熱鍍鋅薄帶鋼穿帶堆鋼的原因及控制

任新意 高慧敏 徐海衛(wèi) 黃華貴 孫靜娜 馬孟寧

（1.首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公司技術中心，河北唐山 063200；2.燕山大學國家冷軋板帶裝備及工藝工程技術研究中心，河北秦皇島 066004）

熱鍍鋅帶鋼具有較好的耐蝕性、優(yōu)良的可加工性和裝飾性，在工業(yè)建筑、交通運輸、汽車制造、家電等領域得到了廣泛應用［1-2］。熱鍍鋅薄帶鋼加工成材率高、成形性能優(yōu)良、質量穩(wěn)定，已成為國內外鋼鐵企業(yè)研究的熱點［3］。

某1 700 mm熱鍍鋅連續(xù)機組由比利時CMI公司設計［4］，采用國際先進的美鋼聯(lián)法連續(xù)熱鍍鋅工藝，設計年產量可達40萬t。該機組主要生產具有高附加值的建材和家電用帶鋼，厚0.25～2.5 mm，寬750～1 580 mm，最高強度可達590 MPa。自2009年投產以來，為了滿足高級別鋼卷出口國外的需求，逐漸增加了厚度小于0.45 mm的帶鋼產量，要求機組具有更好的連續(xù)運行穩(wěn)定性。然而，薄規(guī)格帶鋼在穿帶過程中常常因帶頭與機組入口區(qū)域設備卡阻而無法順利前行，隨著帶鋼開卷的持續(xù)運行而逐漸堆積，即發(fā)生堆鋼現(xiàn)象［5］，嚴重影響機組的生產效率。

本文研究了該1 700 mm熱鍍鋅連續(xù)機組發(fā)生堆鋼現(xiàn)象的規(guī)律和原因，并采取調整原料帶鋼的生產工藝、改造穿帶導板的表面構造、增添預警裝置等措施，顯著減少了熱鍍鋅機組發(fā)生堆鋼的頻次。

1 熱鍍鋅薄帶鋼堆鋼的概況

經統(tǒng)計，該1 700 mm熱鍍鋅連續(xù)機組發(fā)生的穿帶堆鋼具有以下特征：1）帶鋼厚度主要在0.45 mm以下，且1 400 mm以上寬度的帶鋼發(fā)生堆鋼的頻率更高；2）82%發(fā)生堆鋼的帶鋼原料由1 420 mm酸連軋機組生產；3）堆鋼主要發(fā)生在公共夾送輥后的穿帶導板區(qū)；4）堆鋼主要發(fā)生在帶鋼的頭或尾部。1 700 mm熱鍍鋅機組入口區(qū)的設備布置示意如圖1所示，其發(fā)生穿帶堆鋼的規(guī)律如圖2所示。

圖1 1 700 mm熱鍍鋅機組入口區(qū)設備布置示意Fig.1 Schematic diagram of equipment layout in entrance area of the 1 700 mm hot dip galvanizing line

圖2 發(fā)生堆鋼的帶鋼原料生產機組（a）和帶鋼厚度分布（b）Fig.2 Production line for raw material used for the strip（a）and distribution of thickness of the strip（b）generating piling-up

2 原因分析

1 700 mm熱鍍鋅機組所用的原料帶鋼由1 420和1 700 mm酸連軋機組及1 750 mm單機架軋機生產，厚度小于0.45 mm的原料帶鋼主要由1 420 mm酸連軋機組生產。由于薄規(guī)格帶鋼的整體壓下率較大，因此1 420 mm酸連軋機組采用5個機架同時壓下的軋制方式［6-7］，即帶鋼在每個機架均以較大的壓下率軋制。為保證帶鋼能被穩(wěn)定軋制，機組的末機架需采用較小的軋制力并保持良好的潤滑狀態(tài)。因此，末機架的工作輥一般磨削后（未毛化）直接使用，其表面粗糙度較低（0.5～0.7 μm），同時要求較高的乳化液濃度，一般控制在3%～4%（質量分數）。

