横切线开卷钢板划伤的分析与处理

2011-04-13殷恒波李亨杰

科技传播 2011年14期

殷恒波，李亨杰

华菱涟钢2250热扎板厂，湖南娄底 417009

0 引言

华菱涟钢2250热扎板厂板材横切及热处理工程由德国西马克设计，2010年2月开工，于2010年10月投产，是将热轧板厂生产的成品钢卷加工成板材，一部分作为商品材，另一部分进行热处理。在热连轧生产线后对钢板进行热处理，这一技术走在世界的前列，该线的装备水平达到国际先进水平。横切线设计生产规模为年产50万t横切板。热处理部分按两期规划，其中一期在新建厂房内建设1#、2#热处理生产线及其它配套设备、设施，设计年产热处理板15万t。二期建设3#、4#热处理生产线及其它配套设备、设施，设计年产热处理板15万t。板材横切及热处理生产线投产后在钢板通过开卷机时，钢板表面形成低于扎制面的纵向划沟，严重影响板材的成材率和产品质量。为此项目组成立攻关小组，小组针对存在问题，对开卷机的生产工艺、过程的受力分析和控制系统分析，找到了原因，采取了相应措施，解决了这一难题，达到了预期的效果，为华菱涟钢作出较大的贡献。

1 开卷时钢板划伤的原因分析

1.1 表面划伤的定义

所谓划伤，即是钢板表面有低于轧制面的纵横向划沟，单个或断续地分布在钢板表面上，高温刮伤沟底有薄层氧化铁皮，冷态刮伤可见金属光泽，沟底呈灰白色。产生的原因是钢板在轧制或输送过程中，机械设备上尖角或突出部分划伤其板面所致。

1.2 表面划伤的原因分析

自华菱涟钢2250热扎板厂横切线热负荷试车成功以来，生产16mm以下的钢板按照SMS设计的步骤和方式进行开卷时，钢卷在开卷过程中没有产生表面缺陷。当生产16mm以上的钢板再按照SMS设计的步骤和方式进行开卷时，钢卷在开卷过程中不可避免地产生表面缺陷：挫伤！同类型生产线在我国还为数不多，通过实地考察了解到，马钢同种生产线也存在同样的问题，且一直没找到到很好的解决办法。开卷设备示意图如图1：

图1

结合现场对生产过程的仔细观察，分析其产生原因，主要有以下几个方面：

1）机组运行参数不匹配

在穿带时会出现各单体机组的速度不匹配或者是参数不正常，也会出现挫伤。

2）钢卷松卷

钢卷在上料前已经松卷，为了保证松卷的钢卷能够顺利地进入开卷机，钢卷在地辊站上旋紧，钢卷层与层之间会发生相对位移，这个过程对钢卷有一定的损伤。

3）相对运动造成的摩擦

钢卷进入开卷机反转200°后，压辊压下来，由于压辊是一个自由辊和一个由液压马达驱动的主动辊，自由辊在钢卷表面的摩擦会造成钢板表面的挫伤，另外，厚钢板的强度比薄钢板的强度大，在反转过程中，钢卷有松卷过程，只要钢卷在开卷机上松卷，就会产生挫伤。

在用处理辊压带钢的头部时，开卷机带动钢卷旋转，带钢的头部在穿带台上肯定是向下扣的，那么开卷机带动钢卷旋转时，带钢的头部不会顺利前进，会给开卷很大的摩擦阻力，将会造成层与层之间发生相对位移，因而会产生挫伤。

