連續(xù)酸洗機(jī)組生產(chǎn)厚料通板問題分析及改進(jìn)

耿延好 史素紅

（梅山鋼鐵公司冷軋廠 江蘇南京 210039）

1 前言

酸洗機(jī)組的主要作用是去除熱軋板表面的氧化鐵皮，其產(chǎn)品除了作為各類冷軋板帶產(chǎn)品及熱軋板熱鍍鋅產(chǎn)品的原料鋼卷外，主要用于汽車、冰箱和空調(diào)壓縮機(jī)、電熱水器及五金機(jī)械等行業(yè)，用途廣泛。酸洗機(jī)組按生產(chǎn)工藝可分為連續(xù)式和推拉式兩種。連續(xù)式酸洗機(jī)組主要優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)效率高，小時噸鋼產(chǎn)量高，成材率高，生產(chǎn)操作自動化程度高，缺點(diǎn)是其不適合較厚規(guī)格以及高強(qiáng)鋼品種的生產(chǎn)，通常厚度極限規(guī)格在7mm以下［1］。推拉式酸洗機(jī)組采用非連續(xù)方式進(jìn)行生產(chǎn)，主要優(yōu)點(diǎn)是投資少、可以滿足厚度為6～13mm的超厚規(guī)格、高含碳量和高強(qiáng)鋼品種生產(chǎn)。缺點(diǎn)是生產(chǎn)效率低、機(jī)組產(chǎn)量低、產(chǎn)品表面質(zhì)量不高。因?yàn)檫B續(xù)式酸洗機(jī)組具有生產(chǎn)產(chǎn)量大和生產(chǎn)效率高、酸洗帶鋼表面質(zhì)量好且均一等優(yōu)點(diǎn)，目前國內(nèi)外酸洗機(jī)組主要以連續(xù)式為主，而為了順應(yīng)市場需求，連續(xù)式酸洗機(jī)組產(chǎn)品也向厚料高強(qiáng)鋼方向拓展。

2 連續(xù)酸洗機(jī)組生產(chǎn)厚料存在的問題

梅鋼酸洗機(jī)組為連續(xù)式酸洗機(jī)組，機(jī)組分為入口段、工藝段和出口段三部分，工藝段采用超淺槽紊流酸洗工藝，機(jī)組設(shè)計產(chǎn)品厚度規(guī)格為1.2～7.0mm，最大強(qiáng)度σb為980MPa。產(chǎn)品厚度和強(qiáng)度規(guī)格位于國內(nèi)連續(xù)酸洗機(jī)組前列。連續(xù)酸洗機(jī)組生產(chǎn)厚規(guī)格，高強(qiáng)度品種帶鋼的首要問題是通板問題，即機(jī)組能否順利的實(shí)現(xiàn)開卷、剪切、焊接、卷取以及帶鋼能在各段之間建立合適的張力，保證帶鋼不發(fā)生跑偏，劃傷等問題。

機(jī)組投產(chǎn)后，在生產(chǎn)產(chǎn)品大綱內(nèi)的厚料以及向8.0mm厚規(guī)格帶鋼拓展實(shí)踐過程中，對全線設(shè)備的通板能力進(jìn)行了逐步驗(yàn)證。經(jīng)生產(chǎn)實(shí)際驗(yàn)證入口焊機(jī)焊接能力、矯直機(jī)、拉矯機(jī)、碎邊剪和圓盤剪剪切能力、現(xiàn)有1200mm張力輥、糾偏輥輥徑滿足產(chǎn)品大綱以及8.0m厚規(guī)格帶鋼生產(chǎn)要求。部分設(shè)備如入出口剪的剪切能力不足，入出口張力輥壓輥的夾送力不足影響厚料通板等問題，通過小的改進(jìn)滿足了生產(chǎn)需求。但機(jī)組生產(chǎn)厚料存在兩個主要問題，一是帶鋼在酸洗工藝段酸槽內(nèi)產(chǎn)生劃傷，二是出口段卸卷抽芯、松卷問題，這兩個問題嚴(yán)重影響機(jī)組的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)穩(wěn)定性。

3 酸槽內(nèi)帶鋼劃傷原因分析及改進(jìn)

