耿延好 史素紅

（梅山鋼鐵公司冷軋廠 江蘇南京 210039）

1 前言

酸洗機組的主要作用是去除熱軋板表面的氧化鐵皮，其產(chǎn)品除了作為各類冷軋板帶產(chǎn)品及熱軋板熱鍍鋅產(chǎn)品的原料鋼卷外，主要用于汽車、冰箱和空調(diào)壓縮機、電熱水器及五金機械等行業(yè)，用途廣泛。酸洗機組按生產(chǎn)工藝可分為連續(xù)式和推拉式兩種。連續(xù)式酸洗機組主要優(yōu)點是生產(chǎn)效率高，小時噸鋼產(chǎn)量高，成材率高，生產(chǎn)操作自動化程度高，缺點是其不適合較厚規(guī)格以及高強鋼品種的生產(chǎn)，通常厚度極限規(guī)格在7mm以下［1］。推拉式酸洗機組采用非連續(xù)方式進行生產(chǎn)，主要優(yōu)點是投資少、可以滿足厚度為6～13mm的超厚規(guī)格、高含碳量和高強鋼品種生產(chǎn)。缺點是生產(chǎn)效率低、機組產(chǎn)量低、產(chǎn)品表面質(zhì)量不高。因為連續(xù)式酸洗機組具有生產(chǎn)產(chǎn)量大和生產(chǎn)效率高、酸洗帶鋼表面質(zhì)量好且均一等優(yōu)點，目前國內(nèi)外酸洗機組主要以連續(xù)式為主，而為了順應市場需求，連續(xù)式酸洗機組產(chǎn)品也向厚料高強鋼方向拓展。

2 連續(xù)酸洗機組生產(chǎn)厚料存在的問題

梅鋼酸洗機組為連續(xù)式酸洗機組，機組分為入口段、工藝段和出口段三部分，工藝段采用超淺槽紊流酸洗工藝，機組設(shè)計產(chǎn)品厚度規(guī)格為1.2～7.0mm，最大強度σb為980MPa。產(chǎn)品厚度和強度規(guī)格位于國內(nèi)連續(xù)酸洗機組前列。連續(xù)酸洗機組生產(chǎn)厚規(guī)格，高強度品種帶鋼的首要問題是通板問題，即機組能否順利的實現(xiàn)開卷、剪切、焊接、卷取以及帶鋼能在各段之間建立合適的張力，保證帶鋼不發(fā)生跑偏，劃傷等問題。

機組投產(chǎn)后，在生產(chǎn)產(chǎn)品大綱內(nèi)的厚料以及向8.0mm厚規(guī)格帶鋼拓展實踐過程中，對全線設(shè)備的通板能力進行了逐步驗證。經(jīng)生產(chǎn)實際驗證入口焊機焊接能力、矯直機、拉矯機、碎邊剪和圓盤剪剪切能力、現(xiàn)有1200mm張力輥、糾偏輥輥徑滿足產(chǎn)品大綱以及8.0m厚規(guī)格帶鋼生產(chǎn)要求。部分設(shè)備如入出口剪的剪切能力不足，入出口張力輥壓輥的夾送力不足影響厚料通板等問題，通過小的改進滿足了生產(chǎn)需求。但機組生產(chǎn)厚料存在兩個主要問題，一是帶鋼在酸洗工藝段酸槽內(nèi)產(chǎn)生劃傷，二是出口段卸卷抽芯、松卷問題，這兩個問題嚴重影響機組的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)穩(wěn)定性。

3 酸槽內(nèi)帶鋼劃傷原因分析及改進

3.1 原因分析

酸洗工藝段采用超淺槽鹽酸紊流酸洗和溢流漂洗工藝，三段酸洗五級溢流漂洗。酸槽較長且槽體淺，單個槽體長約21.6m，槽深約200mm，槽體底部兩端高中間低，中部最低處深約250mm，帶鋼通板線和槽體底部的距離為100～150mm。酸槽底部布置有鞍山巖托石，托石作用是托起下垂的帶鋼避免帶鋼和酸槽底部碰擦，保護槽體。酸洗槽每段槽體出入口布置有擠干輥，擠干輥的作用一方面是擠干帶鋼表面殘留的鹽酸酸液，另一方面的作用是保持酸槽出入口帶鋼的標高，起到支撐帶鋼的作用。酸洗工藝段出入口分別布置一套張力輥組，前后的張力輥組給酸槽內(nèi)的帶鋼建立一定的張力。

由于酸槽較長，前后兩組擠干輥距離為21.6m，帶鋼支撐點跨度大，雖然酸槽后5＃張力輥給帶鋼提供了一定的張力，但帶鋼在自身重力的作用下，實際處于懸垂狀態(tài)，即帶鋼在酸槽內(nèi)實際上是以兩端擠干輥處支撐位置為最高點，中間部位下垂的曲線形狀，如圖1所示。

