冷軋重卷線冷硬大卷卷取故障的研究與優(yōu)化

呂 劍，盧 杰

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公司，河北唐山 063200）

1 故障背景

某冷軋重卷線冷硬大卷在卷取過程中，經常出現(xiàn)卷取塔形，塔形率超過80%，嚴重影響生產節(jié)奏。塔形卷不僅無法包裝，而且吊裝困難，卸卷小車運輸時存在中心偏移，具有較大安全隱患。大量的塔形卷影響生產順穩(wěn)，給重卷線帶來很大生產壓力，由于需要重新卷取，開卷后的切頭尾造成成材率的巨大損失。

2 塔形卷故障分析

塔形卷是指帶鋼在卷取過程中，由于故障原因產生的卷取錯邊現(xiàn)象，多見于大卷卷取故障。本文結合某冷軋重卷線的生產情況，通過分析塔形故障卷的PDA數據，發(fā)現(xiàn)造成卷取故障的原因分為卷取抽芯，卷取打滑，起停車造成的錯層現(xiàn)象，EPC跳變和板形問題等。以下針對不動故障發(fā)生機理，逐一進行分析。

2.1 卷取抽芯

判斷卷取抽芯的主要特征是內圈存在一個明顯的層間縫隙。另一個特征是內外圈對稱的錯層現(xiàn)象，即外形像一個大鍋蓋。抓住這兩個特征，就避免了判斷失誤。卷取抽芯如圖1所示。

這類卷符合卷取抽芯的兩個特征。由于橡膠套筒的固有屬性，在承壓情況下，不可避免會發(fā)生收縮。微小的收縮有時不會產生實際影響，但是，如果隨著受力增大，收縮明顯，就可能導致內圈抽芯，當套筒的收縮比不穩(wěn)定或較大時，則易出現(xiàn)大卷的卷取抽芯。

2.2 卷取打滑

卷取過程中采用恒張力控制模式，即無論鋼卷直徑是多大，帶鋼張力是一個固定值。在這種情況下，隨著鋼卷直徑的增大，帶鋼對芯軸及鋼卷內圈的扭矩會不斷增大。當這個扭矩增大到橡膠套筒和芯軸之間的最大靜摩擦力矩時，橡膠套筒和芯軸之間會發(fā)生打滑。

圖1 卷取抽芯

這種現(xiàn)象往往與卷取抽芯同時出現(xiàn)。通過分析PDA數據，內圈直徑數據在卷取過程中沒有明顯變化，排除漲縮缸內泄可能。在卷取卷徑超過1500 mm后，出現(xiàn)卷取速度突然變大、轉矩變小的現(xiàn)象，判斷套筒發(fā)生打滑。

觀察發(fā)現(xiàn)芯軸表面油脂較多，判斷為檢修加油過多，芯軸運行中甩出部分油脂，粘連到芯軸表面，使得套筒與芯軸之間的最大靜摩擦力變小。在卷取大卷時，由于卷徑比較大，內圈受力變大，超過最大靜摩擦力時，發(fā)生打滑。因此，打滑是設備內因與外在生產工藝相結合的產物。

2.3 啟停車造成的錯層現(xiàn)象

重卷線由于產線較短，張力輥少，為避免卷取機甩尾時將帶鋼抽走，設置了一個停車減張功能，即設置一個減張系數，停車時，實際張力設定值是設定張力值乘上該系數。卷取機、張力輥、拉矯機和卷取機的減張系數分別為40%，45%，50%，60%。停車時帶鋼張力減小較多，卷取機發(fā)生倒轉，導致帶鋼抖動較大，重新啟車后，卷取發(fā)生一個明顯錯層，如圖2所示。

圖2 起停車錯層

2.4 EPC跳變

EPC跳變，導致糾偏缸動作大，產生卷取錯層，這種現(xiàn)象多發(fā)生在寬規(guī)格的卷上。現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，糾偏燈管上方的通道線的導板縫隙不均勻，導板中間部分由于常年被帶鋼磨損，導致縫隙較大，邊部在普通規(guī)格時，一般不會有帶鋼，導致前沿粘連較多雜物。現(xiàn)場吊線測量，發(fā)現(xiàn)邊部導板有的部分進入糾偏燈頭范圍，影響測量鏡頭接受的光照強度。在受到遮擋較多的地方，就可能發(fā)生測量數值跳變現(xiàn)象，導致糾偏缸動作大，產生卷取錯層。EPC跳變錯層記錄數據如圖3所示。

