陳首兵，米嬌嬌，張 濤

(1.重慶新聯(lián)鋼鐵設(shè)備技術(shù)有限公司，重慶 400013；2.中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司，陜西 西安 710032；3.新余鋼鐵集團(tuán)公司第二煉鋼廠，江西 新余 338000)

0 簡(jiǎn)介

隨著建材、家電、汽車等行業(yè)的快速發(fā)展，熱鍍鋅板材的使用越來(lái)越廣泛。機(jī)組配置也越來(lái)越高，大部分新建機(jī)組出口段都采用雙卷取配置。雙卷取能滿足中央段高速運(yùn)行的要求，大大提高出口段的卷取效率，有效降低因?yàn)槌隹诰砣」收隙鴮?dǎo)致的機(jī)組停機(jī)概率。但是，該配置也帶來(lái)了新問(wèn)題，卷取機(jī)甩尾時(shí)極易產(chǎn)生卷不齊的情況，甚至最后3～5圈全部卷不齊，嚴(yán)重影響出口包裝質(zhì)量，本文分析了跑偏原因，提出調(diào)整方法，結(jié)果顯示該方法能及時(shí)解決跑偏問(wèn)題，提高成品卷美觀性。

1 厚板鍍鋅機(jī)組雙卷取甩尾跑偏

厚板鍍鋅機(jī)組二號(hào)卷取機(jī)距離出口剪位置太遠(yuǎn)，一般約20 m，導(dǎo)致二號(hào)卷取機(jī)在剪切后甩尾時(shí)極易產(chǎn)生最后幾圈卷不齊的情況，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)最后3～5圈全部卷不齊，溢出邊大約50 mm，嚴(yán)重影響出口包裝質(zhì)量，降低產(chǎn)品等級(jí)，如圖1所示。尤其是在生產(chǎn)產(chǎn)品規(guī)格為1.0～3.5 mm厚帶鋼且卷取直徑為1 m左右時(shí)，更容易造成甩尾跑偏而人工無(wú)法干預(yù)的現(xiàn)狀，厚帶鋼巨大的反彈力還容易損壞設(shè)備，給操作工帶來(lái)安全隱患。本文通過(guò)理論分析和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，解釋了帶鋼跑偏的原因，詳細(xì)介紹了解決該問(wèn)題的調(diào)整方法。保證在鍍鋅機(jī)組生產(chǎn)1.0 mm以上厚板時(shí)，二號(hào)卷取機(jī)卷取直徑約1 m左右常用工況下,上下卷取時(shí)甩尾都不跑偏，滿足出口正常包裝要求。

圖1 卷取不齊鋼卷

厚板鍍鋅出口段設(shè)備組成有剪前夾送輥1、出口剪2、廢料收集及取樣裝置3、No.1皮帶運(yùn)輸機(jī)4、No.1出口轉(zhuǎn)向夾送輥5、No.1號(hào)卷取機(jī)6、No.2皮帶運(yùn)輸機(jī)7、No.2出口轉(zhuǎn)向夾送輥8、No.2號(hào)卷取機(jī)卷筒12、卷取機(jī)上壓輥、卷取機(jī)下壓輥、皮帶助卷器等設(shè)備構(gòu)成，具體布置如圖2所示。

