寶鋼C208平整機打滑機理和防滑技術的計算分析

摘" 要：合金化熱鍍鋅產品（GA）工藝對平整機輥系表面質量要求高、輥系粗糙度要求低，極容易在平整機工作過程中產生打滑，使得帶鋼表面產生間斷性劃傷和粘鋅輥印，是影響到GA產品質量的重點管控缺陷。該文以寶鋼C208機組濕平整為研究對象，結合實際生產業績，對該平整機輥系產生打滑的原因進行分析計算，給出輥系阻力矩及阻力上限值，得出避免產生打滑的工藝條件，將所得結果應用于測張輥、防纏防皺輥的工藝技術規程，可防止平整機使用過程中GA產品劃傷缺陷。

關鍵詞：平整機；打滑；負載；防纏輥；防皺輥

中圖分類號：TU623" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）17-0182-04

Abstract： The processing of galvanized sheet steel（GA） products requires high surface quality and low roughness of roll system of temper mill， which is very easy to slip during the working process of temper mill， resulting in intermittent scratches and sticky galvanized roll marks on the surface of strip， which is the key control defect affecting the quality of GA products. In this paper， taking the wet leveling of C208 mill of Baosteel as the research object， combined with the actual production performance， the causes of roll system skidding are analyzed and calculated， the resistance moment and upper limit of roll system resistance are given， and the process conditions to avoid skidding are obtained. The results obtained are applied to the process and technical regulations of tension measuring roll and anti-wrinkle roll， which can prevent scratching defects of GA products during the use of the temper mill.

Keywords： temper mill; skid; load; anti-winding roll; anti-wrinkle roll

根據目前的實踐經驗，生產GA產品平整機區域輥系最容易出現粘鋅、輥印、劃傷產品缺陷。平整機的前后通常設置有測張輥、軋制線輥和防皺輥防斷輥[1]，這些輥子工作在高張力區域，輥面粗糙度大容易粘鋅[2]，一般采用低粗糙度設計，有文獻介紹粗糙度低于Ra0.5u[3]。但是粗糙度過小，容易打滑，帶鋼表面產生間斷性劃傷缺陷。針對GA產品打滑少有研究，未見公開發表的相關文獻，張力控制作為平整機組自動化控制的核心，要做到GA產品不打滑，需要對平整機測張輥、軋制線輥和防皺輥防斷輥等摩擦阻力準確把握。

寶鋼冷軋廠C208機組生產GA/GI產品，工藝技術參數如下。

最大平整壓力：11 000 kN。

入口張力：14.5～145 kN。

出口張力：15～150 kN。

本文以C208平整機為研究對象，對平整機產生 GA產品打滑的原因進行分析計算，研究產生打滑的原因，通過限定最大阻力矩來對輥組各項參數如摩擦系數、動力輥角速度等進行適配，提出降低平整機出現打滑頻率的措施，為技改升級平整機輥系設計、使用提供技術基礎。

1" 分析模型建立

1.1" 基本結構

寶鋼C208機組平整機輥系主體結構以及尺寸、包角如圖1所示，包括入口測張輥、入口轉向輥、防皺輥、工作輥、防斷輥、出口轉向輥和出口測張輥等。

經分析，測張輥、防纏防皺輥輥徑Φ350 mm，該輥系中包角最小、濕平整水量最大位置為防皺輥，最可能產生打滑和軸承卡組問題。該防皺輥的密封結構設計很關鍵，骨架密封、機械密封等不同結構，潤滑油脂黏度、平整液能等不同性能導致摩擦阻力相差非常大，軸承進水后阻力也會急劇增大，所以防皺輥油封結構非常關鍵，通常采用骨架密封和機械密封對防纏防皺輥進行防水，如圖2和圖3所示。

