熱鍍鋅薄帶鋼穿帶堆鋼的原因及控制

任新意 高慧敏 徐海衛(wèi) 黃華貴 孫靜娜 馬孟寧

（1.首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司技術(shù)中心，河北唐山 063200；2.燕山大學(xué)國家冷軋板帶裝備及工藝工程技術(shù)研究中心，河北秦皇島 066004）

熱鍍鋅帶鋼具有較好的耐蝕性、優(yōu)良的可加工性和裝飾性，在工業(yè)建筑、交通運(yùn)輸、汽車制造、家電等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用［1-2］。熱鍍鋅薄帶鋼加工成材率高、成形性能優(yōu)良、質(zhì)量穩(wěn)定，已成為國內(nèi)外鋼鐵企業(yè)研究的熱點(diǎn)［3］。

某1 700 mm熱鍍鋅連續(xù)機(jī)組由比利時(shí)CMI公司設(shè)計(jì)［4］，采用國際先進(jìn)的美鋼聯(lián)法連續(xù)熱鍍鋅工藝，設(shè)計(jì)年產(chǎn)量可達(dá)40萬t。該機(jī)組主要生產(chǎn)具有高附加值的建材和家電用帶鋼，厚0.25～2.5 mm，寬750～1 580 mm，最高強(qiáng)度可達(dá)590 MPa。自2009年投產(chǎn)以來，為了滿足高級(jí)別鋼卷出口國外的需求，逐漸增加了厚度小于0.45 mm的帶鋼產(chǎn)量，要求機(jī)組具有更好的連續(xù)運(yùn)行穩(wěn)定性。然而，薄規(guī)格帶鋼在穿帶過程中常常因帶頭與機(jī)組入口區(qū)域設(shè)備卡阻而無法順利前行，隨著帶鋼開卷的持續(xù)運(yùn)行而逐漸堆積，即發(fā)生堆鋼現(xiàn)象［5］，嚴(yán)重影響機(jī)組的生產(chǎn)效率。

本文研究了該1 700 mm熱鍍鋅連續(xù)機(jī)組發(fā)生堆鋼現(xiàn)象的規(guī)律和原因，并采取調(diào)整原料帶鋼的生產(chǎn)工藝、改造穿帶導(dǎo)板的表面構(gòu)造、增添預(yù)警裝置等措施，顯著減少了熱鍍鋅機(jī)組發(fā)生堆鋼的頻次。

1 熱鍍鋅薄帶鋼堆鋼的概況

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，該1 700 mm熱鍍鋅連續(xù)機(jī)組發(fā)生的穿帶堆鋼具有以下特征：1）帶鋼厚度主要在0.45 mm以下，且1 400 mm以上寬度的帶鋼發(fā)生堆鋼的頻率更高；2）82%發(fā)生堆鋼的帶鋼原料由1 420 mm酸連軋機(jī)組生產(chǎn)；3）堆鋼主要發(fā)生在公共夾送輥后的穿帶導(dǎo)板區(qū)；4）堆鋼主要發(fā)生在帶鋼的頭或尾部。1 700 mm熱鍍鋅機(jī)組入口區(qū)的設(shè)備布置示意如圖1所示，其發(fā)生穿帶堆鋼的規(guī)律如圖2所示。

圖1 1 700 mm熱鍍鋅機(jī)組入口區(qū)設(shè)備布置示意Fig.1 Schematic diagram of equipment layout in entrance area of the 1 700 mm hot dip galvanizing line

圖2 發(fā)生堆鋼的帶鋼原料生產(chǎn)機(jī)組（a）和帶鋼厚度分布（b）Fig.2 Production line for raw material used for the strip（a）and distribution of thickness of the strip（b）generating piling-up

2 原因分析

1 700 mm熱鍍鋅機(jī)組所用的原料帶鋼由1 420和1 700 mm酸連軋機(jī)組及1 750 mm單機(jī)架軋機(jī)生產(chǎn)，厚度小于0.45 mm的原料帶鋼主要由1 420 mm酸連軋機(jī)組生產(chǎn)。由于薄規(guī)格帶鋼的整體壓下率較大，因此1 420 mm酸連軋機(jī)組采用5個(gè)機(jī)架同時(shí)壓下的軋制方式［6-7］，即帶鋼在每個(gè)機(jī)架均以較大的壓下率軋制。為保證帶鋼能被穩(wěn)定軋制，機(jī)組的末機(jī)架需采用較小的軋制力并保持良好的潤滑狀態(tài)。因此，末機(jī)架的工作輥一般磨削后（未毛化）直接使用，其表面粗糙度較低（0.5～0.7 μm），同時(shí)要求較高的乳化液濃度，一般控制在3%～4%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。