圖2 出口段布置簡(jiǎn)圖

圖2為鍍鋅機(jī)組出口段雙卷取典型布置結(jié)構(gòu)，當(dāng)鋼卷需要分切成小卷或在焊縫處剪切后甩尾到2號(hào)卷取機(jī)，從出口剪到卷取機(jī)的帶鋼自由段長(zhǎng)度約20 m。由于剪切后沒(méi)有卷取張力，卷取機(jī)EPC失去作用，因此帶鋼卷取到2號(hào)卷取機(jī)時(shí)就會(huì)出現(xiàn)帶尾在最后幾圈卷不齊的情況，尤其是厚度在1.0～3.5 mm的帶鋼卷取成直徑約1 m的小卷時(shí)，情況更遭。而且厚板鍍鋅產(chǎn)品板面質(zhì)量不好控制，出現(xiàn)板面缺陷需要上下卷取進(jìn)行來(lái)回切換時(shí)，基本會(huì)全部出現(xiàn)卷取不齊的情況。薄板甩尾卷不齊出現(xiàn)后，打包處可以人為干預(yù)最后幾圈，保證卷齊后打包。但是人工根本無(wú)法干預(yù)厚板，造成出口無(wú)法進(jìn)行自動(dòng)打包，即使人工手動(dòng)打包也非常困難，成品等級(jí)也會(huì)隨之降級(jí)。

2 甩尾跑偏原因分析

帶鋼甩尾時(shí)被出口剪剪切后，在沒(méi)有張力的情況下，卷取機(jī)EPC功能也無(wú)法使用。因此帶鋼就不能通過(guò)卷取機(jī)自動(dòng)尋邊功能達(dá)到卷齊帶鋼的結(jié)果。參與帶鋼甩尾動(dòng)作的設(shè)備主要是出口轉(zhuǎn)向夾送輥和卷取機(jī)上、下壓輥。因此造成帶鋼甩尾跑偏的現(xiàn)象必定和這些夾送輥和壓輥有關(guān)，本文通過(guò)分析壓輥和夾送輥的受力情況來(lái)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行剖析。

2.1 帶鋼在No.2出口轉(zhuǎn)向夾送輥處受力分析

帶鋼甩尾時(shí)經(jīng)過(guò)No.2號(hào)轉(zhuǎn)向夾送輥的受力圖如圖3所示，當(dāng)帶鋼進(jìn)行甩尾卷取時(shí)，壓輥8靠氣缸來(lái)驅(qū)動(dòng)，完成壓輥的打開壓下動(dòng)作。轉(zhuǎn)向輥屬于固定輥，帶鋼依靠卷取機(jī)張力拖動(dòng)帶鋼向右運(yùn)動(dòng)并最終完成帶鋼甩尾工作。本文以帶鋼為受力分析對(duì)象，分別從帶鋼上、下表面進(jìn)行受力分析。

圖3 No.2轉(zhuǎn)向夾送輥處帶鋼受力圖

2.1.1 帶鋼上表面分析

圖4中，F(xiàn)1為壓輥對(duì)帶鋼的壓力，方向垂直向下，由氣缸提供該壓力，計(jì)算F1時(shí)還應(yīng)該考慮壓輥重力。f1為壓輥對(duì)帶鋼的摩擦力。假定帶鋼有向右運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，則其方向向左。T1為甩尾時(shí)卷取機(jī)對(duì)帶鋼的張力，方向?yàn)檠刂鴰т撔凶叻较颉?/p>

由于卷取機(jī)卷取張力T1對(duì)帶鋼的跑偏不產(chǎn)生影響，因此簡(jiǎn)化受力模型時(shí)將T1取消，只考慮摩擦力f1和壓輥壓力對(duì)帶鋼的影響。轉(zhuǎn)向輥15為現(xiàn)場(chǎng)安裝的基準(zhǔn)輥，其中心線X2可以理解為固定不動(dòng)。由于圖4所示為最理想的受力狀態(tài)，考慮到實(shí)際的制造、安裝誤差以及氣缸操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)壓力不同等因素的影響，壓輥軸線X1和轉(zhuǎn)向輥軸線X2不可能絕對(duì)平行，兩者形成一個(gè)夾角。

對(duì)于帶鋼上表面來(lái)說(shuō)，壓輥對(duì)帶鋼作用力設(shè)定為F1，方向垂直向下，假定帶鋼有往右運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，則設(shè)定其摩擦力為f1，方向朝左，壓輥軸線和轉(zhuǎn)向輥軸線形成一個(gè)夾角α?，F(xiàn)以F1和f1交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，夾送輥軸線方向向右為X坐標(biāo)，垂直于壓輥軸線方向向上為Y坐標(biāo)，受力分析如圖4所示。