3.1 原因分析

酸洗工藝段采用超淺槽鹽酸紊流酸洗和溢流漂洗工藝，三段酸洗五級溢流漂洗。酸槽較長且槽體淺，單個槽體長約21.6m，槽深約200mm，槽體底部兩端高中間低，中部最低處深約250mm，帶鋼通板線和槽體底部的距離為100～150mm。酸槽底部布置有鞍山巖托石，托石作用是托起下垂的帶鋼避免帶鋼和酸槽底部碰擦，保護(hù)槽體。酸洗槽每段槽體出入口布置有擠干輥，擠干輥的作用一方面是擠干帶鋼表面殘留的鹽酸酸液，另一方面的作用是保持酸槽出入口帶鋼的標(biāo)高，起到支撐帶鋼的作用。酸洗工藝段出入口分別布置一套張力輥組，前后的張力輥組給酸槽內(nèi)的帶鋼建立一定的張力。

由于酸槽較長，前后兩組擠干輥距離為21.6m，帶鋼支撐點(diǎn)跨度大，雖然酸槽后5＃張力輥給帶鋼提供了一定的張力，但帶鋼在自身重力的作用下，實(shí)際處于懸垂?fàn)顟B(tài)，即帶鋼在酸槽內(nèi)實(shí)際上是以兩端擠干輥處支撐位置為最高點(diǎn)，中間部位下垂的曲線形狀，如圖1所示。

圖1 酸槽內(nèi)帶鋼示意圖

在張力一定的情況下，帶鋼單位長度質(zhì)量越大，最大下垂度ΔH越大。帶鋼下垂度ΔH計算公式如公式1所示：

式中：ΔH—帶鋼懸垂量（mm）；

W—帶鋼單位長度質(zhì)量（kg／mm）；

L—跨度（mm）；

T—帶鋼張力（kg）。

為了控制帶鋼在酸槽內(nèi)的垂度，機(jī)組根據(jù)不同帶鋼厚度寬度規(guī)格設(shè)定相應(yīng)的單位張力。帶鋼下表面產(chǎn)生劃傷的根本原因是帶鋼厚度寬度增加時，酸槽內(nèi)帶鋼前后張力相對較小，導(dǎo)致帶鋼垂度ΔH大，帶鋼較大一部分重量由酸槽底部的托石支撐，帶鋼在前行時下表面和托石之間產(chǎn)生摩擦造成托石磨損，垂度越大托石磨損越快。因托石和帶鋼邊部接觸的部分表面磨損較快，中部磨損相對較慢，不均勻磨損使托石表面產(chǎn)生尖峰，或托石表面發(fā)生崩落產(chǎn)生尖點(diǎn)，這些尖峰或尖點(diǎn)會導(dǎo)致帶鋼下表面劃傷。

以6.0mm×1430mm規(guī)格的帶鋼為例，生產(chǎn)此規(guī)格帶鋼時酸洗工藝段設(shè)定總張力為8300kgf，忽略托輥及糾偏輥等摩擦阻力，帶鋼張力近似等于工藝段設(shè)定張力，假設(shè)帶鋼全部浸沒在酸液中，帶鋼相對密度為6.85×10-6kg／mm3，帶入公式（1）計算，得出酸槽內(nèi)帶鋼垂度ΔH為：

即生產(chǎn)6.0mm×1430mm規(guī)格的帶鋼，酸槽內(nèi)帶鋼最大下垂度412.97mm。槽底離通板線最大垂直距離為150mm。由于帶鋼下垂度遠(yuǎn)大于槽底和通板線之間的距離，帶鋼大部分重量由托石承擔(dān)，帶鋼在運(yùn)行時和托石之間發(fā)生較為嚴(yán)重的摩擦，生產(chǎn)6.0mm以上帶鋼時帶鋼垂度更大，帶鋼下表面也更容易產(chǎn)生劃傷。

3.2 改進(jìn)措施

考慮到酸槽內(nèi)帶鋼設(shè)定張力相對較小，首先增加工藝段張力，即增加5＃張力輥入口張力。工藝段張力增加后托石磨損和帶鋼下表面劃傷有很大的改善，但因?yàn)?＃張力輥入口張力增加后，張力輥負(fù)載增加，張力輥減速箱輸入端聯(lián)軸器經(jīng)常損壞，造成機(jī)組長時間故障停機(jī)。

