1 700 mm 平整機(jī)組的工藝特點(diǎn)與質(zhì)量控制實(shí)踐

任來鎖

(萊蕪市泰山冷軋板有限公司，山東 271100)

在冷軋帶鋼的生產(chǎn)過程中，平整是一個(gè)重要的生產(chǎn)工序，主要用于消除退火產(chǎn)生的屈服平臺(tái)，防止沖壓成形時(shí)產(chǎn)生滑移線;改善帶鋼的平直度;賦予帶鋼表面一定的粗糙度以滿足后續(xù)深加工生產(chǎn)需要。平整對(duì)保證帶鋼質(zhì)量有著非常重要的作用。

2007 年8 月建成投產(chǎn)的泰鋼冷軋廠1 700 mm 平整機(jī)組的工藝及設(shè)備由中國(guó)重型機(jī)械研究院成套供貨，為單機(jī)架四輥平整，平整方式為干、濕兩用，AGC 液壓缸推上、電動(dòng)斜楔壓下，機(jī)架前后均裝配有張力輥(S 輥)、防皺防顫輥、激光測(cè)速儀和側(cè)張輥等。開卷機(jī)帶CPC 對(duì)中、側(cè)支撐和自動(dòng)卸帶尾裝置，卷取帶皮帶助卷器和稱重裝置。主機(jī)傳動(dòng)下工作輥單獨(dú)傳動(dòng)，傳動(dòng)接軸采用強(qiáng)扭矩、小回轉(zhuǎn)半徑的鼠籠式接軸，傳動(dòng)接軸中部帶有回轉(zhuǎn)托架，以減少長(zhǎng)節(jié)軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)。此外還設(shè)有機(jī)前平整液噴淋系統(tǒng)和支承輥表面清理裝置，機(jī)后平整液吹掃系統(tǒng)(壓縮空氣吹掃)及快速換輥裝置和煙霧吸收、凈化系統(tǒng)。投產(chǎn)至今設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠，通過不斷摸索試驗(yàn)借鑒外單位經(jīng)驗(yàn)解決了影響平整生產(chǎn)的板形、擦傷、橫折印和黃斑等缺陷問題。本文主要介紹了該設(shè)備的工藝特點(diǎn)、質(zhì)量檢查要點(diǎn)及常見缺陷控制措施。

1 平整機(jī)的主要設(shè)備組成及其技術(shù)參數(shù)

1 700 mm 平整機(jī)組的主要設(shè)備由鋼卷翻轉(zhuǎn)機(jī)、準(zhǔn)備站、開卷機(jī)、卸帶尾裝置、入口S 輥、入口防顫輥、平整機(jī)主體、出口防顫輥、出口S 輥、卷取機(jī)、皮帶助卷器、換輥裝置、稱重裝置等組成，見圖1。

圖1 平整機(jī)組主要設(shè)備構(gòu)成示意圖Figure 1 Schematic sketch of main devices constitutes for temper mills

1.1 主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)如下

(1)開卷機(jī)

開卷張力/kN:5.3～53

開卷速度/m·min－1:≤30

開卷電機(jī)/kW:1 250

(2)入口張力輥

張力輥規(guī)格/mm:(?720～?750)×1 700

張力輥材質(zhì):冷硬復(fù)合鑄鐵

張力輥張力/kN:10.6～106

上輥電機(jī)功率/kW:551

下輥電機(jī)功率/kW:355

(3)防皺輥和防顫輥

防皺輥和防顫輥規(guī)格/mm:?250×1 700

(4)四輥平整機(jī)

帶材厚度/mm:0.17～2.0

工作輥規(guī)格/mm:(?520～?470)×1 700

支承輥規(guī)格/mm:(?1 220～?1 300)×1 650

穿帶速度/m·min－1:≤30

軋制速度/m·min－1:≤1 000

最大軋制力:13 000 kN

延伸率:≤3%

入口張力/kN:10.6～106

出口張力/kN:12.4～124

工作輥正負(fù)彎輥力(單邊)/kN:最大700

壓下方式:液壓推上

傳動(dòng)方式:下工作輥單輥傳動(dòng)

