可逆冷軋機(jī)帶鋼跑偏分析

王大號(hào)，劉銀娟，寇 鵬，夏 宇

(中國(guó)重型機(jī)械研究院有限公司，陜西 西安 710032)

1 引言

在可逆冷軋機(jī)軋制生產(chǎn)過程中，由于來料帶鋼的厚度不均、設(shè)備的安裝精度偏差以及工藝不合理等原因，使得帶鋼在軋制過程中不可避免的發(fā)生跑偏。帶鋼跑偏不僅會(huì)影響帶鋼成品質(zhì)量，還會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞機(jī)組設(shè)備，對(duì)于采用軋制油潤(rùn)滑的軋機(jī)甚至?xí)斐蓢?yán)重的火災(zāi)，給設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行帶來嚴(yán)重影響。因此，為了保證機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行及獲得邊部整齊的帶卷，對(duì)帶鋼的跑偏進(jìn)行研究和控制顯得越來越重要。本文分析了中國(guó)重型機(jī)械研究院有限公司為寶鋼特鋼分公司設(shè)計(jì)成套的1450 mm單機(jī)架六輥可逆冷軋機(jī)組試生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的跑偏現(xiàn)象，采取措施解決跑偏問題，滿足生產(chǎn)工藝要求。

2 單機(jī)架可逆冷軋機(jī)帶鋼跑偏原因分析

2.1 跑偏機(jī)理

帶鋼在軋制過程中，帶鋼受到的橫向擾動(dòng)力大于帶鋼與輥?zhàn)拥臋M向靜摩擦力，帶鋼將偏離軋制中心線，發(fā)生跑偏，直到橫向擾動(dòng)力又小于橫向靜摩擦力，帶鋼停止跑偏，在新的中心線上繼續(xù)運(yùn)動(dòng)［1］。

圖1為寶鋼特鋼分公司1450 mm單機(jī)架六輥可逆冷軋機(jī)組主要設(shè)備示意圖。帶鋼在軋制運(yùn)行過程中受各種擾動(dòng)，引起帶鋼的橫向側(cè)移，發(fā)生跑偏。引起帶鋼跑偏的主要原因有設(shè)備安裝精度、來料板形、軋制工藝等幾個(gè)方面。該機(jī)組在調(diào)試生產(chǎn)過程中帶鋼跑偏現(xiàn)象主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面:發(fā)生迅速跑偏，刮傷機(jī)架前后設(shè)備的內(nèi)側(cè)面。

圖1 單機(jī)架可逆冷軋機(jī)組模型圖Fig.1 Model of single stand reversible cold rolling mill

(3)張力計(jì)測(cè)得機(jī)架前后操作側(cè)與傳動(dòng)側(cè)四個(gè)檢測(cè)點(diǎn)張力不均，表現(xiàn)為機(jī)架前入口傳動(dòng)側(cè)張力大于操作側(cè)，機(jī)后傳動(dòng)側(cè)張力則小于操作側(cè)。

2.2 安裝精度不合格引起帶鋼跑偏

(1)帶鋼在卷取機(jī)上總是固定的往操作側(cè)方向偏移，使得帶卷逐圈外移，鋼卷不齊。

(2)帶鋼高速軋制時(shí)，特別是軋制厚料時(shí)，

寶鋼特鋼分公司1450 mm六輥可逆軋機(jī)的調(diào)試生產(chǎn)中，出現(xiàn)頻繁的固定方向性的跑偏現(xiàn)象在根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，帶鋼軋制過程中出現(xiàn)的經(jīng)常性的、規(guī)律性的跑偏現(xiàn)象往往是由設(shè)備制造安裝精度不合格引起的。因此初步判斷，設(shè)備的安裝精度有可能沒有達(dá)到安裝規(guī)范要求。委托專業(yè)的檢測(cè)公司對(duì)設(shè)備重要的安裝空間尺寸進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)測(cè)的檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 1450 mm六輥可逆冷軋機(jī)組主要空間尺寸檢測(cè)結(jié)果Table 1 Main size test results of 1450 6-roller reversible cold rolling mill

