攀鋼2#連退機組入口段帶鋼甩尾偏差原因分析及措施

雷華北

（攀鋼集團西昌鋼釩有限公司板材廠,四川 西昌615012）

攀鋼2#連退機組由西馬克工程（中國）有限公司（SMS）、上海重型機器廠有限公司、炬威冶金技術(shù)（上海）有限公司（DREVER）、中冶南方威仕爐有限公司、西門子（中國）有限公司（SIEMENS）、攀鋼托日公司共同承建。2#連退機組主要由入口段、清洗段、入口活套、退火爐、出口活套、平整機、出口段［1］等設(shè)備構(gòu)成。入口段由開卷機［2］、矯直機及夾送輥、切頭剪等構(gòu)成。在入口段帶鋼甩尾過程中，由于原有控制模型和邏輯缺陷，致使帶鋼甩尾過長，造成帶鋼成材率過低。

1 入口段帶鋼甩尾偏差原因分析

1.1 入口段帶鋼甩尾偏差

2#連退機組入口段設(shè)備完成帶鋼的穿帶和甩尾工作，為焊機焊接創(chuàng)造條件。入口段設(shè)備主要由開卷機，1#、2#、3#夾送輥，1#、2#、3#、4#、5#開關(guān)，矯直機，測厚儀及切頭剪等構(gòu)成，2#連退機組入口段設(shè)備布置示意圖如圖1所示?，F(xiàn)有入口段設(shè)備帶鋼甩尾偏差過大，不能滿足生產(chǎn)操作甩尾5～10 m的要求。特別是在薄料生產(chǎn)過程中，實際帶鋼甩尾長度比操作界面設(shè)定值大50 m左右，甩尾過長造成切頭剪剪切刀數(shù)變多，影響到下一卷備卷時間，制約著入口段生產(chǎn)節(jié)奏；同時甩尾過長的帶鋼將會被切廢扔掉，這對帶鋼成材率造成嚴重影響，最大時可使成材率降低1%，影響連退機組生產(chǎn)經(jīng)濟性。在厚料生產(chǎn)過程中，偶爾出現(xiàn)實際帶鋼甩尾長度比HMI（人機操作界面）設(shè)定值偏短的現(xiàn)象，因為軋機軋制帶鋼過程中，有一定長度的帶鋼卷芯有超厚現(xiàn)象，甩尾過短會造成帶鋼剪廢長度不夠，對焊縫質(zhì)量造成影響；嚴重時，帶尾跑出焊機，造成機組停機。

圖1 2#連退機組入口段設(shè)備布置示意圖Fig.1 Schematic Diagram for Equipment Arrangement at Entrance Section of No.2 Continuous Annealing Unit

1.2 入口段帶鋼甩尾偏差原因分析

依據(jù)現(xiàn)有入口段帶鋼甩尾數(shù)學模型以及鋼卷長度體積與鋼卷卷徑體積相等的原則［3］，則：

式中，S為帶鋼計算長度，mm；δ為帶鋼計算厚度，mm；D為鋼卷計算外徑，mm；d為鋼卷計算內(nèi)徑，mm；B為帶鋼計算寬度，mm。

如果甩尾長度設(shè)定為L（mm），入口段開卷計算運行長度為K（mm），則：

以上為理論情況，在實際生產(chǎn)過程中由于帶鋼厚度δ、鋼卷外徑D、鋼卷內(nèi)徑d是變量，就會造成鋼卷計算長度S值與鋼卷實際長度S1出現(xiàn)偏差，而鋼卷甩尾長度計算模型中沒有相對應的變化修訂參數(shù)，就會致使鋼卷實際甩尾長度L1與設(shè)定甩尾長度L不相等，給生產(chǎn)造成被動和損失。帶鋼停止之前的速度V1過大，也會造成甩尾偏差過大。實際甩尾長度L1與設(shè)定長度L、鋼卷實際長度S1和鋼卷計算長度S之間的換算如公式（4）所示：

1.2.1 厚度δ變化影響

下游用戶買同噸位帶鋼要更長的帶鋼，往往按照國標要求取下限范圍訂貨。為了滿足用戶要求，全部按照國標下限生產(chǎn)，這就會使實際的帶鋼厚度 δ1＜ δ，帶入公式（2）可得：