主電機(jī)功率/kW:1 250

(5)出口張力輥

張力輥規(guī)格/mm:(?720～?750)×1 700

張力輥材質(zhì):冷硬復(fù)合鑄鐵

張力輥張力/kN:12.4～124

上輥電機(jī)功率/kW:614

下輥電機(jī)功率/kW:424

(6)卷取機(jī)

卷取張力/kN:6.2～62

卷取速度/m·min－1:≤1 050

卷取電機(jī)/kW:1 500(一臺(tái))

1.2 生產(chǎn)工藝流程

退火鋼卷→翻卷機(jī)翻卷→鋼卷準(zhǔn)備站→鋼卷測(cè)徑→小車上料→開卷機(jī)→入口剪切頭→入口轉(zhuǎn)向/張力輥(S 輥)→防皺輥→四輥平整機(jī)軋制→防顫輥→出口剪切尾→出口轉(zhuǎn)向/張力輥(S 輥)→卷取機(jī)→小車卸料→打捆→稱重→標(biāo)識(shí)→吊運(yùn)。

2 平整機(jī)的工藝特點(diǎn)

2.1 入、出口雙S 張力輥:

該平整機(jī)入、出口采用了大輥徑雙S 張力輥設(shè)計(jì)，使帶鋼呈S 形走向包繞在張力輥上。從而實(shí)現(xiàn)張力的分段控制，很好地解決了大開卷張力層間錯(cuò)動(dòng)劃傷和大卷取張力塌卷問題。其張力分段控制見圖2。

圖2 平整機(jī)張力分段控制示意圖Figure 2 Schematic sketch of sectional control on temper mills strain

穿帶模式的選擇:對(duì)于帶鋼厚度大于1.5 mm時(shí)，帶鋼直接通過入、出口張力輥的上輥，即轉(zhuǎn)向輥工作方式;對(duì)于帶鋼厚度小于1.5 mm 時(shí)，帶鋼必須通過入、出口張力輥的上下輥，即張力輥工作方式。

2.2 防皺輥與防顫輥

對(duì)于寬而薄的鋼帶，為了防止鋼帶平整時(shí)折皺和顫動(dòng)，在平整機(jī)入、出口處分別設(shè)置了防皺輥和防顫輥。防皺輥和防顫輥的輥?zhàn)映叽缃詾??250×1 700)mm，布置在軋制線下方，由液壓缸驅(qū)動(dòng)升降。工作時(shí)由液壓缸推到工作位置，在平整機(jī)附近的較小區(qū)域內(nèi)形成穩(wěn)定的張力區(qū)，從而防止帶鋼起皺褶和高速運(yùn)行顫動(dòng)，保證平整質(zhì)量。

2.3 工作輥正負(fù)彎輥控制

該設(shè)備工作輥帶有正負(fù)彎輥裝置。通過液壓彎輥的作用可使軋輥凸度量瞬間發(fā)生迅速改變(0.10 mm 左右)，能有效消除雙邊浪和中間浪等對(duì)稱缺陷，從而實(shí)現(xiàn)板形的快速調(diào)整。

2.4 延伸率閉環(huán)控制

延伸率是平整過程中最重要的工藝參數(shù)，穩(wěn)定的延伸率控制是保證帶鋼質(zhì)量的重要條件。不同用途、不同厚度的帶鋼使用不同的延伸率，見表1。延伸率應(yīng)控制在既能消除屈服平臺(tái)而又不產(chǎn)生加工硬化的范圍內(nèi)。

表1 冷軋帶鋼平整延伸率的參考值Table 1 Reference values of temper elongation rate for cold rolling strip steel

為確保延伸率的恒定控制，在機(jī)組設(shè)計(jì)了兩種速度檢測(cè)裝置，即S 輥編碼器檢測(cè)方式和激光測(cè)速儀方式，并且有手工設(shè)定和自動(dòng)控制兩種延伸率控制模式，在穿帶、甩尾和低速運(yùn)行時(shí)采用人工干預(yù)設(shè)定，在生產(chǎn)速度穩(wěn)定時(shí)可選擇投入自動(dòng)控制模式。

