柳鋼1450 mm熱連軋夾送輥工藝研究及管控策略

梁武三，張曉勇，嚴穎云，梁武仕

(廣西柳州鋼鐵集團有限公司，廣西 柳州 545002)

熱連軋帶鋼的質量研究一般集中在粗軋、精軋和層流冷卻工序，對卷取工序的研究比較少。夾送輥是卷取工序重要的設備之一，對卷取工序的整體質量控制水平有重要作用，其利用上下夾送輥直徑差形成的彎曲力將帶鋼頭部進行彎曲并導入卷取機完成卷取工序作業。如何優化夾送輥的輥型設計、控制邏輯并規范設備管控制度，以提高卷取區域的產品質量控制水平和設備運行穩定性，是熱連軋工藝的重要研究內容之一。

1 夾送輥的輥型優化

1.1 夾送輥受力分析

夾送輥的安裝方式為下夾送輥固定在牌坊窗口內，上夾送輥靠上平衡裝置拉力帶動，夾送輥受力情況如圖1所示。

夾送輥在帶載情況下，主要受帶鋼跟夾送輥之間的壓力和摩擦力并產生磨損，考慮到橫向摩擦產生的磨損相對均勻，現主要從縱向壓力方面進行受力分析。

圖1 夾送輥受力分析

(1)帶載時受力主要集中在夾送輥中部，上夾送輥在兩側平衡缸的拉力下，輥縫呈現一定的繞度，帶鋼邊部跟夾送輥接觸的位置磨損程度相對較大。

(2)考慮到帶鋼邊部溫降問題，夾送輥兩側跟中部的磨損存在差異，邊部磨損程度相對較大。

1.2 夾送輥磨損分析

柳鋼1450 mm熱連軋線主要品種為寬度1020 mm和1270 mm的冷軋基板，因此夾送輥的磨損主要從這兩種寬度規格對應的磨損區域進行分析[1]，以上兩種寬度帶鋼的邊部到輥端邊部距離分別為215 mm和90 mm，如圖2所示。

圖2 夾送輥磨損區域

為研究夾送輥過鋼量和磨損量之間的規律，按每5萬噸/次的過鋼量對夾送輥進行磨損數據測量，并跟蹤帶鋼實物質量，統計數據如表1。

表1 夾送輥磨損數據記錄

1.3 夾送輥輥型設計

因夾送輥在不同使用周期內，軋制不同寬度規格產生的磨損情況不同，而1020 mm寬度的磨損區域包含了1270 mm的磨損區域，故以1020 mm規格為對象設計輥型。考慮到帶鋼的實際跑偏距離，為減少因磨損不均對帶鋼邊部產生邊浪問題，設計其邊部倒角距離為200 mm；從表1數據可知，夾送輥的后期磨損量達到3.5 mm，考慮到邊部磨損大于中部磨損，且容易產生邊部崩裂問題，故設計其凸度約2倍于最大磨損量，優化后上下夾送輥設計輥型凸度分別為8 mm和6.5 mm，如圖3所示。

2 夾送輥的速度控制邏輯及優化

2.1 夾送輥速度基本邏輯

夾送輥的速度控制是夾送輥自動控制的重要組成部分，按照實際生產情況，以精軋穿帶、夾送輥咬鋼、精軋F2拋鋼、精軋降速等關鍵節點，將夾送輥速度分為超前速度、同步速度和滯后速度三個階段，如圖4所示。

圖3 上下夾送輥輥型示意圖

圖4 夾送輥速度基本邏輯

2.2 夾送輥的速度時序控制優化

卷取機咬鋼前，設置夾送輥速度超前于精軋機末機架輸出速度的8%～10%；當卷取機收到咬鋼信號后，上下夾送輥負載平衡補償開始啟動，當尾部離開夾送輥后，負載平衡補償自動消失；在穩定卷取過程中，夾送輥速度跟隨精軋速度形成微張力控制，張力值按二級模型計算執行；直到精軋F2機架拋鋼后，夾送輥設置滯后補償速度5%～8%，張力跟隨速度補償按比例同步減小，直到帶鋼尾部離開夾送輥，整套邏輯如圖5所示。通過以上卷取、精軋聯動速度參數的優化，對控制卷形卷偏、錯層以及鋼板表面的挫傷起到顯著的效果。

圖5 夾送輥速度時序控制

3 夾送輥的壓力和位置控制優化

卷取機夾送輥輥縫控制主要分為壓力控制和位置控制。壓力控制模式即一級系統讀取夾送輥壓力傳感器壓力值，按照設定壓力控制上夾送輥的行程和動作；位置控制模式即一級系統讀取上夾送輥位移傳感器數值，按照設定位移值控制上夾送輥的行程和動作。因為在卷取機卷鋼過程中，夾送輥涉及預擺、咬鋼、壓下、抬起、拋鋼等多個節點，如何在這些節點之間合理的切換壓力模式和位置模式，是提升卷取工序質量的關鍵[2-3]

