冷軋精整線帶鋼卷筒折印分析及對策

李良洪 徐 攀 余 浩 邢明銀 李 浩

(1：武鋼研究院 湖北武漢430080; 2：武鋼股份硅鋼事業(yè)部 湖北武漢430080)

冷軋精整線帶鋼卷筒折印分析及對策

李良洪①1徐 攀2余 浩2邢明銀2李 浩2

(1：武鋼研究院 湖北武漢430080; 2：武鋼股份硅鋼事業(yè)部 湖北武漢430080)

介紹了冷軋帶鋼精整線卷筒折印的表現(xiàn)特征，結合某廠帶鋼表面質量攻關實踐，從卷取設備的結構、精度及卷取工藝等方面，詳細分析了卷筒折印產生原因，并提出解決方案。重點研究了機組卷取張力對卷筒折印的影響作用，通過在線測試，優(yōu)化卷取設備張力模型，達到帶鋼生產順利進行的同時，最大限度減輕卷筒折印的目的。

精整線 卷筒折印 影響因素 張力優(yōu)化

1 前言

冷軋帶鋼以其良好的表面質量和機械性能在很多領域得到廣泛的應用，過去幾十年，冷軋生產技術及產品質量都取得了突飛猛進的發(fā)展。隨著設備和生產工藝的改進以及自動化控制水平的不斷提高，冷軋帶鋼的尺寸精度、力學性能等內在特性得到了很好的控制。隨著汽車板、家電板、硅鋼板等高檔產品需求量增加，用戶對帶鋼質量要求更加嚴格，帶鋼表面質量的重要性顯得尤為突出。近幾年冷軋帶鋼發(fā)生的質量異議和質量投訴絕大多數(shù)都是表面缺陷問題[1][2]。影響帶鋼表面質量的因素很多，主要有劃傷、壓痕、麻點、氧化色、塌卷、粘結、折印等，其中卷筒折印最為突出。據(jù)不完全統(tǒng)計，在冷軋帶鋼生產中，卷筒折印的廢品損失約占35%以上，僅某鋼鐵集團公司冷軋硅鋼生產，每年折印廢品損失高達數(shù)千萬元，帶鋼表面折印已成為冷軋生產廠家迫切需要解決的現(xiàn)實問題。

所謂卷筒折印是指由于鋼卷內層對卷筒扇形板輪廓或帶頭的擠壓，在鋼卷內圈產生的數(shù)層擠壓印，其特征是帶鋼表面局部區(qū)域形成的垂直于帶鋼運行方向的條狀凹陷或凸起折痕。卷筒折印不僅影響帶鋼表面質量，而且對帶鋼的物理性能、力學性能有很大影響作用。在帶鋼產品檢驗中，卷筒折印是嚴格禁止出現(xiàn)的，一旦出現(xiàn)即被判為廢品，因而嚴重影響機組的成材率，尤其是硅鋼板、汽車板等表面質量要求嚴格的帶鋼精品，成材率的影響高達1%～3%(長度達100m～300m)，而且由于它具有復制作用，每道工序都會發(fā)生，廢品損失很大[3]。如何有效解決卷筒折印問題，許多廠家進行了不懈的努力。結合某冷軋廠帶鋼表面質量攻關實踐，分析了冷軋硅鋼精整線帶鋼折印產生的原因，提出了解決對策。

2 卷筒折印的表現(xiàn)特征及現(xiàn)狀

精整線卷筒折印包括卷筒橫折印及帶頭印兩種形式，帶頭印產生于帶鋼厚度凸起所在位置，與帶鋼寬度方向平行；卷筒橫折印則由于卷筒結構不同，帶鋼在卷筒扇形板接縫處產生的折印也不相同，橫折印可分為開卷機卷筒橫折印和卷取機卷筒橫折印，見圖1。

圖1 卷筒橫折印特征

兩種卷筒折印都具有相同的規(guī)律性：與卷筒扇形板輪廓形狀相對應，開卷折印形狀為扇形板的波紋邊，卷取折印為扇形板之間鑲條的壓痕，沿帶鋼長度方向展開，呈周期性重復出現(xiàn)。它們產生的部位如圖2所示。

