冷軋精整線帶鋼卷筒折印分析及對(duì)策

李良洪 徐 攀 余 浩 邢明銀 李 浩

(1：武鋼研究院 湖北武漢430080; 2：武鋼股份硅鋼事業(yè)部 湖北武漢430080)

冷軋精整線帶鋼卷筒折印分析及對(duì)策

李良洪①1徐 攀2余 浩2邢明銀2李 浩2

(1：武鋼研究院 湖北武漢430080; 2：武鋼股份硅鋼事業(yè)部 湖北武漢430080)

介紹了冷軋帶鋼精整線卷筒折印的表現(xiàn)特征，結(jié)合某廠帶鋼表面質(zhì)量攻關(guān)實(shí)踐，從卷取設(shè)備的結(jié)構(gòu)、精度及卷取工藝等方面，詳細(xì)分析了卷筒折印產(chǎn)生原因，并提出解決方案。重點(diǎn)研究了機(jī)組卷取張力對(duì)卷筒折印的影響作用，通過在線測(cè)試，優(yōu)化卷取設(shè)備張力模型，達(dá)到帶鋼生產(chǎn)順利進(jìn)行的同時(shí)，最大限度減輕卷筒折印的目的。

精整線 卷筒折印 影響因素 張力優(yōu)化

1 前言

冷軋帶鋼以其良好的表面質(zhì)量和機(jī)械性能在很多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，過去幾十年，冷軋生產(chǎn)技術(shù)及產(chǎn)品質(zhì)量都取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。隨著設(shè)備和生產(chǎn)工藝的改進(jìn)以及自動(dòng)化控制水平的不斷提高，冷軋帶鋼的尺寸精度、力學(xué)性能等內(nèi)在特性得到了很好的控制。隨著汽車板、家電板、硅鋼板等高檔產(chǎn)品需求量增加，用戶對(duì)帶鋼質(zhì)量要求更加嚴(yán)格，帶鋼表面質(zhì)量的重要性顯得尤為突出。近幾年冷軋帶鋼發(fā)生的質(zhì)量異議和質(zhì)量投訴絕大多數(shù)都是表面缺陷問題[1][2]。影響帶鋼表面質(zhì)量的因素很多，主要有劃傷、壓痕、麻點(diǎn)、氧化色、塌卷、粘結(jié)、折印等，其中卷筒折印最為突出。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在冷軋帶鋼生產(chǎn)中，卷筒折印的廢品損失約占35%以上，僅某鋼鐵集團(tuán)公司冷軋硅鋼生產(chǎn)，每年折印廢品損失高達(dá)數(shù)千萬元，帶鋼表面折印已成為冷軋生產(chǎn)廠家迫切需要解決的現(xiàn)實(shí)問題。

所謂卷筒折印是指由于鋼卷內(nèi)層對(duì)卷筒扇形板輪廓或帶頭的擠壓，在鋼卷內(nèi)圈產(chǎn)生的數(shù)層擠壓印，其特征是帶鋼表面局部區(qū)域形成的垂直于帶鋼運(yùn)行方向的條狀凹陷或凸起折痕。卷筒折印不僅影響帶鋼表面質(zhì)量，而且對(duì)帶鋼的物理性能、力學(xué)性能有很大影響作用。在帶鋼產(chǎn)品檢驗(yàn)中，卷筒折印是嚴(yán)格禁止出現(xiàn)的，一旦出現(xiàn)即被判為廢品，因而嚴(yán)重影響機(jī)組的成材率，尤其是硅鋼板、汽車板等表面質(zhì)量要求嚴(yán)格的帶鋼精品，成材率的影響高達(dá)1%～3%(長(zhǎng)度達(dá)100m～300m)，而且由于它具有復(fù)制作用，每道工序都會(huì)發(fā)生，廢品損失很大[3]。如何有效解決卷筒折印問題，許多廠家進(jìn)行了不懈的努力。結(jié)合某冷軋廠帶鋼表面質(zhì)量攻關(guān)實(shí)踐，分析了冷軋硅鋼精整線帶鋼折印產(chǎn)生的原因，提出了解決對(duì)策。