(1)編碼器檢測(cè)方法。通過安裝在平整機(jī)組入、出口張力輥上輥的轉(zhuǎn)速檢測(cè)器，檢測(cè)出軋輥入、出口上S 輥的轉(zhuǎn)動(dòng)脈沖數(shù)，測(cè)得實(shí)際延伸率。此方法的缺點(diǎn)是張力輥的磨損、帶鋼與張力輥之間的滑動(dòng)等會(huì)直接引起測(cè)量誤差。延伸率計(jì)算公式為:

式中 δ——平整帶鋼伸長(zhǎng)率;

P1、P2——分別為入口側(cè)、出口側(cè)檢測(cè)脈沖數(shù)。

(2)激光測(cè)速儀方法。通過安裝在平整機(jī)組入、出口側(cè)的激光測(cè)速儀，可檢測(cè)軋機(jī)出、入口帶鋼速度實(shí)際值，并根據(jù)該速度計(jì)算實(shí)際延伸率。此方法的缺點(diǎn)是激光測(cè)速儀器在帶鋼高速運(yùn)行時(shí)容易振動(dòng)，濕平整時(shí)油霧容易遮擋儀器，從而導(dǎo)致激光測(cè)速儀測(cè)量不準(zhǔn)或產(chǎn)生假信號(hào)。延伸率計(jì)算公式為:

式中 Vex、Ven——分別為激光測(cè)速儀系統(tǒng)測(cè)得的出、入口帶鋼速度。

決定平整延伸率大小的主要因素有:平整軋制力、張力和速度等。該機(jī)組延伸率控制系統(tǒng)采用恒張力變軋制力控制模式。針對(duì)不同厚度規(guī)格的產(chǎn)品控制模式見表2。

表2 平整延伸率調(diào)節(jié)控制方式Table 2 Adjustment control method of temper elongation rate

2.5 干/濕平整模式

1 700 mm 平整機(jī)組具備干平整和濕平整兩種生產(chǎn)模式，通常情況下采用濕平整工藝，因?yàn)闈衿秸欣诟玫馗纳茙т摫砻尜|(zhì)量、提高鋼帶的防銹能力、延長(zhǎng)軋輥的使用壽命、降低軋制力和提高平整率。但也存在平整液吹掃不干凈(特別是邊部)影響后工序的涂鍍性能等問題，且容易造成黃斑缺陷，不適應(yīng)于小延伸率帶鋼的平整控制。而對(duì)于生產(chǎn)那些要求延伸率波動(dòng)極小，而且對(duì)表面粗糙度復(fù)制率要求很高的產(chǎn)品，則采用干平整工藝。我公司除了對(duì)鍍錫基板的平整采用干平整模式外，都采用濕平整模式。

3 質(zhì)量檢查與缺陷控制

冷軋平整質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到冷軋產(chǎn)品質(zhì)量能否滿足客戶需求。在冷軋平整過程中，最容易產(chǎn)生的質(zhì)量缺陷主要有橫折印、浪形、擦傷、黃斑等，其產(chǎn)生的原因涉及到來料、工藝、設(shè)備、操作及生產(chǎn)組織的各個(gè)環(huán)節(jié)。因此要加強(qiáng)生產(chǎn)過程中的質(zhì)量檢查與缺陷控制。

3.1 質(zhì)量檢查要點(diǎn)

3.1.1 接班檢查

主要檢查內(nèi)容有:

(1)查看平整液濃度、PH 值、電導(dǎo)率和溫度指標(biāo)等，確保達(dá)到工藝要求;

(2)檢查氣刀噴嘴及吹掃梁角度是否正常，確保無堵塞、壓力達(dá)到工藝要求;

(3)檢查工作輥、入口S 輥、出口S 輥、防皺輥、防顫輥及張力S 輥等與帶鋼接觸輥?zhàn)拥谋砻鏍顩r，確保表面無油污、異物和其它缺陷;

(4)檢查平整液上下噴射及噴嘴情況，確保流量合適、無堵塞;

