鍍鋅光整機(jī)軋制穩(wěn)定性分析

布曉亮 王超 李金良 王偉

（承德鋼鐵集團(tuán)有限公司 河北承德 067000）

1 前言

光整機(jī)是鍍鋅機(jī)組的重要設(shè)備，是調(diào)整帶鋼表面粗糙度、改善板板型的關(guān)鍵設(shè)備，對(duì)鍍鋅卷表面質(zhì)量和性能的改善有著重要作用。在鍍鋅線前期生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)光整機(jī)軋制力越大時(shí)，光整機(jī)處的帶鋼跑偏越嚴(yán)重。為解決光整機(jī)大軋制力跑偏問題，研究了光整機(jī)的裝配、標(biāo)定、投用過程等情況，從原理上調(diào)整最佳設(shè)備動(dòng)作以解決此問題。

2 結(jié)構(gòu)與運(yùn)行

光整機(jī)的結(jié)構(gòu)由光整機(jī)牌坊、工作輥和支撐輥夾緊裝置、軋制力缸、工作輥彎輥平衡系統(tǒng)、工作輥和支撐輥換輥裝置、上下工作輥及提升缸、濕光整系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向輥、機(jī)架前防皺輥、機(jī)架后防橫褶輥和張力計(jì)輥等組成（見圖1）。系統(tǒng)采用支撐輥傳動(dòng)，軋制力缸作用于下支撐輥，軋制線作用于上支撐輥。

圖1 光整機(jī)結(jié)構(gòu)

光整機(jī)運(yùn)行模式有恒軋制力模式和延伸率模式，延伸率模式分為軋制力控制延伸率模式和軋制力張力控制延伸率模式。恒軋制力模式就是軋制力控制器將光整機(jī)軋制力實(shí)際值調(diào)節(jié)到設(shè)定值，光整機(jī)入出口兩個(gè)張力控制器保持光整機(jī)張力的穩(wěn)定；延伸率模式就是通過調(diào)整光整機(jī)的軋制力和張力改善帶鋼的機(jī)械性能和表面粗糙度，將延伸率穩(wěn)定在設(shè)定值。

3 功能控制

液壓輥縫控制包括：位置控制、軋輥傾斜控制、軋制力控制、監(jiān)控控制、補(bǔ)償功能和軋制線調(diào)整。

位置控制：每個(gè)液壓缸裝備一個(gè)數(shù)字傳感器，數(shù)字傳感器的數(shù)值發(fā)送給位置控制器。根據(jù)液壓和機(jī)械設(shè)備的特性和能力，可以調(diào)節(jié)位置控制器的響應(yīng)時(shí)間，在接口上把功能計(jì)算機(jī)的輸出轉(zhuǎn)換為模擬量，用于伺服閥的動(dòng)作，位置控制器用于打開和關(guān)閉輥縫。

軋輥傾斜控制：光整機(jī)兩側(cè)的位置傳感器提供與其位置成正比的脈沖，減去光整機(jī)兩側(cè)產(chǎn)生的脈沖系列就能得到傾斜控制器的實(shí)際值。“更多傾斜”或“更少傾斜”，這樣的信號(hào)使得控制器沿著光整機(jī)的中心線相應(yīng)的改變傾斜度。通過推拉光整機(jī)兩側(cè)的伺服閥能夠?qū)崿F(xiàn)軋輥的傾斜控制。此控制環(huán)的位置控制和軋制力控制都是有效的，只有在標(biāo)定期間達(dá)到標(biāo)定力之后該控制才會(huì)被關(guān)閉。

軋制力控制：機(jī)架也可以在軋制力控制方式下進(jìn)行操作。實(shí)際值來(lái)自液壓缸上的壓力傳感器，軋制力傳感器常用機(jī)組總的實(shí)際軋制力值作為參考設(shè)定值。實(shí)際軋制力包括對(duì)活塞桿測(cè)補(bǔ)償壓力影響的矯正。