圖1 酸槽內(nèi)帶鋼示意圖

在張力一定的情況下，帶鋼單位長度質(zhì)量越大，最大下垂度ΔH越大。帶鋼下垂度ΔH計算公式如公式1所示：

式中：ΔH—帶鋼懸垂量（mm）；

W—帶鋼單位長度質(zhì)量（kg／mm）；

L—跨度（mm）；

T—帶鋼張力（kg）。

為了控制帶鋼在酸槽內(nèi)的垂度，機組根據(jù)不同帶鋼厚度寬度規(guī)格設(shè)定相應的單位張力。帶鋼下表面產(chǎn)生劃傷的根本原因是帶鋼厚度寬度增加時，酸槽內(nèi)帶鋼前后張力相對較小，導致帶鋼垂度ΔH大，帶鋼較大一部分重量由酸槽底部的托石支撐，帶鋼在前行時下表面和托石之間產(chǎn)生摩擦造成托石磨損，垂度越大托石磨損越快。因托石和帶鋼邊部接觸的部分表面磨損較快，中部磨損相對較慢，不均勻磨損使托石表面產(chǎn)生尖峰，或托石表面發(fā)生崩落產(chǎn)生尖點，這些尖峰或尖點會導致帶鋼下表面劃傷。

以6.0mm×1430mm規(guī)格的帶鋼為例，生產(chǎn)此規(guī)格帶鋼時酸洗工藝段設(shè)定總張力為8300kgf，忽略托輥及糾偏輥等摩擦阻力，帶鋼張力近似等于工藝段設(shè)定張力，假設(shè)帶鋼全部浸沒在酸液中，帶鋼相對密度為6.85×10-6kg／mm3，帶入公式（1）計算，得出酸槽內(nèi)帶鋼垂度ΔH為：

即生產(chǎn)6.0mm×1430mm規(guī)格的帶鋼，酸槽內(nèi)帶鋼最大下垂度412.97mm。槽底離通板線最大垂直距離為150mm。由于帶鋼下垂度遠大于槽底和通板線之間的距離，帶鋼大部分重量由托石承擔，帶鋼在運行時和托石之間發(fā)生較為嚴重的摩擦，生產(chǎn)6.0mm以上帶鋼時帶鋼垂度更大，帶鋼下表面也更容易產(chǎn)生劃傷。

3.2 改進措施

考慮到酸槽內(nèi)帶鋼設(shè)定張力相對較小，首先增加工藝段張力，即增加5＃張力輥入口張力。工藝段張力增加后托石磨損和帶鋼下表面劃傷有很大的改善，但因為5＃張力輥入口張力增加后，張力輥負載增加，張力輥減速箱輸入端聯(lián)軸器經(jīng)常損壞，造成機組長時間故障停機。

因5＃張力輥負載能力有限，僅提高5＃張力輥負載提高酸洗段工藝段內(nèi)的張力不能滿足厚規(guī)格極限料的生產(chǎn)。此機組在設(shè)計時5＃張力輥和酸槽出口之間預留有平整機和4＃張力輥位置，項目建設(shè)時平整機未安裝，4＃張力輥組只安裝了張力輥，齒箱和電機等傳動部分并未安裝，張力輥作為被動輥使用。為了提高酸槽內(nèi)帶鋼張力，解決帶鋼在酸槽內(nèi)下表面劃傷問題，在4＃張力輥組位置增加了齒箱、電機傳動裝置，使4＃張力輥由被動輥變?yōu)橹鲃虞?，提高酸槽出口張力輥組的負載能力，其和5＃張力輥組合使用為酸槽內(nèi)帶鋼提供更大的張力。在生產(chǎn)寬厚規(guī)格的帶鋼時，相應的提高單位張力，減小帶鋼在酸槽內(nèi)的下垂度。

4＃張力輥增加傳動后，負載能力可以達到之前的兩倍。酸洗工藝段的帶鋼張力根據(jù)帶鋼的規(guī)格進行了一系列優(yōu)化。理想情況下工藝段帶鋼兩端施加的張力要保證帶鋼最低點不接觸到酸槽槽底，即帶鋼兩端施加的張力T要滿足帶鋼的下垂度ΔH小于槽底和通板線之間的距離150mm，根據(jù)公式1可推導出最小帶鋼張力值T：

根據(jù)公式（2），可計算工藝段不同厚度帶鋼相應的張力設(shè)定值，以生產(chǎn)7×1430mm規(guī)格帶鋼為例，要控制帶鋼不和酸槽底部碰擦，ΔH ＝150mm，酸槽內(nèi)帶鋼兩端張力和T計算如下：

即生產(chǎn)7×1430mm規(guī)格帶鋼，理論上工藝段設(shè)定張力應不小于26666kgf。但實際上酸槽內(nèi)的張力設(shè)置要考慮到對拉矯機的影響，因為酸槽入口布置有拉矯機，酸槽內(nèi)帶鋼張力即為拉矯機出口張力，酸槽內(nèi)張力設(shè)定過大會影響到拉矯機的延伸率控制，因此實際張力需要根據(jù)計算張力再進行必要的修正。