2.5 板形問題

該故障發(fā)生較少，目前只發(fā)現(xiàn)一卷。板形問題對卷取的影響一般不大，但是如果板形突變較嚴重，則可能造成卷取故障。板形問題如圖4所示。

3 改進措施

3.1 芯軸控制設計功能

圖3 EPC跳變錯層記錄數據

圖4 板形問題

重卷的控制閥是電液換向閥，換向閥芯軸膨脹原理如圖5所示。通過對比其他產線芯軸液壓控制管路，發(fā)現(xiàn)存在一種比例閥控制的芯軸膨脹方式，比例閥芯軸膨脹原理如圖6所示。這種結構上的區(qū)別，使得芯軸膨脹在實際控制方法上具有根本性的區(qū)別。

比例閥對芯軸膨脹進行位置控制，系統(tǒng)設定4個位置，卷取準備位是第三個位置。當系統(tǒng)做卷取準備時，芯軸膨脹到第三個位置，通過對比例閥的開度進行控制，進而保持芯軸位置保持穩(wěn)定，此時芯軸膨脹壓力約為80 MPa。當卷取機卷取超過一定圈數后（一般設10圈），芯軸進行再次膨脹，設定位置是第四個位置。由于已經進行卷取，帶鋼箍緊了套筒和芯軸，使得套筒外圈直徑變化幅度很小，芯軸膨脹不可能達到設定值。此時，比例閥處于全開狀態(tài)，芯軸的膨脹壓力達到系統(tǒng)壓力值，約為120 MPa。較大的壓力值對橡膠套筒再次產生一個擠壓的力，這樣就減小了帶鋼對套筒的壓縮，減少了內圈抽芯的可能性。

圖5 換向閥芯軸膨脹液壓管路

圖6 比例閥芯軸膨脹液壓管路

換向閥控制時，當有卷取準備命令時，芯軸膨脹到最大位置，然后卷取機開始卷取，直到卸卷。對比比例閥控制結構，最明顯的區(qū)別是卷取后沒有二次膨脹，而且換向閥結構從實際應用中也實現(xiàn)不了二次膨脹。因此，該結構只適合卷取20 t以下的小卷，卷重超過20 t以后，很難保證卷取的穩(wěn)定性。

在現(xiàn)有生產工藝中，比例閥結構的卷取機從未出現(xiàn)過卷取塔形現(xiàn)象。但是對于重卷線的換向閥結構，都不同程度出現(xiàn)過卷取塔形現(xiàn)象。不同的結構決定了兩種液壓控制在控制能力上有著本質區(qū)別。

3.2 卷取故障優(yōu)化措施

通過上述分析，可以清楚了解產生卷取問題的原因。針對不同情況，采取相應措施，予以解決。

3.2.1 卷取塔形

產生卷取塔形的兩個主要原因是內圈抽芯和卷取打滑。

解決內圈抽芯的本質辦法是更改液壓控制系統(tǒng)，但此方法成本高、時間長，暫時不予優(yōu)先考慮。設計新產線時，可以將此因素考慮進去。

如果不能改造液壓系統(tǒng)，最直接的辦法是減張。張力減多少，怎樣減，在實踐中總結了一套規(guī)律，基本可以解決內圈抽芯和打滑的問題，也就不會出現(xiàn)卷取塔形。減張控制就是增加卷取機大卷卷取系統(tǒng)模型。

根據實際生產和理論計算，設計全新的大卷卷取模型，并根據實際卷取效果，修正、確定模型的控制參數。根據設計的張力模型，在一級控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)完全自動控制。張力模型如圖7所示，此圖只作為一個參考圖，具體設計中增加其他實用功能，在此不贅述。

3.2.2 起停車造成的錯層

通過調整停車減張參數，卷取機、張力輥、拉矯機和卷取機的減張系數分別為45%，50%，60%，80%。通過實驗，此條件下，產線運行正常，錯層基本消除。后續(xù)可以逐漸實驗，將卷取機停機減張參數設到100%。

3.2.3 EPC跳變

EPC跳變主要發(fā)生在寬規(guī)格卷，糾偏燈管上方的導板縫隙不均勻，邊部較窄。通過現(xiàn)場實際測量，將邊部導板臺削去10 mm，測量數據未發(fā)生跳變，測量數據恢復正常，錯層現(xiàn)象消失。

3.2.4 板形問題

板形問題造成的錯邊故障發(fā)生較少，需要關注來料標注，如果標注板形故障，卷取需要特別注意，低速生產。

4 總結

通過研究塔形的形成機理，采取相應措施后，大卷卷取塔形完全得到控制，應用效果較好。在鍍鋅線投用以來，既保證帶鋼卷取質量，不出塔形卷，又能保持生產穩(wěn)定運行，消除了安全隱患。保證大卷訂單的生產能力，減少重卷的生產壓力，卷取質量顯著提高。改進后的大卷卷取展示如圖8所示。

圖7 張力模型

圖8 改進后的大卷卷取展示