冷轧带钢的跑偏机理及纠偏措施(1).pdf

2013 年 第 4 期 （ 总 154 期） cfhi yz.js 设计与计算一重技术 摘要： 主要论述冷轧带钢跑偏机理， 针对工程应用， 探讨几种典型的纠偏措施。 针对带钢跑偏的不同情况， 给出 相应的调节方法。 这些方法适用于解决活套内带钢跑偏以及消除卷取时的溢出边等问题。 关键词： 冷轧带钢； 跑偏； 纠偏措施 中图分类号： tg333.7+2文献标识码： a文章编号： 1673-3355 （ 2013 ） 04-0004-04 mechanism of crooked running and steering measures of cold rolled strip sun guofei， qi meng abstract: the paper presents the mechanism of crooked running of cold rolled strip and discusses several typical steering measures based on the engineering applications and provides some corresponding adjusting methods. these adjusting methods may be applicable for solving the crooked running of strip inside the looper unit and the offset of strip wraps during coiling. key words: cold rolled strip； crooked running； steering measures 冷轧带钢做为重要的工业生产原料， 伴随着 建筑、 家电、 汽车、 轻工制造等领域的快速发展， 对其材质、 性能、 板形、 表面质量、 尺寸精度的 要求也日趋严格。 在各种机组生产中， 带钢连续 运行的一个重要前提便是带钢稳定地位于机组的 中心线上。 尤其是酸洗轧机联合机组、 连续退火 机组、 连续热镀锌机组， 全线带钢最长可达数千 米。 因此， 对带钢跑偏的有效控制是保证机组高 效生产的首要前提。 然而在实际生产中， 带钢的 跑偏始终是一个顽疾。 对于象立式活套， 镀锌线的冷却塔及钝化塔 等较高处理线来说。 长距离内带钢在经过繁复的 热处理工艺、 镀锌工艺及辊子后， 会在运行过程 中产生一定的摆动， 容易发生跑偏。 而对于连续 热镀锌而言， 跑偏不但影响到炉内带钢的运行状 况， 还会影响到锌锅内带钢的运行状况。 另外， 带钢的跑偏在影响生产的同时， 严重 者还会对机组设备造成损坏。 当机组高速运行时， 甚至会撞坏纠偏装置的检测框架， 影响到整个机 组的稳定生产。 造成跑偏现象的因素复杂， 需要根 据跑偏部位的具体问题进行具体分析， 采取合理措 施进行适当调整。 1影响带钢跑偏的机理 1.1设计因素 影响带钢跑偏的因素有很多， 例如板形、 张 力、 辊子表面粗糙度、 带钢在辊子表面的包角、 带 钢的硬度、 辊子的凸度等。 因此在设计时必须根据 产品规格、 工艺参数、 设备布置情况等来选取带钢 自由段的长度、 纠偏设备类型、 布置形式以及最大 纠偏角度。 合理的设计方案是解决带钢跑偏问题的 根本保障。 例如， 根据比例效应辊、 积分效应辊、 比例积 分效应辊的特性对其进行合理的布置会大大提高机 组的纠偏能力。 