2 卷筒折印的表現(xiàn)特征及現(xiàn)狀

精整線卷筒折印包括卷筒橫折印及帶頭印兩種形式，帶頭印產(chǎn)生于帶鋼厚度凸起所在位置，與帶鋼寬度方向平行；卷筒橫折印則由于卷筒結(jié)構(gòu)不同，帶鋼在卷筒扇形板接縫處產(chǎn)生的折印也不相同，橫折印可分為開卷機(jī)卷筒橫折印和卷取機(jī)卷筒橫折印，見圖1。

圖1 卷筒橫折印特征

兩種卷筒折印都具有相同的規(guī)律性：與卷筒扇形板輪廓形狀相對(duì)應(yīng)，開卷折印形狀為扇形板的波紋邊，卷取折印為扇形板之間鑲條的壓痕，沿帶鋼長(zhǎng)度方向展開，呈周期性重復(fù)出現(xiàn)。它們產(chǎn)生的部位如圖2所示。

圖2 橫折印在卷筒上產(chǎn)生部位

在帶鋼生產(chǎn)的開卷過程中，由于卷筒扇形板輪廓在接合處對(duì)鋼卷內(nèi)圈的擠壓，在鋼卷內(nèi)圈產(chǎn)生的數(shù)層壓印，稱為開卷機(jī)卷筒橫折印。

在帶鋼生產(chǎn)的卷取過程中，由于卷筒扇形板或鑲條輪廓在接合處對(duì)鋼卷內(nèi)圈的擠壓，在鋼卷內(nèi)圈產(chǎn)生的數(shù)層壓印，稱為卷取機(jī)卷筒橫折印。

同樣，由于鋼卷內(nèi)圈對(duì)帶鋼頭部的擠壓，在鋼卷內(nèi)圈產(chǎn)生數(shù)層擠壓印，稱為帶頭印。硅鋼精整線卷筒橫折印和帶頭印統(tǒng)計(jì)情況見表1、表2。

取向硅鋼經(jīng)CA連退工序后，還須經(jīng)ROT環(huán)形爐進(jìn)行二次再結(jié)晶高溫退火，經(jīng)平整線后才能形成成品，卷筒折印的影響不是很明顯，所以生產(chǎn)取向硅鋼時(shí)，CA線的卷筒折印一般不作質(zhì)量統(tǒng)計(jì)要求；無取向硅鋼經(jīng)CA連退線轉(zhuǎn)到CS線縱剪時(shí)，受吊運(yùn)條件的限制，鋼卷內(nèi)層往往會(huì)受到一定程度的損傷，在這種情況下，廠家會(huì)允許一定程度的廢品損失，俗稱正常切廢，每卷約120kg，在卷筒折印的質(zhì)量檢查統(tǒng)計(jì)中往往減掉了這一部分，所以實(shí)際卷筒折印的情況要比統(tǒng)計(jì)的嚴(yán)重。

3 卷筒折印形成機(jī)理[4]

如圖2所示，帶鋼纏繞在卷筒上時(shí)會(huì)產(chǎn)生彎曲變形，彎曲時(shí)帶鋼外表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，內(nèi)表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，應(yīng)力分布如圖3所示。

表1 硅鋼精整線卷筒橫折印長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)表

表2 硅鋼精整線卷筒帶頭印長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)表

圖3 帶鋼彎曲應(yīng)力分布圖

在純彎曲應(yīng)力作用下，帶鋼中性層處于厚度中心，帶鋼在卷筒上繞卷時(shí)，可看作僅發(fā)生彈性變形，其表面產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力為：