因5＃張力輥負(fù)載能力有限，僅提高5＃張力輥負(fù)載提高酸洗段工藝段內(nèi)的張力不能滿足厚規(guī)格極限料的生產(chǎn)。此機(jī)組在設(shè)計時5＃張力輥和酸槽出口之間預(yù)留有平整機(jī)和4＃張力輥位置，項(xiàng)目建設(shè)時平整機(jī)未安裝，4＃張力輥組只安裝了張力輥，齒箱和電機(jī)等傳動部分并未安裝，張力輥?zhàn)鳛楸粍虞伿褂谩榱颂岣咚岵蹆?nèi)帶鋼張力，解決帶鋼在酸槽內(nèi)下表面劃傷問題，在4＃張力輥組位置增加了齒箱、電機(jī)傳動裝置，使4＃張力輥由被動輥?zhàn)優(yōu)橹鲃虞仯岣咚岵鄢隹趶埩伣M的負(fù)載能力，其和5＃張力輥組合使用為酸槽內(nèi)帶鋼提供更大的張力。在生產(chǎn)寬厚規(guī)格的帶鋼時，相應(yīng)的提高單位張力，減小帶鋼在酸槽內(nèi)的下垂度。

4＃張力輥增加傳動后，負(fù)載能力可以達(dá)到之前的兩倍。酸洗工藝段的帶鋼張力根據(jù)帶鋼的規(guī)格進(jìn)行了一系列優(yōu)化。理想情況下工藝段帶鋼兩端施加的張力要保證帶鋼最低點(diǎn)不接觸到酸槽槽底，即帶鋼兩端施加的張力T要滿足帶鋼的下垂度ΔH小于槽底和通板線之間的距離150mm，根據(jù)公式1可推導(dǎo)出最小帶鋼張力值T：

根據(jù)公式（2），可計算工藝段不同厚度帶鋼相應(yīng)的張力設(shè)定值，以生產(chǎn)7×1430mm規(guī)格帶鋼為例，要控制帶鋼不和酸槽底部碰擦，ΔH ＝150mm，酸槽內(nèi)帶鋼兩端張力和T計算如下：

即生產(chǎn)7×1430mm規(guī)格帶鋼，理論上工藝段設(shè)定張力應(yīng)不小于26666kgf。但實(shí)際上酸槽內(nèi)的張力設(shè)置要考慮到對拉矯機(jī)的影響，因?yàn)樗岵廴肟诓贾糜欣C機(jī)，酸槽內(nèi)帶鋼張力即為拉矯機(jī)出口張力，酸槽內(nèi)張力設(shè)定過大會影響到拉矯機(jī)的延伸率控制，因此實(shí)際張力需要根據(jù)計算張力再進(jìn)行必要的修正。

3.3 改進(jìn)后效果

酸洗工藝段4＃張力輥改造及優(yōu)化張力后，帶鋼在酸槽內(nèi)的下垂度減小，劃傷概率大幅度降低。增加4＃張力輥傳動前后，生產(chǎn)部分極限規(guī)格料工藝段設(shè)定張力以及帶鋼下垂度值對比如表1所示。為了減輕托石的磨損速度，進(jìn)一步降低帶鋼的劃傷風(fēng)險，在增加酸槽內(nèi)帶鋼張力的同時，將酸槽底部托石寬度加寬，因?yàn)樗岵鄄垠w材質(zhì)為PPH，為增加托石寬度提供了便利條件，托石寬度由90mm增加到280mm。托石寬度增加降低了托石單位面積受力，減輕了托石的磨損情況，從而也進(jìn)一步降低了帶鋼在酸槽內(nèi)劃傷風(fēng)險。

表1 部分規(guī)格料規(guī)工藝段張力設(shè)定及垂度對比

4 卸卷抽芯問題分析及改進(jìn)

4.1 原因分析

酸洗卷取機(jī)卷筒設(shè)置有鉗口，用于卷取時夾住帶頭，建立卷取張力［2］。卷取穿帶時卷筒為縮徑狀態(tài)，鉗口打開，帶鋼進(jìn)入鉗口后卷筒漲開，鉗口閉合夾緊帶鋼，穿帶完成后卷筒旋轉(zhuǎn)進(jìn)行卷取。在卸卷時，帶頭首先要從鉗口中脫出才能進(jìn)行卸卷。卸卷的過程是卸卷小車鞍座上升托住鋼卷，卷筒縮徑打開鉗口，卷筒小幅旋轉(zhuǎn)后再漲開—縮徑—旋轉(zhuǎn)，反復(fù)幾次上述步驟，直至鋼卷帶頭脫離鉗口。步序重復(fù)次數(shù)根據(jù)帶鋼厚度規(guī)格設(shè)定，固化在卸卷程序里。