(5)檢查鞍座及與鋼卷接觸襯板是否有異物并及時(shí)清除;檢查料庫(kù)地面是否有異物并及時(shí)清除。

3.1.2 班中檢查

(1)平整鋼卷溫度過高，平整后鋼卷極易出現(xiàn)浪形、瓢曲等板形缺陷，并且還會(huì)加速平整后鋼帶的應(yīng)變時(shí)效。因此，要控制平整鋼卷上線溫度，一般規(guī)定鋼卷平整前溫度應(yīng)小于50℃，極深沖用途的鋼帶溫度應(yīng)小于40℃，普通用途的鋼帶溫度應(yīng)小于60℃;

(2)升速前要認(rèn)真檢查帶鋼表面質(zhì)量，表面不得有任何有手感的、影響美觀的缺陷，尤其是橫棱、輥印、邊部粘連橫紋、小鼓包等，不得有肉眼能看見的板面浪形缺陷;

(3)每換一種規(guī)格產(chǎn)品(或鋼種)，在生產(chǎn)第一卷鋼時(shí)，在升速一段后停機(jī)測(cè)量平整前后帶鋼厚度并記錄。對(duì)同一規(guī)格產(chǎn)品每平整3 卷料應(yīng)進(jìn)行一次測(cè)量并記錄;

(4)每生產(chǎn)3 卷鋼帶，應(yīng)將工作輥抽出，用汽油或煤油擦洗工作輥、張力輥、轉(zhuǎn)向輥表面，確保其表面光潔無污物。

3.2 常見缺陷控制措施

3.2.1 橫折印

帶鋼表面一旦出現(xiàn)橫折印，不僅影響帶鋼的表面質(zhì)量，而且對(duì)帶鋼的物理性能、力學(xué)性能等也會(huì)造成很大的影響，給帶鋼的使用也帶來很大的危害。

橫折印缺陷從其形成的機(jī)理來看，實(shí)際上是退火后的帶鋼在平整時(shí)產(chǎn)生屈服。究其原因，一是由于帶鋼在退火時(shí)產(chǎn)生粘結(jié)，造成平整開卷時(shí)張力不穩(wěn)，使得帶鋼屈服，或平整設(shè)備位置精度問題引起帶鋼同一端面張力分布不均等而造成帶鋼屈服;二是由于退火時(shí)工藝方面的原因而造成帶鋼本身屈服強(qiáng)度未達(dá)到要求(下降)，即使在正常的張力、壓力條件下平整也造成帶鋼屈服。對(duì)于第一種情況多發(fā)生在卷芯部位，而且是開卷即產(chǎn)生橫折印。對(duì)于第二種情況多發(fā)生在單邊，平整全過程存在。

解決的主要措施:(1)改進(jìn)退火工藝(裝爐制度、加熱和保溫溫度、加熱和冷卻速度等)，減少粘接缺陷的產(chǎn)生;加強(qiáng)設(shè)備位置精度的檢測(cè)與調(diào)整(開卷、卷取、S 張力輥、工作輥的平行度及與軋線的垂直度)，控制平整上線溫度(控制在45℃以下)。(2)適當(dāng)增大平整力和開卷張力，通過加大延伸率來消除開卷折印。

一般存在以下規(guī)律:

(1)粘接程度越大，橫折印越明顯;

(2)卷徑越小，橫折印越明顯;

(3)帶鋼越厚，橫折印發(fā)生概率越大;

(4)開卷張力越小，橫折印越明顯。

3.2.2 浪形

平整浪形缺陷同主軋機(jī)一樣主要有邊浪、中間浪、肋浪和復(fù)合浪等。影響平整板形的因素主要有兩點(diǎn):來料板形復(fù)制和平整操作不當(dāng)。其中來料板形問題主要是通過軋制工序控制，而就平整工序本身來說若操作得當(dāng)可以減輕來料板形缺陷，若操作不當(dāng)會(huì)加劇原有的板形缺陷或產(chǎn)生新的板型缺陷。板形缺陷與平整的關(guān)系如下:

(1)雙邊浪板型缺陷與平整工序的關(guān)系

1)平整輥凸度小、平整壓力大、彎輥小、張力小等因素，造成平整時(shí)產(chǎn)生新的雙邊浪板型;

2)平整輥凸度小、平整壓力小、彎輥小、張力小等因素，造成平整時(shí)的延伸率太小，不足以改善板型。

(2)單邊浪板型缺陷與平整工序的關(guān)系

1)平整輥凸度小、平整壓力大、彎輥小、傾斜調(diào)節(jié)、張力小等因素，造成平整時(shí)產(chǎn)生新的單邊浪板型;

2)平整時(shí)板料偏離中心線，在平整機(jī)組容易產(chǎn)生單邊浪;

3)平整輥凸度小、平整壓力小、彎輥小、傾斜調(diào)節(jié)、張力小等因素，造成平整時(shí)的延伸率太小，不足以改善板型。

(3)中間浪板型缺陷與平整工序的關(guān)系

平整輥凸度大、平整壓力小、彎輥、張力大等不適，造成平整時(shí)產(chǎn)生新的中間浪板型，或者邊部延伸較小，不能改善來料的中間浪。

(4)1/4 浪板型缺陷與平整工序的關(guān)系

平整輥凸度大、平整壓力小、彎輥、張力大等不適，造成平整時(shí)產(chǎn)生新的中間浪板型，如果來料在開卷機(jī)上偏離中心線很多，很可能出現(xiàn)1/4 浪板型。

(5)板形與輥?zhàn)油苟鹊年P(guān)系

根據(jù)板形理論，在平整機(jī)上，軋制力較小，相應(yīng)的輥系變形也較小，工作輥輥形對(duì)板形的作用比較明顯和重要。在輥形控制上，一方面要合理設(shè)計(jì)輥凸度、確保輥型磨削精度，另一方面正確使用工作輥的正負(fù)彎輥、合理控制換輥周期。

泰鋼1 700 mm 平整機(jī)工作輥和上支撐輥是平輥，下支承輥帶凸度，凸度大小根據(jù)鋼種、板厚與板寬合理確定。一般遵循以下原則:

1)帶鋼越窄，要求相應(yīng)的輥?zhàn)油苟仍酱?

2)帶鋼越硬，要求相應(yīng)的輥?zhàn)油苟仍酱?

3)帶鋼越薄，要求相應(yīng)的輥?zhàn)油苟仍酱?

4)延伸率越大，要求相應(yīng)的輥?zhàn)油苟仍酱蟆?/p>

另外，當(dāng)來料有較大雙邊浪時(shí)，要求相應(yīng)的輥?zhàn)油苟却笮?，有中浪的要求相?yīng)的輥?zhàn)油苟刃⌒?/p>

(6)板形與彎輥方式的關(guān)系

在彎輥操作上，首先根據(jù)來料寬度初選彎輥方式，通過生產(chǎn)實(shí)踐摸索出在板寬大于1 000 mm時(shí)初選負(fù)彎，板寬小于1 000 mm 時(shí)初選正彎。其次根據(jù)來料板形選擇合適的彎輥方式。

1)兩邊浪:增加正彎輥力或減小負(fù)彎輥力;

2)中間浪:減小正彎輥力或增加負(fù)彎輥力;

3)單邊浪+中間浪:減小正彎輥力或增加負(fù)彎輥力并配以軋輥傾斜調(diào)整;

4)肋浪:首先檢查是來料帶來的，還是平整本身產(chǎn)生的缺陷。如果是平整過后產(chǎn)生的，則很可能是濕平整噴射梁噴嘴堵塞，或退火過程中保溫時(shí)間太短造成。這時(shí)就要清理噴嘴，或者改進(jìn)退火工藝。平整時(shí)遇到這種缺陷，應(yīng)適當(dāng)增加卷取張力，約提高25%～40%，甚至進(jìn)行二次重新平整，以獲得良好板形。

3.2.3 擦劃傷

平整機(jī)組擦劃傷的關(guān)鍵原因是鋼卷層間發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，分為帶頭擦傷(卷取卷芯)和帶尾(開卷卷芯)擦傷兩種，而帶頭擦傷又分為穿帶擦傷和卷取擦傷。

