高強鋼酸洗線卷取溢出邊故障的研究與優化

盧 杰，楊洪凱，張新波，孫光中

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司冷軋部，河北 唐山 063210）

某高強鋼連續酸洗生產線由法國普銳特公司總設計，具備世界先進的設計理念和工藝技術[1]。該機組年產150 萬t 酸洗卷，最高酸洗速度達320 m/min，產品類型主要包括高強類產品、酸洗汽車板、以熱代冷薄規格產品，品種覆蓋CQ、DQ、LHSS、HSS、UHSS、SUHSS，是一條高生產率、高質量的生產線[2]。

酸洗線投產以來，溢出邊現象一直存在，通過調整輥系精度，內圈溢出邊基本受控，而甩尾卷取時外圈溢出邊特別嚴重，嚴重時超過會100 mm，導致不能包裝，需要手動將溢出邊砸回去。由于產線速度快、產量高，卷取外圈溢出邊缺陷處理困難，嚴重影響生產節奏[3]。溢出邊故障卷情況如圖1 所示。

圖1 溢出邊故障卷

從2020 年6 月8 日開始，現場跟蹤高強酸洗溢出邊的情況，結合機電工藝三方，通過實踐與分析，逐步對溢出邊的發生機理有了一個較為清晰的認識，并在此基礎上提出了相應的改進措施。對改進措施進行逐個測試，總結試驗效果，得出了控制溢出邊的有效措施。文中如無特別說明，溢出邊均指甩尾時的外圈溢出邊。

1 溢出邊情況分析

溢出邊主要規格分布較廣。通過逐個調整卷取相關設備，分析其對溢出邊的影響。

1.1 卷取機下壓輥安裝精度

現場跟蹤發現卷取機下壓輥在壓靠時存在扭動，即輥面與鋼卷表面不平行。檢修調整壓輥水平，調整后溢出邊現象沒有明顯好轉。

1.2 芯軸動作異常

通過分析PDA 曲線和反復觀看故障卷錄像，發現在故障發生時，芯軸糾偏動作較大，而實際顯示的偏差值較小，分析認為可能與糾偏動作的計算有關，在不能改善較小偏移量的情況下，出現偏移累加現象，導致糾偏動作過大。增加EPC 偏移量限幅功能，取甩尾時芯軸的位置作為原始點，實際偏移量作為限幅值，控制芯軸的動作，使得實際溢出邊的移出量有明顯減小，但故障卷數量無明顯變化。

1.3 出口導向輥

由芯軸動作異常懷疑是否因出口導向輥壓力過大而導致糾偏動作不能有效傳遞到檢測點。調整出口導向輥壓輥壓力，將壓力下調20%左右，操作反應故障卷明顯減少。由于導向輥的壓力只能手動調節，而高強鋼最厚達到6.0 mm，所以下調導向輥壓力存在較大隱患[4]。

1.4 EPC 糾偏裝置

EPC 原設計在甩尾剪切后自動停止，為了減緩甩尾溢出邊，增加了甩尾時EPC 的自動調節功能。甩尾時帶尾處于無張力狀態，分析認為，無張力狀態下，EPC 的糾偏模型發生變化，導致糾偏動作失誤。關閉甩尾EPC 自動功能，溢出邊溢出量明顯減小，但故障卷數量無明顯變化[5-6]。EPC動作數據曲線如圖2 所示。

圖2 EPC 動作數據曲線

2 溢出邊發生機理

在進行了一段時間的觀察和試驗以后，發現好多現象無法解釋清楚，并沒有抓到問題的根本點,故而在研究收集的資料的基礎上，對卷取過程中的受力情況進行理論分析。

2.1 故障板形的受力分析

如果帶鋼的板形雙側不對稱，如出現單邊浪，那么在生產運行時，帶鋼受到的力是不對稱的，其等效合力不垂直于導向輥面，而是與導向輥面成一定夾角，在帶鋼寬度方向會形成一個使帶鋼偏移的力，從而導致帶鋼沿著帶鋼寬度方向發生偏移[7]。而偏移力大小與帶鋼板形不對稱程度相關，越是不對稱的板形越是可能發生溢出邊現象。單邊浪板形圖及受力情況如圖3、圖4 所示。

圖3 單邊浪板形圖

圖4 單邊浪板形受力

2.2 出口導向輥壓輥的受力分析

如果出口導向輥的壓輥裝配精度不達標，帶鋼兩側受力就會出現不對稱，根據受力分析可知，此時發生跑偏的趨勢就會加大。導向輥受力示意圖如圖5 所示。

圖5 導向輥受力

2.3 卷取機下壓輥的受力分析

在卷取甩尾時出現了芯軸的移動，由于卷取機下壓輥的壓下作用，使得帶鋼并沒有隨著芯軸的糾偏動作而糾正，相反，由于壓輥與帶鋼之間的摩擦力較大，而是將帶鋼帶出鋼卷邊緣，出現卷取溢出邊。卷取機下壓輥的受力示意圖如圖6 所示。

