热轧卷取机堆钢事故原因的分析及应对

王 瑛，丁 正

引言

当今，随着钢铁产业受上游、下游产业的影响，生存发展空间日益严峻，企业竞争加剧。为适应市场环境，马钢热轧厂提出“降本增效”，提高产品成材率等目标。然而，在马钢热轧2250mm生产线，卷取区域经常发生的堆钢事故是影响“降本增效”的一个重要因素，堆钢既减少了小时产量，又降低了成材率；2015年，卷取区域因各类原因导致的堆钢事故就高达十数次，严重制约了生产效率。笔者对近年来该热轧厂卷取区域的各种堆钢事故原因进行了整理分析，并提出应对措施。

图1 热轧卷取区域设备布置图

1 导致堆钢事故的原因

1.1 因电气元器件损坏导致的堆钢

一些生产线投产多年后，PLC柜内大量模板开始老化，且内部积灰较多，部分模板使用时长可能已经接近或超过预期寿命。这些模板随时可能出现故障，而PLC控制模板是自动控制的核心，当模板出现异常，生产线必然停机。另外，卷取区域现场环境非常恶劣，温度高、冲击振动大、水汽腐蚀等使现场元器件极易损坏。而带钢卷取是全自动的生产过程，设备现状的判断和动作的输出全部依靠现场输入输出电气元件来实现，某些重要元器件的损坏可能立刻导致堆钢事故。

1.2 电气元器件误感应

卷取区域现场环境复杂，传感器极易受到影响。如现场清洁工作管理不善，遗落的废旧螺栓铁片有可能让接近开关产生误信号；卷取机前的冷金属检测是非常重要的传感器，用于带钢跟踪信号修正。在寒冷的冬季，带钢冷却水在开关过程中产生非常浓密的雾气，影响冷金属检测开关的正常使用，可能使卷取机产生误动作导致堆钢事故；现场大量使用的冷却水和甘油，在设备高速运转时会四处飞溅，芯轴上使用的超声波位置传感器也非常容易受到影响等等。

1.3 因机械间隙造成堆钢

卷取机是在高速且有较大冲击力的非常恶劣的条件下进行运转的设备，其结构复杂，故障率高。要想保持稳定的良好生产状态，设备制造精度、设备管理制度及设备维护非常重要。根据卷取机的工作特点及环境条件，对卷取机的性能有特殊要求，如：卷取机刚度高，不易变形；耐反复冲击的高强度结构；保持高机械精度的结构等。卷取机的导卫、夹送辊和助卷辊等设备，经过一段时间的使用后，必然出现磨损间隙，如果此间隙过大，都有可能造成堆钢事故。

1.3.1 导卫间隙的影响

侧导卫的功能是将输出辊道上偏离辊道中心的带钢平稳地引导到卷取机中心线，保证以对中的方式进入夹送辊和卷取机。侧导卫是带钢进入卷取机的第一道关口，经验证明，导卫入口处是堆钢事故发生的重灾区。导卫间隙造成的影响主要是以下几个方面：

（1）导卫梁和销子间存在间隙，导卫不能紧密随同液压缸同时进退。这会导致导卫无法标定准确，位置传感器不能正确显示导卫的实际位置。

（2）导卫的两个液压缸之间的齿轮齿条存在间隙，形成导卫头尾偏差，即导卫的入口侧和出口侧始终或者在某些时候出现辊缝值不一致（正喇叭口或者负喇叭口），造成难以标定准确，导卫也难以发挥纠偏作用，使卷形不好，甚至带钢头部撞击导卫入口直接堆钢。另外，喇叭口的特点造成带钢对耐磨板的磨损量前后不一致。

