柳鋼1450 mm熱連軋夾送輥工藝研究及管控策略

梁武三，張曉勇，嚴(yán)穎云，梁武仕

(廣西柳州鋼鐵集團(tuán)有限公司，廣西 柳州 545002)

熱連軋帶鋼的質(zhì)量研究一般集中在粗軋、精軋和層流冷卻工序，對(duì)卷取工序的研究比較少。夾送輥是卷取工序重要的設(shè)備之一，對(duì)卷取工序的整體質(zhì)量控制水平有重要作用，其利用上下夾送輥直徑差形成的彎曲力將帶鋼頭部進(jìn)行彎曲并導(dǎo)入卷取機(jī)完成卷取工序作業(yè)。如何優(yōu)化夾送輥的輥型設(shè)計(jì)、控制邏輯并規(guī)范設(shè)備管控制度，以提高卷取區(qū)域的產(chǎn)品質(zhì)量控制水平和設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性，是熱連軋工藝的重要研究?jī)?nèi)容之一。

1 夾送輥的輥型優(yōu)化

1.1 夾送輥受力分析

夾送輥的安裝方式為下夾送輥固定在牌坊窗口內(nèi)，上夾送輥靠上平衡裝置拉力帶動(dòng)，夾送輥受力情況如圖1所示。

夾送輥在帶載情況下，主要受帶鋼跟夾送輥之間的壓力和摩擦力并產(chǎn)生磨損，考慮到橫向摩擦產(chǎn)生的磨損相對(duì)均勻，現(xiàn)主要從縱向壓力方面進(jìn)行受力分析。

圖1 夾送輥受力分析

(1)帶載時(shí)受力主要集中在夾送輥中部，上夾送輥在兩側(cè)平衡缸的拉力下，輥縫呈現(xiàn)一定的繞度，帶鋼邊部跟夾送輥接觸的位置磨損程度相對(duì)較大。

(2)考慮到帶鋼邊部溫降問(wèn)題，夾送輥兩側(cè)跟中部的磨損存在差異，邊部磨損程度相對(duì)較大。

1.2 夾送輥磨損分析

柳鋼1450 mm熱連軋線主要品種為寬度1020 mm和1270 mm的冷軋基板，因此夾送輥的磨損主要從這兩種寬度規(guī)格對(duì)應(yīng)的磨損區(qū)域進(jìn)行分析[1]，以上兩種寬度帶鋼的邊部到輥端邊部距離分別為215 mm和90 mm，如圖2所示。

圖2 夾送輥磨損區(qū)域

為研究夾送輥過(guò)鋼量和磨損量之間的規(guī)律，按每5萬(wàn)噸/次的過(guò)鋼量對(duì)夾送輥進(jìn)行磨損數(shù)據(jù)測(cè)量，并跟蹤帶鋼實(shí)物質(zhì)量，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表1。

表1 夾送輥磨損數(shù)據(jù)記錄

1.3 夾送輥輥型設(shè)計(jì)

因夾送輥在不同使用周期內(nèi)，軋制不同寬度規(guī)格產(chǎn)生的磨損情況不同，而1020 mm寬度的磨損區(qū)域包含了1270 mm的磨損區(qū)域，故以1020 mm規(guī)格為對(duì)象設(shè)計(jì)輥型。考慮到帶鋼的實(shí)際跑偏距離，為減少因磨損不均對(duì)帶鋼邊部產(chǎn)生邊浪問(wèn)題，設(shè)計(jì)其邊部倒角距離為200 mm；從表1數(shù)據(jù)可知，夾送輥的后期磨損量達(dá)到3.5 mm，考慮到邊部磨損大于中部磨損，且容易產(chǎn)生邊部崩裂問(wèn)題，故設(shè)計(jì)其凸度約2倍于最大磨損量，優(yōu)化后上下夾送輥設(shè)計(jì)輥型凸度分別為8 mm和6.5 mm，如圖3所示。

2 夾送輥的速度控制邏輯及優(yōu)化

2.1 夾送輥速度基本邏輯

夾送輥的速度控制是夾送輥?zhàn)詣?dòng)控制的重要組成部分，按照實(shí)際生產(chǎn)情況，以精軋穿帶、夾送輥咬鋼、精軋F(tuán)2拋鋼、精軋降速等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，將夾送輥速度分為超前速度、同步速度和滯后速度三個(gè)階段，如圖4所示。