圖2 橫折印在卷筒上產生部位

在帶鋼生產的開卷過程中，由于卷筒扇形板輪廓在接合處對鋼卷內圈的擠壓，在鋼卷內圈產生的數(shù)層壓印，稱為開卷機卷筒橫折印。

在帶鋼生產的卷取過程中，由于卷筒扇形板或鑲條輪廓在接合處對鋼卷內圈的擠壓，在鋼卷內圈產生的數(shù)層壓印，稱為卷取機卷筒橫折印。

同樣，由于鋼卷內圈對帶鋼頭部的擠壓，在鋼卷內圈產生數(shù)層擠壓印，稱為帶頭印。硅鋼精整線卷筒橫折印和帶頭印統(tǒng)計情況見表1、表2。

取向硅鋼經(jīng)CA連退工序后，還須經(jīng)ROT環(huán)形爐進行二次再結晶高溫退火，經(jīng)平整線后才能形成成品，卷筒折印的影響不是很明顯，所以生產取向硅鋼時，CA線的卷筒折印一般不作質量統(tǒng)計要求；無取向硅鋼經(jīng)CA連退線轉到CS線縱剪時，受吊運條件的限制，鋼卷內層往往會受到一定程度的損傷，在這種情況下，廠家會允許一定程度的廢品損失，俗稱正常切廢，每卷約120kg，在卷筒折印的質量檢查統(tǒng)計中往往減掉了這一部分，所以實際卷筒折印的情況要比統(tǒng)計的嚴重。

3 卷筒折印形成機理[4]

如圖2所示，帶鋼纏繞在卷筒上時會產生彎曲變形，彎曲時帶鋼外表面產生拉應力，內表面產生壓應力，應力分布如圖3所示。

表1 硅鋼精整線卷筒橫折印長度統(tǒng)計表

表2 硅鋼精整線卷筒帶頭印長度統(tǒng)計表

圖3 帶鋼彎曲應力分布圖

在純彎曲應力作用下，帶鋼中性層處于厚度中心，帶鋼在卷筒上繞卷時，可看作僅發(fā)生彈性變形，其表面產生的彎曲應力為：

σw=Eh/2R

式中E—帶鋼的彈性模量；h—帶鋼厚度；R—卷筒半徑。

卷筒工作時，扇形板與棱錐體在一定的范圍內進行脹縮運動，由于相鄰扇形板之間接合處存在縫隙，帶鋼卷取時，接合處的曲率半徑與扇形板的曲率半徑會不一致，存在曲率突變，在突變處形成“凸起”，當該處的曲率半徑小于Eh/2σs時，(σs帶材屈服極限)，在卷筒徑向壓力的壓迫下，該“凸起”部位帶鋼應力超過帶材屈服極限，由于屈服平臺的存在,帶鋼的塑性變形會集中在扇形板輪廓區(qū)域進行,從而形成周期性的條帶狀形變區(qū), 鋼卷內圈的數(shù)層帶鋼產生塑料變形，從而產生卷筒橫折印，這就是橫折印的產生機理。在封閉式卷筒工作時，扇形板之間的縫隙處填充有鑲條，受卷筒制造精度的影響(包括加工、組裝、調整)，鑲條弧面與扇形板弧面會產生高差，存在曲率突變，在鑲條棱邊處也會產生卷筒橫印。

同樣道理，在帶鋼卷取時，由于帶鋼板厚的存在，當帶鋼繞過內圈的帶頭時，必定在該處發(fā)生曲率突變，在突變處形成“凸起”。在帶鋼作用于卷筒徑向壓力的壓迫下，該“凸起”部位帶鋼應力超過帶材屈服極限，使鋼卷內圈的數(shù)層帶鋼產生塑料變形，從而產生“帶頭印”。