經過生產實踐，按照以下幾個關鍵點優化夾送輥壓力和位置控制的時序(邏輯如圖6)：當卷取權在當前卷取機時,收到精軋F2咬鋼信號后，夾送輥下降至預擺位置；當卷取機助卷輥咬鋼后，夾送輥輥縫按照1.4倍帶鋼厚度設定，進行位置環控制軋制；為避免帶鋼因精軋拋鋼失張后板形出現自由跑偏，當接收到精軋F5拋鋼信號，執行由位置環切換為壓力控制；夾送輥拋鋼后變為位置控制，自動回復到等待位。通過以上控制優化，可有效地改善鋼卷的整體卷形質量，頭尾壓力環的控制對塔形、溢出邊等卷形質量控制也起到良好的作用。

圖6 夾送輥壓力和位置控制邏輯

4 夾送輥設備管控優化

夾送輥設備在安裝或生產過程中，往往因安裝誤差、測量誤差、設備磨損等因素，導致輥縫精度出現偏差，在使用過程中存在一定的風險性，易導致卷偏、錯層、浪形甚至廢鋼故障等，給卷取機的主體設備和成品質量帶來不利因素。因此，制定適宜的設備精度和更換管控制度，同時通過優化程序實現設備自動保護功能，可提高夾送輥運行穩定性和成品質量穩定性。

4.1 完善精度校核制度

(1)每次更換夾送輥時，要求用框式水平儀對下夾送輥進行水平測量，要求水平度在0.1 mm/m，若達不到要求，則需在單側軸承座處采取增加墊片的方式進行墊平處理。

(2)夾送輥軸承座跟牌坊的間隙測量數據在0.6～1.1 mm之間，對于超標的按標準范圍進行調整。

(3)更換上夾送輥后測量兩側輥縫偏差必須滿足≤0.3 mm的要求。

(4)制定輥縫測量校核記錄表，確保輥縫的穩定跟蹤。

4.2 優化夾送輥更換周期

為跟蹤夾送輥不同使用周期情況下對應的輥縫偏差，按每5萬噸過鋼量對夾送輥兩側輥縫進行測量，統計數據如表2。

表2 夾送輥使用跟蹤表

在軋制過程中，由于帶鋼兩側輥縫或壓力偏差的存在，卷偏或浪形問題時有發生，隨著磨損量的增加，輥縫小的一側加劇了輥面的磨損程度。如表2數據所示，當過鋼量達到25萬噸后帶鋼開始發生輕微浪形問題，當過鋼量達到30萬噸左右時浪形表現出無規律，當超過35萬噸后浪形問題表現尤為凸出，實物如圖7所示。

圖7 夾送輥磨損不均導致的浪形

根據以上分析，制定夾送輥的更換過鋼量在25-30萬噸之間，并且當過鋼量達到25萬噸后，在更換之前，利用每天的停機時間測量

輥縫偏差并重新標定，同時對帶鋼實物質量進行密切關注，避免批量性質量問題的出現。

4.3 優化過程保護功能

4.3.1 優化壓力差保護功能

在夾送輥投入壓力環控制過程中，當兩側壓力偏差值大于15 kN時，出現報警提示后自動退出壓力環，并且切換為當前輥縫所在的位置環卷完當前帶鋼，可有效地避免單側壓力過大導致帶鋼出現單側浪形或卷偏問題。

4.3.2 優化輥縫差保護功能

正常軋制過程中兩側輥縫在位置環的控制下保持兩側水平，而水平的保持需要靠兩側液壓缸的壓力來進行調節補償，當壓力出現異常或其他外界因素引起兩側輥縫出現偏差，且偏差值大于當前目標輥縫的1.2倍時，后臺程序自動開啟保護模式，對兩側輥縫進行當前位置的鎖定，以避免輥縫過于傾斜導致帶鋼的嚴重卷偏。

4.4 制定點檢標準化制度

(1)夾送輥運轉時軸承座、萬向軸、電機有無異響。

(2)聯軸器法蘭螺栓是否松動，聯軸器運轉時有無跳動和打滑。

(3)夾送輥上下動作時兩端是否同步，上輥軸承座鎖緊擋板螺絲是否松動。

(4)停機要檢查輥面是否有粘肉、刮傷、裂紋等缺陷。

(5)油缸固定螺栓和扁頭銷軸是否松動。

(6)冷卻水管是否固定可靠，噴嘴是否堵塞，氣動控制閥是否靈敏。

5 結語

(1)參照產品主要寬度，優化設計卷取機夾送輥的邊部倒角深度和長度，可以有效均勻磨損，保證輥縫受力均勻，提高板形質量。

(2)通過優化卷取夾送輥各個節點的速度控制、優化位置環和壓力環切換控制，可有效避免卷偏、錯層等鋼卷質量問題。

(3)制定最大30萬噸的夾送輥更換周期、完善程序保護邏輯、以及適宜的設備精度控制標準，對夾送輥的設備運行穩定性和產量質量穩定性有重要作用。