圖3 上下夾送輥輥型示意圖

圖4 夾送輥速度基本邏輯

2.2 夾送輥的速度時(shí)序控制優(yōu)化

卷取機(jī)咬鋼前，設(shè)置夾送輥速度超前于精軋機(jī)末機(jī)架輸出速度的8%～10%；當(dāng)卷取機(jī)收到咬鋼信號(hào)后，上下夾送輥負(fù)載平衡補(bǔ)償開始啟動(dòng)，當(dāng)尾部離開夾送輥后，負(fù)載平衡補(bǔ)償自動(dòng)消失；在穩(wěn)定卷取過(guò)程中，夾送輥速度跟隨精軋速度形成微張力控制，張力值按二級(jí)模型計(jì)算執(zhí)行；直到精軋F(tuán)2機(jī)架拋鋼后，夾送輥設(shè)置滯后補(bǔ)償速度5%～8%，張力跟隨速度補(bǔ)償按比例同步減小，直到帶鋼尾部離開夾送輥，整套邏輯如圖5所示。通過(guò)以上卷取、精軋聯(lián)動(dòng)速度參數(shù)的優(yōu)化，對(duì)控制卷形卷偏、錯(cuò)層以及鋼板表面的挫傷起到顯著的效果。

圖5 夾送輥速度時(shí)序控制

3 夾送輥的壓力和位置控制優(yōu)化

卷取機(jī)夾送輥輥縫控制主要分為壓力控制和位置控制。壓力控制模式即一級(jí)系統(tǒng)讀取夾送輥壓力傳感器壓力值，按照設(shè)定壓力控制上夾送輥的行程和動(dòng)作；位置控制模式即一級(jí)系統(tǒng)讀取上夾送輥位移傳感器數(shù)值，按照設(shè)定位移值控制上夾送輥的行程和動(dòng)作。因?yàn)樵诰砣C(jī)卷鋼過(guò)程中，夾送輥涉及預(yù)擺、咬鋼、壓下、抬起、拋鋼等多個(gè)節(jié)點(diǎn)，如何在這些節(jié)點(diǎn)之間合理的切換壓力模式和位置模式，是提升卷取工序質(zhì)量的關(guān)鍵[2-3]

經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐，按照以下幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)優(yōu)化夾送輥壓力和位置控制的時(shí)序(邏輯如圖6)：當(dāng)卷取權(quán)在當(dāng)前卷取機(jī)時(shí),收到精軋F(tuán)2咬鋼信號(hào)后，夾送輥下降至預(yù)擺位置；當(dāng)卷取機(jī)助卷輥咬鋼后，夾送輥輥縫按照1.4倍帶鋼厚度設(shè)定，進(jìn)行位置環(huán)控制軋制；為避免帶鋼因精軋拋鋼失張后板形出現(xiàn)自由跑偏，當(dāng)接收到精軋F(tuán)5拋鋼信號(hào)，執(zhí)行由位置環(huán)切換為壓力控制；夾送輥拋鋼后變?yōu)槲恢每刂?，自?dòng)回復(fù)到等待位。通過(guò)以上控制優(yōu)化，可有效地改善鋼卷的整體卷形質(zhì)量，頭尾壓力環(huán)的控制對(duì)塔形、溢出邊等卷形質(zhì)量控制也起到良好的作用。

圖6 夾送輥壓力和位置控制邏輯

4 夾送輥設(shè)備管控優(yōu)化

夾送輥設(shè)備在安裝或生產(chǎn)過(guò)程中，往往因安裝誤差、測(cè)量誤差、設(shè)備磨損等因素，導(dǎo)致輥縫精度出現(xiàn)偏差，在使用過(guò)程中存在一定的風(fēng)險(xiǎn)性，易導(dǎo)致卷偏、錯(cuò)層、浪形甚至廢鋼故障等，給卷取機(jī)的主體設(shè)備和成品質(zhì)量帶來(lái)不利因素。因此，制定適宜的設(shè)備精度和更換管控制度，同時(shí)通過(guò)優(yōu)化程序?qū)崿F(xiàn)設(shè)備自動(dòng)保護(hù)功能，可提高夾送輥運(yùn)行穩(wěn)定性和成品質(zhì)量穩(wěn)定性。

4.1 完善精度校核制度

(1)每次更換夾送輥時(shí)，要求用框式水平儀對(duì)下夾送輥進(jìn)行水平測(cè)量，要求水平度在0.1 mm/m，若達(dá)不到要求，則需在單側(cè)軸承座處采取增加墊片的方式進(jìn)行墊平處理。

(2)夾送輥軸承座跟牌坊的間隙測(cè)量數(shù)據(jù)在0.6～1.1 mm之間，對(duì)于超標(biāo)的按標(biāo)準(zhǔn)范圍進(jìn)行調(diào)整。

