冷軋重卷線冷硬大卷卷取故障的研究與優(yōu)化

呂 劍，盧 杰

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北唐山 063200）

1 故障背景

某冷軋重卷線冷硬大卷在卷取過程中，經(jīng)常出現(xiàn)卷取塔形，塔形率超過80%，嚴(yán)重影響生產(chǎn)節(jié)奏。塔形卷不僅無法包裝，而且吊裝困難，卸卷小車運(yùn)輸時(shí)存在中心偏移，具有較大安全隱患。大量的塔形卷影響生產(chǎn)順穩(wěn)，給重卷線帶來很大生產(chǎn)壓力，由于需要重新卷取，開卷后的切頭尾造成成材率的巨大損失。

2 塔形卷故障分析

塔形卷是指帶鋼在卷取過程中，由于故障原因產(chǎn)生的卷取錯(cuò)邊現(xiàn)象，多見于大卷卷取故障。本文結(jié)合某冷軋重卷線的生產(chǎn)情況，通過分析塔形故障卷的PDA數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)造成卷取故障的原因分為卷取抽芯，卷取打滑，起停車造成的錯(cuò)層現(xiàn)象，EPC跳變和板形問題等。以下針對不動(dòng)故障發(fā)生機(jī)理，逐一進(jìn)行分析。

2.1 卷取抽芯

判斷卷取抽芯的主要特征是內(nèi)圈存在一個(gè)明顯的層間縫隙。另一個(gè)特征是內(nèi)外圈對稱的錯(cuò)層現(xiàn)象，即外形像一個(gè)大鍋蓋。抓住這兩個(gè)特征，就避免了判斷失誤。卷取抽芯如圖1所示。

這類卷符合卷取抽芯的兩個(gè)特征。由于橡膠套筒的固有屬性，在承壓情況下，不可避免會(huì)發(fā)生收縮。微小的收縮有時(shí)不會(huì)產(chǎn)生實(shí)際影響，但是，如果隨著受力增大，收縮明顯，就可能導(dǎo)致內(nèi)圈抽芯，當(dāng)套筒的收縮比不穩(wěn)定或較大時(shí)，則易出現(xiàn)大卷的卷取抽芯。

2.2 卷取打滑

卷取過程中采用恒張力控制模式，即無論鋼卷直徑是多大，帶鋼張力是一個(gè)固定值。在這種情況下，隨著鋼卷直徑的增大，帶鋼對芯軸及鋼卷內(nèi)圈的扭矩會(huì)不斷增大。當(dāng)這個(gè)扭矩增大到橡膠套筒和芯軸之間的最大靜摩擦力矩時(shí)，橡膠套筒和芯軸之間會(huì)發(fā)生打滑。

圖1 卷取抽芯

這種現(xiàn)象往往與卷取抽芯同時(shí)出現(xiàn)。通過分析PDA數(shù)據(jù)，內(nèi)圈直徑數(shù)據(jù)在卷取過程中沒有明顯變化，排除漲縮缸內(nèi)泄可能。在卷取卷徑超過1500 mm后，出現(xiàn)卷取速度突然變大、轉(zhuǎn)矩變小的現(xiàn)象，判斷套筒發(fā)生打滑。

觀察發(fā)現(xiàn)芯軸表面油脂較多，判斷為檢修加油過多，芯軸運(yùn)行中甩出部分油脂，粘連到芯軸表面，使得套筒與芯軸之間的最大靜摩擦力變小。在卷取大卷時(shí)，由于卷徑比較大，內(nèi)圈受力變大，超過最大靜摩擦力時(shí)，發(fā)生打滑。因此，打滑是設(shè)備內(nèi)因與外在生產(chǎn)工藝相結(jié)合的產(chǎn)物。

