋制不成功，導致軋鋼機械設備生產出一批殘次品，該部分產品因不符合生產要求，只能將其作為廢料丟棄；當軋鋼機械設備軋具溫度過高時，在對鋼坯軋制過程中會有一部分原料因溫度過高而揮發掉，對原料造成一定的浪費[2]。在對產品后期加工過程中，如果軋鋼機械設備運行不穩定，設備對鋼材的加工不能一次完成，本來一次完成的加工任務需要軋鋼機械設備反復對鋼材進行加工，反復加工將會在浪費掉大量的金屬原料，因此可以看出，軋鋼機械設備穩定運行可以有效保證鋼材原料的利用率。

2 軋鋼機械設備冷床穩定運行的重要性

2.1 決定熔煉過程中鋼錠化學成分含量是否達標

設備冷床是金屬原料熔煉工藝中一個重要的機械設備，其運行是否穩定將決定鋼材熔煉過程中鋼錠化學成分含量是否符合生產標準，《鋼鐵企業鋼錠生產技術規定》中明確規定，設備冷床熔煉技術生產出來的鋼錠中銅化學元素含量要在0.045wt.%～0.075wt.%之間；硫屬于有毒有害化學元素，其含量要嚴格控制在0.001wt.%以下；碳化學元素決定了鋼錠的硬度金屬性能，其含量要控制在0.001～0.015 之間；其余鐵、錳、鋅等化學元素含量最少為0.045wt.%，如果鋼錠化學元素含量不符合以上標準即視為不合格產品[3]。為了驗證軋鋼機械設備冷床穩定運行對鋼錠化學成分含量達標具有重要作用，此次分別記錄了五種設備冷床不同運行狀態下鋼錠化學元素含量，其中只有運行狀態需要1 為冷床穩定運行狀態，設備冷床總功率為750kW，拉錠速度始終在3.5mm/min。其它四種均為冷床不穩定運行狀態，分別為設備冷床總功率過大、冷床總功率過小、冷床拉錠速度過大、冷床拉錠速度過小，下表為軋鋼機械設備冷床不同運行狀態下鋼錠化學元素含量表。

表1 軋鋼機械設備冷床不同運行狀態下鋼錠化學元素含量表（wt.%）

從上表可以看出，五種軋鋼機械設備冷床運行狀態，只有在冷床穩定運行狀態下，鋼錠化學成分含量符合標準，從整體的生產質量上分析，軋鋼機械設備冷床穩定運行狀態下生產的鋼錠，化學成分波動范圍較小，鋼錠化學純度較高，質量較好。而當軋鋼機械設備冷床運行狀態不穩定時，會使金屬原料熔煉時間過長或者過短，拉錠速度不穩定，進而導致鋼錠化學成分含量不能達到預期值，因此可以看出，軋鋼機械設備冷床穩定運行對熔煉過程中鋼錠化學成分含量是否達標具有重要作用。

2.2 減少鋼坯表層缺陷

軋鋼機械設備冷床在對鋼坯熔煉生產過程中，如果其運行狀態不夠穩定，會使設備冷床熔煉工藝參數發生改變，從而影響到鋼坯表面質量。鋼坯表面質量對生產技術、生產環境以及設備狀態要求較高，如果出現操作鋼坯表層容易出現孔洞、裂紋、折層、冷凝掛以及冷隔等缺陷，其中孔洞多出現在鋼坯內部，形狀以針孔狀和圓孔狀居多，其形成時間主要在設備冷床對鋼坯切頭和銑面過程中，如果鋼錠表層出現孔洞缺陷，如果孔洞較淺可以通過打磨處理，如果孔洞較大且較深，則需要利用鋸床直接將帶有孔洞的部分切除，這樣會造成極大的浪費；裂紋是鋼坯表層出現長度較短、裂口較細、深度較深的裂縫，其主要形成時間也是在設備冷床對鋼坯切頭和銑面過程中，由于裂紋深度較深，已經嚴重影響到了鋼坯的整體結構，所以大部分出現裂紋的鋼坯需要重新回爐熔煉；折層主要出現在鋼坯的側面，其表現為多條或者單條溝狀縱向凹槽；冷凝掛缺陷主要表現為鋼坯表層疊狀的冷凝條；冷隔缺陷是在設備冷床在對鋼坯表面磨銑后形成的。

從以上分析可以看出，鋼錠表層缺陷的形成時間主要是在設備冷床對鋼坯切頭和銑面過程中，為了更好的分析軋鋼機械設備冷床穩定運行對減少鋼坯表層缺陷重要性，分別選取了五種冷床對鋼坯切頭和銑面過程中不同運行狀態，其中運行狀態序號1 為設備冷床穩定運行狀態，剩余四種為設備冷床不穩定運行狀態，隨機抽取設備冷床生產完成的鋼錠，對其表層的缺陷數量進行統計，具體數據如下表所示。

表2 軋鋼機械設備冷床不同運行狀態下鋼坯表層缺陷統計

從上表可以看出，當設備冷床處于穩定狀態下生產的鋼錠表層缺陷較少，鋼錠的宏觀形貌較好，下圖為設備冷床穩定運行下生產的鋼坯。

圖1 冷床穩定運行下生產的鋼坯

而當設備冷床處于不穩定狀態下，生產的鋼錠表層缺陷較多，表面質量較差，這是因為由于設備冷床運行不夠穩定，功率過大或者過低，會使冷床對鋼錠澆筑溫度不穩定，進而導致鋼錠表層出現缺陷，下圖為冷床不穩定運行下生產的鋼坯。

圖2 冷床不穩定運行下生產的鋼坯

由此可以看出，軋鋼機械設備冷床穩定運行有助于減少鋼錠表層缺陷生產，以此完成了對軋鋼機械設備及設備冷床穩定運行的重要性分析。

3 軋鋼設備故障診斷方式

3.1 故障特征數據采集

在收集方式上，一般情況下會通過計算機檢測系統的應對數據進行采集工作，且其也會根據收集方式的不同，而其也會根據收集方式的不同而分為手動以及自動式兩種。其中，自動式信號采集方式更加適合應用在具有轉速／鍵相的主軸中，能夠有效的避免在數據采集過程中出現失真的問題，進而獲得更為準確的頻率收集結果；而手動信號采集方式則更加適合應用于沒有安裝鍵相／轉速主軸的設備。當我們將相關數據采集完畢之后，則能夠通過相關信號分析技術的應用對其進行細致、全面的分析，以此獲得我們所需要的故障頻率。

3.2 設備故障診斷技術應用

振動監測診斷技術是一種對設備振動參數進行監測、分析，并最終對設備故障情況進行分析與判定的一種方式，其具有著數據分析的廣泛性、多維性以及實時性等特點，可以說是對軋鋼設備故障進行判斷的一種首選技術。在實際應用過程中，我們也可以通過機械設備所具有的頻率情況以針對性的方式對其選取適合的傳感器類型與測量參數。另外，為了使我們對設備的檢測工作能夠具有更為準確、全面的特征，也需要能夠對振動測量點進行適當、科學的選擇，并保證其能夠全面的對設備振動所具有的易損點以及敏感點進行反映，以此獲得更為有效的測量信號。

4 結束語

在我國現今工業發展的背景下，機械設備的制造對于整個工業發展具有著重要的意義，而要想獲得機械制造工作的良好開展，就需要我們能夠保證軋鋼設備的運行安全性與穩定性。此次研究完成了對軋鋼機械設備及設備冷床穩定運行的重要性分析，得出了相應的分析理論，對鋼鐵產業提高對軋鋼機械設備及設備冷床穩定運行的重視程度具有重要作用。