高强钢酸洗线卷取溢出边故障的研究与优化

卢 杰，杨洪凯，张新波，孙光中

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司冷轧部，河北 唐山 063210）

某高强钢连续酸洗生产线由法国普锐特公司总设计，具备世界先进的设计理念和工艺技术[1]。该机组年产150 万t 酸洗卷，最高酸洗速度达320 m/min，产品类型主要包括高强类产品、酸洗汽车板、以热代冷薄规格产品，品种覆盖CQ、DQ、LHSS、HSS、UHSS、SUHSS，是一条高生产率、高质量的生产线[2]。

酸洗线投产以来，溢出边现象一直存在，通过调整辊系精度，内圈溢出边基本受控，而甩尾卷取时外圈溢出边特别严重，严重时超过会100 mm，导致不能包装，需要手动将溢出边砸回去。由于产线速度快、产量高，卷取外圈溢出边缺陷处理困难，严重影响生产节奏[3]。溢出边故障卷情况如图1 所示。

图1 溢出边故障卷

从2020 年6 月8 日开始，现场跟踪高强酸洗溢出边的情况，结合机电工艺三方，通过实践与分析，逐步对溢出边的发生机理有了一个较为清晰的认识，并在此基础上提出了相应的改进措施。对改进措施进行逐个测试，总结试验效果，得出了控制溢出边的有效措施。文中如无特别说明，溢出边均指甩尾时的外圈溢出边。

1 溢出边情况分析

溢出边主要规格分布较广。通过逐个调整卷取相关设备，分析其对溢出边的影响。

1.1 卷取机下压辊安装精度

现场跟踪发现卷取机下压辊在压靠时存在扭动，即辊面与钢卷表面不平行。检修调整压辊水平，调整后溢出边现象没有明显好转。

1.2 芯轴动作异常

通过分析PDA 曲线和反复观看故障卷录像，发现在故障发生时，芯轴纠偏动作较大，而实际显示的偏差值较小，分析认为可能与纠偏动作的计算有关，在不能改善较小偏移量的情况下，出现偏移累加现象，导致纠偏动作过大。增加EPC 偏移量限幅功能，取甩尾时芯轴的位置作为原始点，实际偏移量作为限幅值，控制芯轴的动作，使得实际溢出边的移出量有明显减小，但故障卷数量无明显变化。

1.3 出口导向辊

由芯轴动作异常怀疑是否因出口导向辊压力过大而导致纠偏动作不能有效传递到检测点。调整出口导向辊压辊压力，将压力下调20%左右，操作反应故障卷明显减少。由于导向辊的压力只能手动调节，而高强钢最厚达到6.0 mm，所以下调导向辊压力存在较大隐患[4]。

1.4 EPC 纠偏装置

EPC 原设计在甩尾剪切后自动停止，为了减缓甩尾溢出边，增加了甩尾时EPC 的自动调节功能。甩尾时带尾处于无张力状态，分析认为，无张力状态下，EPC 的纠偏模型发生变化，导致纠偏动作失误。关闭甩尾EPC 自动功能，溢出边溢出量明显减小，但故障卷数量无明显变化[5-6]。EPC动作数据曲线如图2 所示。

图2 EPC 动作数据曲线

2 溢出边发生机理

在进行了一段时间的观察和试验以后，发现好多现象无法解释清楚，并没有抓到问题的根本点,故而在研究收集的资料的基础上，对卷取过程中的受力情况进行理论分析。

2.1 故障板形的受力分析

如果带钢的板形双侧不对称，如出现单边浪，那么在生产运行时，带钢受到的力是不对称的，其等效合力不垂直于导向辊面，而是与导向辊面成一定夹角，在带钢宽度方向会形成一个使带钢偏移的力，从而导致带钢沿着带钢宽度方向发生偏移[7]。而偏移力大小与带钢板形不对称程度相关，越是不对称的板形越是可能发生溢出边现象。单边浪板形图及受力情况如图3、图4 所示。

图3 单边浪板形图

图4 单边浪板形受力

2.2 出口导向辊压辊的受力分析

如果出口导向辊的压辊装配精度不达标，带钢两侧受力就会出现不对称，根据受力分析可知，此时发生跑偏的趋势就会加大。导向辊受力示意图如图5 所示。

图5 导向辊受力

2.3 卷取机下压辊的受力分析

在卷取甩尾时出现了芯轴的移动，由于卷取机下压辊的压下作用，使得带钢并没有随着芯轴的纠偏动作而纠正，相反，由于压辊与带钢之间的摩擦力较大，而是将带钢带出钢卷边缘，出现卷取溢出边。卷取机下压辊的受力示意图如图6 所示。