(3)更換上夾送輥后測(cè)量?jī)蓚?cè)輥縫偏差必須滿足≤0.3 mm的要求。

(4)制定輥縫測(cè)量校核記錄表，確保輥縫的穩(wěn)定跟蹤。

4.2 優(yōu)化夾送輥更換周期

為跟蹤夾送輥不同使用周期情況下對(duì)應(yīng)的輥縫偏差，按每5萬(wàn)噸過(guò)鋼量對(duì)夾送輥兩側(cè)輥縫進(jìn)行測(cè)量，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表2。

表2 夾送輥使用跟蹤表

在軋制過(guò)程中，由于帶鋼兩側(cè)輥縫或壓力偏差的存在，卷偏或浪形問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，隨著磨損量的增加，輥縫小的一側(cè)加劇了輥面的磨損程度。如表2數(shù)據(jù)所示，當(dāng)過(guò)鋼量達(dá)到25萬(wàn)噸后帶鋼開始發(fā)生輕微浪形問(wèn)題，當(dāng)過(guò)鋼量達(dá)到30萬(wàn)噸左右時(shí)浪形表現(xiàn)出無(wú)規(guī)律，當(dāng)超過(guò)35萬(wàn)噸后浪形問(wèn)題表現(xiàn)尤為凸出，實(shí)物如圖7所示。

圖7 夾送輥磨損不均導(dǎo)致的浪形

根據(jù)以上分析，制定夾送輥的更換過(guò)鋼量在25-30萬(wàn)噸之間，并且當(dāng)過(guò)鋼量達(dá)到25萬(wàn)噸后，在更換之前，利用每天的停機(jī)時(shí)間測(cè)量

輥縫偏差并重新標(biāo)定，同時(shí)對(duì)帶鋼實(shí)物質(zhì)量進(jìn)行密切關(guān)注，避免批量性質(zhì)量問(wèn)題的出現(xiàn)。

4.3 優(yōu)化過(guò)程保護(hù)功能

4.3.1 優(yōu)化壓力差保護(hù)功能

在夾送輥投入壓力環(huán)控制過(guò)程中，當(dāng)兩側(cè)壓力偏差值大于15 kN時(shí)，出現(xiàn)報(bào)警提示后自動(dòng)退出壓力環(huán)，并且切換為當(dāng)前輥縫所在的位置環(huán)卷完當(dāng)前帶鋼，可有效地避免單側(cè)壓力過(guò)大導(dǎo)致帶鋼出現(xiàn)單側(cè)浪形或卷偏問(wèn)題。

4.3.2 優(yōu)化輥縫差保護(hù)功能

正常軋制過(guò)程中兩側(cè)輥縫在位置環(huán)的控制下保持兩側(cè)水平，而水平的保持需要靠?jī)蓚?cè)液壓缸的壓力來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)補(bǔ)償，當(dāng)壓力出現(xiàn)異?；蚱渌饨缫蛩匾饍蓚?cè)輥縫出現(xiàn)偏差，且偏差值大于當(dāng)前目標(biāo)輥縫的1.2倍時(shí)，后臺(tái)程序自動(dòng)開啟保護(hù)模式，對(duì)兩側(cè)輥縫進(jìn)行當(dāng)前位置的鎖定，以避免輥縫過(guò)于傾斜導(dǎo)致帶鋼的嚴(yán)重卷偏。

4.4 制定點(diǎn)檢標(biāo)準(zhǔn)化制度

(1)夾送輥運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)軸承座、萬(wàn)向軸、電機(jī)有無(wú)異響。

(2)聯(lián)軸器法蘭螺栓是否松動(dòng)，聯(lián)軸器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有無(wú)跳動(dòng)和打滑。

(3)夾送輥上下動(dòng)作時(shí)兩端是否同步，上輥軸承座鎖緊擋板螺絲是否松動(dòng)。

(4)停機(jī)要檢查輥面是否有粘肉、刮傷、裂紋等缺陷。

(5)油缸固定螺栓和扁頭銷軸是否松動(dòng)。

(6)冷卻水管是否固定可靠，噴嘴是否堵塞，氣動(dòng)控制閥是否靈敏。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)參照產(chǎn)品主要寬度，優(yōu)化設(shè)計(jì)卷取機(jī)夾送輥的邊部倒角深度和長(zhǎng)度，可以有效均勻磨損，保證輥縫受力均勻，提高板形質(zhì)量。

(2)通過(guò)優(yōu)化卷取夾送輥各個(gè)節(jié)點(diǎn)的速度控制、優(yōu)化位置環(huán)和壓力環(huán)切換控制，可有效避免卷偏、錯(cuò)層等鋼卷質(zhì)量問(wèn)題。

(3)制定最大30萬(wàn)噸的夾送輥更換周期、完善程序保護(hù)邏輯、以及適宜的設(shè)備精度控制標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)夾送輥的設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性和產(chǎn)量質(zhì)量穩(wěn)定性有重要作用。