圖6 壓輥受力示意圖

2.4 分析結果

通過受力分析可知，板形因素是導致甩尾跑偏的根本原因。甩尾時EPC 的自動運行并沒有在實際上起到預期的糾偏效果。因為下壓輥的因素，導致即使較小的偏移量都可能產生較大的卷取溢出邊[8-9]。

3 針對措施及現場測試

3.1 針對措施

結合機理分析，提出以下措施：

1）調整卷取機與出口剪子之間輥子的精度。

2）增加出口穿帶輔助輥在甩尾過程的投用功能，這對受力不平衡有一定的抑制作用。

3）延遲卷取機下壓輥投用時間，理想狀態是帶尾在導向輥處，壓輥正好壓靠；實際延后時間可以根據現場調試情況逐步調整；針對下壓輥伺服閥壓力閉環控制，可根據卷取板材的規格，選好壓力，實現自動控制。

4）優化下壓輥結構，增加壓輥自動橫向移動功能，保證移動量與糾偏動作相匹配。

5）優化板形控制，避免單邊浪和鐮刀彎等不對稱板形，板形曲線控制為雙側對稱微浪。

6）優化EPC 檢測區域帶鋼的穩定性，避免由于帶鋼本體抖動產生的測量誤差，增加EPC 檢測區域帶鋼的穩定裝置，加強采取穩定壓輥或其他能夠起到穩定帶鋼的措施。

3.2 現場測試

針對制定的措施，逐個落實，并分析實際效果。

3.2.1 輥系精度調整

輥系精度經過幾次檢修調整，以目前運行的情況來看基本滿足生產需求。

3.2.2 卷取機下壓輥投入時序優化

在2 號卷取機實施下壓輥延遲投用功能，與1 號卷取機對照運行。在對同規格帶鋼生產時，經過一周的現場觀察發現，兩個卷取機對比效果明顯，2 號卷取機無明顯溢出邊，而同時運行的1 號卷取機則有較明顯的溢出邊。

3.2.3 下壓輥壓力測試

高強酸洗線兩個卷取機同時出現較大溢出邊時，通過調整下壓輥壓力，效果非常明顯。從0.5 MPa（5 bar）調到0.4 MPa（4 bar）后，溢出邊在20 mm 左右；調到0.35 MPa（3.5 bar）后，溢出邊小于5 mm。不同壓輥壓力下卷取溢出邊情況如圖7—圖9 所示。

圖7 壓輥壓力0.5 MPa

圖8 壓輥壓力0.4 MPa

圖9 壓輥壓力0.35 MPa

3.3 測試結果

通過現場測試發現，在板形因素不可控的條件下，通過采取優化卷取措施，可以控制甩尾卷取溢出邊[10-11]，而關鍵點就在于卷取壓輥的控制。

4 優化措施

甩尾時下壓輥延后投入、延后時間與甩尾距離、甩尾速度、卷徑大小、壓靠速度等相關。壓靠理想點是帶尾在導向輥下時，正好壓靠完畢。此方案的優點是不需要額外投入設備，只需要對設備的自動化控制時序進行適當調整即可，缺點是厚規格板材延后壓靠容易導致外圈卷取松卷。

將壓輥伸出控制改為伺服控制，伸出壓力與板材規格相關，板材越厚，伸出壓力越大，板材越薄，伸出壓力越小，可避免壓輥在進行糾偏動作時出現卷取外圈錯層。壓力自動閉環控制壓輥技術成熟簡單、價格低廉，較容易實施。

制作可移動防跑偏壓輥。制作橫向可移動、可控制壓輥，壓輥可跟隨糾偏動作進行移動。壓輥兩側裝有壓力合適的彈簧，壓輥動作越小，受力越小，保證糾偏范圍內壓輥可自由移動，彈簧壓輥具有自動糾偏功能。此方案控制精準度較高，可以較好地解決甩尾時EPC 動作壓輥的跟隨性。以目前的情況來看，可移動壓輥單純機械結構已經可以滿足生產需求。可移動防跑偏壓輥示意圖如圖10 所示，所生產的正常卷形貌如圖11 所示。

圖10 可移動防跑偏壓輥示意圖

圖11 正常卷

5 結論

1）以優化壓輥投用時序為基礎的方法可以有效控制甩尾時卷取溢出邊的發生，實際控制中可參考帶鋼規格。

2）甩尾卷取溢出邊的主要影響因素是卷取壓輥。

3）根據不同的生產現場，通過優化壓輥的控制方法，即可有效控制卷取甩尾溢出邊。以壓輥壓力閉環控制為主要措施，將可移動壓輥作為徹底解決甩尾卷取溢出邊的重要設備，圍繞壓輥功能進行改善，使得甩尾卷溢出邊情況得到根本解決。