不銹鋼熱軋退火酸洗線破鱗機的控制模式和常見故障

樊海昇

（天津太鋼天管不銹鋼有限公司，天津 300461）

0 引言

不銹鋼熱軋退火酸洗線作為銜接熱軋工序和冷軋工序的關鍵性機組，在全流程生產工序中起到承上啟下的作用。而破鱗機作為不銹鋼熱軋帶鋼機械除鱗的必要設備，廣泛應用于不銹鋼的熱軋退火酸洗機組，其設置在生產線爐區和拋丸機工序之間。破鱗機主要作用是通過破鱗輥的反復彎曲延伸，去除不銹鋼帶表面氧化物、降低鋼帶表面粗糙度、提高酸洗效率，同時改善退火后的原料板型，為后續冷軋機組提供板型質量保證。而高質量的板型又可以避免帶鋼在運行中發生跑偏問題，減少因板型不好對帶鋼通道設備的損壞。因此，破鱗機作為熱軋退火酸洗線的重要工藝設備，對帶鋼酸洗表面的質量以及粗糙度和板型質量都起到了極大的作用。

在實際生產過程中，破鱗機設備故障頻繁出現，嚴重時會影響退火酸洗機組的運行效率以及產品的質量。因此，分析破鱗機設備控制模式和解決常見故障問題顯得尤為重要[1]。本文對不銹鋼熱軋退火酸洗線破鱗機的工作原理及結構特點進行了介紹，分析了破鱗機的控制模式在生產線中的重要作用，以及破鱗機使用時常見故障產生的原因，提出了對破鱗機控制模式的改進意見，以減少破鱗機設備故障的發生。

1 破鱗機工作原理

熱軋黑皮退火酸洗機組的破鱗機設備主要作用是機械去除帶鋼表面氧化物和改善退火后帶鋼板型，具體工作原理分析如下。

1.1 機械除鱗

利用帶鋼基體與表面氧化層材料性能的差異，采用機械反復彎曲折疊的工藝設計，使基體材料受力后產生形變。基于熱軋黑皮鋼卷退火后表面氧化層塑性差，強度低，同時與基體附著力差的特點，在彎曲過程中，氧化層破裂與基體脫落，達到破鱗除鱗的效果。破鱗機工作示意如圖1所示。

圖1 破鱗機工作示意圖

1.2 矯直改善板型

熱軋黑皮鋼卷退火后，由于應力釋放，帶鋼顯現出邊浪和中間浪板型，對機組跑偏和下工序冷軋都會產生不良影響。破鱗機采用上三下二的工作輥設計，當帶鋼在小直徑輥子上彎曲時，同時施加張力，由于彎曲和變形的同時存在，使得帶鋼在遠低于材料屈服極限的張力下，中心產生塑性延伸，因而能夠改善帶鋼板形。

帶鋼在破鱗機前后大張力的作用下，通過破鱗機時產生了縱向拉應力與彎曲應力。在兩種力疊加作用下，帶材中形狀不同的長短晶間組織同時被延伸拉長，在它們彈性收縮之后，延伸變長的晶間組織仍然保留。在經過幾次拉伸狀態下反復彎曲，使帶鋼產生均勻的塑性延伸，內應力值相同且方向一致，達到矯直板型的目的。

2 破鱗機設備的整體組成

2.1 破鱗機基礎設備

（1）導向輥（張力計輥）：安裝張力計，用來測量破鱗機區域鋼帶張力。

（2）工作輥：上部兩彎一矯3 個工作輥是核心工作單元。前2 個工作輥的壓下量較大，插入深度較大，鋼帶的彎曲半徑較小，主要起到彎曲折疊、鐵鱗剝離的作用；最后一個工作輥，壓下量較小，主要起到矯直的作用。工作輥由液壓系統控制，行程由液壓缸內的線性傳感器測量位置、控制行程。鋼帶下方為2個固定的工作輥。