為了研究熱鍍鋅薄規(guī)格帶鋼發(fā)生堆鋼的原因，對原料帶鋼的板形、表面粗糙度和表面殘油量等進行了對比分析。

2.1 原料帶鋼板形

反查發(fā)生堆鋼的原料帶鋼板形發(fā)現(xiàn)，其設定的板形曲線為微雙邊浪形，帶鋼頭、尾部（軋機升降速階段）的實際軋制力較高速穩(wěn)態(tài)階段的明顯增大，對應位置的邊浪幅值也明顯增大［8］。當具有較大邊浪幅值的帶鋼經過穿帶導板臺時，不僅會造成帶鋼與穿帶導板臺之間發(fā)生局部接觸卡阻，也會增加穿帶通過夾送輥的難度，從而導致帶鋼穿帶過程中堆積即堆鋼。發(fā)生堆鋼的帶鋼原料板形如圖3所示。

圖3 發(fā)生堆鋼的帶鋼原料板形Fig.3 Shape of raw strip used for the strip generating piling-up

2.2 原料帶鋼表面粗糙度

對比不同軋機生產的原料帶鋼的表面粗糙度表明，1 420 mm酸連軋機組生產的原料帶鋼表面粗糙度較低。其原因主要是1 420 mm酸連軋機組的末機架工作輥是磨削后直接使用的，工作輥粗糙度為0.5～0.7 μm。而其他兩個機組的末機架工作輥在磨削后再經過電火花毛化［9］，以進一步提高其表面粗糙度至2.0～3.5 μm。由于原料帶鋼的表面粗糙度較低，帶鋼經過穿帶導板時易打滑，從而造成穿帶堆鋼。不同機組生產的原料帶鋼表面粗糙度如表1所示。

表1 不同機組生產的原料帶鋼的表面粗糙度Table 1 Surface roughness of the raw strips produced in the different lines

2.3 原料帶鋼表面殘油量

不同機組生產的原料帶鋼表面殘油量［10］如表2所示。1 420 mm酸連軋冷硬帶鋼的表面殘油量較高，這主要是由于1 420 mm酸連軋機組的第五機架采用壓下模式，需要較好的潤滑狀態(tài)以提高軋制穩(wěn)定性，其乳化液濃度一般控制在3%～4%，導致原料帶鋼的表面殘油量較多，加大了帶鋼與穿帶導板之間的打滑程度，導致穿帶堆鋼。

表2 不同機組生產的原料帶鋼的表面殘油量Table 2 Amount of oil left on the raw strips produced in the different lines

此外，現(xiàn)場跟蹤發(fā)現(xiàn)，發(fā)生穿帶堆鋼的1 700 mm熱鍍鋅機組的穿帶導板表面結構設計不合理，且在帶鋼發(fā)生堆鋼時未及時檢查及采取控制措施，致使開卷機處的帶鋼持續(xù)前行，堆鋼更為嚴重。

3 控制措施

3.1 原料帶鋼頭尾板形補償

為解決由于原料帶鋼頭、尾板形不良導致的1 700 mm熱鍍鋅機組的穿帶堆鋼問題，增加了控制板形的軋制力-彎輥力的補償功能［11］，并根據帶鋼的鋼種和規(guī)格優(yōu)化了補償系數，從而減小了原料帶鋼的板形幅值，提高了帶鋼整卷板形的一致性。優(yōu)化的原料帶鋼板形如圖4所示。

圖4 優(yōu)化的原料帶鋼板形Fig.4 Shape of the optimized raw strip

3.2 原料帶鋼粗糙度和殘油量的控制

由于1 420 mm酸連軋機組生產的原料帶鋼表面粗糙度較低，所以對機組的末機架工作輥進行了電火花毛化加工，使其粗糙度提高至1.3 μm，并適當降低末機架的帶鋼壓下率，以提高原料帶鋼的表面粗糙度。此外，將機組的末機架工作輥鍍鉻［12］，并對乳化液系統(tǒng)進行合理的加油和排液，以減少原料帶鋼的表面殘油量，即對原料帶鋼進行表面粗糙度和表面殘油量的綜合控制。調整后的原料帶鋼表面粗糙度和殘油量見圖5。

圖5 用不同工作輥軋制的原料帶鋼的粗糙度（a）和殘油量（b）Fig.5 Roughness（a）and residual oil amount（b）of the raw strips rolled by different working rolls