4 卷筒折印產生原因及對策

冷軋薄板表面缺陷的產生，貫穿于冶煉、連鑄、熱軋、冷軋、退火、平整和精整的始終。精整線是冷軋帶鋼生產的最終工序，從上工序轉運過來的帶鋼，經(jīng)過前面各個工序質量控制，表面質量已被清除。所以，精整線卷筒折印應該與自身的生產工藝及設備狀態(tài)有關。

4.1 卷筒結構及制造精度的影響

1)卷筒結構不合理。開式卷筒與封閉式卷筒相對應，主要應用于開卷機中，少數(shù)舊式卷取機卷筒也采用了這些結構，由于卷筒扇形板之間存在牙嵌縫或平行縫，卷筒工作時，帶鋼在徑向壓力作用下，容易在扇形板輪廓接縫處產生壓印。見圖4、圖5。

圖4 帶鉗口卷筒易產生折印

圖5 開式卷筒易產生折印

2)卷筒制造精度不高。卷筒芯軸不圓度偏差大或同軸度不高，卷筒工作時會產生跳動，運行不平穩(wěn)，引起帶鋼張力波動，張力過大時容易產生折印(見圖6)；可脹縮封閉卷筒組裝、調試時，工作圓行程位置調整不到位，扇形板與鑲條之間產生高差，從而產生卷筒折印(見圖7)。

圖6 卷筒工作圓直徑偏差大

圖7 卷筒工作圓直徑不在正圓狀態(tài)

解決對策：受制造材料及加工條件的限制，卷筒的制造精度有限，不可能永無止境的提升，同時提高制造精度是要以犧牲成本為代價的。比如，卷筒扇形板通常采用的材料為42CrMo，加工時會出現(xiàn)熱變形，組裝后卷筒的同軸度、軸端跳動會受到影響，而處理扇形板的微變形是一個十分棘手的問題，難度大，周期長，這都導致制造成本攀升，而且效果不一定理想，風險較大；還有一個現(xiàn)實的問題是機床的加工精度也遠非理想狀態(tài)，這些都將直接影響卷筒的精度，從而導致折印。

卷筒結構不合理，更是卷筒橫折印產生的固疾。在老式精整線上，有的采用了帶波紋邊的牙鑲式卷筒；有的為卷取方便，卷筒設有鉗口裝置；有的雖然采用了封閉式卷筒，但扇形板與鑲條又參差不齊。這些結構的卷筒脹徑時，不可避免地在扇形板牙鑲之間、扇形板與鑲條之間以及夾鉗處形成“凸起”，帶鋼在“凸起”處產生橫折印。

因此，從根本上解決卷折印，一方面根據(jù)卷筒制造條件，努力提高卷筒精度；另一方面，還必須解決卷筒的結構問題。在冷軋精整線采用柔性卷筒結構可有效解決帶卷的折印問題，其基本原理是在卷筒上裝備特殊橡膠套筒，通過橡膠套筒的緩沖作用，避免帶鋼與卷筒的剛性接觸，減輕卷筒扇形板輪廓對鋼卷內層帶鋼的擠壓作用，從而防止卷筒折印的產生。

4.2 機組卷取工藝的影響

1)帶鋼頭部產生凸起。按照卷取工藝，帶鋼穿帶卷取時，在皮帶助卷器的作用下，第一圈帶鋼纏繞在卷筒上，由于帶鋼板厚的存在，帶頭部位會形成凸起，此后層層復制，在內層帶鋼徑向壓力作用下，凸起處形成帶頭印。解決對策是：在卷筒上配置具有消除帶頭印功能的橡膠套筒，是一種比較完善的設計方案。

2)旋轉缸漏油，卷筒產生縮徑。這里所指旋轉缸是旋轉脹縮缸和旋轉接手的通稱。旋轉缸長期使用后由于密封老化或缸體內表面磨損，都有可能產生泄漏，從而使系統(tǒng)油壓降低，卷筒脹徑力減小，卷筒通過縮徑建立新的平衡。在卷筒縮徑過程中，內層帶鋼被迫擠壓進相鄰扇形板的間隙里形成卷筒折印。