卸卷抽芯是因?yàn)閹ь^未完全從鉗口中脫出，或在卷筒旋轉(zhuǎn)脫帶頭過程中鋼卷內(nèi)卷包裹在卷筒上，卸卷小車在移動卸卷時，鋼卷帶頭卡在鉗口里或內(nèi)卷帶鋼觸碰卷筒導(dǎo)致鋼卷內(nèi)卷未跟隨整個鋼卷同步移動脫離卷筒。卸卷抽芯的原因主要有兩個方面：

4.1.1 卷筒結(jié)構(gòu)問題

卷取機(jī)卷筒為四棱錐結(jié)構(gòu)，主要有四棱錐芯軸、拉桿、四個斜楔塊和四個扇形板等組成，結(jié)構(gòu)如圖2所示。其鉗口由扇形板1和斜楔塊2組成，扇形板1比其它扇形板要厚，卷筒處于縮徑狀態(tài)時，此塊扇形板不能縮至最小直徑，其和斜楔塊之間有一定間隙從而實(shí)現(xiàn)鉗口打開狀態(tài)，卷筒漲開時鉗口閉合。

卷筒漲縮由拉桿帶動斜楔塊動作和扇形板上安裝的碟形彈簧協(xié)同工作控制。卷筒扇形板1和斜楔塊2也作為鉗口用，卷筒漲徑狀態(tài)下直徑為610mm，扇形板漲縮徑向行程15mm，縮徑狀態(tài)卷筒直徑為580mm，而作為鉗口用的扇形板1漲縮徑向行程為5mm，縮徑狀態(tài)下其直徑為605mm。卸卷卷筒縮徑時，鉗口處扇形板和鋼卷內(nèi)卷距離僅為5mm，由于間隙較小，鋼卷內(nèi)圈容易觸碰卷筒，生產(chǎn)厚料帶頭不易從鉗口中脫出，尤其是生產(chǎn)內(nèi)徑為760mm的鋼卷，卷筒裝上增徑板后帶頭進(jìn)入鉗口的長度增加，生產(chǎn)厚料時帶頭很難從鉗口中脫出來。

圖2 卷筒結(jié)構(gòu)簡圖

4.1.2 鋼卷和卷筒中心偏移問題

1）水平方向中心偏移

由于鉗口式卷取機(jī)在卷取帶鋼時鉗口帶鋼會產(chǎn)生凸起，曲率半徑驟然變小［3］，生產(chǎn)規(guī)格越厚、強(qiáng)度等級越高的鋼種這種現(xiàn)象越明顯。鉗口位置的凸起會逐層向外傳導(dǎo)，從而導(dǎo)致鉗口相對應(yīng)的鋼卷外圈也產(chǎn)生凸起，曲率半徑變小，鋼卷外卷并非一個正圓。如果卸卷時鉗口在下部區(qū)域，卸卷小車接卷時V形鞍座只有一邊和鋼卷外圈接觸，造成卷筒縮徑時鋼卷在V形鞍座上產(chǎn)生滾動，導(dǎo)致鋼卷中心和卷筒中心在水平方向產(chǎn)生偏移，鋼卷內(nèi)卷和卷筒之間在水平方向上的間隙不均勻。

2）垂直方向中心偏移

鋼卷小車鞍座升降由液壓缸實(shí)現(xiàn)，鞍座上升接卷時分高低壓控制，鞍座低壓啟動上升，接觸到鋼卷后切換至高壓托住鋼卷，后卷筒縮徑開始卸卷。小車鞍座上升高壓以常規(guī)鋼卷卷重設(shè)定，高壓時卸卷小車提升力為24.5t。當(dāng)生產(chǎn)小于24.5t卷重的鋼卷時，小車鞍座的提升力除了托住鋼卷外還給卷筒一個向上的力，如果這個力大于鋼卷重量和卷筒自重之和，由于卷取機(jī)卷筒軸承有一定的游隙，卷取機(jī)底座滑板間也存在間隙，卷筒在垂直方向上會消除這些間隙，向上產(chǎn)生一個位移。當(dāng)卷筒縮徑時，卷筒和鋼卷脫離，卷筒所受卸卷小車鞍座垂直向上的外力也隨之消失，卷筒在重力作用力下向下有一個位移，而鋼卷位置保持不動，位移差導(dǎo)致鋼卷中心和卷筒中心在垂直方向產(chǎn)生偏移，鋼卷內(nèi)卷和卷筒之間在垂直方向上的間隙不均勻。故一般卸小卷時，卷筒下部和鋼卷內(nèi)圈距離要小于上部距離。