（3）导卫耐磨板的磨损。当磨损量大于一定值时，会出现带钢卷边，或者卡阻堆钢。

（4）耐磨板与导卫梁间的安装间隙过大，带钢头部有可能无法顺利通过，造成卡阻。

图2 耐磨板与导卫梁间间隙过大

1.3.2 夹送辊间隙的影响

夹送辊位于卷取机入口处，其主要功能是引导带钢头部顺利进入卷取机溜槽导板，并在带钢尾端抛出精轧机后，在夹送辊和芯轴间形成所需要的卷取张力。若夹送辊因辊辊面磨损不均匀、油缸涨套松动、下辊水平度差等原因造成两侧辊缝偏差，那么夹送辊与带钢之间呈现出一定的夹角，在卷取过程中就会产生水平侧向力，将带钢拉向一边，造成钢卷塔形或者溢出。甚至辊面磨损超过带钢厚度时，夹送辊将不能提供有效夹持力，造成松卷堆钢。

1.3.3 助卷辊间隙的影响

三个助卷辊平均分布于芯轴四周，其主要功能是将带钢头部准确的送到芯轴位置，并对带钢施加弯曲加工，使其变成容易卷取的形状，然后以适当压紧力将带钢压在芯轴上，辅助芯轴和带钢间形成有效张力。在工艺设定中，超过4 mm规格的带钢将采用助卷辊踏步控制。从图3中可以看出，在踏步过程中，3个助卷辊中，有2个助卷辊同时压靠在钢卷上。若此时这2个助卷辊因刚度差，不能提供及时有效的压紧力，带钢头部就会出现松散。松散的带钢头部和芯轴间没有足够的静摩擦力，使芯轴与夹送辊间不能形成张力，最终会造成堆钢事故。

图3 助卷辊踏步动作

1.3.4 芯轴间隙的影响

芯轴的使用周期，一般情况下是以其生产带钢总重量来衡量的，按照使用强度不同，其预期寿命一般在150万t左右。芯轴从上线到下线，其运动部件都有不同程度的磨损（见图4），内部间隙也越来越大。

图4 芯轴内部结构图

当芯轴高速旋转时，在离心力作用下，芯轴扇形板与连杆的间隙被消除，芯轴的实际外径变大，但此时涨缩缸的实际位置并没有改变，传感器检测距离没有变化，导致实际直径大于显示直径（见图5）。

图5 芯轴截面图

1.4 因介质系统泄漏跳泵

介质系统是热轧设备的重要动力源。在轧线运行过程中，因各种原因，造成介质系统管路油液泄漏，当油箱液位低于一定值时，系统会自动停泵，此时若轧线上，尤其是层流区域仍有带钢在行进，则必然造成堆钢事故。

1.5 夹送辊背压异常

为了使卷取机夹送辊液压缸在上下动作时能够保持稳定，在液压系统设计时，特增加了背压控制，避免失控、失速等现象的发生。但在生产中，偶尔会出现背压稳定的情况。背压不稳定所造成的影响与其压力浮动程度成正比。轻微的压力波动，可能使夹送辊的自动位置控制或压力控制的反应速度以及精度变差；大的压力波动，甚至背压阀卡死，背压值降为0或者升到系统压力，造成夹送辊无法动作。此时卷取区域若存在行进中的带钢，则必然出现堆钢事故。

1.6 来料异常

由于带钢在轧制过程中环境状况十分复杂，影响板形的因素很多，如坯料楔形、温度分布不均、轧机两侧刚度存在差异、轧机调整量不合适等,易产生板形缺陷。常见的板形缺陷有镰刀弯、浪形和瓢曲等。其中的镰刀弯板型对卷取的影响最大。在经过精轧机轧制，进入层流辊道后弯曲程度更加严重，很容易在卷取入口卡阻堆钢。

1.7 带钢通道异物卡阻

热轧坯在经过精轧工序后，在层流辊道上行进速度达到最大，薄规格带钢速度一般超过12 m/s，此时若辊道上或卷取通道内存在异物对带钢头部或边部有稍许阻碍，就可能造成带钢头部折叠、卡阻等。有时短时间的卡阻后，头部虽摆脱了阻隔，但由于此时带钢本体与跟踪信号不一致，导致设备动作，尤其是助卷辊的踏步控制时序出现异常，带钢头部最终卡在卷取机中。