圖4 帶鋼上表面受力圖

圖4中，F(xiàn)1x為F1在坐標(biāo)軸中X方向的分力；F1y為F1在坐標(biāo)軸中Y方向的分力；α為壓輥和轉(zhuǎn)向輥軸線夾角。由圖5受力分析可得

F1x=F1·sinαF1y=F1·cosα

f1=F1y·μ=F1·cosα·μ

式中，μ為帶鋼和輥面之間的摩擦系數(shù)，整理得

2.1.2 帶鋼下表面分析

對(duì)于帶鋼下表面來(lái)說(shuō)，設(shè)定轉(zhuǎn)向輥對(duì)帶鋼支撐力為F2，方向垂直壓輥軸線向上且與垂直方向成β夾角，假定帶鋼有有往右運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，則設(shè)定其摩擦力為f2，方向朝左，壓輥軸線和轉(zhuǎn)向輥軸線形成一個(gè)夾角β。現(xiàn)以F2和f2交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，轉(zhuǎn)向輥軸線方向向右為X坐標(biāo)，垂直于壓輥軸線方向向上為Y坐標(biāo)，受力分析如圖5所示。

圖5 帶鋼下表面受力圖

圖5中，F(xiàn)2x為F2在坐標(biāo)軸中X方向的分力；F2y為F2在坐標(biāo)軸中Y方向的分力；β為壓輥和轉(zhuǎn)向輥軸線夾角；f2為轉(zhuǎn)向輥對(duì)帶鋼的摩擦力。F1x為F1在坐標(biāo)軸中X方向的分力；F1y為F1在坐標(biāo)軸中Y方向的分力；α為壓輥和轉(zhuǎn)向輥軸線夾角。

帶鋼下表面與上表面受力對(duì)稱，由數(shù)據(jù)分析可知，理想情況下，帶鋼不受壓輥壓力X向分力的影響，帶鋼保持相對(duì)靜止，甩尾就不會(huì)發(fā)生跑偏。公式分析也可以看出，甩尾跑偏的影響因素和摩擦系數(shù)μ和夾角α或β有關(guān)。在摩擦系數(shù)不變的情況下，夾角α、β的存在必將影響帶鋼在輥?zhàn)虞S線方向運(yùn)動(dòng)而造成跑偏，且夾角α或β越大，跑偏越嚴(yán)重。另外，帶鋼和輥?zhàn)又g的摩擦系數(shù)μ也很重要，摩擦系數(shù)越大，摩擦力越大，能克服更大的壓輥壓力分力而防止跑偏。

對(duì)于壓輥9、壓輥13、壓輥14和帶鋼受力情況和該No.2轉(zhuǎn)向夾送輥處帶鋼受力情況類似，可以類比為卷筒上鋼卷為轉(zhuǎn)向輥，鋼卷的最外層帶鋼為轉(zhuǎn)向輥和壓輥之間的帶鋼。由于壓輥安裝的原因，也不可能保證該處壓輥中心線和卷筒中心線絕對(duì)平行，二者必然有夾角。這樣勢(shì)必也會(huì)造成帶鋼跑偏。

2.2 No.2出口轉(zhuǎn)向夾送輥兩端受力不同對(duì)帶鋼跑偏的影響

通常來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)向夾送輥壓輥都是通過(guò)操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)各一個(gè)氣缸來(lái)驅(qū)動(dòng)壓輥，以此實(shí)現(xiàn)壓輥的打開壓下動(dòng)作。當(dāng)壓輥壓下后，設(shè)定操作側(cè)氣缸給壓輥的壓力為F1w，傳動(dòng)側(cè)氣缸給壓輥的壓力為F1d，F(xiàn)1w和F1d也是壓輥傳遞給帶鋼的壓力。壓輥和轉(zhuǎn)向輥的軸線分別為X1和X2，夾送輥軸線方向受力如圖6所示。

