熱軋卷取機堆鋼事故原因的分析及應對

王 瑛，丁 正

引言

當今，隨著鋼鐵產業受上游、下游產業的影響，生存發展空間日益嚴峻，企業競爭加劇。為適應市場環境，馬鋼熱軋廠提出“降本增效”，提高產品成材率等目標。然而，在馬鋼熱軋2250mm生產線，卷取區域經常發生的堆鋼事故是影響“降本增效”的一個重要因素，堆鋼既減少了小時產量，又降低了成材率；2015年，卷取區域因各類原因導致的堆鋼事故就高達十數次，嚴重制約了生產效率。筆者對近年來該熱軋廠卷取區域的各種堆鋼事故原因進行了整理分析，并提出應對措施。

圖1 熱軋卷取區域設備布置圖

1 導致堆鋼事故的原因

1.1 因電氣元器件損壞導致的堆鋼

一些生產線投產多年后，PLC柜內大量模板開始老化，且內部積灰較多，部分模板使用時長可能已經接近或超過預期壽命。這些模板隨時可能出現故障，而PLC控制模板是自動控制的核心，當模板出現異常，生產線必然停機。另外，卷取區域現場環境非常惡劣，溫度高、沖擊振動大、水汽腐蝕等使現場元器件極易損壞。而帶鋼卷取是全自動的生產過程，設備現狀的判斷和動作的輸出全部依靠現場輸入輸出電氣元件來實現，某些重要元器件的損壞可能立刻導致堆鋼事故。

1.2 電氣元器件誤感應

卷取區域現場環境復雜，傳感器極易受到影響。如現場清潔工作管理不善，遺落的廢舊螺栓鐵片有可能讓接近開關產生誤信號；卷取機前的冷金屬檢測是非常重要的傳感器，用于帶鋼跟蹤信號修正。在寒冷的冬季，帶鋼冷卻水在開關過程中產生非常濃密的霧氣，影響冷金屬檢測開關的正常使用，可能使卷取機產生誤動作導致堆鋼事故；現場大量使用的冷卻水和甘油，在設備高速運轉時會四處飛濺，芯軸上使用的超聲波位置傳感器也非常容易受到影響等等。

1.3 因機械間隙造成堆鋼

卷取機是在高速且有較大沖擊力的非常惡劣的條件下進行運轉的設備，其結構復雜，故障率高。要想保持穩定的良好生產狀態，設備制造精度、設備管理制度及設備維護非常重要。根據卷取機的工作特點及環境條件，對卷取機的性能有特殊要求，如：卷取機剛度高，不易變形；耐反復沖擊的高強度結構；保持高機械精度的結構等。卷取機的導衛、夾送輥和助卷輥等設備，經過一段時間的使用后，必然出現磨損間隙，如果此間隙過大，都有可能造成堆鋼事故。

1.3.1 導衛間隙的影響

側導衛的功能是將輸出輥道上偏離輥道中心的帶鋼平穩地引導到卷取機中心線，保證以對中的方式進入夾送輥和卷取機。側導衛是帶鋼進入卷取機的第一道關口，經驗證明，導衛入口處是堆鋼事故發生的重災區。導衛間隙造成的影響主要是以下幾個方面：

（1）導衛梁和銷子間存在間隙，導衛不能緊密隨同液壓缸同時進退。這會導致導衛無法標定準確，位置傳感器不能正確顯示導衛的實際位置。

（2）導衛的兩個液壓缸之間的齒輪齒條存在間隙，形成導衛頭尾偏差，即導衛的入口側和出口側始終或者在某些時候出現輥縫值不一致（正喇叭口或者負喇叭口），造成難以標定準確，導衛也難以發揮糾偏作用，使卷形不好，甚至帶鋼頭部撞擊導衛入口直接堆鋼。另外，喇叭口的特點造成帶鋼對耐磨板的磨損量前后不一致。

