冷轧带钢连续生产线卧式活套结构分析及纠偏技术应用

杨文进

（太钢不锈冷轧厂，山西 太原 030003）

随着近几年冷轧产能的爆发式增长，国内冷轧薄板产业发展迅速，相关生产工艺技术日益完善，新装备、新技术的升级换代也迫在眉睫。与此同时，冷轧产能也趋于集中化、规模化、智能化，特别是在一些大型连轧连续带钢生产线中，为最大限度提高产量，逐渐提高工艺速度，活套作为机组的关键设备，保证其运行平稳是保障机组能够连续生产的基本条件之一。

在大型冷轧工艺及其以后的处理线中，由于工艺的特殊性，要求工艺段必须匀速运行，以保证稳定带钢表面质量及性能要求，同时最大限度地提高产量。但由于带钢一般以钢卷的形式运输，在机组运行过程中，在入口区域必须把带头和带尾进行焊接，在机组出口又必须进行分切，充放套动作频繁，因此将带钢进行动态的储存，以在焊接和分切过程中维持机组工艺区域的连续运行。这个存储设备就是活套，本文介绍了卧式活套的基本形式，并重点针对活套牵引车整体的机械纠偏结构进行了比较、分析，同时对活套的纠偏控制技术应用提出了实际指导。

1 卧式活套的基本结构形式

卧式活套作为一种常用的布置形式，其优点是：结构相对简单，易于点检维护、检修。但在大型高速的连续生产线中，由于活套存储量大、带钢自由段长、张力相对较小、纠偏牵引车行进距离远，在“充套”“放套”过程中，极易发生带钢跑偏现象，严重时还会造成断带，甚至脱钩等损害机组设备的事故。故一套成熟、稳定可靠、故障率低的活套配置显得尤为重要。

1.1 摆臂、挂钩式活套

牵引小车由卷扬机驱动牵引实现充放套，各小车之间依次由挂钩锁紧装置相互连接，当小车行走至各自固定位置时，由碰头及导向解锁脱钩，并固定在相应位置上。充套时，牵引小车由卷扬机驱动，由牵引车及各小车间挂钩锁紧装置相互连接，带动小车共同前行，当小车行走至各自固定桩位置时，由碰头及导向解锁脱钩，各小车按从后到前的顺序依次停留，并固定在相应位置上。活套内存储带钢在托辊上运行，活套带钢入出口均设纠偏导向辊，牵引车根据带钢层数、带钢材质等设置纠偏装置。一般情况下，在设计活套时，纠偏辊辊面宽度较其他工艺段辊子多200 mm，以保证带钢稳定运行。放套过程与充套相反。典型机组卧式活套结构如图1所示。

图1 典型机组卧式活套示意图

1.2 弹簧力矩卷筒式活套

牵引车及各小车之间由涡卷弹簧力矩卷筒及钢丝绳相互连接，充放套过程可通过调整卷筒预紧力来实现。充放套时，牵引车及各小车之间始终等距均匀布置，与活套张力始终保持平衡，理论上该活套小车受力均匀，机械结构简单，但在实际运行过程中，单个小车受到调整精度、摩擦力等因素的影响，往往行程最远的1号车的钢丝绳在放套过程中受到的瞬时冲击拉力比较大，从而造成断裂。此外，涡卷弹簧在使用一定周期后，弹力减小甚至失效，大大增加了维护成本。

1.3 弹开门式活套

充放套时，各摆臂需旋转90°，由于速度差及小托辊的转动惯量因素，可能对带钢下表面造成“短擦”等缺陷。

2 活套小车纠偏结构分析

以三根导向辊6层带钢为例，对活套小车的纠偏结构进行分析。

2.1 牵引车纠偏设置

一般情况下，活套区域内带钢经过辊子时为180°的卷向，且具有较长自由进出带、跑偏量大的特点，根据纠偏效应I型（积分）“绕卷效应”原理及纠偏特征：通过积分效应对辊前运行的带钢进行反馈调整，最后达到对辊后的出带纠正到对中位置。出带的横向偏移过程可用一阶线性微分方程描述，由积分调整公式可绘制积分效应特性曲线（见图2），实际工程设计中可将积分调整公式简化为：

图2 积分效应特性曲线

式中：K为积分纠偏系数，经验数值为0.65；α为纠偏角度，（°）；L为入带自由长度，mm。

一般来讲，纠偏角度α≤2°，在带钢厚度小于3.0 mm时，纠偏液压缸行程≤100 mm，厚料＞3.0 mm以上时，液压缸缸行程设置在200 mm以内，以避免纠偏缸在动作最大量时对带钢单侧造成“边浪”缺陷。