實際鋼卷帶鋼長度 S1＞S，帶入公式（4）可得，鋼卷實際甩尾長度L1＞L。該情況在薄帶鋼生產(chǎn)中表現(xiàn)明顯，為客觀存在的現(xiàn)象。

1.2.2 外徑D變化影響

由于酸軋機組下線鋼卷在分切時，外圈帶鋼在卷曲過程中，助卷輥為線接觸，沒有軋制過程中對鋼卷的包裹力大，致使外圈有松弛現(xiàn)象；同時酸軋機組下線的鋼卷在70℃左右，而連退機組上卷溫度為30℃左右，溫度落差會造成鋼卷外圈有松弛現(xiàn)場；加之酸軋機組下線鋼卷在吊車吊運過程中，由于鋼卷捆帶有一定間隙，在帶尾擴張力的作用下，也會造成鋼卷外圈出現(xiàn)松弛。酸軋機組下線鋼卷外圈松弛后，中間沒有技術(shù)手段能夠?qū)⑺沙诘膸不謴偷綄嶋H值，連退機組監(jiān)測的鋼卷外徑為松弛的鋼卷外徑D［4-5］，所以致使鋼卷實際外圈直徑 D1＜D，根據(jù)公式（2）可得：

鋼卷實際長度 S1＜S，帶入公式（4）可得，實際鋼卷甩尾長度L1＜L。該情況在厚帶鋼生產(chǎn)中表現(xiàn)很明顯，為客觀存在的現(xiàn)象。

1.2.3 內(nèi)徑d變化影響

酸軋機組鋼卷在卷取機上卸卷過程中，由于軋機軋制過程中的單位張力大于40 MPa，當卷筒收縮時，鋼卷內(nèi)圈帶鋼由于其表面有乳化液，摩擦阻力很小，鋼卷內(nèi)圈會出現(xiàn)向內(nèi)部縮徑現(xiàn)象；同時酸軋機組下線的鋼卷在70℃左右，而連退機組上卷溫度為30℃左右，由于溫度落差也會造成鋼卷內(nèi)圈向內(nèi)部縮徑現(xiàn)象。酸軋機組下線鋼卷內(nèi)圈縮徑后，連退開卷機單位張力在20 MPa左右，沒有技術(shù)手段能夠?qū)⑺沙诘膬?nèi)圈恢復到實際值，連退機組監(jiān)測的鋼卷內(nèi)徑為松弛的內(nèi)徑d，所以致使鋼卷實際內(nèi)圈直徑 d1＞d，根據(jù)公式（2）可得：

鋼卷實際長度 S1＜S，帶入公式（4）可得，實際鋼卷甩尾長度L1＜L。該情況在厚帶鋼生產(chǎn)中表現(xiàn)很明顯，為客觀存在的現(xiàn)象。

1.2.4 帶鋼甩尾速度過大影響

由于帶鋼甩尾時的制動時間和制動力矩恒定，當帶鋼甩尾的速度V1過大，會出現(xiàn)帶鋼甩尾偏差，如下公式（8）所示。

式中，V1表示帶鋼甩尾速度，m/min；α表示帶鋼甩尾加速度，m/s2；t表示帶鋼甩尾完成時間，s；

帶鋼甩尾加速度α是個恒定值，開卷機的制動盤制動力矩T也是個恒定值，當帶鋼甩尾速度從V1變?yōu)?時，甩尾制動時間需要t，當V1變大，那么t也會變大，開卷機的制動盤制動力矩T作用時間變長，造成帶尾在入口段定位不準確，為客觀存在的現(xiàn)象。

2 入口段帶鋼甩尾偏差解決措施

根據(jù)帶鋼δ、鋼卷外徑D、鋼卷內(nèi)徑d三個變量的理論分析，可以得出，帶鋼厚度δ會致使所有鋼卷帶鋼甩尾實際帶尾變長；鋼卷外徑D和內(nèi)徑d僅致使厚鋼卷帶鋼甩尾實際帶尾變短，在鋼卷帶鋼厚度δ作用下，厚料鋼卷帶鋼甩尾基本受控，但在2#連退機組4年的生產(chǎn)過程中也出現(xiàn)過3次（1次鋼卷外徑過度松弛引起的，1次厚帶鋼進行正偏差生產(chǎn)引起的，1次為甩尾速度過高引起的）的帶尾逃逸現(xiàn)象。

2.1 增設(shè)糾偏系數(shù)

根據(jù)帶鋼甩尾偏差原因分析可知，用戶要求帶鋼進行下極限生產(chǎn)，造成帶鋼甩尾過長，薄料超長測試統(tǒng)計表見表1。為滿足用戶下極限的實際需求，解決思路是將鋼卷內(nèi)徑參數(shù)d通過糾偏系數(shù)E進行彌補，如下公式（9）所示：

表1 薄料超長測試統(tǒng)計表Table 1 Statistical Table for Overlength Test of Thin Materials