（3）導衛耐磨板的磨損。當磨損量大于一定值時，會出現帶鋼卷邊，或者卡阻堆鋼。

（4）耐磨板與導衛梁間的安裝間隙過大，帶鋼頭部有可能無法順利通過，造成卡阻。

圖2 耐磨板與導衛梁間間隙過大

1.3.2 夾送輥間隙的影響

夾送輥位于卷取機入口處，其主要功能是引導帶鋼頭部順利進入卷取機溜槽導板，并在帶鋼尾端拋出精軋機后，在夾送輥和芯軸間形成所需要的卷取張力。若夾送輥因輥輥面磨損不均勻、油缸漲套松動、下輥水平度差等原因造成兩側輥縫偏差，那么夾送輥與帶鋼之間呈現出一定的夾角，在卷取過程中就會產生水平側向力，將帶鋼拉向一邊，造成鋼卷塔形或者溢出。甚至輥面磨損超過帶鋼厚度時，夾送輥將不能提供有效夾持力，造成松卷堆鋼。

1.3.3 助卷輥間隙的影響

三個助卷輥平均分布于芯軸四周，其主要功能是將帶鋼頭部準確的送到芯軸位置，并對帶鋼施加彎曲加工，使其變成容易卷取的形狀，然后以適當壓緊力將帶鋼壓在芯軸上，輔助芯軸和帶鋼間形成有效張力。在工藝設定中，超過4 mm規格的帶鋼將采用助卷輥踏步控制。從圖3中可以看出，在踏步過程中，3個助卷輥中，有2個助卷輥同時壓靠在鋼卷上。若此時這2個助卷輥因剛度差，不能提供及時有效的壓緊力，帶鋼頭部就會出現松散。松散的帶鋼頭部和芯軸間沒有足夠的靜摩擦力，使芯軸與夾送輥間不能形成張力，最終會造成堆鋼事故。

圖3 助卷輥踏步動作

1.3.4 芯軸間隙的影響

芯軸的使用周期，一般情況下是以其生產帶鋼總重量來衡量的，按照使用強度不同，其預期壽命一般在150萬t左右。芯軸從上線到下線，其運動部件都有不同程度的磨損（見圖4），內部間隙也越來越大。

圖4 芯軸內部結構圖

當芯軸高速旋轉時，在離心力作用下，芯軸扇形板與連桿的間隙被消除，芯軸的實際外徑變大，但此時漲縮缸的實際位置并沒有改變，傳感器檢測距離沒有變化，導致實際直徑大于顯示直徑（見圖5）。

圖5 芯軸截面圖

1.4 因介質系統泄漏跳泵

介質系統是熱軋設備的重要動力源。在軋線運行過程中，因各種原因，造成介質系統管路油液泄漏，當油箱液位低于一定值時，系統會自動停泵，此時若軋線上，尤其是層流區域仍有帶鋼在行進，則必然造成堆鋼事故。

1.5 夾送輥背壓異常

為了使卷取機夾送輥液壓缸在上下動作時能夠保持穩定，在液壓系統設計時，特增加了背壓控制，避免失控、失速等現象的發生。但在生產中，偶爾會出現背壓穩定的情況。背壓不穩定所造成的影響與其壓力浮動程度成正比。輕微的壓力波動，可能使夾送輥的自動位置控制或壓力控制的反應速度以及精度變差；大的壓力波動，甚至背壓閥卡死，背壓值降為0或者升到系統壓力，造成夾送輥無法動作。此時卷取區域若存在行進中的帶鋼，則必然出現堆鋼事故。

1.6 來料異常

由于帶鋼在軋制過程中環境狀況十分復雜，影響板形的因素很多，如坯料楔形、溫度分布不均、軋機兩側剛度存在差異、軋機調整量不合適等,易產生板形缺陷。常見的板形缺陷有鐮刀彎、浪形和瓢曲等。其中的鐮刀彎板型對卷取的影響最大。在經過精軋機軋制，進入層流輥道后彎曲程度更加嚴重，很容易在卷取入口卡阻堆鋼。

1.7 帶鋼通道異物卡阻

熱軋坯在經過精軋工序后，在層流輥道上行進速度達到最大，薄規格帶鋼速度一般超過12 m/s，此時若輥道上或卷取通道內存在異物對帶鋼頭部或邊部有稍許阻礙，就可能造成帶鋼頭部折疊、卡阻等。有時短時間的卡阻后，頭部雖擺脫了阻隔，但由于此時帶鋼本體與跟蹤信號不一致，導致設備動作，尤其是助卷輥的踏步控制時序出現異常，帶鋼頭部最終卡在卷取機中。