4） CPC 跑偏

CPC跑偏时，开卷机芯轴在CPC对中时，会发生钢板与处理辊的摩擦，从而产生挫伤。

2 针对存在的问题，攻关小组采取的措施

2.1 机组运行参数的调整

生产前确认该钢卷参数的合理性，主要是确认每卷钢卷的物理参数，如重量、宽度、厚度等，由此设置各单体机组的速度，使各设备间的速度能够匹配。

2.2 避免钢卷松卷措施

我们对钢板的压头方式进行了改进，以前所用的是处理辊在0到900的横移行程下，处理辊向下压带头，改进后处理辊在-400到900的横移行程下压带头，首先用压辊推动钢卷旋转，使带钢头部到穿带台上有一定的长度，再用处理辊压一下带头，在不上升处理辊的情况下，穿带台上升，尽可能地使带钢头部足够的向上，根据实际情况重复前面的动作，再把处理辊横移到钢卷的正上面压住钢卷，穿带台上升，带钢头部此时已向上翘，从而大大减小了带钢前进时由于带钢头部下扣造成的阻力，使带钢能顺利前进。从而消除了钢卷在开卷机上的松卷。

2.3 消除相对运动造成的摩擦划伤

1）对设备进行了改造。增加一套液压马达驱动系统，把压辊的两个辊子都改成主动辊，使钢卷在压辊压紧的情况下再推动钢卷旋转，并增大压辊的压力，到100bar左右。减小穿带时的张力，使其在40kN～50kN之间，保证正常压头开卷。

图2

如图2所示，辊1和辊2固定在同一个辊架上，未改造前，辊1为主动辊，由一个液压马达驱动；辊2为被动辊，通过辊1带动钢卷，而钢卷才能带动辊2转动。由于压辊两端安装有滚动轴承，不可避免的是，辊2必须先克服轴承的滚动摩擦力才能转动，由此形成了辊2与钢板表面的摩擦力。

根据两个具有固定轴线的圆柱，其中主动圆柱以N力压另一圆柱，两个圆柱相对滚动，主圆柱上受到的滚动阻力矩为：

其中：N为主动力；

k为滚动摩擦力臂；

R1、R2为圆柱半径。

由此可知，当k一定（钢-钢时取值0.5mm）、R1/R2也一定时，N越大，则M也越大。

2）建立处理辊与伸出钢板的力学模型为圆柱面与平面接触

根据弹性体接触面应力的计算公式

若E1=E2=E，v1=v2=0.3，则

其中：E1、E2为接触体弹性模量；

υ1、υ2为接触体泊松比；

P为处理辊对钢板施加的压力；

此处 E1=E2，υ1=υ2。

由于实际生产过程中，钢板应力最大值σmax已知，可求得压力P。

钢板应力最大值σmax根据钢板的钢种和相关参数的不同而各有不同，所以压力P应能满足生产最极端产品的能力。

2.4 CPC纠偏的处理

CPC跑偏主要是生产操作的精细化，穿带是整个横切生产过程中很重要的环节，因此，我们严格控制开卷过程的操作程序，在开卷过程中，注意穿带过程中是否跑偏，使CPC的位置在一个合理的范围内。

2.5 改进

攻关小组在针对挫伤所造成的原因进行相应的改造和调整基础上，我们还对其他生产工艺过程进行了相应的改进。

1）增大处理辊的行程，处理辊可以横移到钢卷的垂直中心线上，这样可以保证钢卷的带头在伸出长度较短的情况下也能压好带头；

2）增大穿带台向上的行程，这样穿带台就增加了一个功能，它不仅能满足穿带，还能帮助处理辊压带头。

3 改进前后的效果对比

在改进前，几乎生产一个厚规格的钢卷都是挫伤，只是挫伤的长度不等，有的有20m或者30m，有的更加多或者是一整卷钢。在改进前我们总共生产16mm以上的钢板有1000多吨，就有800多吨是挫伤，20mm以上的全部是挫伤。在改进后，厚度在16mm～20mm之间的没有挫伤，20mm以上的，我们总共生产了6000多吨钢，只有几十吨存在挫伤。通过现场观察，发现这些挫伤的原因有3个，一是原料卷散卷造成前面几十米在上料前就已经挫伤；二是改进后的操作方法不是很快就能适应，造成前面一张钢板或者两张钢板出现挫伤；三是 CPC偶尔跑偏造成前面的钢板挫伤。