σw=Eh/2R

式中E—帶鋼的彈性模量；h—帶鋼厚度；R—卷筒半徑。

卷筒工作時(shí)，扇形板與棱錐體在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行脹縮運(yùn)動(dòng)，由于相鄰扇形板之間接合處存在縫隙，帶鋼卷取時(shí)，接合處的曲率半徑與扇形板的曲率半徑會(huì)不一致，存在曲率突變，在突變處形成“凸起”，當(dāng)該處的曲率半徑小于Eh/2σs時(shí)，(σs帶材屈服極限)，在卷筒徑向壓力的壓迫下，該“凸起”部位帶鋼應(yīng)力超過帶材屈服極限，由于屈服平臺(tái)的存在,帶鋼的塑性變形會(huì)集中在扇形板輪廓區(qū)域進(jìn)行,從而形成周期性的條帶狀形變區(qū), 鋼卷內(nèi)圈的數(shù)層帶鋼產(chǎn)生塑料變形，從而產(chǎn)生卷筒橫折印，這就是橫折印的產(chǎn)生機(jī)理。在封閉式卷筒工作時(shí)，扇形板之間的縫隙處填充有鑲條，受卷筒制造精度的影響(包括加工、組裝、調(diào)整)，鑲條弧面與扇形板弧面會(huì)產(chǎn)生高差，存在曲率突變，在鑲條棱邊處也會(huì)產(chǎn)生卷筒橫印。

同樣道理，在帶鋼卷取時(shí)，由于帶鋼板厚的存在，當(dāng)帶鋼繞過內(nèi)圈的帶頭時(shí)，必定在該處發(fā)生曲率突變，在突變處形成“凸起”。在帶鋼作用于卷筒徑向壓力的壓迫下，該“凸起”部位帶鋼應(yīng)力超過帶材屈服極限，使鋼卷內(nèi)圈的數(shù)層帶鋼產(chǎn)生塑料變形，從而產(chǎn)生“帶頭印”。

4 卷筒折印產(chǎn)生原因及對(duì)策

冷軋薄板表面缺陷的產(chǎn)生，貫穿于冶煉、連鑄、熱軋、冷軋、退火、平整和精整的始終。精整線是冷軋帶鋼生產(chǎn)的最終工序，從上工序轉(zhuǎn)運(yùn)過來的帶鋼，經(jīng)過前面各個(gè)工序質(zhì)量控制，表面質(zhì)量已被清除。所以，精整線卷筒折印應(yīng)該與自身的生產(chǎn)工藝及設(shè)備狀態(tài)有關(guān)。

4.1 卷筒結(jié)構(gòu)及制造精度的影響

1)卷筒結(jié)構(gòu)不合理。開式卷筒與封閉式卷筒相對(duì)應(yīng)，主要應(yīng)用于開卷機(jī)中，少數(shù)舊式卷取機(jī)卷筒也采用了這些結(jié)構(gòu)，由于卷筒扇形板之間存在牙嵌縫或平行縫，卷筒工作時(shí)，帶鋼在徑向壓力作用下，容易在扇形板輪廓接縫處產(chǎn)生壓印。見圖4、圖5。

圖4 帶鉗口卷筒易產(chǎn)生折印

圖5 開式卷筒易產(chǎn)生折印

2)卷筒制造精度不高。卷筒芯軸不圓度偏差大或同軸度不高，卷筒工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生跳動(dòng)，運(yùn)行不平穩(wěn)，引起帶鋼張力波動(dòng)，張力過大時(shí)容易產(chǎn)生折印(見圖6)；可脹縮封閉卷筒組裝、調(diào)試時(shí)，工作圓行程位置調(diào)整不到位，扇形板與鑲條之間產(chǎn)生高差，從而產(chǎn)生卷筒折印(見圖7)。

圖6 卷筒工作圓直徑偏差大

圖7 卷筒工作圓直徑不在正圓狀態(tài)

解決對(duì)策：受制造材料及加工條件的限制，卷筒的制造精度有限，不可能永無止境的提升，同時(shí)提高制造精度是要以犧牲成本為代價(jià)的。比如，卷筒扇形板通常采用的材料為42CrMo，加工時(shí)會(huì)出現(xiàn)熱變形，組裝后卷筒的同軸度、軸端跳動(dòng)會(huì)受到影響，而處理扇形板的微變形是一個(gè)十分棘手的問題，難度大，周期長(zhǎng)，這都導(dǎo)致制造成本攀升，而且效果不一定理想，風(fēng)險(xiǎn)較大；還有一個(gè)現(xiàn)實(shí)的問題是機(jī)床的加工精度也遠(yuǎn)非理想狀態(tài)，這些都將直接影響卷筒的精度，從而導(dǎo)致折印。