監(jiān)控控制：根據(jù)正限值檢查軋制力數(shù)值，正負(fù)限制值檢查位置值，可以單獨(dú)修正正限值，超過這些限制值將向診斷系統(tǒng)傳送一個(gè)信息。此外，參考軋制力總是與實(shí)際彎輥值比較，如果它降到彎輥力以下，它將等于預(yù)設(shè)的最小軋制力。

補(bǔ)償功能：伺服閥或比例閥位于閉環(huán)回路中輥縫控制器輸出之后，由于油的流量取決于整個(gè)閥上的壓力差和控制電流，所以在控制通道中存在非線性因素，可以通過調(diào)節(jié)閥門補(bǔ)償這種影響。為此，對(duì)輥縫控制器的輸出使用系數(shù)進(jìn)行加權(quán)，當(dāng)壓力差變小時(shí)該系數(shù)增大閥門開度。

軋制線調(diào)整：軋制線調(diào)整是通過光整機(jī)頂部壓下系統(tǒng)，將二級(jí)計(jì)算機(jī)計(jì)算的輥徑參考值設(shè)定為實(shí)際插入輥徑值。

光整機(jī)過焊縫模式：光整機(jī)過焊縫有三個(gè)模式，分別是打開通過焊縫、減小軋制力通過焊縫和帶工作輥軋制力通過焊縫。打開通過焊縫是在焊縫通過光整機(jī)機(jī)架前，輥縫從實(shí)際的位置打開5毫米為即將到來(lái)的焊縫躍開；減小軋制力通過焊縫是在焊縫通過光整機(jī)機(jī)架前，軋制力減小到最小軋制力；帶工作輥軋制力通過焊縫一般不會(huì)被使用。

4 軋制穩(wěn)定性測(cè)試及結(jié)果分析

1）帶鋼頭尾及過焊縫時(shí)的跑偏與楔形板型有一定關(guān)系

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)PDA分析發(fā)現(xiàn)，軋制力差在傾斜值未發(fā)生變化的情況下發(fā)生階梯性等比例變化。此種情況表明，傾斜值未發(fā)生變化，軋制力差發(fā)生變化，隨后傾斜值跟隨軋制力差反向增長(zhǎng)，證明帶鋼原料厚度不均，原料板型存在楔形的可能，后經(jīng)熱軋線測(cè)厚儀檢測(cè)結(jié)果證明，帶鋼原料存在楔形（見圖2），屬熱軋常見缺陷。

圖2 熱軋測(cè)厚儀檢測(cè)的帶鋼楔型曲線

2）測(cè)量輔助輥平直度

根據(jù)光整機(jī)出現(xiàn)跑偏的情況，對(duì)光整機(jī)前后輔助輥進(jìn)行平直度（精度要求0.05mm／m）測(cè)量，前后輔助輥的平直度滿足精度要求（測(cè)量值見圖3）。

圖3 光整機(jī)輔助輥平直度測(cè)量值

3）檢查支撐輥軸頭及軸套

根據(jù)PDA顯示，傳動(dòng)側(cè)軋制力偏大，但是帶鋼還向傳動(dòng)側(cè)傾斜，傳動(dòng)側(cè)受多余的力，且發(fā)現(xiàn)下支撐輥明顯向操作側(cè)串動(dòng)，下支撐輥卡板出現(xiàn)變形情況，懷疑傳動(dòng)側(cè)受多余的軸向力。將下支撐輥抽出檢查支撐輥軸頭及聯(lián)軸器軸套，發(fā)現(xiàn)軸頭定位部分和軸套未接觸，不存在軸向力的問題，但下支撐輥軸頭由于裝支撐輥時(shí)未涂抹干油已經(jīng)出現(xiàn)磨損情況，并且傳動(dòng)側(cè)出口下支撐輥裝輥時(shí)進(jìn)入異物導(dǎo)致襯板及牌坊出現(xiàn)損傷，立即對(duì)損傷處進(jìn)行打磨處理，涂抹干油回裝。