2 避免產生堆鋼的措施

2.1 確保電氣設備正常

（1）對PLC室房鎖實施嚴格管理，不允許外來人員進入。門窗要保持關閉狀態，盡量減少室內灰塵。

（2）PLC室溫度要保持在25℃以下。

（3）在檢修日對PLC柜內模板進行有計劃的清灰維護或者更換。

（4）完善點檢標準，并嚴格執行。根據現場設備的故障時間記錄，科學合理制定詳細的電氣元器件更換周期表，并按照周期更換。

（5）對重要的傳感器，設置冗余保護。

2.2 弱化現場惡劣環境的影響

（1）加強現場管理工作，及時清除現場與生產無關的廢舊螺栓、墊片、破布等物品。

（2）針對冬季低溫時大水霧對CMD的影響，在適當增加風機數量的情況下，進行技術優化，在控制程序中增加限制條件，使系統具備辨別真假信號的能力，以增強抗霧氣干擾的能力。

（3）調整冷卻水的大小和噴射方向，使其既滿足生產需要，又不影響到電氣元件的使用。如果實在無法兩者兼得，則在電氣元件前增加擋板進行保護。

（4）對直接受到鋼卷高溫輻射的電纜、傳感器實施隔熱防護。

2.3 加強設備精度管理

（1）根據每個設備的特點，利用趨勢圖曲線軟件對關鍵數據進行重點監控。

（2）制定有效的設備剛度測試方法，每周進行機械間隙評價。對使用狀態不佳的設備，及時更換。對更換下來設備的磨損情況進行觀察分析和記錄，結合趨勢圖數據總結規律，進一步優化間隙評價。

2.4 設定油位監控，實施漏油預警

為了防止突然停泵造成緊急停機，應設立快速有效的油位監控預警系統。在系統工作時，油箱的液位處于浮動狀態，液壓系統和潤滑系統的油箱液位值浮動有各自的特征，甚至同是液壓系統，由于執行機構流量的不同，特征也有所區別。如果對液位值進行實時監測，對不同的特征進行甄別，找出泄漏發生時的特征值，準確對泄漏進行判斷并實時發出報警信號，就可以做到對泄漏實時發現。發現漏油后，可根據當時的泄漏情況，判定是否繼續維持生產。若出現緊急高速泄漏情形，系統應自動禁止帶鋼進入精軋機區域。

2.5 背壓的維持穩定

背壓的異常與背壓閥的關系最大。背壓閥較容易受到油液中雜物的污染，性能會受到影響。因此必須保持油液的潔凈。另外，將夾送輥的背壓信號用趨勢圖軟件實施監控，電氣值班工程師每個班次進行記錄或利用PLC對波動范圍進行直接檢測預警。對有問題的減壓閥及時進行檢查和處理，以避免突發故障造成堆鋼事故。

2.6 防止帶鋼頭部被卡阻的措施

（1）防止鐮刀彎跑偏堆鋼。采取提高計算機模型設定精度、提高軋輥制造和磨削精度、采用壓下率分配的平衡方式、改善帶鋼溫度狀況、調整機架窗口各襯板和軋輥各軸承座襯板、使用跑偏控制技術和跑偏檢測裝置等手段，盡量減弱帶鋼鐮刀彎的程度。對于已經發現的較大鐮刀彎板型，操作人員應及時打開導衛，人工干預，防止帶鋼頭部在卷取機入口卡阻。

（2）對可能導致帶鋼頭部前進受阻的障礙物應及時處理。

3 結束語

熱軋生產線自投產以來，隨著操作熟練程度和對事故判斷水平的不斷提高，堆鋼現象大幅度減小。通過生產實踐證明，熱軋線的生產過程中如果能夠對堆鋼事故進行快速而準確的判斷，不僅可以有效地減少事故的處理時間，還能針對這些現象制定出有效的防范措施，從根本上減少堆鋼事故的發生。以上只是簡要地介紹和總結了一些常見的堆鋼現象和原因，在實際的生產過程中堆鋼事故的形式是多種多樣的，還需要我們不斷地學習，努力提高技術水平找出原因并采取相應的措施。

[1]蔣榮生，楊慶豐，苑曉東 等.鞍鋼1780 mm熱連軋卷形質量研究與改進[C].2012年全國軋鋼生產技術會論文集（上），2012（8）：96-97.