根據(jù)《軋鋼設(shè)備安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》［GB50386-2006］，卷取機(jī)及機(jī)架前后輥?zhàn)铀蕉?、垂直度安裝精度應(yīng)為0.05 mm/1 000 mm，其中卷取機(jī)水平度應(yīng)是卷筒懸臂端應(yīng)略高于固定端，卷取機(jī)卷筒相對(duì)機(jī)組中心線的垂直度應(yīng)是卷筒懸臂端背離來料方向側(cè)。本機(jī)組中，輥面寬度為1 450 mm，據(jù)此分析安裝精度中大部分指標(biāo)未達(dá)到安裝規(guī)范的精度要求，其中以左轉(zhuǎn)向輥、右板形輥、右卷取機(jī)實(shí)測(cè)的與規(guī)范要求的安裝精度偏差最大，嚴(yán)重影響機(jī)組的正常軋制，引起帶鋼跑偏。

2.2.1 轉(zhuǎn)向輥、夾送輥、張力輥的影響

在軋制過程中，夾送輥、導(dǎo)向輥、夾送引導(dǎo)帶鋼運(yùn)行，并建立張力，如果輥?zhàn)影惭b不水平，就會(huì)造成帶鋼一側(cè)張緊一側(cè)松散，即張力分布不均勻。如圖2所示，如果兩側(cè)張力不均，輥面就會(huì)給帶鋼施加一個(gè)水平橫向的力矩，引起帶鋼在運(yùn)行過程中朝輥面較低的一側(cè)跑偏。

圖2 輥?zhàn)觾蓚?cè)不水平引起的跑偏分析Fig.2 Deviation caused by roller maladjustment

輥?zhàn)酉鄬?duì)機(jī)組中心線的垂直度即輥?zhàn)酉嗷サ钠叫卸纫矔?huì)引起帶鋼跑偏。如圖3所示，帶鋼在兩個(gè)互不平行的轉(zhuǎn)向輥上運(yùn)行，產(chǎn)生跑偏。跑偏量?jī)膳c輥?zhàn)又g的間距以及兩輥之間的夾角有關(guān)。帶鋼跑偏量Δ是帶鋼在兩輥之間懸空長(zhǎng)度L與兩輥夾角α的正弦的乘積，即Δ=L·sinα。但實(shí)際上不平行的輥?zhàn)邮箮т搹埩Σ粔蚓鶆?，使帶鋼成鐮刀彎，帶鋼的跑偏量要比理論上小，因?yàn)樯鲜鲫P(guān)系是以帶鋼與輥?zhàn)映?0°為基礎(chǔ)的，而實(shí)際上帶鋼與輥?zhàn)虞S線是大于90°，所以要加以修正，乘以修正系數(shù)K。K值與帶鋼張力與帶鋼的性能有關(guān)。修正后的跑偏量為 Δ'=K×L×sinα

在試生產(chǎn)過程中，當(dāng)兩卷取機(jī)之間可逆軋制時(shí)，帶鋼總是在機(jī)前轉(zhuǎn)向輥附近往操作側(cè)跑偏，不同的來料后這種現(xiàn)象還是存在，根據(jù)表1所實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，機(jī)前轉(zhuǎn)向輥垂直度遠(yuǎn)離機(jī)組中心線，對(duì)本機(jī)組中機(jī)前轉(zhuǎn)向輥進(jìn)行速度分析，如圖3所示，帶鋼在轉(zhuǎn)向輥上運(yùn)行時(shí)，做為驅(qū)動(dòng)輥的轉(zhuǎn)向輥與帶鋼接觸面線速度v，該速度分解為一個(gè)使得帶鋼前行的速度v1，還有一個(gè)側(cè)移的橫向分速度v2，

圖3 帶鋼在兩個(gè)互不平行的運(yùn)送輥上的跑偏分析Fig.3 Deviation caused by unparallel slewing rollers

橫向分速度v2使得帶鋼往操作側(cè)偏移，該理論分析帶鋼偏移方向與實(shí)際情況相符合。

2.2.2 軋制線調(diào)整不水平

根據(jù)單機(jī)架可逆冷軋機(jī)的工作原理，機(jī)組工作前需要先調(diào)整標(biāo)定軋制生產(chǎn)線，軋制線的標(biāo)高是以上工作輥的下表面為基準(zhǔn)，通過壓上油缸將下工作輥壓靠，以確定零輥縫時(shí)的位置，然后根據(jù)壓下油缸的行程確定實(shí)際軋制時(shí)的輥縫大小。如圖4所示，當(dāng)軋線調(diào)整裝置操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)不在一個(gè)水平面時(shí)，即便輥縫控制很精確，由于這個(gè)時(shí)候輥縫是傾斜的，帶鋼會(huì)朝較低的一側(cè)跑偏。例如表1中，實(shí)測(cè)的上支承輥兩側(cè)不水平會(huì)使得輥縫傾斜，從而造成跑偏。