解決對策是：檢測滲漏，恢復系統(tǒng)壓力。具體檢測及處理步驟如下：

(1)在卷筒上套2個安全環(huán)，打開旋轉接手上的泄油管路，用250mml的量杯接在泄油口處；

(2)啟動進油管路油壓，卷筒脹開，調節(jié)溢流閥，使壓力表上的讀數(shù)緩慢從0逐漸升至15MPa，(系統(tǒng)工作壓力為10MPa，取試驗壓力為工作壓力的1.5倍)，帶壓保壓5min，記下量杯讀數(shù)；

(3)重復上述步驟5次，記下量杯讀數(shù)；

(4)啟動回油管路油壓，卷筒縮徑，按照上述步驟測量回油管路泄油量，記下量杯讀數(shù)。

檢測完畢，取測試中量杯最大值為旋轉缸泄油量，對于缸徑小于350mm的油缸其泄油量不超過25ml為正常，否則，油缸需要更換密封或修理。

某廠利用設備大修機會，對9#連退線卷取機旋轉缸泄油量進行了檢測，結果見表3。

檢測結果表明，9#連退線卷取機脹縮油缸泄油量在正常工作范圍內，基本排除旋轉缸漏油卸壓對卷筒折印的影響。

3)機組運行張力設定不合理。卷取張力對帶鋼生產具有重要影響作用，對于精整線卷取機而言，張力過大，易產生鋼卷內層折印；過小，帶鋼運行時會跑偏，卸卷后鋼卷會發(fā)生塌卷。對于CA連退線的卷取張力設定更為復雜，考慮對下工序的影響，張力過大，鋼卷易產生粘結和折印，過小，帶鋼又易跑偏和松卷[5]。為此，利用試材(為節(jié)約成本，專供檢修后試機用的卷材)對9#連退線卷取機的張力制度進行了優(yōu)化測試。

研究解決對策是：采用現(xiàn)場測試實驗與數(shù)學統(tǒng)計分析相結合的方法，建立帶鋼張應力大小與帶卷內層壓印圈數(shù)之間的數(shù)據(jù)關系，探索出減少折印的卷取新工藝。

限于測試材數(shù)量有限，僅對型號為W20和W30，規(guī)格為0.5mm和0.65mm的4種材料進行了試驗。按照生產工藝，帶鋼運行的頭3圈卷取采用300N的微張力，前12圈采用70%工作張力，此后張力增加到試驗要求的目標值，直到完成卷取工作。為簡化試驗程序，便于檢驗結果，張力分布確定在14000N～34000N之間，張力梯度設置為2000N。通過測試數(shù)據(jù)的對比分析，找出比較合理的卷取張力制度。

測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析表明，生產規(guī)格為0.5mm的W20硅鋼帶時，采用18000N張力卷取，折印輕、數(shù)量相對較少，考慮鋼卷松卷、塌卷等因素，選用19000N卷取張力應該是比較合理的選擇。優(yōu)化后，卷取機運行張力模型如圖8。

圖8 材料為W20、規(guī)格為1240×0.5mm帶鋼卷取工藝

同樣，生產規(guī)格為0.65mm的W20硅鋼帶時，卷取機運行張力模型如圖9。

生產規(guī)格為0.5mm的W30硅鋼帶時，卷取機運行張力模型如圖10。

生產規(guī)格為0.65mm的W30硅鋼帶時，卷取機運行張力模型如圖11。

圖9 材料為W20、規(guī)格為1240×0.65mm帶鋼卷取工藝

圖10 材料為W30、規(guī)格為1240×0.5mm帶鋼卷取工藝

圖11 材料為W30、規(guī)格為1240×0.65mm帶鋼卷取工藝

根據(jù)試驗方案，采用型號為W20、W30無取向硅鋼試驗，卷取機運行張力與卷筒折印的關系如圖12所示。

圖12 帶鋼張力與折印的關系

利用卷取機張力模型，就可以根據(jù)不同材料、不同規(guī)格的帶鋼，很方便確定合理的工藝路線，在帶鋼不粘結、不跑偏、不松卷，保證生產順利進行的同時，又能最大限度減輕卷筒折印。