（3）換輥裝置：為了便于更換工作輥，需要專用的裝卸設備。

（4）除塵裝置：由于破鱗機工作時，大量鐵鱗的脫落，產生大量的粉塵，需要除塵裝置搜集，達到環保要求后排放。

2.2 張力輥組

張力輥組的作用是使帶鋼產生張力，它由4 根入口張力輥和4 根出口張力輥組成。由于破鱗機需要大張力，所以選擇多組張力輥，用以提升張力。張力輥組為S 型布置，這樣布置的輥組，使得帶鋼與輥子之間接觸摩擦的總包角最大，可以使帶鋼產生最大的張力效果。張力輥布置如圖2所示。

圖2 張力輥組裝置示意圖

張力輥組的每個輥均由相應的交流異步電動機通過減速機傳動，出口張力輥組的線速度高于入口張力輥組，帶鋼的張力就是由速度差產生的。張力輥組通過PLC 和變頻器控制，每個輥電機的速度和力矩大小可調。由于入口和出口張力輥組中的電機處于不同的工作狀態，入口張力輥電機是在帶鋼的拖動下工作，為了平衡帶鋼的力，電機處于發電狀態，我們在實際生產過程中，觀察到電流是負電流。如果發現單獨一個電機狀態變成了正電流值，通常是由于電機和輥的聯軸器出現問題。 出口的張力輥始終處于電動狀態，電流始終是正值[2]。

3 破鱗機控制方式

3.1 工作輥壓下量控制

工作輥由液壓系統控制上升、下降，同時使用位置傳感器測量工作輥的位置。工作輥壓下量要根據不同鋼種彎曲變形工藝要求來調整。通常來說，壓下量越大，彎曲半徑越小，破鱗效果越好，帶鋼延伸也越多。所以在大壓下量時，只能使用張力控制或者大延伸率控制，無法保證小延伸率控制。

調試工藝參數過程中，首先使用張力控制來調整壓下量，觀察破鱗效果和板型狀況，同時觀察延伸率，最終確定各個鋼種和規格的控制參數。結合現場實際生產情況來看，在相同的延伸率作用下，更大的壓下量，可以更明顯的看到氧化層的剝離，但是破鱗輥也受到了更大的力，輥面和軸承磨損更快[3]。

3.2 延伸率控制

延伸率是指帶鋼在壓下力與拉伸張力的作用下，帶鋼長度所產生的增量部分占原始長度的百分比，延伸率計算公式為（L2-L1）/L1，其中L1為帶鋼原始長度，L2為帶鋼成品長度。

延伸率可以通過測量破鱗機前后的張力輥速度實時測量，由于輥直徑相同，延伸率=（V2-V1）/V1=（N2/n2-N1/n1）/（N1/n1），其中V2 為出口鋼帶速度，V1 為入口鋼帶速度，N2 為出口電機轉速，n2為出口輥減速比，N1 為入口電機轉速，n1 為入口輥減速比。

使用延伸率控制時，利用安裝在破鱗機出、入口張力輥電機的脈沖發生器來進行測速，一側的電機速度穩定，通過PLC 和變頻器調節另一側的電機速度達到調節延伸率的參數。但生產過程中，由于帶鋼延伸，造成帶鋼長度變長，會降低全線的生產效率。因此在不銹鋼生產過程中，延伸率通常設定為0.5%～3%。

3.3 張力控制

破鱗輥打開時，使用張力控制模式。張力控制時，破鱗機一側的電機速度穩定，通過調節另一側電機的轉矩或是速度，達到調節張力參數的目的。張力由張力輥表面摩擦力產生。

變頻器對張力輥電機有兩種控制模式，速度控制方式和轉矩控制方式。為了使張力輥能平衡工作，一組張力輥中只有一個輥采用速度控制，其他輥都采用負荷分配的方式，將張力分配到其他電機上，采用轉矩控制。