该纠偏设计特别适合设置于活套牵引车上，积分纠偏优点是：纠偏能力大，对入口带钢有较强纠偏作用；缺陷是：带钢跑偏后，纠偏辊会旋转一定角度，带钢自行调整至对应位置需要一定的时间，入口带钢边部会产生应力集中。

1）液压缸驱动小车上三根导向辊（I型纠偏原理）：液压缸固定在小车移动机架上，另一端连接导向辊轴轴端，辊子轴承座为滑道形式，如图3所示。

2）液压缸驱动一根大辊，另两个小液压缸驱动小车立架上小导向辊（I型纠偏原理），辊子轴承座为滑道形式，如图4。

图4 纠偏缸布置形式2

3）液压缸均驱动导向辊（连杆式P＋I型纠偏原理），辊子装在旋转机架上，并绕下面固定框架上的旋转点摆动，比例动作部分可直接对带钢进行纠正，而积分动作通过“绕卷效应”对入带产生的反馈调整作用，可纠正较大的带钢跑偏，但牵引车为移动设备，该设计占用空间大，相对机械结构复杂，适用于2根导向辊4层活套结构形式。

2.2 牵引车纠偏驱动方式

1）液压驱动：小车上设置小型液压泵站提供动力输出，伺服阀闭环控制纠偏辊；

2）电机驱动：电机驱动伺服缸来控制纠偏辊，其具有无油液污染、同步性好、响应快等优点，但因牵引车布置较紧凑，电机输出扭矩受限（理论值小于100 kN），仅适用于冷轧薄板处理线。

2.3 活套中间车机械结构设置

1）单挂钩、单碰头：中间车单侧设置挂钩，小车到相应位置后与对应挂臂“互锁”实现定位，其结构简单，但小车在起动瞬时受侧向力，尤其在由单股钢丝绳驱动的活套卷扬机结构形式中表现更为明显。

2）双挂钩、又碰头：中间车两侧均有挂钩，小车到相应位置后与对应挂臂“互锁”实现定位，双挂钩形式小车结构在充放套小车运行过程中，受力均匀，小车机架不易变形，同时锁紧更可靠，可有效避免“脱钩”。

3 卧式活套结构选型比较

针对大型连续生产线，尤其是配有连轧机的处理线上，优先选用由液压驱动、双挂钩的活套基本结构形式的牵引车纠偏，根据带钢规格、材料特性、活套张力进行计算后确定移动小车纠偏结构、泵工作压力及纠偏液压缸选型等，优化整体配置方案。

4 纠偏技术的应用

1）在活套运行一段时间后，由于土建基础下沉、钢结构变形、螺栓松动及轨道或转动部位磨损等因素，极易造成纠偏辊的不对中，尤其是牵引车与机组中心线不重合，会产生严重活偏问题，可以利用中修或大修期间对设备进行调整。活套调整时主要控制技术要点如表1所示。

表1 活套调整主要控制技术要点

2）根据带钢跑偏趋势，或“镰刀弯”起始点，适当调整小托车托辊角度。

3）实时监测纠偏辊辊面硬度、粗糙度，辊面不均匀磨损程度，定期更换胶辊，或根据工艺条件及运行成本，选用新工艺的衬胶辊，以增加纠偏能力，目前，国内主要衬胶辊厂商指标参数（仅供参考）如表2所示。

表2 国内主要衬胶辊厂商指标参数

4）优化纠偏控制参数：调整纠偏反馈系统响应频率。

5）操作控制：适当加大活套内带钢张力，一般为10%，如果板带较厚，可以增加到30%；发生跑偏时，调整工艺段速度，放小活套储存量及存放套速度。

6）活套内纠偏辊辊面宽度增加200 mm，放宽辊子辊面宽度。

5 结语

在冷轧带钢运行过程中，造成带钢的跑偏因素比较复杂，这也是困扰设备管理者的一个难题。针对实际工程应用及实际生产经验，可根据设备具体情况，在设计阶段就充分综合考虑跑偏量、带钢参数、张力参数、设备空间布置等，以确定最大纠偏角度、入出口带自由长度等各种因素，合理配置设备方案，降低活套故障率。在后期的维护生产中，利用本文提出的几种控制纠偏的调整方法，可消除带钢跑偏现象，最大限度地发挥机组产能，从而保证机组的顺利生产。