卷筒結(jié)構(gòu)不合理，更是卷筒橫折印產(chǎn)生的固疾。在老式精整線上，有的采用了帶波紋邊的牙鑲式卷筒；有的為卷取方便，卷筒設(shè)有鉗口裝置；有的雖然采用了封閉式卷筒，但扇形板與鑲條又參差不齊。這些結(jié)構(gòu)的卷筒脹徑時(shí)，不可避免地在扇形板牙鑲之間、扇形板與鑲條之間以及夾鉗處形成“凸起”，帶鋼在“凸起”處產(chǎn)生橫折印。

因此，從根本上解決卷折印，一方面根據(jù)卷筒制造條件，努力提高卷筒精度；另一方面，還必須解決卷筒的結(jié)構(gòu)問題。在冷軋精整線采用柔性卷筒結(jié)構(gòu)可有效解決帶卷的折印問題，其基本原理是在卷筒上裝備特殊橡膠套筒，通過橡膠套筒的緩沖作用，避免帶鋼與卷筒的剛性接觸，減輕卷筒扇形板輪廓對(duì)鋼卷內(nèi)層帶鋼的擠壓作用，從而防止卷筒折印的產(chǎn)生。

4.2 機(jī)組卷取工藝的影響

1)帶鋼頭部產(chǎn)生凸起。按照卷取工藝，帶鋼穿帶卷取時(shí)，在皮帶助卷器的作用下，第一圈帶鋼纏繞在卷筒上，由于帶鋼板厚的存在，帶頭部位會(huì)形成凸起，此后層層復(fù)制，在內(nèi)層帶鋼徑向壓力作用下，凸起處形成帶頭印。解決對(duì)策是：在卷筒上配置具有消除帶頭印功能的橡膠套筒，是一種比較完善的設(shè)計(jì)方案。

2)旋轉(zhuǎn)缸漏油，卷筒產(chǎn)生縮徑。這里所指旋轉(zhuǎn)缸是旋轉(zhuǎn)脹縮缸和旋轉(zhuǎn)接手的通稱。旋轉(zhuǎn)缸長(zhǎng)期使用后由于密封老化或缸體內(nèi)表面磨損，都有可能產(chǎn)生泄漏，從而使系統(tǒng)油壓降低，卷筒脹徑力減小，卷筒通過縮徑建立新的平衡。在卷筒縮徑過程中，內(nèi)層帶鋼被迫擠壓進(jìn)相鄰扇形板的間隙里形成卷筒折印。

解決對(duì)策是：檢測(cè)滲漏，恢復(fù)系統(tǒng)壓力。具體檢測(cè)及處理步驟如下：

(1)在卷筒上套2個(gè)安全環(huán)，打開旋轉(zhuǎn)接手上的泄油管路，用250mml的量杯接在泄油口處；

(2)啟動(dòng)進(jìn)油管路油壓，卷筒脹開，調(diào)節(jié)溢流閥，使壓力表上的讀數(shù)緩慢從0逐漸升至15MPa，(系統(tǒng)工作壓力為10MPa，取試驗(yàn)壓力為工作壓力的1.5倍)，帶壓保壓5min，記下量杯讀數(shù)；

(3)重復(fù)上述步驟5次，記下量杯讀數(shù)；

(4)啟動(dòng)回油管路油壓，卷筒縮徑，按照上述步驟測(cè)量回油管路泄油量，記下量杯讀數(shù)。

檢測(cè)完畢，取測(cè)試中量杯最大值為旋轉(zhuǎn)缸泄油量，對(duì)于缸徑小于350mm的油缸其泄油量不超過25ml為正常，否則，油缸需要更換密封或修理。

某廠利用設(shè)備大修機(jī)會(huì)，對(duì)9#連退線卷取機(jī)旋轉(zhuǎn)缸泄油量進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果見表3。

檢測(cè)結(jié)果表明，9#連退線卷取機(jī)脹縮油缸泄油量在正常工作范圍內(nèi)，基本排除旋轉(zhuǎn)缸漏油卸壓對(duì)卷筒折印的影響。

