限動芯棒連軋管機軋制曲線的調整及探究

來得志

(攀鋼集團成都鋼釩有限公司,四川成都610300)

限動芯棒連軋管機軋制曲線的調整及探究

來得志

(攀鋼集團成都鋼釩有限公司,四川成都610300)

分析了159FQM連軋機組軋制過程中典型軋制力曲線異常的特征及產生原因,提出了相應的預防及調整措施,對已經出現的故障給出了解決方案,為生產的順利進行創造了條件。

iba PDA;軋制曲線;異常;曲線調整;原因分析

1 引言

159FQM連軋管機中,連軋機軋制曲線作為生產過程中的調整依據,通過該曲線可實時反映連軋機軋制過程中的設備狀況及穩定性,對產品質量也可通過軋制曲線進行監督和調整,并能系統分析連軋機生產過程中的故障原因。軋制曲線的顯示和采集使用的是iba PDA數據采集系統,該系統不僅能顯示和采集1-5機架單輥的軋制力、軋制電流、軋制轉矩、軋制速度的趨勢,而且能顯示和采集機架的壓力趨勢,限動芯棒位移、電流、速度、轉矩、限動力的趨勢等。

通過軋制曲線的調整可有效確保生產順行,充分高效地利用軋制曲線,能對連軋機組的各項指標均帶來提升,并直接影響到產品質量。

2 生產正常曲線顯示

限定芯棒連軋機初始參數均按穩定軋制狀態設定,軋制過程中軋件遵循金屬體積秒流量不變定律,在正常生產時各機架的軋制曲線應為整體平穩,每機架單輥軋制力基本一致正常軋制時的軋制曲線見圖1。軋制力常規表現為ST1＞ST2＞ST3＞ST4＞ST5,或者因穿孔后毛管壁厚較理論薄也會出現ST1≤ST2＞ST3＞ST4＞ST5的情況。

圖1 正常軋制時的軋制力曲線

軋制力在毛管開始咬入時波動大,同時出現極大值;咬入結束后開始下降,進入穩定狀態后,波動幅度較小,在進入拋鋼時負荷增加。

正常曲線中,毛管在咬入、拋鋼時軋制力負荷高,小倉位置波動較大。主要原因有:毛管的溫度均勻性上差異較大,主要體現在頭尾端較中間部位溫度低,頭尾端的金屬變形抗拉較大,咬入與拋鋼軋制力上升;毛管頭端壁厚較中間壁厚厚,同樣壓下量情況下,頭端的變形量大導致軋制力上升;在毛管進入軋機進行軋制前,軋輥一直處于降速補償后的較高轉速狀態,在咬入時刻,對于第n機架來說,軋件與軋輥發生沖擊,電機轉速下降導致軋件向前運動具有很大的慣性,從而使進入該機架的金屬流量增多,軋制力上升。

針對軋制變形抗力高且壁厚偏薄的規格,沖擊負荷更高,對設備安全臼、減速機、電機等均帶來較大設備隱患,適當提高進入連軋機孔型前的溫度,通過與后工序張減機能力在負荷允許的情況下增加張減機張力系數來減少連軋機環節的變形量,減小軋制負荷,降低軋制難度。

3 異常曲線顯示

3.1 堆鋼調整

當某一架(第N架)機架秒體積流量比前一架(第N-1架)機架秒體積流量小時,便出現了連軋機機架堆鋼的情況,堆鋼時軋制力曲線見圖2,機架間堆鋼不僅不利于正常的穩定軋制而且還降低了荒管的壁厚精度,且在生產某些高鋼級鋼管時,堆鋼軋制很容易引起連軋輥安全臼崩斷,同樣影響鋼管質量和生產順利進行。尤其對于薄壁鋼管的生產,堆鋼軋制很容易導致連軋機軋卡,造成數小時的生產停工,并帶來各種經濟損失,會導致該套連軋輥因軋制力過大軋輥處于高溫下直接報廢,軋制時的芯棒由于承受長時間的高溫,處理后的芯棒使用壽命大幅降低,經統計同規格新芯棒,經軋卡抱棒處理后的使用壽命較正常芯棒使用壽命降低80%。由于毛管壁厚、外徑、溫度影響以及各機架軋輥磨損不同、測量誤差等因素,應通過適當調整軋輥轉速和輥縫,建立金屬流量平衡,從而避免堆鋼現象的發生。

具體調整方法有:①降低第N-1架的轉速;②增加第N架的轉速;③減少第N-1架的輥縫;④增加第N架的輥縫。在生產過程中應以最簡化為原則,常規調整先調轉速,再調輥縫。