在连轧机入口、 圆盘剪入口等纠偏 精度要求非常高的位置， 需要选取高精度的纠偏设 备。 对于连续退火机组， 则要根据不同区间带钢的 1. 中国一重冶金工程事业部助理工程师， 辽宁大连116113 2. 山东泰山钢铁有限公司技师， 山东莱芜271100 冷轧带钢的跑偏机理及纠偏措施 孙国菲 1， 亓 萌 2 10.3969/j.issn.1673-3355.2013.04.004 14 cfhi 2013 年 第 4 期 （ 总 154 期） yz.js 设计与计算 cfhi technology 加热情况合理布置炉上纠偏设备。 而对于连续热镀 锌机组， 通常在锌锅内沉没辊辊面加工出螺纹以防 止带钢跑偏。 1.2设备制造及安装因素 随着我国钢铁产业的发展， 各种机组的设计已 经相对成熟。 实际调试经验表明， 机组设备问题是 造成跑偏的一大因素。 对于在出厂前已经检验过的 设备， 可能在随后的运输和吊装过程中精度超差。 而设备安装时的误差如辊子的水平度、 辊子与机组 中心线的垂直度、 活套车导轨的安装精度、 活套摆 动门安装精度， 其后生产时辊面凸度变化， 以及轴 承的磨损均是造成跑偏的原因。 在设备安装过程中， cpc 框架往往在其它设 备就位后开始安装， 易忽视其精度对纠偏的重要 性。 如果 cpc 框架中心线偏离机组中心， 带钢会 在经过框架后开始跑偏。 此时若 cpc 位于机组出 口段， 则会导致成品卷出现周期性的溢出边。 1.3原料板型缺陷因素 单边浪、 单侧肋浪、 镰刀弯、 纵向波浪、 东弯 西曲、 焊缝对中不良等原料板型缺陷也可造成跑 偏。 其中镰刀弯、 东弯西曲、 焊缝对中不良对跑偏 的影响最大。 对于冷连轧机组而言， 当上述板型缺 陷在轧机入口出现时应适当降低机组速度， 防止带 钢在机架内跑偏造成断带事故。 板型对跑偏造成的影响可以从力的分析给予解 释 （ 见图 1 ）。 带钢在辊子上运行时， 若板型良好， 则带钢张力分布均匀， 带钢将位于机组中心线运行 （ 见图 1 (a) ）。 若有边浪的存在， 张力的分布情况 会发生改变， 张力合力与机组中心线不在同一直线 上。 带钢会对辊子施加力矩 m （ 见图 1 (b) ）， 根据 作用力与反作用力原理， 辊子会对带钢施加反向力 矩 m。 此时带钢受辊子横向分力 f， 若该分力大 于带钢与辊子间横向摩擦力， 带钢开始向左侧移 动， 产生跑偏现象。 1.4原料板面因素 带钢在辊子上运行时， 当带钢与辊子之间的横 向摩擦力大于带钢的横向扰动力时， 不会产生带钢 的跑偏现象。 若带钢的横向摩擦力小于带钢的横向 扰动力时， 则会发生跑偏， 直至摩擦力大于扰动 力， 带钢才会停止跑偏。 以长距离海运酸洗钢卷为 例， 带钢表面需涂抹防锈油， 在随后进入冷连轧机 组轧制时， 防锈油的存在大大降低了带钢与辊子间 的摩擦力。 机组抗跑偏能力极差， 带钢运行时容易 产生跑偏现象， 给随后的纠偏工作带来很大困难。 1.5工艺参数因素 带钢在运行过程中， 若给定工艺参数不当， 也 会造成带钢在辊面的跑偏。 如前所述， 当带钢的横 向摩擦力小于带钢的横向扰动力时， 会产生跑偏现 象。 此时跑偏的原因可能由于张力给定不当。 适当 加大张力可间接增加带钢与辊子间摩擦力， 有利于 防止带钢跑偏。 在冷连轧机组剪切和甩尾时， 机组需要相应做 出减速与加速的调整。 若短时间内带钢运行速度发 生较大变化， 带钢在机架内易发生打滑现象， 将导 致成品钢卷产生溢出边。 此时可选择逐步升速与降 速以 保证成品卷的质量。 