開卷卷芯擦傷主要是因?yàn)橥嘶鸷箐摼砭硇舅蓜?dòng)，在平整開卷漲徑中造成鋼卷卷芯部分層間錯(cuò)動(dòng)。帶頭穿帶擦傷主要是因?yàn)殚_卷穿帶時(shí)鋼卷的開卷線速度與機(jī)組的點(diǎn)動(dòng)速度不一致，導(dǎo)致開卷機(jī)與張力輥出現(xiàn)活套，在建張后開卷機(jī)充電反轉(zhuǎn)活套消除，而鋼卷外圈層間松卷部分在張力下卷緊，造成鋼卷外圈出現(xiàn)擦劃傷。帶頭卷取擦傷主要是因?yàn)閹ь^在助卷器協(xié)助卷取時(shí)頭部卷取不緊(帶頭第一圈與卷筒之間、鋼卷層與層之間出現(xiàn)間隙)，在卷取張力作用下產(chǎn)生層間錯(cuò)動(dòng)。

為解決卷芯松動(dòng)擦傷缺陷，泰鋼要求冷軋產(chǎn)品下線后對(duì)卷芯鋼卷實(shí)施點(diǎn)焊(點(diǎn)焊2～3 卷鋼帶)，在退火裝爐前和出爐后實(shí)施檢查整改，確保卷芯不松動(dòng)。解決穿帶帶頭擦傷問題的措施是優(yōu)化穿帶程序，在起步開卷是開卷壓輥持續(xù)壓下，防止開卷與張力輥間產(chǎn)生活套。對(duì)于卷取擦傷，泰鋼要求0.5 mm 以下鋼卷采用彈性套筒+皮帶助卷，同時(shí)定期檢測(cè)彈性套筒的彈性，要保證彈性套筒的硬度和回彈性，0.5 mm～1.2 mm 鋼卷采用鉗口卷取，而對(duì)于1.2 mm 以上鋼卷，為了減少厚規(guī)格產(chǎn)品鉗口卷取造成鉗口印缺陷，從而造成精整切除量大、成材率低等問題直接采用皮帶助卷，同時(shí)對(duì)助卷器適當(dāng)調(diào)整改造，保證卷取時(shí)鋼卷緊貼卷筒。

表3 平整機(jī)組常見缺陷及消除方法Table 3 Familiar defects and elimination methods of temper mills

3.2.4 黃斑

黃斑的產(chǎn)生主要與帶鋼表面清潔度低有關(guān)。黃斑通常在酸洗、退火、平整以及庫(kù)區(qū)存放等環(huán)節(jié)產(chǎn)生，其中對(duì)平整工序，平整液殘留吹掃不干凈是產(chǎn)生黃斑的主要因素之一。此外，若來料未經(jīng)脫脂處理，帶鋼表面殘留乳化液，及在夏天和雨季空氣濕度較大時(shí)也容易誘發(fā)黃斑缺陷。

解決措施:一方面改善吹掃效果，主要從提高吹掃壓力、調(diào)整吹掃角度、增加吹掃級(jí)數(shù)和提高吹掃氣溫度等方面著手。泰鋼冷軋規(guī)定吹掃用壓縮空氣機(jī)前壓力不低于0.4 MPa，冬季溫度不低于38℃，三級(jí)吹掃攔截平整液。另一方面控制平整液的流量，在保證沖洗和潤(rùn)滑效果的前提下盡可能減少平整液噴灑量。再一方面檢查與控制上道工序乳化液的殘留量，特別是不經(jīng)脫脂就直接裝爐退火的鋼卷表面。

3.2.5 其它

平整機(jī)組其它常見的缺陷及其消除方法見表3。

4 結(jié)束語

1 700 mm 平整機(jī)組的設(shè)備構(gòu)成和其主要技術(shù)參數(shù)能夠滿足平整軋制的目的。

生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)橫折印、浪形、擦劃傷等是常見的平整缺陷，是質(zhì)量檢查的重點(diǎn)，應(yīng)采取相應(yīng)的措施加以控制。

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