3.2 拉鋼調整

當某一架(第N架)機架秒體積流量較前一架(第N-1架)機架秒體積流量大時,便出現了連軋機機架拉鋼的情況,對于生產薄壁管時,拉鋼易使鋼管產生拉凹缺陷,嚴重時會因拉鋼嚴重出現拉斷的現象。因此,在連軋調整時,曲線應確保咬入拋鋼平穩,軋制波動盡量減小。

圖2 堆鋼時的軋制力曲線

在調整時,主要方法有:①增加第N-1架的轉速;②降低第N架的轉速;③增加第N-1架的輥縫;④減少第N架的輥縫。在生產過程中應以最簡化為原則,常規調整先調轉速,再調輥縫。

3.3 單機架異常

生產過程中常出現某一機架軋制力負荷過高、過低異常的情況,主要表現在該機架軋制力負荷遠高于或低于臨近機架的軋制力,見圖3。產生此類曲線情況主要由于該機架軋輥堵轉,軸承或其他卡阻造成負荷攀升,可通過查單輥軋制力分析,或該機架軋輥小倉位置跑值及軋輥斷裂也會造成軋制力曲線過高或過低。

3.4 軋卡曲線分析

軋卡指軋件在進入連軋機孔型中時,軋件各機架金屬不能形成穩定的流動,造成在連軋機孔型中卡阻,見圖4,最為常見的情況是帶芯棒軋卡,此時芯棒在軋件中不易脫出,處理起來非常耗時,嚴重影響正常生產。

圖3 單機架軋制負荷異常的曲線

圖4 連軋機軋卡時的軋制曲線

軋卡芯棒抱棒主要有以下幾種因素:①限動跳電時,由于連鎖導致連軋主機跳電抱棒;②換輥開軋時由于輥徑誤差、轉速誤差、輥縫誤差、軋輥未安裝到位、空軋不充分等原因造成打滑堆鋼,引起抱棒故障;③新芯棒開軋時,芯棒預熱不充分、石墨以及硼砂噴涂效果不好等造成抱棒;④某個機架過壓導致主機電流過高,產生限流保護,連軋主機跳電停機引起抱棒;⑤工藝性抱棒(芯棒回拖,導致抱棒故障);⑥軋件軋斷導致抱棒;⑦芯棒斷裂引起的抱棒;⑧安全臼斷裂、連軋堆鋼、連軋轉速調整不當、軋輥斷裂、軸斷裂等情況也易引起抱棒故障[1]。

3.5 回拖曲線

指小車正常回退時,荒管進入脫管機后未能繼續向前,隨芯棒回退時進入連軋機孔型中,導致荒管尾端與連軋輥碰撞,見圖5。輕則碰傷第4、第5架軋輥表面,影響產品質量,嚴重時會隨芯棒回退至連軋前臺,引起軋卡抱棒的生產事故。

回拖主要由于荒管進脫管機的前進分力≤芯棒與荒管的內表面摩擦力。此情況常在軋制薄壁管時,生產不順的情況下易發生。在連軋機最后一架的外徑與脫管機第一架外徑之間的減徑率過小也會產生回拖情況。

解決措施有:①確認坯料在爐內加熱溫度是否過高,在出現回拖情況時加熱溫度按下限進行控制;②確定硼砂的噴吹效果,因芯棒回拖集中在荒管中后段,加強毛管尾端的噴吹效果,并適當增加硼砂噴量;③確定石墨潤滑的效果,杜絕冷芯棒軋制,確保芯棒潤滑時工作段處于(100±20)℃;④適當增加限動小車回退的延遲時間;⑤適當增加脫管機的轉速,在正常的軋制轉速情況下建議增加30～100rpm;⑥提高連軋機的出口速度,可按最大值進行設置,適當降低芯棒的限動速度,可按50%～70%進行設置,確保芯棒在軋制同樣規格時使用長度最短,軋制周期最短;⑦可適當增加張減機的入口壁厚,增大連軋機第4、第5架孔型直徑,加大脫管機的減徑量。

3.6 空軋曲線

空軋分頭端空軋和尾端空軋,前者指限動小車在快速插棒時沒有前進到設定位,毛管提前進入連軋機孔型,其軋制曲線見圖6。后者指限動小車在限動軋制時沒有達設限動設定位時,限動小車提前回退至零位。

頭端空軋常發生在毛管與芯棒插棒間隙過小,對齊擋叉磨損嚴重或對齊擋叉提前下降的情況下,可通過調整毛管幾何尺寸及檢查擋叉的升降動作來進行解決。

圖6 出現頭端空軋時的軋制曲線

尾端空軋,常發生于厚壁管(S＞12mm)及狀態不穩定時。連軋機限動小車提前回退,會導致軋件尾中后段因芯棒提前回退而出現空軋,使得軋后荒管尾端壁厚超厚,產生生產事故隱患,且鋼管切尾長度大幅增加。