圖6 No.2出口轉(zhuǎn)向夾送輥軸線方向受力

當(dāng)F1w=F1d時(shí)，壓輥對(duì)操作側(cè)帶鋼和傳動(dòng)側(cè)帶鋼壓力是一樣的，壓力沿壓輥軸線方向?qū)т摰姆至σ彩且粯拥?，因此帶鋼操作?cè)和傳動(dòng)側(cè)會(huì)沿著卷取方向同步前進(jìn)而不會(huì)跑偏，為最理想的狀態(tài)。

當(dāng)F1w≠F1d時(shí)，壓輥對(duì)操作側(cè)帶鋼和傳動(dòng)側(cè)帶鋼壓力不同，壓力沿壓輥軸線方向?qū)т摰姆至σ矔?huì)不同，因此帶鋼就會(huì)往分力大的一側(cè)移動(dòng)而造成甩尾跑偏。

厚板鍍鋅出口甩尾跑偏，最主要原因還是因?yàn)閴狠亴?duì)帶鋼的受力不均造成的。帶鋼在出口轉(zhuǎn)向夾送輥位置時(shí)，轉(zhuǎn)向夾送輥的壓輥軸線X1和轉(zhuǎn)向輥的軸線X2不可能絕對(duì)平行，勢(shì)必在兩輥間會(huì)形成一個(gè)夾角。此夾角的存在將必然導(dǎo)致帶鋼在棍子軸線方向運(yùn)動(dòng)。

同時(shí)兩氣缸對(duì)壓輥的壓力由于受氣缸、壓輥擺臂的制造誤差以及氣缸的氣源壓力穩(wěn)定性等因素的影響，現(xiàn)場(chǎng)很難保證壓輥對(duì)帶鋼的壓力F1w=F1d，也會(huì)造成厚板鍍鋅出口甩尾跑偏。

2.3 電氣控制方法

將出口轉(zhuǎn)向夾送輥速度設(shè)置大于卷取機(jī)，使出口轉(zhuǎn)向夾送輥出負(fù)力矩，以此保證卷取機(jī)和轉(zhuǎn)向輥之間帶鋼為繃緊狀態(tài)，該方案行不通，一旦處于緊繃狀態(tài)的帶鋼馬上會(huì)加速跑偏。而且卷取機(jī)很容易將出口轉(zhuǎn)向輥拉跳閘。

3 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整方法

通過(guò)對(duì)機(jī)組布置的研究和對(duì)壓輥進(jìn)行受力分析，要想解決厚板鍍鋅甩尾跑偏的問(wèn)題，可以通過(guò)增大摩擦系數(shù)μ、減小夾角α、β夾角以及保證壓輥操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)壓力一致這幾方面入手，最終目標(biāo)就是帶鋼保證沿著壓輥軸線方向不再有分力存在，且?guī)т摬僮鱾?cè)和傳動(dòng)側(cè)受到的壓力保持一致。

3.1 調(diào)整安裝和改造設(shè)備結(jié)構(gòu)

在卷取機(jī)卷取厚板時(shí)，首先要保證有足夠的壓輥輔助卷取，壓輥不夠時(shí)經(jīng)常會(huì)造成鍍鋅成品板甩尾時(shí)帶鋼反彈到設(shè)備上造成劃傷，引起產(chǎn)品降級(jí)，或者反彈力太大損壞設(shè)備。圖7和圖8分別為上卷取和下卷取時(shí)需要的壓輥參與情況。上卷取時(shí)，首先確保轉(zhuǎn)向夾送輥壓輥、卷取機(jī)上壓輥、上卷取下壓輥的水平度和垂直度滿足安裝要求(一般要求0.05 mm/m)。尤其需要確認(rèn)當(dāng)所有壓輥在壓下狀態(tài)時(shí)水平度和垂直度是否還能在要求的范圍以內(nèi)(因?yàn)槿绻麢C(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不夠?qū)е轮Ъ茏冃卧斐蓧狠亯合聲r(shí)水平度和垂直度不達(dá)標(biāo)也會(huì)造成跑偏)。