通過對表1鋼種厚度的分析，E=3 mm能解決所有鋼卷帶鋼實際甩尾帶鋼過長的問題，但會產(chǎn)生鋼卷帶鋼甩尾實際帶尾變短的問題，出現(xiàn)帶尾逃逸。

2.2 增設(shè)兩次降速

根據(jù)圖1所示，上通道包括開卷機，1#、2#、3#夾送輥，1#、2#、3#、4#、5#開關(guān)，矯直機，測厚儀及切頭剪等。由于酸軋機組穿帶帶鋼10 m長度范圍內(nèi)厚度波動大，需要切除才能保證連退焊機焊接質(zhì)量。為保證帶鋼停止位置準確，避免慣性對停機位置的影響，所以增設(shè)兩次降速控制來降低帶鋼甩尾的動能，使其小于制動力矩，滿足精確甩尾定位的需要。

因為2#連退機組實際生產(chǎn)鋼卷外徑D在Φ1 000～Φ2 000 mm之間，內(nèi)徑d為Φ610 mm，糾偏系數(shù)E為3 mm，代入公式9進行計算。根據(jù)公式（9）設(shè)置開卷機第一次降速，將剩余帶鋼長度S2=150 000 mm作為第一降速到120 m/min的先決條件，修訂控制邏輯見公式（10）：

式中，S2表示帶鋼計算剩余長度，mm；D2表示鋼卷計算剩余外徑，mm；

因為2#連退機組實際生產(chǎn)鋼卷帶鋼厚度δ在0.35～2.5 mm，為了保證5～10 m的甩尾量，根據(jù)公式（9）設(shè)置開卷機第二次降速，將剩余帶鋼長度S3=30 000 mm作為第二降速到60 m/min的先決條件，修訂控制邏輯如公式（11）所示：

式中，S3表示帶鋼計算剩余長度，mm；D3表示鋼卷計算剩余外徑，mm；

因為入口段的加減速度是恒定的，經(jīng)過兩次降速，可以有效降低帶鋼運行動能，確保其低于開卷機制動力矩，減少帶鋼停止時的沖擊偏差。

2.3 增設(shè)“或”保護控制邏輯

由圖1上通道的布置圖可知，上通道1#開關(guān)到切頭剪距離12.5 m，上通道2#開關(guān)到切頭剪距離11 m。為了避免甩尾過長或過短，根據(jù)上通道到切頭剪距離11 m的這兩個開關(guān)，編輯一個“或”的開關(guān)保護控制邏輯，當上通道1#開關(guān)或上通道2#開關(guān)中的任意一個開關(guān)未檢測到帶鋼作為上通道停機的必要條件，此時上通道切頭剪動作進行鋼卷帶鋼甩尾剪廢。根據(jù)圖1所示，對于下通道來說，下通道修訂控制邏輯與上通道相似：開卷機第一次降速按照公式（9）修訂控制邏輯；開卷機第二次降速按照公式（10）修訂控制邏輯；下通道1#開關(guān)和下通道2#開關(guān)編輯成一個“或”的控制邏輯，保護帶尾不逃逸，定位長度準確，見圖2所示。

圖2 “或”保護控制示意圖Fig.2 Protective Control Schematic for OR Order

3 應用效果

通過采取上述措施，攀鋼2#連退機組實際鋼卷甩尾長度偏差受控，再未出現(xiàn)帶尾逃逸出焊機現(xiàn)象，連切頭剪位置也未出現(xiàn)過帶尾逃逸，剪廢實際長度控制在5～10 m。整個控制模型改造后，其成材率由原來的94.5%提高到95.6%，提升了1.1個百分點，焊縫斷帶次數(shù)明顯降低，可在同類型連續(xù)生產(chǎn)機組推廣應用，應用效果統(tǒng)計表見表2。

表2 應用效果統(tǒng)計表Table 2 Statistical Table for Application Effect mm

4 結(jié)語

攀鋼2#連退機組定位生產(chǎn) （0.35～2.5）mm×（850～1620）mm的高強汽車板，已成功開發(fā)生產(chǎn)DP980 MPa和QP980 MPa產(chǎn)品。針對其入口段帶鋼甩尾偏差大的問題，通過對帶鋼厚度δ、鋼卷外徑D、鋼卷內(nèi)徑d、帶鋼甩尾速度V1的原因分析，提出在甩尾數(shù)學模型增加糾偏系數(shù)，設(shè)置開卷機第一次和第二次降速降低甩尾速度，上下通道雙開關(guān)“或”保護控制邏輯的解決對策，將帶鋼的甩尾長度控制在5～10 m之內(nèi)，減少了帶尾切廢浪費，提升了機組生產(chǎn)效益，在同行業(yè)具有競爭優(yōu)勢。