1.6锥辊效应因素 由于辊子加工过程中的精度偏差， 并在随后使 用过程中单边磨损较重， 此时辊面呈锥形。 带钢在 辊子两侧线速度不同。 辊径较大一端带钢速度较 大， 辊径较小一端带钢速度较小。 带钢宽度方向的 两侧张力不均匀。 随着锥度的增加， 张力不均匀程 度增加。 若张力合力与机组的中心线不在同一直线 上。 带钢会对辊子施加力矩 m (见图 2)， 根据作用 力与反作用力原理， 辊子会对带钢施加反向力矩 m。 此时带钢受辊子横向分力 f， 若该分力大于带 钢与辊子间横向摩擦力， 将会产生跑偏现象， 这时 带钢将向辊径较大一端跑偏。 1.7夹送辊两辊压下不均匀因素 带钢经过夹送辊时， 若两端压下量不同而受压 不均， 也会造成带钢的跑偏。 其原理与锥辊效应相 类似。 带钢将会向压力小， 开口度大的一侧跑偏。 在冷连轧机组生产时， 当轧机入口处带钢对中 后， 卷取后带钢仍可能产生卷取不齐的现象。 这种 图 1板型缺陷造成带钢的跑偏 (a)(b) 15 2013 年 第 4 期 （ 总 154 期） cfhi yz.js 设计与计算一重技术 现象可能与来料材质、 轧辊压下倾斜、 轧辊的椭圆 度等因素有关。 因轧辊可近似地看作夹送辊， 其对 带钢两侧的压下不均会造成带钢在轧机内跑偏。 在 该情况下可考虑更换轧辊以改善卷取不齐情况。 2带钢的纠偏措施 以上因素在带钢运行过程中对带钢的跑偏造成 或强或弱的影响。 虽然诸多原因可在实际生产中造 成带钢的跑偏。 但可针对以上因素采取相应的措 施， 以防止带钢跑偏， 或对已经跑偏带钢做出相应 的调整。 常用的方法如下： 2.1采用侧导向装置 侧导向装置在防止跑偏上多应用于热轧机组， 通过对带钢宽度两侧边的限制来防止带钢的跑偏。 然而， 侧导向装置不适用于高速大张力的连续生产 线。 侧导向装置的使用一般需要满足如下条件： 如 来料厚度较大、 张力较小、 运行速度较慢等。 否则 侧导向装置将损坏带钢， 甚至发生断带事故。 在冷 轧生产线中的侧导向装置一般在穿带与甩尾时投入 使用。 此时由于带钢失去张力， 更加容易产生跑 偏， 侧导向装置会起到较好的对中效果。 2.2采用有凸度的辊子 虽然锥辊效应会导致带钢的跑偏， 但若将辊子 设计为两边均有一定的锥度， 即辊子存在一定的凸 度， 便可起到纠偏的作用。 带钢在辊子中心线运行 时， 两侧向分力大小相等， 方向相反。 若带钢向一 侧跑偏时， 跑偏侧在锥辊效应下产生的横向分力将 会大于另一侧的横向分力。 该合力会使带钢在辊子 表面横向移动， 并最终使带钢重新回到辊子中部， 因而锥形辊会起到带钢自动对中的作用。 带钢经过 凸度辊后会从原偏离位变回对中位 （ 见图 3 ）。 辊子的凸度越大， 纠偏的效果越好。 但辊子凸 度的增大， 却会对带钢的板型造成不利影响。 尤其 对于连退机组和镀锌机组， 如果炉辊凸度过大， 容 易形成带钢的热折皱， 可能造成炉内断带事故。 因 此辊子的凸度一般设计得较小。 常见凸度辊的形状 有： 凸度辊、 锥形辊、 双阶梯锥形辊。 2.3托辊以一定角度倾斜布置 当托辊以一定角度倾斜布置时， 可对带钢在运 行过程中产生横向作用 （ 图略 ）。 带钢在力 f 的牵 引下沿箭头方向运动， 力 f 作用于辊子。 一方面 牵引分力 f1使辊子产生向前运动趋势， 另一方面 横移分力 f2产生向一侧横向移动的趋势。 由于作 用力与反作用力大小相等， 方向相反。 辊子将会使 带钢产生向反向移动的趋势， 当该分力大于横向摩 擦力时， 带钢横向移动。 