圖7 上卷取狀態(tài)

圖8 下卷取狀態(tài)

(1)壓輥水平度和垂直度調(diào)整。通過(guò)框式水平儀確認(rèn)，最好在壓輥打開和壓下狀態(tài)都進(jìn)行檢測(cè)，首先務(wù)必保證壓下狀態(tài)時(shí)的水平度。在檢測(cè)卷取機(jī)上壓輥的水平度時(shí)，可以在卷取機(jī)卷筒上放置直徑約1 m的鋼卷，當(dāng)卷筒漲開時(shí)，壓下壓輥進(jìn)行水平度確認(rèn)。壓輥垂直度調(diào)整時(shí)，以卷筒安裝沒(méi)有問(wèn)題為前提，以卷筒為基準(zhǔn)，分別檢測(cè)壓輥9、壓輥13、壓輥14的垂直度，從卷筒上方吊線下來(lái)，分別檢測(cè)操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)距離卷筒的距離。再以No.2轉(zhuǎn)向夾送輥8的轉(zhuǎn)向輥為基準(zhǔn)，吊線確認(rèn)No.2轉(zhuǎn)向夾送輥壓輥垂直度是否滿足要求。

通過(guò)對(duì)壓輥和轉(zhuǎn)向輥水平度和垂直度的調(diào)整，保證了壓輥(包括轉(zhuǎn)向夾送輥和卷取機(jī)上、下壓輥)軸線X1和轉(zhuǎn)向輥軸線X2的平行度達(dá)到要求。即通過(guò)減小壓輥和轉(zhuǎn)向輥軸向夾角的方式來(lái)防止甩尾跑偏。

(2)精確控制壓輥對(duì)帶鋼的壓力。No.2轉(zhuǎn)向夾送輥8的壓輥壓下氣缸，操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)氣缸分別配置一個(gè)減壓閥對(duì)壓輥壓力進(jìn)行控制。現(xiàn)場(chǎng)配置了SMC加壓閥和壓力表，確保對(duì)壓輥的調(diào)壓精度等級(jí)在0.02 MPa左右，通過(guò)這種方式來(lái)調(diào)節(jié)壓輥氣缸對(duì)帶鋼操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)壓力的大小，盡量確保F1w=F1d。

同時(shí)，降低出口轉(zhuǎn)向夾送輥及參與甩尾的輥?zhàn)拥拇植诙?。在不影響出口成品質(zhì)量的情況下，適度降低轉(zhuǎn)向夾送輥和壓輥的粗糙度。轉(zhuǎn)向夾送輥粗糙度由原來(lái)的3.2左右降低到6.3，這樣帶鋼和輥面之間的摩擦系數(shù)就會(huì)提高，保證了帶鋼在該處有足夠摩擦力。這也是通過(guò)提高摩擦系數(shù)μ的方式來(lái)防止跑偏。推薦出口段使用磁力皮帶。No.2皮帶運(yùn)輸機(jī)建議改為磁力皮帶，保證磁力皮帶速度慢于機(jī)組甩尾速度，這樣建立一個(gè)微張力，通過(guò)增加摩擦力的方式來(lái)防止跑偏，對(duì)于跑偏也有一定的效果。

3.2 優(yōu)化電氣控制方案

(1)設(shè)定合適的甩尾速度。對(duì)于鍍鋅機(jī)組甩尾速度，停剪模式的出口段一般卷取甩尾速度為60 m/min。為了防止甩尾跑偏，將甩尾時(shí)卷取機(jī)速度設(shè)為60 m/min，No.2出口轉(zhuǎn)向夾送輥速度設(shè)為約60.5 m/min,保證卷取時(shí)位于No.2卷取機(jī)和No.2轉(zhuǎn)向夾送輥之間的帶鋼處于松弛狀態(tài)，保證卷取機(jī)張力不要附加在出口轉(zhuǎn)向輥處帶鋼上，避免外力對(duì)該處帶鋼受力造成影響。保證壓輥分力F1x和摩擦力f1保持相對(duì)平衡。