4）檢查工作輥安裝質(zhì)量

在鍍鋅線生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)工作輥出口與牌坊之間有間隙，且間隙較大，（支撐輥中心線和工作輥中心線偏差為5mm，理論上工作輥出口應(yīng)與牌坊之間無(wú)間隙），隨后進(jìn)行跟蹤測(cè)量；在光整機(jī)不投用的情況下，上下工作輥與牌坊兩側(cè)間隙（圖紙上彎輥塊的尺寸是840mm～840.3mm，工作輥軸承座尺寸是839.24mm～839.0mm，間隙和值應(yīng)為0.44mm～0.9mm之間），測(cè)量為上輥0.42mm+0.45mm（入口+出口），下輥0.6mm+0.18mm（入口+出口），間隙和值在允許誤差范圍之內(nèi)。光整機(jī)在投用過程中，速度在80m／min以下時(shí)，上工作輥間隙在0.2mm左右，下工作輥間隙在0.17mm左右；入出口張力差12kN以上時(shí)，上下工作輥均無(wú)間隙。由此確定工作輥安裝無(wú)問題。

5）更換支撐輥并檢查剛度曲線

更換支撐輥前后，使用3000kN軋制力，分別測(cè)量光整機(jī)剛度，經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)更換支撐輥前后剛度基本無(wú)問題。

6）重新標(biāo)定軋制線（從AGC缸往上反算）

將光整機(jī)下支撐輥抽出，使用高精度水準(zhǔn)儀（精度0.01mm）測(cè)量?jī)蓚?cè)AGC液壓缸，發(fā)現(xiàn)傳動(dòng)側(cè)比操作側(cè)低0.6mm，所以將軋制線操作側(cè)調(diào)整裝置向下調(diào)整0.68mm，使兩側(cè)軋制線水平并進(jìn)行無(wú)帶鋼標(biāo)定，然后空試，軋制力增加至8000kN時(shí)，效果良好，但是在進(jìn)行跑線時(shí)，仍然出現(xiàn)軋制力偏差大，帶鋼跑偏的情況。檢查調(diào)整軋制線高度，再次校準(zhǔn)軋制線，消除因機(jī)械疲勞產(chǎn)生的間隙，消除軋制力差。修改光整機(jī)軋制線下調(diào)50mm，減小HGC輥縫位置50mm。

7）優(yōu)化張力計(jì)的張力計(jì)算角度

光整機(jī)入出口可查看的張力差均為A－B（其中A為操作側(cè)，B為傳動(dòng)側(cè)），通過實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題分析計(jì)算得出不同厚度帶鋼對(duì)應(yīng)的張力計(jì)算角度并寫入張力計(jì)內(nèi)部控制單元，以此保證了鍍鋅線全品種帶鋼張力測(cè)量的準(zhǔn)確性（張力計(jì)算角見圖4、圖5）。

圖4 不同厚度帶鋼對(duì)應(yīng)的入口張力計(jì)測(cè)張角度

圖5 不同帶鋼厚度對(duì)應(yīng)的出口張力計(jì)測(cè)張角度

8）修改軋制力差調(diào)整值

通過對(duì)實(shí)際帶鋼運(yùn)行狀態(tài)及操作界面中軋制力差觀察，結(jié)合PDA分析發(fā)現(xiàn)，軋制力差調(diào)整量不足是導(dǎo)致操作員無(wú)法及時(shí)手動(dòng)修正的根本原因。通過修改程序，將對(duì)按鈕的控制斜坡加大［1］（軋制力增加時(shí)的斜坡時(shí)間，F(xiàn)B4580第5段1000－＞5000），滿足操作員手動(dòng)對(duì)軋制力補(bǔ)償需求的同時(shí)還可以控制帶鋼邊浪。