2.3 啟停車造成的錯(cuò)層現(xiàn)象

重卷線由于產(chǎn)線較短，張力輥少，為避免卷取機(jī)甩尾時(shí)將帶鋼抽走，設(shè)置了一個(gè)停車減張功能，即設(shè)置一個(gè)減張系數(shù)，停車時(shí)，實(shí)際張力設(shè)定值是設(shè)定張力值乘上該系數(shù)。卷取機(jī)、張力輥、拉矯機(jī)和卷取機(jī)的減張系數(shù)分別為40%，45%，50%，60%。停車時(shí)帶鋼張力減小較多，卷取機(jī)發(fā)生倒轉(zhuǎn)，導(dǎo)致帶鋼抖動(dòng)較大，重新啟車后，卷取發(fā)生一個(gè)明顯錯(cuò)層，如圖2所示。

圖2 起停車錯(cuò)層

2.4 EPC跳變

EPC跳變，導(dǎo)致糾偏缸動(dòng)作大，產(chǎn)生卷取錯(cuò)層，這種現(xiàn)象多發(fā)生在寬規(guī)格的卷上。現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，糾偏燈管上方的通道線的導(dǎo)板縫隙不均勻，導(dǎo)板中間部分由于常年被帶鋼磨損，導(dǎo)致縫隙較大，邊部在普通規(guī)格時(shí)，一般不會(huì)有帶鋼，導(dǎo)致前沿粘連較多雜物。現(xiàn)場吊線測量，發(fā)現(xiàn)邊部導(dǎo)板有的部分進(jìn)入糾偏燈頭范圍，影響測量鏡頭接受的光照強(qiáng)度。在受到遮擋較多的地方，就可能發(fā)生測量數(shù)值跳變現(xiàn)象，導(dǎo)致糾偏缸動(dòng)作大，產(chǎn)生卷取錯(cuò)層。EPC跳變錯(cuò)層記錄數(shù)據(jù)如圖3所示。

2.5 板形問題

該故障發(fā)生較少，目前只發(fā)現(xiàn)一卷。板形問題對卷取的影響一般不大，但是如果板形突變較嚴(yán)重，則可能造成卷取故障。板形問題如圖4所示。

3 改進(jìn)措施

3.1 芯軸控制設(shè)計(jì)功能

圖3 EPC跳變錯(cuò)層記錄數(shù)據(jù)

圖4 板形問題

重卷的控制閥是電液換向閥，換向閥芯軸膨脹原理如圖5所示。通過對比其他產(chǎn)線芯軸液壓控制管路，發(fā)現(xiàn)存在一種比例閥控制的芯軸膨脹方式，比例閥芯軸膨脹原理如圖6所示。這種結(jié)構(gòu)上的區(qū)別，使得芯軸膨脹在實(shí)際控制方法上具有根本性的區(qū)別。

比例閥對芯軸膨脹進(jìn)行位置控制，系統(tǒng)設(shè)定4個(gè)位置，卷取準(zhǔn)備位是第三個(gè)位置。當(dāng)系統(tǒng)做卷取準(zhǔn)備時(shí)，芯軸膨脹到第三個(gè)位置，通過對比例閥的開度進(jìn)行控制，進(jìn)而保持芯軸位置保持穩(wěn)定，此時(shí)芯軸膨脹壓力約為80 MPa。當(dāng)卷取機(jī)卷取超過一定圈數(shù)后（一般設(shè)10圈），芯軸進(jìn)行再次膨脹，設(shè)定位置是第四個(gè)位置。由于已經(jīng)進(jìn)行卷取，帶鋼箍緊了套筒和芯軸，使得套筒外圈直徑變化幅度很小，芯軸膨脹不可能達(dá)到設(shè)定值。此時(shí)，比例閥處于全開狀態(tài)，芯軸的膨脹壓力達(dá)到系統(tǒng)壓力值，約為120 MPa。較大的壓力值對橡膠套筒再次產(chǎn)生一個(gè)擠壓的力，這樣就減小了帶鋼對套筒的壓縮，減少了內(nèi)圈抽芯的可能性。

