镀锌光整机轧制稳定性分析

2021-10-29布晓亮王超李金良王伟

冶金设备 2021年4期

布晓亮王超李金良王伟

（承德钢铁集团有限公司河北承德 067000）

1 前言

光整机是镀锌机组的重要设备，是调整带钢表面粗糙度、改善板板型的关键设备，对镀锌卷表面质量和性能的改善有着重要作用。在镀锌线前期生产中发现，当光整机轧制力越大时，光整机处的带钢跑偏越严重。为解决光整机大轧制力跑偏问题，研究了光整机的装配、标定、投用过程等情况，从原理上调整最佳设备动作以解决此问题。

2 结构与运行

光整机的结构由光整机牌坊、工作辊和支撑辊夹紧装置、轧制力缸、工作辊弯辊平衡系统、工作辊和支撑辊换辊装置、上下工作辊及提升缸、湿光整系统、转向辊、机架前防皱辊、机架后防横褶辊和张力计辊等组成（见图1）。系统采用支撑辊传动，轧制力缸作用于下支撑辊，轧制线作用于上支撑辊。

图1 光整机结构

光整机运行模式有恒轧制力模式和延伸率模式，延伸率模式分为轧制力控制延伸率模式和轧制力张力控制延伸率模式。恒轧制力模式就是轧制力控制器将光整机轧制力实际值调节到设定值，光整机入出口两个张力控制器保持光整机张力的稳定；延伸率模式就是通过调整光整机的轧制力和张力改善带钢的机械性能和表面粗糙度，将延伸率稳定在设定值。

3 功能控制

液压辊缝控制包括：位置控制、轧辊倾斜控制、轧制力控制、监控控制、补偿功能和轧制线调整。

位置控制：每个液压缸装备一个数字传感器，数字传感器的数值发送给位置控制器。根据液压和机械设备的特性和能力，可以调节位置控制器的响应时间，在接口上把功能计算机的输出转换为模拟量，用于伺服阀的动作，位置控制器用于打开和关闭辊缝。

轧辊倾斜控制：光整机两侧的位置传感器提供与其位置成正比的脉冲，减去光整机两侧产生的脉冲系列就能得到倾斜控制器的实际值。“更多倾斜”或“更少倾斜”，这样的信号使得控制器沿着光整机的中心线相应的改变倾斜度。通过推拉光整机两侧的伺服阀能够实现轧辊的倾斜控制。此控制环的位置控制和轧制力控制都是有效的，只有在标定期间达到标定力之后该控制才会被关闭。

轧制力控制：机架也可以在轧制力控制方式下进行操作。实际值来自液压缸上的压力传感器，轧制力传感器常用机组总的实际轧制力值作为参考设定值。实际轧制力包括对活塞杆测补偿压力影响的矫正。

监控控制：根据正限值检查轧制力数值，正负限制值检查位置值，可以单独修正正限值，超过这些限制值将向诊断系统传送一个信息。此外，参考轧制力总是与实际弯辊值比较，如果它降到弯辊力以下，它将等于预设的最小轧制力。

补偿功能：伺服阀或比例阀位于闭环回路中辊缝控制器输出之后，由于油的流量取决于整个阀上的压力差和控制电流，所以在控制通道中存在非线性因素，可以通过调节阀门补偿这种影响。为此，对辊缝控制器的输出使用系数进行加权，当压力差变小时该系数增大阀门开度。

轧制线调整：轧制线调整是通过光整机顶部压下系统，将二级计算机计算的辊径参考值设定为实际插入辊径值。

光整机过焊缝模式：光整机过焊缝有三个模式，分别是打开通过焊缝、减小轧制力通过焊缝和带工作辊轧制力通过焊缝。打开通过焊缝是在焊缝通过光整机机架前，辊缝从实际的位置打开5毫米为即将到来的焊缝跃开；减小轧制力通过焊缝是在焊缝通过光整机机架前，轧制力减小到最小轧制力；带工作辊轧制力通过焊缝一般不会被使用。

4 轧制稳定性测试及结果分析

1）带钢头尾及过焊缝时的跑偏与楔形板型有一定关系

根据现场PDA分析发现，轧制力差在倾斜值未发生变化的情况下发生阶梯性等比例变化。此种情况表明，倾斜值未发生变化，轧制力差发生变化，随后倾斜值跟随轧制力差反向增长，证明带钢原料厚度不均，原料板型存在楔形的可能，后经热轧线测厚仪检测结果证明，带钢原料存在楔形（见图2），属热轧常见缺陷。

图2 热轧测厚仪检测的带钢楔型曲线

2）测量辅助辊平直度

根据光整机出现跑偏的情况，对光整机前后辅助辊进行平直度（精度要求0.05mm／m）测量，前后辅助辊的平直度满足精度要求（测量值见图3）。

图3 光整机辅助辊平直度测量值

3）检查支撑辊轴头及轴套

根据PDA显示，传动侧轧制力偏大，但是带钢还向传动侧倾斜，传动侧受多余的力，且发现下支撑辊明显向操作侧串动，下支撑辊卡板出现变形情况，怀疑传动侧受多余的轴向力。将下支撑辊抽出检查支撑辊轴头及联轴器轴套，发现轴头定位部分和轴套未接触，不存在轴向力的问题，但下支撑辊轴头由于装支撑辊时未涂抹干油已经出现磨损情况，并且传动侧出口下支撑辊装辊时进入异物导致衬板及牌坊出现损伤，立即对损伤处进行打磨处理，涂抹干油回装。