2 避免产生堆钢的措施

2.1 确保电气设备正常

（1）对PLC室房锁实施严格管理，不允许外来人员进入。门窗要保持关闭状态，尽量减少室内灰尘。

（2）PLC室温度要保持在25℃以下。

（3）在检修日对PLC柜内模板进行有计划的清灰维护或者更换。

（4）完善点检标准，并严格执行。根据现场设备的故障时间记录，科学合理制定详细的电气元器件更换周期表，并按照周期更换。

（5）对重要的传感器，设置冗余保护。

2.2 弱化现场恶劣环境的影响

（1）加强现场管理工作，及时清除现场与生产无关的废旧螺栓、垫片、破布等物品。

（2）针对冬季低温时大水雾对CMD的影响，在适当增加风机数量的情况下，进行技术优化，在控制程序中增加限制条件，使系统具备辨别真假信号的能力，以增强抗雾气干扰的能力。

（3）调整冷却水的大小和喷射方向，使其既满足生产需要，又不影响到电气元件的使用。如果实在无法两者兼得，则在电气元件前增加挡板进行保护。

（4）对直接受到钢卷高温辐射的电缆、传感器实施隔热防护。

2.3 加强设备精度管理

（1）根据每个设备的特点，利用趋势图曲线软件对关键数据进行重点监控。

（2）制定有效的设备刚度测试方法，每周进行机械间隙评价。对使用状态不佳的设备，及时更换。对更换下来设备的磨损情况进行观察分析和记录，结合趋势图数据总结规律，进一步优化间隙评价。

2.4 设定油位监控，实施漏油预警

为了防止突然停泵造成紧急停机，应设立快速有效的油位监控预警系统。在系统工作时，油箱的液位处于浮动状态，液压系统和润滑系统的油箱液位值浮动有各自的特征，甚至同是液压系统，由于执行机构流量的不同，特征也有所区别。如果对液位值进行实时监测，对不同的特征进行甄别，找出泄漏发生时的特征值，准确对泄漏进行判断并实时发出报警信号，就可以做到对泄漏实时发现。发现漏油后，可根据当时的泄漏情况，判定是否继续维持生产。若出现紧急高速泄漏情形，系统应自动禁止带钢进入精轧机区域。

2.5 背压的维持稳定

背压的异常与背压阀的关系最大。背压阀较容易受到油液中杂物的污染，性能会受到影响。因此必须保持油液的洁净。另外，将夹送辊的背压信号用趋势图软件实施监控，电气值班工程师每个班次进行记录或利用PLC对波动范围进行直接检测预警。对有问题的减压阀及时进行检查和处理，以避免突发故障造成堆钢事故。

2.6 防止带钢头部被卡阻的措施

（1）防止镰刀弯跑偏堆钢。采取提高计算机模型设定精度、提高轧辊制造和磨削精度、采用压下率分配的平衡方式、改善带钢温度状况、调整机架窗口各衬板和轧辊各轴承座衬板、使用跑偏控制技术和跑偏检测装置等手段，尽量减弱带钢镰刀弯的程度。对于已经发现的较大镰刀弯板型，操作人员应及时打开导卫，人工干预，防止带钢头部在卷取机入口卡阻。

（2）对可能导致带钢头部前进受阻的障碍物应及时处理。

3 结束语

热轧生产线自投产以来，随着操作熟练程度和对事故判断水平的不断提高，堆钢现象大幅度减小。通过生产实践证明，热轧线的生产过程中如果能够对堆钢事故进行快速而准确的判断，不仅可以有效地减少事故的处理时间，还能针对这些现象制定出有效的防范措施，从根本上减少堆钢事故的发生。以上只是简要地介绍和总结了一些常见的堆钢现象和原因，在实际的生产过程中堆钢事故的形式是多种多样的，还需要我们不断地学习，努力提高技术水平找出原因并采取相应的措施。

[1]蒋荣生，杨庆丰，苑晓东 等.鞍钢1780 mm热连轧卷形质量研究与改进[C].2012年全国轧钢生产技术会论文集（上），2012（8）：96-97.