(2)設(shè)定壓輥投入時(shí)機(jī)和EPC自動(dòng)手動(dòng)切換時(shí)機(jī)來(lái)控制。甩尾的過(guò)程一般為：出口段停止運(yùn)行→No.2轉(zhuǎn)向輥壓輥8壓下→卷取機(jī)上壓輥13壓下→EPC切換為手動(dòng)狀態(tài)→剪切→卷取轉(zhuǎn)動(dòng)→卷取機(jī)下壓輥14壓下→帶鋼甩尾到卷取機(jī)下壓輥14處停止轉(zhuǎn)動(dòng)(下卷取時(shí)帶鋼甩尾到下壓輥9處停止轉(zhuǎn)動(dòng))→小車上升頂?shù)戒摼砗?，壓輥打開→卷筒縮回→卸卷到鞍座。因?yàn)镋PC在沒(méi)有張力的情況下，無(wú)法糾偏，所以該處將EPC切換到手動(dòng)狀態(tài)，不讓它參與甩尾。另外，壓輥投入時(shí)間的選擇也非常重要，壓輥盡量不要同時(shí)投入，在保證帶鋼不反彈造成劃傷和損壞設(shè)備的情況下，同時(shí)投入兩個(gè)壓輥即可，盡量不要將三個(gè)壓輥同時(shí)投入。該方案也是避免多個(gè)壓輥參與甩尾而導(dǎo)致外力對(duì)出口轉(zhuǎn)向夾送輥處帶鋼受力造成影響進(jìn)而影響甩尾跑偏。

3.3 原料卷控制

對(duì)于鍍鋅線原料卷，大部分企業(yè)是酸連軋機(jī)生產(chǎn)的原料，但是有的業(yè)主為了節(jié)約成本或因?yàn)樽约荷a(chǎn)原料所限，只能采用可逆軋機(jī)料進(jìn)行鍍鋅鋼板生產(chǎn)，這樣的原料在帶尾處很容易有鐮刀彎、單邊浪等缺陷，造成帶鋼在操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)受力不均，即F1w≠F1d，跑偏也就隨之發(fā)生。這種情況下建議使用連軋機(jī)組生產(chǎn)的原料卷，或者通過(guò)改善可逆軋機(jī)的軋制工藝，控制帶鋼帶頭和帶尾的板型。以此規(guī)避或者減輕甩尾跑偏的問(wèn)題。

4 改造效果分析

通過(guò)本文優(yōu)化措施后，實(shí)際生產(chǎn)厚板時(shí)，2號(hào)卷取機(jī)卷取小卷時(shí)甩尾跑偏的問(wèn)題得以徹底解決。卷取效果具體如圖9所示，出口成品美觀性大大提高，出口段不再需要人為干預(yù)鋼卷打包，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，出口打包采用全自動(dòng)打包，打包效率有了質(zhì)的提高。

圖9 調(diào)整后卷取整齊鋼卷

5 結(jié)束語(yǔ)

鍍鋅機(jī)組產(chǎn)量也穩(wěn)步提高，該機(jī)組的設(shè)計(jì)月產(chǎn)能約2.5萬(wàn)噸，解決該問(wèn)題后業(yè)主就一直生產(chǎn)小卷(卷取直徑約1～1.2 m)厚板鍍鋅產(chǎn)品，月產(chǎn)量一度達(dá)到了3.8萬(wàn)噸，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了機(jī)組的設(shè)計(jì)產(chǎn)能。因?yàn)樗ξ才芷珕?wèn)題造成的產(chǎn)品降級(jí)徹底消除，產(chǎn)品的成材率也得到了提高。為業(yè)主創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟(jì)效益。值得推廣到其他類似機(jī)組，為社會(huì)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益。