5 結論

1)精整線帶鋼卷筒折印涉及卷取設備本身的精度及結構，解決方案除提高卷筒制造質量、合理選擇卷筒結構外，采用柔性卷筒的方式是一種經(jīng)濟有效的途徑。

2)另一方面涉及生產機組卷取工藝，包括卷取張力優(yōu)化及旋轉缸油壓穩(wěn)定。及時檢漏旋轉缸能預防卷筒縮徑，消除對卷筒折印的影響；通過在線測試建立合理的卷取張力模型，能最大限度減輕卷筒折印。

3)某冷軋硅鋼廠精整線綜合采用上述措施后，卷筒折印由原來的15圈減為零，提高產品成材率1.52%，創(chuàng)造了顯著的社會經(jīng)濟效益。

[1]周國盈.帶鋼卷取設備[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，1982

[2]鐘聲.冷軋薄板表面缺陷產生原因綜述[J].四川冶金,2007(3)

[3]汪磊川等.改善帶鋼卷取質量的措施[J].冶金設備,2012S(1)

[4]馬慶龍等.冷軋帶鋼平整時橫折印缺陷的產生機理及消除措施[J].鋼鐵,2008(1)

[5]王立艷.一種冷軋卷取機動態(tài)張力的變參數(shù)控制方法[J].西南民族大學學報(自然科學版)，2009(6)

·節(jié)能環(huán)保技術推廣·

燒結煙氣鈣法脫硫技術

1 技術簡介

以石灰石水漿為脫硫劑，對煙氣進行噴淋洗滌，脫除煙氣中的SO2，副產石膏。采用完全空塔噴淋，系統(tǒng)阻力小于1kPa，無結垢，無堵塞；采用新型塔入口及塔內煙氣分布，氣液充分接觸，液氣比可降至6L/Nm3；采用計算機模擬噴嘴布置，保證每層噴淋漿液200%覆蓋率，無死區(qū)。

2 技術指標

以廊坊洸遠工程為例，項目處理煙氣量1200km3/h，設計SO2初始濃度為1500mg/Nm3，折算成每噸燒結礦的投資成本為8.1元。運行后，SO2排放濃度≤100mg/Nm3，粉塵排放濃度≤50mg/Nm3，運行成本折算到噸燒結礦為6.4元。

3 典型業(yè)績

該技術已在河北鋼鐵公司承德分公司2×360m2、廊坊洸遠金屬制品公司198m2、安寧永昌鋼鐵公司1號、2號2×125m2和3號105m2燒結機煙氣脫硫工程上成功應用。

4 技術提供單位及聯(lián)系方式

單位名稱：北京中冶設備研究設計總院有限公司

聯(lián)系人：張富信 電話：010-64458539，13911569262

網(wǎng) 址：http://www.mcce.com.cn

Analysis and Counterplan of the Reel Pincher of Cold-rolled Strip Steel in Finishing Line

Li Lianghong1Xu Pan2Yu hao2Xin Minyin2Li Hao2

(1：Research and Development Center of WISCO, Wuhan 430080; 2：WISCO Silicon Steel Division, Wuhan 430080)

This paper describes the performance characteristics of the reel pincher of cold-rolled strip steel in finishing line, combined with the factory strip surface quality of research practice, a detailed analysis of the reasons of the reel pincher producing and proposes the solutions scheme from the structure, precision winding of coiling equipment and other aspects of the process. Focuses on the influence of the reel pincher caused by unit coiling tension, with online testing, optimization coiling tension device model, while steel production smoothly, the maximum to reduce the reel pincher.

Finishing line Reel pincher Influence factor Tension optimization

李良洪，男，1967年出生，畢業(yè)于沈陽大學機械制造與設計專業(yè)，高級工程師，主要從事冶金軋鋼機械設備研究工作

TG333.72

B

10.3969/j.issn.1001-1269.2015.02.016

2014-11-18)