限動小車回退主要采集某一機架單輥軋制力、單輥轉矩滿足一定要求即會回退。在調整時針對單輥軋制力,單輥轉矩作調整來滿足相應設定參數條件,避免提前回退。

4 其他生產過程的曲線調整

4.1 曲線調整壁厚極差

在生產過程中因軋輥裝配精度不夠,上線使用時導致鋼管斷面極差大,影響成材率甚至造成質量事故產生的現象。在曲線調整上,主要表現在連軋輥單輥軋制力差異大,具體體現在鋼管斷面界面上,三個輥壓下在鋼管表面上受力有差異,受力大小差異主要有以下幾個因素:①因鋼管斷面上的溫度不均;②鋼管內壁中的芯棒直徑差異;③軋輥的實際液壓小倉位移值有差異;④軋輥輥底磨損不均;⑤軋輥中心至小倉零位的距離有差異等。

通過修改單輥小倉位置來彌補軋制在鋼管表面上的軋制力差異,通過調整觀察多支鋼管單輥的平均差異值,可有效解決鋼管斷面極差較大的情況。

4.2 小倉零位值校正及調整

由于連軋機液壓小倉伺服缸端面在使用過程中存在不斷磨損的情況,長期磨損易導致同一機架中三輥小倉實際零位值不一致,造成規律性的軋制力曲線差異,因此需要定期對液壓小倉伺服缸端面進行更換并及時進行標定,確保軋制力穩定受控。

4.3 芯棒壓下調整的修正

常規生產過程中,每一種芯棒都有對應軋制壁厚的上下限范圍,對應范圍的壁厚在程序的二級界面上可直接設定,超過該范圍則需要在一級界面上進行修正調整。由于生產過程中的規格壁厚跨度大,嚴格按照芯棒規格對應的壁厚軋制,會導致頻繁更換工模具。針對此情況,壁厚極差在可控范圍內時,可直接在系統中對芯棒對應壁厚的上下限范圍進行修正,增加每種芯棒規格的軋制壁厚范圍,在生產過程中有利于同組芯棒軋制不同規格壁厚,減少更換芯棒的時間,降低生產停工,提高作業率及機時產量。

4.4 對軋輥直徑的修正

在生產過程中,時常出現單輥液壓小倉值修正無法滿足各機架軋制力曲線層次分明且三輥軋制力相等的情況,此時可通過對連軋輥單輥的軋制力進行修正,解決在調整上的瓶頸和不足,增加了連軋機機架的調整空間和范圍。單輥的修正量表現為軋輥喉徑值的減少或增加,對應的鋼管壁厚則為修正值減少或增加的一半壁厚。

4.5 生產預熱時對后續生產正常與否的預警

連軋機機組中,新更換連軋輥必須進行預熱,預熱的作用主要在于連軋輥裝配過程中,軋輥輥底弧面上沾滿了較多油漬,軋輥表面光滑,在直接軋制時此類油漬不經去除易導致鋼管在連軋機孔型中打滑,產生堆鋼軋卡的可能。同時通過軋前的毛管預熱,確定預熱時各機架連軋輥的軋制力是否層次分明,機架軋制力、電流及轉矩等情況是否正常,可有效避免上線連軋輥裝配的質量問題引起的生產事故。

5 結語

通過對軋制過程中的典型曲線特征及其產生因素進行分析,并結合現場實際經驗,對其存在的相關情況提出了相應的預防和調整措施,給出了故障的解決方案。采用這些解決方案可降低連軋出現問題的概率并節約了故障處理時間,從理論上為生產提供了有力的保障,達到了降低軋制難度,減少生產異常停工處理時間,改善了產品質量,達到了提高各項指標的目的。

[1] 嚴澤生.現代熱連軋無縫鋼管生產[M].北京:冶金工業出版社,2009.

Adjustment and Research on Rolling Curve of Restrained Mandrel Continuous Rolling Mill

LAI De-zhi

(Pangang Group Chengdu Steel and Vanadium Co.,Ltd.,Chengdu 610300,Sichuan,China)

Analyzed here are the characteristics and causes of typical abnormal rolling force curve during rolling of 159 FQM mill.Precautions and adjustment measures are presented as well as solutions for the malfunctions occurred,so as to create good conditions for smooth production.

iba PDA,rolling curve,abnormality,curve adjustment,cause analysis

1001-5108(2016)04-0048-05

TG333.8

B

來得志,軋鋼工程師,主要從事軋鋼工藝研究,質量控制管理工作。