圖5 換向閥芯軸膨脹液壓管路

圖6 比例閥芯軸膨脹液壓管路

換向閥控制時(shí)，當(dāng)有卷取準(zhǔn)備命令時(shí)，芯軸膨脹到最大位置，然后卷取機(jī)開始卷取，直到卸卷。對比比例閥控制結(jié)構(gòu)，最明顯的區(qū)別是卷取后沒有二次膨脹，而且換向閥結(jié)構(gòu)從實(shí)際應(yīng)用中也實(shí)現(xiàn)不了二次膨脹。因此，該結(jié)構(gòu)只適合卷取20 t以下的小卷，卷重超過20 t以后，很難保證卷取的穩(wěn)定性。

在現(xiàn)有生產(chǎn)工藝中，比例閥結(jié)構(gòu)的卷取機(jī)從未出現(xiàn)過卷取塔形現(xiàn)象。但是對于重卷線的換向閥結(jié)構(gòu)，都不同程度出現(xiàn)過卷取塔形現(xiàn)象。不同的結(jié)構(gòu)決定了兩種液壓控制在控制能力上有著本質(zhì)區(qū)別。

3.2 卷取故障優(yōu)化措施

通過上述分析，可以清楚了解產(chǎn)生卷取問題的原因。針對不同情況，采取相應(yīng)措施，予以解決。

3.2.1 卷取塔形

產(chǎn)生卷取塔形的兩個(gè)主要原因是內(nèi)圈抽芯和卷取打滑。

解決內(nèi)圈抽芯的本質(zhì)辦法是更改液壓控制系統(tǒng)，但此方法成本高、時(shí)間長，暫時(shí)不予優(yōu)先考慮。設(shè)計(jì)新產(chǎn)線時(shí)，可以將此因素考慮進(jìn)去。

如果不能改造液壓系統(tǒng)，最直接的辦法是減張。張力減多少，怎樣減，在實(shí)踐中總結(jié)了一套規(guī)律，基本可以解決內(nèi)圈抽芯和打滑的問題，也就不會(huì)出現(xiàn)卷取塔形。減張控制就是增加卷取機(jī)大卷卷取系統(tǒng)模型。

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)和理論計(jì)算，設(shè)計(jì)全新的大卷卷取模型，并根據(jù)實(shí)際卷取效果，修正、確定模型的控制參數(shù)。根據(jù)設(shè)計(jì)的張力模型，在一級控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)控制。張力模型如圖7所示，此圖只作為一個(gè)參考圖，具體設(shè)計(jì)中增加其他實(shí)用功能，在此不贅述。

3.2.2 起停車造成的錯(cuò)層

通過調(diào)整停車減張參數(shù)，卷取機(jī)、張力輥、拉矯機(jī)和卷取機(jī)的減張系數(shù)分別為45%，50%，60%，80%。通過實(shí)驗(yàn)，此條件下，產(chǎn)線運(yùn)行正常，錯(cuò)層基本消除。后續(xù)可以逐漸實(shí)驗(yàn)，將卷取機(jī)停機(jī)減張參數(shù)設(shè)到100%。

3.2.3 EPC跳變

EPC跳變主要發(fā)生在寬規(guī)格卷，糾偏燈管上方的導(dǎo)板縫隙不均勻，邊部較窄。通過現(xiàn)場實(shí)際測量，將邊部導(dǎo)板臺(tái)削去10 mm，測量數(shù)據(jù)未發(fā)生跳變，測量數(shù)據(jù)恢復(fù)正常，錯(cuò)層現(xiàn)象消失。

3.2.4 板形問題

板形問題造成的錯(cuò)邊故障發(fā)生較少，需要關(guān)注來料標(biāo)注，如果標(biāo)注板形故障，卷取需要特別注意，低速生產(chǎn)。

4 總結(jié)

通過研究塔形的形成機(jī)理，采取相應(yīng)措施后，大卷卷取塔形完全得到控制，應(yīng)用效果較好。在鍍鋅線投用以來，既保證帶鋼卷取質(zhì)量，不出塔形卷，又能保持生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行，消除了安全隱患。保證大卷訂單的生產(chǎn)能力，減少重卷的生產(chǎn)壓力，卷取質(zhì)量顯著提高。改進(jìn)后的大卷卷取展示如圖8所示。

圖7 張力模型

圖8 改進(jìn)后的大卷卷取展示