圖4 軋制線標(biāo)定不水平引起的跑偏Fig.4 Deviation caused by rolling line out of horizontal

2.2.3 兩卷取機(jī)卷筒不平行

卷取機(jī)的安裝精度對(duì)設(shè)備的運(yùn)行影響較大。由表1可以看出該機(jī)組左右卷取機(jī)的水平度垂直度均未達(dá)到安裝精度，從操作側(cè)看，相對(duì)于主機(jī)，左右兩卷取機(jī)呈內(nèi)“八”字狀，此時(shí)，帶鋼卷取時(shí)就會(huì)出現(xiàn)一側(cè)緊一側(cè)松的現(xiàn)象，帶材在卷筒壓力、張力、表面摩擦力的作用下，卷取時(shí)向松的一側(cè)滑動(dòng)，造成了如圖5所示的跑偏。

2.3 來料因素

由于帶鋼來料的板形形式多種多樣并且可隨機(jī)變化，其對(duì)帶鋼與輥?zhàn)又g的摩擦狀態(tài)的影響相當(dāng)復(fù)雜，因此對(duì)帶鋼跑偏的影響很大。當(dāng)來料橫向厚度、硬度、表面粗糙度等性能不均勻時(shí)，使得帶鋼不能均勻貼繞在轉(zhuǎn)向輥上，這些不對(duì)稱因素會(huì)在與轉(zhuǎn)向輥接觸的帶鋼表面上產(chǎn)生垂直于運(yùn)行方向的側(cè)向力，在此側(cè)向力的作用下，帶鋼發(fā)生側(cè)向滑移，使帶鋼跑偏。

圖5 卷筒不平行卷取引起的跑偏Fig.5 Deviation caused by unparallel coiler reels

帶鋼的鐮刀彎也會(huì)使帶鋼向曲率中心的反方向跑偏，如圖7所示。跑偏量與鐮刀彎的程度相一致，而且?guī)т搹埩Υ笮『蛢奢佒g的距離大小對(duì)實(shí)際跑偏量也有影響。

2.4 機(jī)組工藝對(duì)跑偏的影響

從帶鋼的跑偏機(jī)理上來講，帶鋼與輥?zhàn)又g的摩擦狀態(tài)影響帶鋼的跑偏，提高帶鋼張力，其靜摩擦力變大，有利于帶鋼的穩(wěn)定運(yùn)行及抗橫向擾動(dòng)能力;張力的穩(wěn)定也有利于抑制帶鋼的跑偏，若張力波動(dòng)較大將破壞帶鋼與輥?zhàn)又g的摩擦平衡，引起帶鋼跑偏。機(jī)組速度對(duì)帶鋼跑偏的影響較大，當(dāng)機(jī)組速度提高時(shí)，帶鋼橫向擾動(dòng)大，跑偏速度也大，操作工來不及控制，易產(chǎn)生跑偏，此種情況對(duì)設(shè)備會(huì)造成嚴(yán)重?fù)p害。

軋機(jī)工藝潤(rùn)滑量過大也會(huì)引起帶鋼的跑偏。過大的工藝潤(rùn)滑量會(huì)造成帶鋼表面除油不干凈，殘油量增大，卷取機(jī)卷筒卷取帶鋼時(shí)，帶鋼每層之間的軋制油會(huì)減小帶鋼橫向的阻力，從而造成鋼卷不齊。工藝潤(rùn)滑量的設(shè)定可以通過控制帶鋼鋼卷溫度在一個(gè)范圍內(nèi)來調(diào)節(jié)。

從以上的分析可以看出，引起該機(jī)組試生產(chǎn)中出現(xiàn)跑偏是多方面的，其中最重要的是設(shè)備的安裝精度未達(dá)到安裝規(guī)范的要求，另外工藝潤(rùn)滑量設(shè)置的不合理以及部分來料厚度不均也是引起跑偏的原因。

3 解決帶鋼跑偏的措施

根據(jù)實(shí)踐應(yīng)用，跑偏現(xiàn)象是不可避免的。問題在于如何采用一些措施來減少帶鋼跑偏，使跑偏量控制在允許范圍之內(nèi)，滿足生產(chǎn)工藝要求，以及當(dāng)帶鋼一旦發(fā)生跑偏后如何采取合理的保護(hù)措施來盡可能的減少跑偏給設(shè)備帶來的損害［2］。