1.2" 基本參數

根據平整機系統張力設計，帶鋼最小規格時 （0.3 mm×800 mm）在入口張力14.5 kN與出口張力15 kN帶動下是否會與入口測張輥、轉向輥、防皺輥、防跳輥之間產生打滑情況。同時根據機械設計手冊，鋼-鋼之間的摩擦系數可低至0.15～0.05（有潤滑條件下，動摩擦系數下限為0.05）。根據密封廠家提供的數據，骨架油封處摩擦系數在0.3～0.8之間，機械密封處摩擦系數在0.15～0.25之間，但機械密封對油脂黏度產生的摩擦阻力影響大，本次研究按照摩擦系數大的骨架油封進行設計計算。

1.3" 打滑臨界條件分析

帶鋼與輥面發生打滑，即二者速度不匹配并產生了相對滑動，這種情況下會損壞帶鋼表面質量，應避免。根據牛頓力學理論，該設備啟動和運行過程中，當拉動輥子旋轉的動力矩小于阻力矩、不足以帶動輥子時就會發生打滑現象。因此防止打滑的關鍵即在于保證動力矩始終能夠大于阻力矩。為此，本次分析的目標設定為：估算動力矩的下限，給出阻力矩的上限，保證阻力矩（阻力）小于限值，即可防止打滑現象發生。

最容易發生打滑的情況是啟動過程。設備啟動時，帶鋼靜止，前后張緊力調整到預定數值，隨后啟動平整系統，使帶鋼逐漸加速到預定值，保持此速度平穩運行。根據上游數據，啟動過程中鋼帶加速度為24 m/min/sec（本次計算中設為定值，不考慮波動變化），以此作為動力矩計算依據，防皺輥能夠達到這一加速度即可保證鋼帶與輥表面無滑動。

1.4" 計算步驟

1.4.1" 動力計算

1.4.2" 阻力計算

根據上游提供的密封組件性能，其摩擦系數根據潤滑條件的不同存在一定差異，一般在0.3～0.8之間，導致無法得到具體的壓緊力大小，進而也無法求得阻力值。

為測得阻力值大小，可通過對防皺輥裝配后實際測量得到阻力（矩），如圖4所示。為了保證不打滑，可通過前文計算得到防皺輥表面動力，要求實驗得到的阻力（也就是實驗過程中緩慢施加在輥表面的動力）不大于動力。

根據上節計算，輥表面帶鋼可給出的最小拉動力為376 N，無阻力時達到給定加速度所需動力為 181.8～204.4 N。考慮到轉動慣量大時加速困難，容易打滑，因此有阻力時應取上限值204.4 N作為不打滑的動力條件予以保證。

根據上述二者差值可得阻力允許達到的上限值為

376-204.4=171.6 N≈17 kg.f。

為了進一步確保不產生打滑，須留出保守裕量，因此建議將上述帶鋼拉力乘以折減系數85%，得到輥阻力測定試驗中的拉力限值（上限）為14.5 kg.f。2022年10月25日，在不同密封形式、加干油等情況下進行了靜態摩擦力測試，見表1。

2" 結論

通過對GA產品平整機輥系防皺輥打滑現象產生條件的分析，確定了判斷打滑產生的理論原則。根據設計工藝加速度指標確定動力矩，帶鋼張緊力可提供的動力矩下限計算得到許用阻力最大值，為進一步確保不發生打滑考慮了一定的保守量，最終給出了阻力測定試驗中的上限值。在實際靜摩擦力測試過程中，防纏防皺輥采用機械密封方式，在未加油脂前，與骨架密封相比，靜摩擦力矩均相對較小，但加滿油脂后，靜摩擦力矩急劇增大，不滿足14.5 kg.f的靜摩擦力控制要求，只能采用骨架密封方式進行設計和組裝，并且在實際生產過程中得到驗證。2022年10月在C208機組平整機技改后，防皺輥啟動摩擦阻力在技術規程中明確為14.5 kg.f。

參考文獻：

[1] 寶鋼股份C208熱鍍鋅機組工藝技術規程[Z].2021.

[2] 郭太雄，瞿祖貴.熱鍍鋅影響因素綜述[J].軋鋼，2000，17（1）：48-51.

[3] KOCHNEVA T M， KOLYADA T V， POLETSKOV P P， et al. Cold rolling on textured rollers to obtain regulated surface roughness[J].Steel in Translation，2011，41（8）：677-679.