带钢表面振动纹的产生极其抑制

1、带钢表面振动纹的产生极其抑制摘 要：带钢生产中，带钢表面常常出现一出现一种明暗相间，与带钢运动方向垂直的条纹。本文从振动纹的物理特征分析入手，对带钢表面振动纹产生的机理、影响因素进行了简单的分析，论述了振动纹和轧机振动之间的关系轧辊辊系，工 作辊轴承、主传动接轴和轧辊磨床对振动的影响。同时，对振纹的抑制提出了几点前人的做法。关键字： 带钢 表面振纹 产生 抑制冷轧带钢生产过程中，由于轧机振动使带钢表面产生一种垂直于轧制方向的明暗相间的条纹称为振动纹。振动纹的存在，一方面迫使降低轧制速度，严重时会引起断带和堆钢事故的发生，并可能危及轧制设备；另一方面增加了机组辊耗和换辊次数，降低了生产效率，影响

2、机组产能和产品质量。从目前的认识来看，轧机振动是振纹形成的决定性因素，凡是影响轧机振动的因素都与振纹有关，例如工作辊轴承、轧辊辊系、轧辊磨床、主传动接轴。在正常轧制状态下，振纹间距、振动频率和轧制速度三者之间存在着确定的关系：=v/f根据振纹间距的变化与否可以把引起振纹的因素分为两类。1)当轧制速度变化时，若振动频率不变，振纹间距变化。此时可能是轧机机架或轧辊的某阶振动模态被激发所致，这种情况是轧机本身设计的缺陷。只能尽量避免激发其固有频率的振动，这包括加强轧辊轴承座刚性、使用液压衬板、增加橡胶阻尼块、改善辊缝摩擦润滑状态等。2)轧制速度变化时，若振动频率变化，振纹间距不变。此时有两种原因：a

3、)轧制前，轧辊表面上已经有了振纹，轧制过程中使用这样轧辊轧制会使钢带厚度发生平滑性的波动，使用有振纹的轧辊轧制，好比将振纹印到带钢表面上，从而使带钢表面产生振纹；b)设备的磨损是主传动系统上产生振动冲击的原因，如轴承缺陷、齿轮磨损和联轴节松动。齿轮表面存在磨损，会使工作辊和带钢的线速度之比产生周期性变化，引起振动，在带钢表面产生振纹。主传动联轴节存在间隙会引起冲击，轧机在冲击作用下产生多种模态振动，会引起振纹；轧辊轴承一般为滚动轴承，长时间运行后出现内外道和滚动体缺陷，会引起轧辊振动。振动纹特征分析激光测量表明,有振动纹的带钢表面上存在着2种波，一种是厚波，另一种是形波。而实际的带钢就是由这2

4、种波以不同的周期和不同的波峰复合而成(图1)。波峰间距在540mm之间，以2030mm间距为多；而波峰在 0.33.0µm 之间，最大可达10µm。对振纹的明和暗部分的硬度和金相进行了对比测试分析。结果表明，明与暗部分无统计规律的硬度差异；在显微镜下明暗条纹的边界难以捕捉。根据以上现象，振纹有如下特征：(1)明暗相间的条纹是由板面振波由于对光的不同反射角度而引起的一种视觉现象，它与硬度和金相组织无关。 (2)当波峰大于 3m 时振纹肉眼可见,当波峰介于 30.3m 时，只有打磨后才能看见，而波峰小于 0.3m 时,振纹消失。 (3)带钢振纹的产生有2种途径，一是轧机(平整机

5、)发生了一定频率的振动，另一个是轧辊表面本身已有了振纹，通过轧制把振纹传递到带钢表面。振动纹的产生1、工作辊轴承工作辊轴承一般是滚动轴承。轴承缺陷包括，在换辊和运行中出现的内外道缺陷，都会直接激励工作辊持续振动，从而产生带钢振纹。图2所示为轴承外滚道，可以发现外滚道有条纹。2、轧辊辊系在轧制过程中，轧辊(包括支承辊和工作辊)受到多种外界激励，比如偏心、来料缺陷、松动、传动冲击等。在激励作用下，作为弹性系统的辊系要么随着激励一起振动，要么按固有频率发生振动。辊系的振动直接作用在带钢上，使带钢表面产生振纹。为了掌握辊系的动力学特性，对辊系进行了频率响应测试(采用锤 击法)，如图3所示。由于轧辊直径