3.4 破鱗機焊縫通過模式

熱軋退火酸洗機組為連續性生產機組，不銹鋼卷之間通過焊機焊接在一起。由于焊縫彎曲易開裂，不能直接通過破鱗機，當焊縫通過前，要將工作輥打開。工作輥動作時，延伸率波動較大，無法進行延伸率控制，所以破鱗機動作以前，首先要轉換為張力控制模式，工作輥穩定后，才能使用延伸率控制。

4 破鱗機常見故障及解決措施

由于破鱗機前后的張力差較大，破鱗輥在焊縫通過時要打開、閉合，造成此處的故障較多，以下我們對常見的故障進行梳理分析，并制定解決措施。

4.1 張力輥打滑

張力輥所建立張力的大小取決于帶鋼和張力輥間的摩擦力，當傳動電機的功率增大時，需要帶鋼和張力輥間的摩擦力也要相應地增大。具體原理為：根據歐拉公式：T2=T1×eμα，其中T1 為張力輥入口端的帶鋼張力，T2 為張力輥出口端的帶鋼張力，μ 為包角處帶鋼與輥面的摩擦系數，α 為帶鋼與輥面的包角，e為常數[4]。具體示意如圖3所示。

圖3 張力輥產生張力模式示意圖

當張力輥表面由于爐區冷卻段未完全干燥，造成輥面帶水或摩擦系數下降，無法產生足夠的摩擦，帶鋼就會出現打滑趨勢。由于在破鱗機前后的張力差較大，此處需要多個張力輥產生足夠的摩擦力才能保證鋼帶的正常運行。在設備維護過程中，要避免輥面帶入油或水，同時防止輥面的摩擦系數降低。實際生產過程中，發生打滑時，在現場通常可以聽到輥面摩擦異響。處理方式：清理輥面，更換張力輥，降低前后的張力差。

4.2 張力輥聯軸器損壞

生產過程中，由于機械磨損或其他原因導致張力輥電機或是減速機的聯軸器損壞，造成傳動電機空載，張力負荷分配不均勻，其他張力輥電機轉矩變大，甚至造成電機過流跳閘。尤其在破鱗輥打開關閉的時候，張力波動較大時候，極易發生過流的問題。處理方式：更換聯軸器，或是臨時更改張力輥組的轉矩分配，聯軸器損壞的轉矩按比例分配給其他張力輥。

4.3 破鱗機處無法建張

現場生產過程中由于破鱗機張力預設值偏小，實際張力計測量值超過了預設值，造成張力輥倒轉，進而發生鋼帶堆積等異常狀況，所以破鱗機處的張力預設值要有最小限幅保護。同樣張力計故障，也會導致測量值不準確。處理方式：檢查更換傳感器備件。

4.4 破鱗輥竄輥

破鱗機工作輥軸頭異常發熱磨損，說明工作輥受到了水平軸向的力，通常是由于工作輥磨損或是機械結構發生了變化，輥面受力不垂直導致，需要更換工作輥或是停機檢測機械結構。處理方式：降低破鱗機的張力或是減少破鱗輥的壓下量。

5 結語

不銹鋼熱軋退火酸洗機組破鱗機的高效和穩定運行可有效減少機組化學除鱗的運行負荷。機組化學除鱗過程要使用大量酸和水，使得整條退火酸洗線要產生大量的污泥和廢酸洗液。在目前我國環境保護要求越來越嚴的情況下，酸洗污泥和廢酸洗液存放、運輸、處理問題越來越成為企業生產的制約環節，而且污泥和廢酸洗液的處理費用也較高，這又增加企業生產經營的負擔。

因此越來越多的不銹鋼冷軋生產廠家開始研究可替代化學除鱗的更清潔、更環保除鱗方法，以減少除鱗過程中污染物的排放量，因此傳統的機械除鱗方式越來越得到重視。常用的拋丸機械除鱗由于機械磨損大，維護成本高，工作量大也倍受責問；而破鱗機作為傳統機械除鱗的代表無疑會受到進一步的重視，對重型破鱗機和多輥破鱗機研究和使用也是未來應用和發展方向。