由于卷取機(jī)本身的結(jié)構(gòu)問題，導(dǎo)致鋼卷內(nèi)卷和卷筒之間的間隙偏小，生產(chǎn)薄料可正常卸卷，但生產(chǎn)厚料高強(qiáng)鋼時由于鉗口處凸起，卸卷需要內(nèi)圈和卷筒之間更大的間隙，加之鋼卷外圈非正圓以及設(shè)備自身的功能精度問題造成卷筒和鋼卷內(nèi)圈下半圓之間間隙偏小且不均勻，當(dāng)鉗口在下半圓區(qū)域卸卷時更容易產(chǎn)生抽芯情況。

4.2 改進(jìn)措施

4.2.1 卷取機(jī)卷筒改進(jìn)

為了增加鋼卷內(nèi)卷和卷筒之間的間隙，需要改進(jìn)卷取機(jī)卷筒鉗口的結(jié)構(gòu)。由于只改進(jìn)卷筒的鉗口部分，選用的新卷筒和原有卷筒外形尺寸相同。新卷筒也為四棱錐結(jié)構(gòu)，但鉗口由單獨(dú)的斜楔塊控制開閉，新卷筒結(jié)構(gòu)如圖3所示。

新卷筒的鉗口由鉗口拉桿控制鉗口斜楔塊動作實(shí)現(xiàn)鉗口的開閉。鉗口斜楔塊比卷筒斜楔塊斜度要大，卷筒扇形板徑向行程為15mm，鉗口塊徑向行程37.5mm。卷筒縮徑鉗口打開，卷筒漲開鉗口關(guān)閉。縮徑卸卷時，卷筒四個扇形板和鋼卷內(nèi)圈之間的距離均為15mm，相比之前的卷筒鉗口扇形板和鋼卷內(nèi)圈之間的距離增加10mm，鉗口開口度也從14mm增加到16mm，生產(chǎn)厚料鋼卷帶頭更容易從鉗口脫出。

4.2.2 鉗口角度定位

鉗口位置定位是在帶尾定位的同時將帶頭控制在上半圓區(qū)域內(nèi)，即分卷剪切后，卷取完帶尾，要實(shí)現(xiàn)帶尾定位在5點(diǎn)鐘位置，按順時針方向帶頭定位在9點(diǎn)到3點(diǎn)鐘區(qū)域內(nèi)。如圖4所示。

圖3 新卷筒結(jié)構(gòu)簡圖

圖4 帶頭帶尾定位位置

為了避開鉗口落在下半圓區(qū)域，當(dāng)卷取分卷還未真正剪切時，要根據(jù)當(dāng)前鉗口位置，帶鋼外徑r、帶鋼厚度h、預(yù)剪切點(diǎn)到卷取機(jī)卷筒的距離l已知條件，計算出帶尾定位后鉗口的位置。如果鉗口位置落在9點(diǎn)到3點(diǎn)鐘區(qū)域內(nèi)，進(jìn)行既定的剪切分卷步序，如果鉗口位置落在3點(diǎn)到9點(diǎn)鐘區(qū)域內(nèi)，則要對預(yù)分卷剪切點(diǎn)進(jìn)行距離補(bǔ)償，假定預(yù)分切點(diǎn)剪切后，卷取完此部分帶鋼鋼卷外徑為R，鉗口和水平方向的夾角為α，鉗口要落在上半圓區(qū)域，則最小補(bǔ)償距離為2πR（180-α）／360，最大補(bǔ)償距離為2πR（360-α）／360。

實(shí)際補(bǔ)償距離要在理論計算的基礎(chǔ)上根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際定位位置加一個補(bǔ)償量，最后根據(jù)現(xiàn)場的工況確定最佳的帶頭定位位置來確定最終補(bǔ)償距離。

4.3 改進(jìn)效果

更換新的卷筒增加了卷筒鉗口扇形板和鋼卷內(nèi)卷之間的間隙，鉗口定位解決了鋼卷和卷筒中心偏移導(dǎo)致下半圓區(qū)域鋼卷內(nèi)卷和卷筒扇形板之間間隙偏小問題，通過上述措施解決了厚規(guī)格帶鋼卷取卸卷抽芯問題。

5 結(jié)論

經(jīng)過設(shè)備改造、控制方式優(yōu)化，基本解決了酸洗機(jī)組生產(chǎn)厚料酸槽內(nèi)劃傷和卸卷抽芯等通板問題，取得了較好的效果。機(jī)組逐步實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品大綱內(nèi)的厚板以及8.0mm拓展規(guī)格厚板的批量穩(wěn)定生產(chǎn)。