6、大，它的一阶频率达到了672Hz，而且振形是弯曲振动。比如，如果轧制速度为1020m/min，辊系以672Hz振动，那么计算得到，纹距为25mm，这与产生现场情况完全一致。值得指出的是，辊系振动不仅使带钢产生振纹，同时也会使辊系本身，特别是支承辊，产生振纹如图4所示，此时如果不及时换辊，就会出现恶性循环，即：“轧辊振动轧辊振纹轧辊振动”。3、轧辊磨床轧辊磨床这个因素越来越引起了重视，改变了先前人们只注重轧机和平整机，而对磨床振动关注不够的局面。对比测试表明，如果磨床在磨辊过程中发生了振动，轧辊表面就会产生振纹(图5)，而表面有5纹的轧辊在轧制和(或)平整时又把振纹传递到了带钢，使带钢表面产生振

7、动纹缺陷。轧辊振纹有如下特点：当轧辊振纹峰峰值<0.5µm 时，不会在带钢表面产生振纹；如果带钢振纹是轧辊振纹产生的，那么二者振纹纹距相同，并且不随轧制速度变化而改变。4、主传动接轴随着主传动接轴使用时间的推移，接轴间隙会增大，当它高速旋转时对辊系造成冲击，从而激起辊系按其固有频率振动。通常，接轴间隙引起的冲击每转有 2次。值得注意的是，当轧机频繁升降速时会加速接轴间隙的增大。带钢表面振动纹的影响因素1) 带钢厚度的影响在同样的轧机工作辊辊缝波动量下，带钢的厚度越薄，轧机人口带钢的体积相对波动量越大，入口张力的波动量越大，轧制压力的波动相对也就越大，轧机系统越不稳定。另外，带钢

8、厚度越薄，入口张力对轧制压力的影响就越大，轧机稳定性越差。因此，带钢越薄，轧机的稳定性越差，越易发生振动。2) 轧制速度的影响冷连轧机振动和轧制速度两者之间是相互对立的。随着轧制速度的提高，轧机周围的各种扰动因素会越来越多，扰动的强度也会越来越高。例如，各种转动部件偏心、安装误差、滚动轴承的扰动和滑动轴承的涡动等都会随着速度的增加而加剧振动。由于轧制速度的提高，根据连轧机秒流量相等原则，单位时间里通过轧辊间的轧件体积就会增大，体积的增大会造成入口张力的波动量增大，从而造成系统的不稳定。轧制速度的提高会造成辊缝间的摩擦因数发生变化，容易处子混合摩擦状态，从而引发自激振动。因此，轧机的轧制速度越高

9、，系统的振动越强烈，轧机的稳定性就越差，越容易发生振动。3) 轧辊与带钢的摩擦系数的影响轧辊与带钢的摩擦系数越小，摩擦对轧机轧制压力的影响就越小，张力对轧制压力的影响就相应增大，即轧机人口张力与轧机轧制压力的自激关系增强。因此，轧辊与带钢的摩擦系数越小，轧机系统的稳定性越低，在等量的外部扰动下，轧机越容易发生振动。而轧辊与带钢的摩擦系数又受到轧辊辊面粗糙度、轧制速度、带钢温度等因素的影响。摩擦因数随着轧辊表面粗糙度的增大而增大4) 轧制规范的影响张力波动对轧制力的变化有着直接影响，是影响轧机振动的重要因素之一。在相同的工作辊辊缝变化量下，轧件的入口张力越大，轧制力的绝对波动量就越大；入口张力越

10、大，轧辊与带钢摩擦力就越小，这就容易引起负阻尼现象，而使系统的稳定性降低，轧机容易振动。随着轧制力的增大，工作辊位移将会发生变化，轧机与轧件的接触弧长也会因此发生改变，系统的刚度将会受到影响，导致轧机周围的各种扰动因素会变得活跃起来，扰动的强度也会变大。因此轧制力对于振动的影响也是很重要。5) 轧制润滑的影响轧制润滑对轧机的自激振动影响非常大。当轧制乳化液稳定性差、油膜不稳定时，辊缝摩擦条件发生变化导致轧制失稳而产生振动。轧机辊缝中的润滑油膜对于轧机系统的垂直运动能起到一定的阻尼作用，辊缝中轧制润滑油的油膜强度越低和摩擦系数越小，油膜的阻尼作用就越弱，导致轧机系统的稳定性降低。另外，摩擦系数变