图6 压辊受力示意图

2.4 分析结果

通过受力分析可知，板形因素是导致甩尾跑偏的根本原因。甩尾时EPC 的自动运行并没有在实际上起到预期的纠偏效果。因为下压辊的因素，导致即使较小的偏移量都可能产生较大的卷取溢出边[8-9]。

3 针对措施及现场测试

3.1 针对措施

结合机理分析，提出以下措施：

1）调整卷取机与出口剪子之间辊子的精度。

2）增加出口穿带辅助辊在甩尾过程的投用功能，这对受力不平衡有一定的抑制作用。

3）延迟卷取机下压辊投用时间，理想状态是带尾在导向辊处，压辊正好压靠；实际延后时间可以根据现场调试情况逐步调整；针对下压辊伺服阀压力闭环控制，可根据卷取板材的规格，选好压力，实现自动控制。

4）优化下压辊结构，增加压辊自动横向移动功能，保证移动量与纠偏动作相匹配。

5）优化板形控制，避免单边浪和镰刀弯等不对称板形，板形曲线控制为双侧对称微浪。

6）优化EPC 检测区域带钢的稳定性，避免由于带钢本体抖动产生的测量误差，增加EPC 检测区域带钢的稳定装置，加强采取稳定压辊或其他能够起到稳定带钢的措施。

3.2 现场测试

针对制定的措施，逐个落实，并分析实际效果。

3.2.1 辊系精度调整

辊系精度经过几次检修调整，以目前运行的情况来看基本满足生产需求。

3.2.2 卷取机下压辊投入时序优化

在2 号卷取机实施下压辊延迟投用功能，与1 号卷取机对照运行。在对同规格带钢生产时，经过一周的现场观察发现，两个卷取机对比效果明显，2 号卷取机无明显溢出边，而同时运行的1 号卷取机则有较明显的溢出边。

3.2.3 下压辊压力测试

高强酸洗线两个卷取机同时出现较大溢出边时，通过调整下压辊压力，效果非常明显。从0.5 MPa（5 bar）调到0.4 MPa（4 bar）后，溢出边在20 mm 左右；调到0.35 MPa（3.5 bar）后，溢出边小于5 mm。不同压辊压力下卷取溢出边情况如图7—图9 所示。

图7 压辊压力0.5 MPa

图8 压辊压力0.4 MPa

图9 压辊压力0.35 MPa

3.3 测试结果

通过现场测试发现，在板形因素不可控的条件下，通过采取优化卷取措施，可以控制甩尾卷取溢出边[10-11]，而关键点就在于卷取压辊的控制。

4 优化措施

甩尾时下压辊延后投入、延后时间与甩尾距离、甩尾速度、卷径大小、压靠速度等相关。压靠理想点是带尾在导向辊下时，正好压靠完毕。此方案的优点是不需要额外投入设备，只需要对设备的自动化控制时序进行适当调整即可，缺点是厚规格板材延后压靠容易导致外圈卷取松卷。

将压辊伸出控制改为伺服控制，伸出压力与板材规格相关，板材越厚，伸出压力越大，板材越薄，伸出压力越小，可避免压辊在进行纠偏动作时出现卷取外圈错层。压力自动闭环控制压辊技术成熟简单、价格低廉，较容易实施。

制作可移动防跑偏压辊。制作横向可移动、可控制压辊，压辊可跟随纠偏动作进行移动。压辊两侧装有压力合适的弹簧，压辊动作越小，受力越小，保证纠偏范围内压辊可自由移动，弹簧压辊具有自动纠偏功能。此方案控制精准度较高，可以较好地解决甩尾时EPC 动作压辊的跟随性。以目前的情况来看，可移动压辊单纯机械结构已经可以满足生产需求。可移动防跑偏压辊示意图如图10 所示，所生产的正常卷形貌如图11 所示。

图10 可移动防跑偏压辊示意图

图11 正常卷

5 结论

1）以优化压辊投用时序为基础的方法可以有效控制甩尾时卷取溢出边的发生，实际控制中可参考带钢规格。

2）甩尾卷取溢出边的主要影响因素是卷取压辊。

3）根据不同的生产现场，通过优化压辊的控制方法，即可有效控制卷取甩尾溢出边。以压辊压力闭环控制为主要措施，将可移动压辊作为彻底解决甩尾卷取溢出边的重要设备，围绕压辊功能进行改善，使得甩尾卷溢出边情况得到根本解决。