4）检查工作辊安装质量

在镀锌线生产过程中，发现工作辊出口与牌坊之间有间隙，且间隙较大，（支撑辊中心线和工作辊中心线偏差为5mm，理论上工作辊出口应与牌坊之间无间隙），随后进行跟踪测量；在光整机不投用的情况下，上下工作辊与牌坊两侧间隙（图纸上弯辊块的尺寸是840mm～840.3mm，工作辊轴承座尺寸是839.24mm～839.0mm，间隙和值应为0.44mm～0.9mm之间），测量为上辊0.42mm+0.45mm（入口+出口），下辊0.6mm+0.18mm（入口+出口），间隙和值在允许误差范围之内。光整机在投用过程中，速度在80m／min以下时，上工作辊间隙在0.2mm左右，下工作辊间隙在0.17mm左右；入出口张力差12kN以上时，上下工作辊均无间隙。由此确定工作辊安装无问题。

5）更换支撑辊并检查刚度曲线

更换支撑辊前后，使用3000kN轧制力，分别测量光整机刚度，经计算发现更换支撑辊前后刚度基本无问题。

6）重新标定轧制线（从AGC缸往上反算）

将光整机下支撑辊抽出，使用高精度水准仪（精度0.01mm）测量两侧AGC液压缸，发现传动侧比操作侧低0.6mm，所以将轧制线操作侧调整装置向下调整0.68mm，使两侧轧制线水平并进行无带钢标定，然后空试，轧制力增加至8000kN时，效果良好，但是在进行跑线时，仍然出现轧制力偏差大，带钢跑偏的情况。检查调整轧制线高度，再次校准轧制线，消除因机械疲劳产生的间隙，消除轧制力差。修改光整机轧制线下调50mm，减小HGC辊缝位置50mm。

7）优化张力计的张力计算角度

光整机入出口可查看的张力差均为A－B（其中A为操作侧，B为传动侧），通过实际生产中出现的问题分析计算得出不同厚度带钢对应的张力计算角度并写入张力计内部控制单元，以此保证了镀锌线全品种带钢张力测量的准确性（张力计算角见图4、图5）。

图4 不同厚度带钢对应的入口张力计测张角度

图5 不同带钢厚度对应的出口张力计测张角度

8）修改轧制力差调整值

通过对实际带钢运行状态及操作界面中轧制力差观察，结合PDA分析发现，轧制力差调整量不足是导致操作员无法及时手动修正的根本原因。通过修改程序，将对按钮的控制斜坡加大［1］（轧制力增加时的斜坡时间，FB4580第5段1000－＞5000），满足操作员手动对轧制力补偿需求的同时还可以控制带钢边浪。

9）调整传动侧轧制力

通过生产实际曲线结合PDA发现，传动侧轧制力需求超过操作侧，手动增加传动侧轧制力，在传动侧轧制力大于操作侧轧制力50kN左右时相对控制稳定，可以将轧制力增加到3000kN左右（平时需求轧制力在2500kN～2800kN），此时轧制力差稳定在100kN左右。

10）修改接触轧制力辊缝范围：

检查程序发现标定时的接触轧制力辊缝范围为±3.5mm，当施加大轧制力时接触轧制力辊缝范围超过3.5mm，导致控制程序关闭。此时修改HGC命令控制块FB4118，程序段22，将光整机标定时接触轧制力辊缝的范围由±3.5mm 改为±4mm。

11）修改光整机过焊缝程序

光整机在过焊缝［2］时切换到NO USE张力模式，张力差相对较小，增加入出口张力差，使光整机在过焊缝时保持一定张力，将带钢绷紧，减少带头带尾板型对控制的影响。光整机出口测张力切换模式程序优化，当辊缝＜72mm时都处于光整机关闭状态，在此期间不切换到NO USE张力模式。

12）组织压辊缝测试和无带钢跑线

使用直径10mm 铅条进行测试，辊缝压至6.7mm，测量铅条操作侧 5.52mm，传动侧5.46mm，两侧偏差为0.06mm。随后进行四个半小时的无带钢跑线，速度120m／min，轧制力3500kN，发现工作辊和支撑辊轴承温度无明显变化，基本排除轧辊交叉的情况；并对工作辊窗口和工作辊尺寸进行复测，均在范围之内。

13）光整机工作辊优化改进

光整机工作辊原设计使用平辊，为解决板型问题，使用凸度辊进行测试，经过多次现场测试，最终确定使用凸度为+0.02mm的正弦和经验值相结合的经验曲线为最佳方案［3］，此曲线对光整过程中边部应力变化导致的钢板轻微浪形和C跷缺陷有明显改善，并对轧制过程中出现带钢跑偏情况起到抑制作用。

14）原料缺陷无法彻底消除

传动侧轧制力偏大仍未彻底解决，但带钢整体处于稳定状态。