3)機(jī)組運(yùn)行張力設(shè)定不合理。卷取張力對(duì)帶鋼生產(chǎn)具有重要影響作用，對(duì)于精整線卷取機(jī)而言，張力過大，易產(chǎn)生鋼卷內(nèi)層折印；過小，帶鋼運(yùn)行時(shí)會(huì)跑偏，卸卷后鋼卷會(huì)發(fā)生塌卷。對(duì)于CA連退線的卷取張力設(shè)定更為復(fù)雜，考慮對(duì)下工序的影響，張力過大，鋼卷易產(chǎn)生粘結(jié)和折印，過小，帶鋼又易跑偏和松卷[5]。為此，利用試材(為節(jié)約成本，專供檢修后試機(jī)用的卷材)對(duì)9#連退線卷取機(jī)的張力制度進(jìn)行了優(yōu)化測(cè)試。

研究解決對(duì)策是：采用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)與數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析相結(jié)合的方法，建立帶鋼張應(yīng)力大小與帶卷內(nèi)層壓印圈數(shù)之間的數(shù)據(jù)關(guān)系，探索出減少折印的卷取新工藝。

限于測(cè)試材數(shù)量有限，僅對(duì)型號(hào)為W20和W30，規(guī)格為0.5mm和0.65mm的4種材料進(jìn)行了試驗(yàn)。按照生產(chǎn)工藝，帶鋼運(yùn)行的頭3圈卷取采用300N的微張力，前12圈采用70%工作張力，此后張力增加到試驗(yàn)要求的目標(biāo)值，直到完成卷取工作。為簡(jiǎn)化試驗(yàn)程序，便于檢驗(yàn)結(jié)果，張力分布確定在14000N～34000N之間，張力梯度設(shè)置為2000N。通過測(cè)試數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，找出比較合理的卷取張力制度。

測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析表明，生產(chǎn)規(guī)格為0.5mm的W20硅鋼帶時(shí)，采用18000N張力卷取，折印輕、數(shù)量相對(duì)較少，考慮鋼卷松卷、塌卷等因素，選用19000N卷取張力應(yīng)該是比較合理的選擇。優(yōu)化后，卷取機(jī)運(yùn)行張力模型如圖8。

圖8 材料為W20、規(guī)格為1240×0.5mm帶鋼卷取工藝

同樣，生產(chǎn)規(guī)格為0.65mm的W20硅鋼帶時(shí)，卷取機(jī)運(yùn)行張力模型如圖9。

生產(chǎn)規(guī)格為0.5mm的W30硅鋼帶時(shí)，卷取機(jī)運(yùn)行張力模型如圖10。

生產(chǎn)規(guī)格為0.65mm的W30硅鋼帶時(shí)，卷取機(jī)運(yùn)行張力模型如圖11。

圖9 材料為W20、規(guī)格為1240×0.65mm帶鋼卷取工藝

圖10 材料為W30、規(guī)格為1240×0.5mm帶鋼卷取工藝

圖11 材料為W30、規(guī)格為1240×0.65mm帶鋼卷取工藝

根據(jù)試驗(yàn)方案，采用型號(hào)為W20、W30無取向硅鋼試驗(yàn)，卷取機(jī)運(yùn)行張力與卷筒折印的關(guān)系如圖12所示。

圖12 帶鋼張力與折印的關(guān)系

利用卷取機(jī)張力模型，就可以根據(jù)不同材料、不同規(guī)格的帶鋼，很方便確定合理的工藝路線，在帶鋼不粘結(jié)、不跑偏、不松卷，保證生產(chǎn)順利進(jìn)行的同時(shí)，又能最大限度減輕卷筒折印。

5 結(jié)論

1)精整線帶鋼卷筒折印涉及卷取設(shè)備本身的精度及結(jié)構(gòu)，解決方案除提高卷筒制造質(zhì)量、合理選擇卷筒結(jié)構(gòu)外，采用柔性卷筒的方式是一種經(jīng)濟(jì)有效的途徑。