從理論上而言，控制跑偏首先應(yīng)該精確計(jì)算帶鋼運(yùn)行時(shí)的最大跑偏量，但是這是一個(gè)非常難以準(zhǔn)確計(jì)算的數(shù)據(jù)。因?yàn)閹т摰呐芷饕怯蓭т摫旧淼陌逍魏蜋C(jī)械設(shè)備的安裝誤差造成的，而很多邊界條件是難以確定的。在實(shí)際中，主要通過不斷的實(shí)踐應(yīng)用總結(jié)而來。通過實(shí)踐知道帶鋼跑偏主要由以下影響因素:帶材的張力，材料特性，帶材運(yùn)行的速度，以及機(jī)械設(shè)備的安裝誤差。因此，為了減小跑偏，以及減少跑偏給設(shè)備帶來的損害相應(yīng)地可以采取如下措施:

(1)保證輥?zhàn)訄A柱表面制造精度和機(jī)組安裝精度，定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修。對(duì)于長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備，要定期的對(duì)設(shè)備中的重要基準(zhǔn)進(jìn)行檢查，調(diào)整，以保證設(shè)備性能的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

(2)增大張力，選擇合理成熟的軋制工藝。在設(shè)備及工藝允許的情況下盡可能的使用大張力，同時(shí)選擇合理的穩(wěn)定道次壓下量，以避免軋制壓力等參數(shù)的波動(dòng)引起跑偏。

(3)設(shè)定合理的工藝潤(rùn)滑量。合理的工藝潤(rùn)滑量會(huì)降低帶鋼表面的殘油量，從而增加帶鋼表面的抗阻能力，減少因軋制油過多引起的帶鋼跑偏量。

(4)對(duì)中側(cè)導(dǎo)衛(wèi)裝置內(nèi)側(cè)增加立導(dǎo)輥。對(duì)中側(cè)導(dǎo)衛(wèi)裝置通過對(duì)帶鋼兩邊的剛性限制，使帶鋼運(yùn)行在機(jī)組中心，該導(dǎo)衛(wèi)裝置內(nèi)側(cè)增加立導(dǎo)輥，一旦帶鋼發(fā)生嚴(yán)重跑偏時(shí)，帶鋼邊緣與立導(dǎo)輥直接發(fā)生滾動(dòng)摩擦，立輥轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)向，可以有效的降低帶鋼跑偏時(shí)對(duì)設(shè)備的損壞。

(5)對(duì)于使用軋制油的可逆軋機(jī)，為防止帶鋼迅速跑偏刮擦兩側(cè)設(shè)備引起的火災(zāi)隱患，可以在設(shè)備兩側(cè)各增加一對(duì)對(duì)射光電開關(guān)，該開關(guān)信號(hào)與軋機(jī)關(guān)停聯(lián)動(dòng)，當(dāng)帶鋼發(fā)生極限跑偏量時(shí)，開關(guān)發(fā)訊停止軋機(jī)作業(yè)。

4 結(jié)論

帶鋼跑偏是一個(gè)復(fù)雜的各種因素綜合作用的結(jié)果，要想分析找出其具體的原因必須根據(jù)跑偏現(xiàn)象的特性，從設(shè)備、來料、工藝以及操作水平等多個(gè)因素來逐個(gè)分析排除，本文針對(duì)寶鋼特鋼分公司1450 mm六輥可逆軋機(jī)試生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的跑偏現(xiàn)象，從設(shè)備、來料、工藝等多個(gè)角度對(duì)帶鋼跑偏的原因進(jìn)行了分析，并提出了一些行之有效的措施，為同類軋機(jī)的跑偏分析提供參考。

［1］ 唐英．帶鋼跑偏控制［J］．重型機(jī)械科技，2007(3)．

［2］ 謝忠亮．帶鋼的“跑偏”及糾正［J］．本溪冶金高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2003(2):14－16．

［3］ 陳建民．雙機(jī)架可逆冷軋機(jī)穿帶跑偏分析與解決［J］．設(shè)備管理與維修，2007．

［4］ 葉紅．冷軋機(jī)組帶鋼糾偏研究［J］．裝備制造技術(shù)，2010(4)．