3.3 防止帶鋼穿帶過程堆積的預警裝置

1 700 mm熱鍍鋅機組在生產薄規(guī)格帶鋼時，還經常出現(xiàn)帶鋼扎帶頭的現(xiàn)象［13］，但開卷機仍在持續(xù)運轉，從而使帶鋼穿帶過程中堆積更嚴重。通過增加入口定位光柵檢測與開卷機運行間的聯(lián)鎖，開發(fā)了防止帶鋼穿帶過程中堆積的預警裝置，其原理圖如圖6所示。

圖6 防止帶鋼穿帶過程中堆積的預警裝置的原理圖Fig.6 Schematic diagram of early warning system for prevention of the strip piling-up in the process of threading

預警裝置的功能：

（1）在1號或2號通道開卷到直頭機的自動運行過程中，開卷機運轉10 s內沒有收到夾送輥后面的光柵信號，判定帶鋼在開卷機處發(fā)生堆積，自動步暫停運行。

（2）在與上相同的過程中，直頭機前的光柵檢測到信號后4 s內沒有收到直頭機后面的光柵信號，判定帶鋼在直頭機處發(fā)生堆積，自動步暫停運行。

（3）在1號或2號通道直頭機到切頭剪的自動運行過程中，直頭機后面的光柵檢測到信號后5 s內沒有收到切頭剪前面的光柵信號，判定帶鋼在直頭機到切頭剪的通道內堆積，自動步暫停運行。

（4）在帶鋼從切頭剪到焊機的自動運行過程中，切頭剪后面的光柵檢測到信號后10 s內沒有收到公用夾送輥前面的光柵信號，判定帶鋼在切頭剪到公用夾送輥的通道內堆積，自動步暫停運行。

（5）在帶鋼從公用夾送輥到焊機的自動運行過程中，公用夾送輥后面的光柵檢測到信號后8 s內沒有收到焊機前面的光柵信號，判定帶鋼在公用夾送輥到焊機的通道內堆積，自動步暫停運行。

3.4 穿帶導板表面結構改造

現(xiàn)場跟蹤發(fā)現(xiàn)，原有的穿帶導板采用表面光滑的襯膠木板制作，易造成帶鋼難以順利運行而堆積。因此，在原有穿帶導板上增加密集的滾動軸承，如圖7所示，間接增大帶鋼與穿帶導板的接觸間隙，從而避免帶鋼與穿帶導板發(fā)生局部黏結而堆積。同時，根據現(xiàn)場條件，制作了用于處理帶鋼堆積的裝置，如圖8所示，顯著縮短了堆鋼導致的機組停機時間。

圖7 改造后的熱鍍鋅機組穿帶導板臺Fig.7 Remade threading guide table in the hot dip galvanizing line

圖8 用于處理帶鋼堆積的裝置Fig.8 Device reserved for handling strip piling-up

4 實施效果

采取上述相關措施后，1 700 mm熱鍍鋅機組的薄規(guī)格帶鋼的穿帶堆鋼現(xiàn)象已基本消除，機組發(fā)生穿帶堆鋼的次數從月均3.25次降低到了0.4次，堆鋼導致的停機時間從月均56 min減少到了8 min，取得了良好的效果，如圖9所示。

5 結論

（1）1 700 mm熱鍍鋅機組發(fā)生穿帶堆鋼的規(guī)律為：由1 420 mm酸連軋機組生產的原料帶鋼更易發(fā)生堆鋼，厚度小于0.45 mm的薄帶鋼堆鋼的頻次更高。

（2）發(fā)生堆鋼的帶鋼其原料帶鋼的頭尾板形不良，表面粗糙度較低，殘油量較高。

（3）原料帶鋼與熱鍍鋅機組的穿帶導板之間發(fā)生局部粘合，在開卷過程中易發(fā)生堆鋼。

（4）采取調整原料帶鋼的生產工藝、改造鍍鋅機組穿帶導板的表面構造、增添防止帶鋼穿帶過程中堆積的預警系統(tǒng)等措施可使1 700 mm熱鍍鋅機組穿帶堆鋼的次數和停機時間顯著減少。