為了研究熱鍍鋅薄規(guī)格帶鋼發(fā)生堆鋼的原因，對(duì)原料帶鋼的板形、表面粗糙度和表面殘油量等進(jìn)行了對(duì)比分析。

2.1 原料帶鋼板形

反查發(fā)生堆鋼的原料帶鋼板形發(fā)現(xiàn)，其設(shè)定的板形曲線為微雙邊浪形，帶鋼頭、尾部（軋機(jī)升降速階段）的實(shí)際軋制力較高速穩(wěn)態(tài)階段的明顯增大，對(duì)應(yīng)位置的邊浪幅值也明顯增大［8］。當(dāng)具有較大邊浪幅值的帶鋼經(jīng)過穿帶導(dǎo)板臺(tái)時(shí)，不僅會(huì)造成帶鋼與穿帶導(dǎo)板臺(tái)之間發(fā)生局部接觸卡阻，也會(huì)增加穿帶通過夾送輥的難度，從而導(dǎo)致帶鋼穿帶過程中堆積即堆鋼。發(fā)生堆鋼的帶鋼原料板形如圖3所示。

圖3 發(fā)生堆鋼的帶鋼原料板形Fig.3 Shape of raw strip used for the strip generating piling-up

2.2 原料帶鋼表面粗糙度

對(duì)比不同軋機(jī)生產(chǎn)的原料帶鋼的表面粗糙度表明，1 420 mm酸連軋機(jī)組生產(chǎn)的原料帶鋼表面粗糙度較低。其原因主要是1 420 mm酸連軋機(jī)組的末機(jī)架工作輥是磨削后直接使用的，工作輥粗糙度為0.5～0.7 μm。而其他兩個(gè)機(jī)組的末機(jī)架工作輥在磨削后再經(jīng)過電火花毛化［9］，以進(jìn)一步提高其表面粗糙度至2.0～3.5 μm。由于原料帶鋼的表面粗糙度較低，帶鋼經(jīng)過穿帶導(dǎo)板時(shí)易打滑，從而造成穿帶堆鋼。不同機(jī)組生產(chǎn)的原料帶鋼表面粗糙度如表1所示。

表1 不同機(jī)組生產(chǎn)的原料帶鋼的表面粗糙度Table 1 Surface roughness of the raw strips produced in the different lines

2.3 原料帶鋼表面殘油量

不同機(jī)組生產(chǎn)的原料帶鋼表面殘油量［10］如表2所示。1 420 mm酸連軋冷硬帶鋼的表面殘油量較高，這主要是由于1 420 mm酸連軋機(jī)組的第五機(jī)架采用壓下模式，需要較好的潤滑狀態(tài)以提高軋制穩(wěn)定性，其乳化液濃度一般控制在3%～4%，導(dǎo)致原料帶鋼的表面殘油量較多，加大了帶鋼與穿帶導(dǎo)板之間的打滑程度，導(dǎo)致穿帶堆鋼。

表2 不同機(jī)組生產(chǎn)的原料帶鋼的表面殘油量Table 2 Amount of oil left on the raw strips produced in the different lines

此外，現(xiàn)場跟蹤發(fā)現(xiàn)，發(fā)生穿帶堆鋼的1 700 mm熱鍍鋅機(jī)組的穿帶導(dǎo)板表面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，且在帶鋼發(fā)生堆鋼時(shí)未及時(shí)檢查及采取控制措施，致使開卷機(jī)處的帶鋼持續(xù)前行，堆鋼更為嚴(yán)重。

3 控制措施

3.1 原料帶鋼頭尾板形補(bǔ)償

為解決由于原料帶鋼頭、尾板形不良導(dǎo)致的1 700 mm熱鍍鋅機(jī)組的穿帶堆鋼問題，增加了控制板形的軋制力-彎輥力的補(bǔ)償功能［11］，并根據(jù)帶鋼的鋼種和規(guī)格優(yōu)化了補(bǔ)償系數(shù)，從而減小了原料帶鋼的板形幅值，提高了帶鋼整卷板形的一致性。優(yōu)化的原料帶鋼板形如圖4所示。

圖4 優(yōu)化的原料帶鋼板形Fig.4 Shape of the optimized raw strip

3.2 原料帶鋼粗糙度和殘油量的控制

由于1 420 mm酸連軋機(jī)組生產(chǎn)的原料帶鋼表面粗糙度較低，所以對(duì)機(jī)組的末機(jī)架工作輥進(jìn)行了電火花毛化加工，使其粗糙度提高至1.3 μm，并適當(dāng)降低末機(jī)架的帶鋼壓下率，以提高原料帶鋼的表面粗糙度。此外，將機(jī)組的末機(jī)架工作輥鍍鉻［12］，并對(duì)乳化液系統(tǒng)進(jìn)行合理的加油和排液，以減少原料帶鋼的表面殘油量，即對(duì)原料帶鋼進(jìn)行表面粗糙度和表面殘油量的綜合控制。調(diào)整后的原料帶鋼表面粗糙度和殘油量見圖5。

圖5 用不同工作輥軋制的原料帶鋼的粗糙度（a）和殘油量（b）Fig.5 Roughness（a）and residual oil amount（b）of the raw strips rolled by different working rolls