11、化致使轧制压力改变，导致系统刚度发生周期性波动，从而引发轧机自激振动。摩擦系数降低加大了轧件后张力与轧制压力的对轧机自激振动影响，不过当由润滑引起的轧制压力减小量大于由张力引起的轧制压力的增大量时，则轧机垂直系统不会产生自激振动。振动纹抑制措施(1)如要得到表面无振纹的带钢，首先要保证上机的轧辊无振纹。因此要有方便可靠的辊纹检测手段以及操作规程，避免有纹轧辊上机轧制；(2)根据振纹纹距，轧制速度等关系确定敏感频带，寻找并抑制该频带内的振源。不是任何频率的振动都会产生明显的振纹，生产实践表明，第五倍频程颤振引起的振纹最为常见。在实际生产中，振动纹的抑制重点是在辊系、轴承、磨床和接轴。轧辊与带钢直

12、接接触，激振源都是通过它进行传递；另一方面，特定的轧机配有特定的辊系，其固有频率基本不变。因此，如要减少振动纹的发生，除了尽量消除外界激振源外，还有一个在实际生产中对振纹有一定抑制作用的“轧辊直径匹配法”。由辊系振动测试和模态分析可知，在轧制过程中，工作辊与支承辊一边旋转，一边发生弹跳碰撞。当工作辊以某一频率(通常在第五倍频程颤振范围内)向支 承辊碰撞时，如果支承辊的速度和直径满足一定的条件，那么这种持续碰撞的结果就会使支承辊辊面逐渐产生振纹。这个条件可表述为：支承辊的周长能被一个弹跳碰撞周期内支承辊转过的长度整除，此时每次碰撞都发生在支承辊辊面同一部位。为了避免上述“轧辊振动轧辊振纹轧辊振动

13、”的发生，可通过辊系直径与轧制速度匹配来克服，这就是“轧辊直径匹配法”。图6所示是支承辊直径匹配，深色部分为避开区域。如果滚动轴承发生了故障，那么它在频谱上存在倍频峰值的关系。根据该特征，可利用监测系统进行监测和判断，如图7所示的倍频峰值(标有v处)。磨床磨辊时，容易发生自激振动。图8所示为某磨床频率响应(采用锤击法)，图9所示为对应的振动模态(44Hz)。那么变速磨削以及安装阻尼质量吸振器，是 2种可行且有效的方法。对于主传动接轴，需要定期监测其冲击幅值，必要时对耐磨衬板进行更换。 结论1) 冷轧带钢生产过程中，由于轧机振动使带钢表面产生一种垂直于轧制方向的明暗相间的条纹称为振动纹。它是由板

14、面振波由于对光的不同反射角度而引起的一种 视觉现象，它与带钢硬度和金相组织无关。2) 有振动纹的带钢表面上存在着2种波，一种是厚波，另一种是形波。而实际的带钢就是由这2种波以不同的周期和不同的波峰复合而成3) 引起振纹的因素可分为两类：a)当轧制速度变化时，若振动频率不变，振纹间距变化；b)轧制速度变化时，若振动频率变化，振纹间距不变。4) 振动纹的产生主要基于工作辊轴承、轧辊辊系、轧辊磨床、主传动接轴等四个方面；而影响振动纹的因素则有带钢厚度、轧制速度、轧辊与带钢的摩擦系数、轧制规范、轧制润滑等。5) 可通过轧辊直径匹配法，定期监测滚动轴承倍频峰值，对振动大的磨床加装阻尼减振器，改变轧制速度和磨削速度，加强设备日常维护等措施对振动纹进行抑制。参考文献1.陈培林,王泽济,汪 晨.带钢表面振动纹的研究.世界钢铁2002,2.钟 掘,段吉安等.带钢表面振纹的工业试验与发现.中国有色金属学报,20003.家 祥，徐乐江