9）調(diào)整傳動(dòng)側(cè)軋制力

通過生產(chǎn)實(shí)際曲線結(jié)合PDA發(fā)現(xiàn)，傳動(dòng)側(cè)軋制力需求超過操作側(cè)，手動(dòng)增加傳動(dòng)側(cè)軋制力，在傳動(dòng)側(cè)軋制力大于操作側(cè)軋制力50kN左右時(shí)相對(duì)控制穩(wěn)定，可以將軋制力增加到3000kN左右（平時(shí)需求軋制力在2500kN～2800kN），此時(shí)軋制力差穩(wěn)定在100kN左右。

10）修改接觸軋制力輥縫范圍：

檢查程序發(fā)現(xiàn)標(biāo)定時(shí)的接觸軋制力輥縫范圍為±3.5mm，當(dāng)施加大軋制力時(shí)接觸軋制力輥縫范圍超過3.5mm，導(dǎo)致控制程序關(guān)閉。此時(shí)修改HGC命令控制塊FB4118，程序段22，將光整機(jī)標(biāo)定時(shí)接觸軋制力輥縫的范圍由±3.5mm 改為±4mm。

11）修改光整機(jī)過焊縫程序

光整機(jī)在過焊縫［2］時(shí)切換到NO USE張力模式，張力差相對(duì)較小，增加入出口張力差，使光整機(jī)在過焊縫時(shí)保持一定張力，將帶鋼繃緊，減少帶頭帶尾板型對(duì)控制的影響。光整機(jī)出口測(cè)張力切換模式程序優(yōu)化，當(dāng)輥縫＜72mm時(shí)都處于光整機(jī)關(guān)閉狀態(tài)，在此期間不切換到NO USE張力模式。

12）組織壓輥縫測(cè)試和無(wú)帶鋼跑線

使用直徑10mm 鉛條進(jìn)行測(cè)試，輥縫壓至6.7mm，測(cè)量鉛條操作側(cè) 5.52mm，傳動(dòng)側(cè)5.46mm，兩側(cè)偏差為0.06mm。隨后進(jìn)行四個(gè)半小時(shí)的無(wú)帶鋼跑線，速度120m／min，軋制力3500kN，發(fā)現(xiàn)工作輥和支撐輥軸承溫度無(wú)明顯變化，基本排除軋輥交叉的情況；并對(duì)工作輥窗口和工作輥尺寸進(jìn)行復(fù)測(cè)，均在范圍之內(nèi)。

13）光整機(jī)工作輥優(yōu)化改進(jìn)

光整機(jī)工作輥原設(shè)計(jì)使用平輥，為解決板型問題，使用凸度輥進(jìn)行測(cè)試，經(jīng)過多次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，最終確定使用凸度為+0.02mm的正弦和經(jīng)驗(yàn)值相結(jié)合的經(jīng)驗(yàn)曲線為最佳方案［3］，此曲線對(duì)光整過程中邊部應(yīng)力變化導(dǎo)致的鋼板輕微浪形和C蹺缺陷有明顯改善，并對(duì)軋制過程中出現(xiàn)帶鋼跑偏情況起到抑制作用。

14）原料缺陷無(wú)法徹底消除

傳動(dòng)側(cè)軋制力偏大仍未徹底解決，但帶鋼整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

5 結(jié)論

1）提高設(shè)備的加工精度和安裝精度，是滿足理論結(jié)合實(shí)際控制的基本前提。

2）傾斜模式控制的是傳動(dòng)側(cè)與操作側(cè)的輥縫差，而軋制力差控制的是傳動(dòng)側(cè)與操作側(cè)的軋制力差，因此傾斜模式與軋制力差模式的控制是相反的，即出現(xiàn)單邊浪時(shí)如果在軋制力差模式下要增加軋制力差，在傾斜模式下就要減小傾斜差。

3）以上思路及方法僅限于支撐輥和工作輥均使用平輥，從工藝角度出發(fā)，改變支撐輥和工作輥輥型，可能有更好的應(yīng)用改善效果。