这种板带在运行过程中总 是力图保持与辊子轴线夹角为 90的现象称之为绕辊 效应。 为防止带钢的跑偏， 可将活套内两侧托辊布置 出一定的角度倾斜 （ 图略 ）。 该角度一般为 2， 倾 斜方向与带钢运行方向相反， 可有效防止活套内带 钢跑偏。 其原理近似于凸度辊工作原理， 均利用两 侧横向力的差进行对中。 在实际调试过程， 活套内托辊往往对带钢跑偏 造成很大影响。 这是由于活套内带钢张力较小， 且 自由段较长。 托辊角度的轻微变化直接影响着活套 带钢的对中程度。 2.4对转向辊及托辊进行调整 由于制造装配及安装等因素影响， 带钢常常在 经过转向辊及托辊后就开始跑偏。 在现场不具备重 新校准精度的情况下， 可对发生跑偏的转向辊和托 辊进行调整。 对于固定托辊而言， 由于在绕辊效应的作用 下， 带钢经过托辊后总是有与其轴线保持 90的趋 势。 带钢若经过托辊后始终向一侧偏离， 可对托辊 进行调整， 使其对中 （ 图略 ）。 这种调整方式多用 图 2锥辊因素造成带钢的跑偏 图 3凸度辊调整跑偏的作用 16 cfhi 2013 年 第 4 期 （ 总 154 期） yz.js 设计与计算 cfhi technology 于活套小车托辊及活套出口处托辊。 实际调整过 程中也可通过对托辊水平度的调整达到使带钢对中 的目的， 但调整托辊前倾效果好于调整水平度。 对于转向辊来说， 绕辊效应同样会对带钢的 对中产生影响。 多用于活套小车转向辊的调整。 由于对转向辊的调整会使带钢在辊面产生积分效 应， 因此只能对其进行适当微调。 2.5缩短自由段带钢的距离 影响跑偏的另一个因素是带钢中间自由段距 离 （ 见图 4 ）。 带钢经过辊子后的偏移量、 入带自由 长度、 两辊间夹角存在如下关系： f=ltan 式中， f带钢经过辊子后的偏移量 （ mm ）； l 自由进带距离 （ mm ）； 两辊间夹角 （ ）。 实际运行中带钢经过辊子后的跑偏量比理论 值小。 实际运行中由于两辊形成一定的角度， 导 致带钢两侧张力不同。 在张力差的作用下带钢会 形成镰刀弯， 镰刀弯使跑偏量减小， 因而需要在 公式中加入修正系数。 实际公式应为： f=kltan 式中， k修正系数， 其值与辊子表面状态、 辊子 与带钢间包角有关。 理想情况下为 1.0， 一 般情况下取 0.65。 由该公式可知， 当带钢产生跑偏现象时， 自 由段越长， 跑偏的趋势越明显。 反之， 缩短带钢 自由段的距离可以改善跑偏现象。 实际生产过程 也表明， 自由段的距离越短， 带钢越不容易跑偏。 如： 某机组出现带钢跑偏出辊面事故后， 通过在 自由段增加托辊， 使原有自由段距离减半解决了 该区域的跑偏问题。 2.6调整对中装置参数 出于提高生产线速度的考虑， 部分活套的套 量很大， 带钢在各种因素作用下很容易跑偏， 此 时活套内的比例积分型纠偏辊对纠偏起了很大的 作用。 当活套内带钢跑偏时， 比例积分效应辊在 整体移动框架的同时会使辊子倾斜一定的角度， 此时带钢将会在辊面横向移动。 横向移动速度、 带钢的运行速度、 两辊间夹角间存在如下关系： vf=kvtan 式中， vf带钢在辊面的移动速度 （ m/min ）； k 修正系数， 其值与辊子表面状态、 辊子与带 钢间包角有关， 理想情况下可取 1.0； v 带钢运行速度 （ m/min ）； 两辊间夹角 （ ）。 由带钢在辊面的移动速度公式可知， 如果带 钢运行速度加快， 则带钢的跑偏速度变快， 带钢 将会迅速滑向辊面的另