3.3 防止帶鋼穿帶過程堆積的預(yù)警裝置

1 700 mm熱鍍鋅機(jī)組在生產(chǎn)薄規(guī)格帶鋼時(shí)，還經(jīng)常出現(xiàn)帶鋼扎帶頭的現(xiàn)象［13］，但開卷機(jī)仍在持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而使帶鋼穿帶過程中堆積更嚴(yán)重。通過增加入口定位光柵檢測與開卷機(jī)運(yùn)行間的聯(lián)鎖，開發(fā)了防止帶鋼穿帶過程中堆積的預(yù)警裝置，其原理圖如圖6所示。

圖6 防止帶鋼穿帶過程中堆積的預(yù)警裝置的原理圖Fig.6 Schematic diagram of early warning system for prevention of the strip piling-up in the process of threading

預(yù)警裝置的功能：

（1）在1號(hào)或2號(hào)通道開卷到直頭機(jī)的自動(dòng)運(yùn)行過程中，開卷機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)10 s內(nèi)沒有收到夾送輥后面的光柵信號(hào)，判定帶鋼在開卷機(jī)處發(fā)生堆積，自動(dòng)步暫停運(yùn)行。

（2）在與上相同的過程中，直頭機(jī)前的光柵檢測到信號(hào)后4 s內(nèi)沒有收到直頭機(jī)后面的光柵信號(hào)，判定帶鋼在直頭機(jī)處發(fā)生堆積，自動(dòng)步暫停運(yùn)行。

（3）在1號(hào)或2號(hào)通道直頭機(jī)到切頭剪的自動(dòng)運(yùn)行過程中，直頭機(jī)后面的光柵檢測到信號(hào)后5 s內(nèi)沒有收到切頭剪前面的光柵信號(hào)，判定帶鋼在直頭機(jī)到切頭剪的通道內(nèi)堆積，自動(dòng)步暫停運(yùn)行。

（4）在帶鋼從切頭剪到焊機(jī)的自動(dòng)運(yùn)行過程中，切頭剪后面的光柵檢測到信號(hào)后10 s內(nèi)沒有收到公用夾送輥前面的光柵信號(hào)，判定帶鋼在切頭剪到公用夾送輥的通道內(nèi)堆積，自動(dòng)步暫停運(yùn)行。

（5）在帶鋼從公用夾送輥到焊機(jī)的自動(dòng)運(yùn)行過程中，公用夾送輥后面的光柵檢測到信號(hào)后8 s內(nèi)沒有收到焊機(jī)前面的光柵信號(hào)，判定帶鋼在公用夾送輥到焊機(jī)的通道內(nèi)堆積，自動(dòng)步暫停運(yùn)行。

3.4 穿帶導(dǎo)板表面結(jié)構(gòu)改造

現(xiàn)場跟蹤發(fā)現(xiàn)，原有的穿帶導(dǎo)板采用表面光滑的襯膠木板制作，易造成帶鋼難以順利運(yùn)行而堆積。因此，在原有穿帶導(dǎo)板上增加密集的滾動(dòng)軸承，如圖7所示，間接增大帶鋼與穿帶導(dǎo)板的接觸間隙，從而避免帶鋼與穿帶導(dǎo)板發(fā)生局部黏結(jié)而堆積。同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場條件，制作了用于處理帶鋼堆積的裝置，如圖8所示，顯著縮短了堆鋼導(dǎo)致的機(jī)組停機(jī)時(shí)間。

圖7 改造后的熱鍍鋅機(jī)組穿帶導(dǎo)板臺(tái)Fig.7 Remade threading guide table in the hot dip galvanizing line

圖8 用于處理帶鋼堆積的裝置Fig.8 Device reserved for handling strip piling-up

4 實(shí)施效果

采取上述相關(guān)措施后，1 700 mm熱鍍鋅機(jī)組的薄規(guī)格帶鋼的穿帶堆鋼現(xiàn)象已基本消除，機(jī)組發(fā)生穿帶堆鋼的次數(shù)從月均3.25次降低到了0.4次，堆鋼導(dǎo)致的停機(jī)時(shí)間從月均56 min減少到了8 min，取得了良好的效果，如圖9所示。

5 結(jié)論

（1）1 700 mm熱鍍鋅機(jī)組發(fā)生穿帶堆鋼的規(guī)律為：由1 420 mm酸連軋機(jī)組生產(chǎn)的原料帶鋼更易發(fā)生堆鋼，厚度小于0.45 mm的薄帶鋼堆鋼的頻次更高。

（2）發(fā)生堆鋼的帶鋼其原料帶鋼的頭尾板形不良，表面粗糙度較低，殘油量較高。

（3）原料帶鋼與熱鍍鋅機(jī)組的穿帶導(dǎo)板之間發(fā)生局部粘合，在開卷過程中易發(fā)生堆鋼。

（4）采取調(diào)整原料帶鋼的生產(chǎn)工藝、改造鍍鋅機(jī)組穿帶導(dǎo)板的表面構(gòu)造、增添防止帶鋼穿帶過程中堆積的預(yù)警系統(tǒng)等措施可使1 700 mm熱鍍鋅機(jī)組穿帶堆鋼的次數(shù)和停機(jī)時(shí)間顯著減少。