2)另一方面涉及生產(chǎn)機(jī)組卷取工藝，包括卷取張力優(yōu)化及旋轉(zhuǎn)缸油壓穩(wěn)定。及時(shí)檢漏旋轉(zhuǎn)缸能預(yù)防卷筒縮徑，消除對(duì)卷筒折印的影響；通過在線測(cè)試建立合理的卷取張力模型，能最大限度減輕卷筒折印。

3)某冷軋硅鋼廠精整線綜合采用上述措施后，卷筒折印由原來的15圈減為零，提高產(chǎn)品成材率1.52%，創(chuàng)造了顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

[1]周國(guó)盈.帶鋼卷取設(shè)備[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，1982

[2]鐘聲.冷軋薄板表面缺陷產(chǎn)生原因綜述[J].四川冶金,2007(3)

[3]汪磊川等.改善帶鋼卷取質(zhì)量的措施[J].冶金設(shè)備,2012S(1)

[4]馬慶龍等.冷軋帶鋼平整時(shí)橫折印缺陷的產(chǎn)生機(jī)理及消除措施[J].鋼鐵,2008(1)

[5]王立艷.一種冷軋卷取機(jī)動(dòng)態(tài)張力的變參數(shù)控制方法[J].西南民族大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2009(6)

·節(jié)能環(huán)保技術(shù)推廣·

燒結(jié)煙氣鈣法脫硫技術(shù)

1 技術(shù)簡(jiǎn)介

以石灰石水漿為脫硫劑，對(duì)煙氣進(jìn)行噴淋洗滌，脫除煙氣中的SO2，副產(chǎn)石膏。采用完全空塔噴淋，系統(tǒng)阻力小于1kPa，無結(jié)垢，無堵塞；采用新型塔入口及塔內(nèi)煙氣分布，氣液充分接觸，液氣比可降至6L/Nm3；采用計(jì)算機(jī)模擬噴嘴布置，保證每層噴淋漿液200%覆蓋率，無死區(qū)。

2 技術(shù)指標(biāo)

以廊坊洸遠(yuǎn)工程為例，項(xiàng)目處理煙氣量1200km3/h，設(shè)計(jì)SO2初始濃度為1500mg/Nm3，折算成每噸燒結(jié)礦的投資成本為8.1元。運(yùn)行后，SO2排放濃度≤100mg/Nm3，粉塵排放濃度≤50mg/Nm3，運(yùn)行成本折算到噸燒結(jié)礦為6.4元。

3 典型業(yè)績(jī)

該技術(shù)已在河北鋼鐵公司承德分公司2×360m2、廊坊洸遠(yuǎn)金屬制品公司198m2、安寧永昌鋼鐵公司1號(hào)、2號(hào)2×125m2和3號(hào)105m2燒結(jié)機(jī)煙氣脫硫工程上成功應(yīng)用。

4 技術(shù)提供單位及聯(lián)系方式

單位名稱：北京中冶設(shè)備研究設(shè)計(jì)總院有限公司

聯(lián)系人：張富信 電話：010-64458539，13911569262

網(wǎng) 址：http://www.mcce.com.cn

Analysis and Counterplan of the Reel Pincher of Cold-rolled Strip Steel in Finishing Line

Li Lianghong1Xu Pan2Yu hao2Xin Minyin2Li Hao2

(1：Research and Development Center of WISCO, Wuhan 430080; 2：WISCO Silicon Steel Division, Wuhan 430080)

This paper describes the performance characteristics of the reel pincher of cold-rolled strip steel in finishing line, combined with the factory strip surface quality of research practice, a detailed analysis of the reasons of the reel pincher producing and proposes the solutions scheme from the structure, precision winding of coiling equipment and other aspects of the process. Focuses on the influence of the reel pincher caused by unit coiling tension, with online testing, optimization coiling tension device model, while steel production smoothly, the maximum to reduce the reel pincher.

Finishing line Reel pincher Influence factor Tension optimization

李良洪，男，1967年出生，畢業(yè)于沈陽大學(xué)機(jī)械制造與設(shè)計(jì)專業(yè)，高級(jí)工程師，主要從事冶金軋鋼機(jī)械設(shè)備研究工作

TG333.72

B

10.3969/j.issn.1001-1269.2015.02.016

2014-11-18)