3.3 改進后效果

酸洗工藝段4＃張力輥改造及優(yōu)化張力后，帶鋼在酸槽內(nèi)的下垂度減小，劃傷概率大幅度降低。增加4＃張力輥傳動前后，生產(chǎn)部分極限規(guī)格料工藝段設(shè)定張力以及帶鋼下垂度值對比如表1所示。為了減輕托石的磨損速度，進一步降低帶鋼的劃傷風險，在增加酸槽內(nèi)帶鋼張力的同時，將酸槽底部托石寬度加寬，因為酸槽槽體材質(zhì)為PPH，為增加托石寬度提供了便利條件，托石寬度由90mm增加到280mm。托石寬度增加降低了托石單位面積受力，減輕了托石的磨損情況，從而也進一步降低了帶鋼在酸槽內(nèi)劃傷風險。

表1 部分規(guī)格料規(guī)工藝段張力設(shè)定及垂度對比

4 卸卷抽芯問題分析及改進

4.1 原因分析

酸洗卷取機卷筒設(shè)置有鉗口，用于卷取時夾住帶頭，建立卷取張力［2］。卷取穿帶時卷筒為縮徑狀態(tài)，鉗口打開，帶鋼進入鉗口后卷筒漲開，鉗口閉合夾緊帶鋼，穿帶完成后卷筒旋轉(zhuǎn)進行卷取。在卸卷時，帶頭首先要從鉗口中脫出才能進行卸卷。卸卷的過程是卸卷小車鞍座上升托住鋼卷，卷筒縮徑打開鉗口，卷筒小幅旋轉(zhuǎn)后再漲開—縮徑—旋轉(zhuǎn)，反復幾次上述步驟，直至鋼卷帶頭脫離鉗口。步序重復次數(shù)根據(jù)帶鋼厚度規(guī)格設(shè)定，固化在卸卷程序里。

卸卷抽芯是因為帶頭未完全從鉗口中脫出，或在卷筒旋轉(zhuǎn)脫帶頭過程中鋼卷內(nèi)卷包裹在卷筒上，卸卷小車在移動卸卷時，鋼卷帶頭卡在鉗口里或內(nèi)卷帶鋼觸碰卷筒導致鋼卷內(nèi)卷未跟隨整個鋼卷同步移動脫離卷筒。卸卷抽芯的原因主要有兩個方面：

4.1.1 卷筒結(jié)構(gòu)問題

卷取機卷筒為四棱錐結(jié)構(gòu)，主要有四棱錐芯軸、拉桿、四個斜楔塊和四個扇形板等組成，結(jié)構(gòu)如圖2所示。其鉗口由扇形板1和斜楔塊2組成，扇形板1比其它扇形板要厚，卷筒處于縮徑狀態(tài)時，此塊扇形板不能縮至最小直徑，其和斜楔塊之間有一定間隙從而實現(xiàn)鉗口打開狀態(tài)，卷筒漲開時鉗口閉合。

卷筒漲縮由拉桿帶動斜楔塊動作和扇形板上安裝的碟形彈簧協(xié)同工作控制。卷筒扇形板1和斜楔塊2也作為鉗口用，卷筒漲徑狀態(tài)下直徑為610mm，扇形板漲縮徑向行程15mm，縮徑狀態(tài)卷筒直徑為580mm，而作為鉗口用的扇形板1漲縮徑向行程為5mm，縮徑狀態(tài)下其直徑為605mm。卸卷卷筒縮徑時，鉗口處扇形板和鋼卷內(nèi)卷距離僅為5mm，由于間隙較小，鋼卷內(nèi)圈容易觸碰卷筒，生產(chǎn)厚料帶頭不易從鉗口中脫出，尤其是生產(chǎn)內(nèi)徑為760mm的鋼卷，卷筒裝上增徑板后帶頭進入鉗口的長度增加，生產(chǎn)厚料時帶頭很難從鉗口中脫出來。

圖2 卷筒結(jié)構(gòu)簡圖

4.1.2 鋼卷和卷筒中心偏移問題

1）水平方向中心偏移

由于鉗口式卷取機在卷取帶鋼時鉗口帶鋼會產(chǎn)生凸起，曲率半徑驟然變?。?］，生產(chǎn)規(guī)格越厚、強度等級越高的鋼種這種現(xiàn)象越明顯。鉗口位置的凸起會逐層向外傳導，從而導致鉗口相對應的鋼卷外圈也產(chǎn)生凸起，曲率半徑變小，鋼卷外卷并非一個正圓。如果卸卷時鉗口在下部區(qū)域，卸卷小車接卷時V形鞍座只有一邊和鋼卷外圈接觸，造成卷筒縮徑時鋼卷在V形鞍座上產(chǎn)生滾動，導致鋼卷中心和卷筒中心在水平方向產(chǎn)生偏移，鋼卷內(nèi)卷和卷筒之間在水平方向上的間隙不均勻。

2）垂直方向中心偏移

鋼卷小車鞍座升降由液壓缸實現(xiàn)，鞍座上升接卷時分高低壓控制，鞍座低壓啟動上升，接觸到鋼卷后切換至高壓托住鋼卷，后卷筒縮徑開始卸卷。小車鞍座上升高壓以常規(guī)鋼卷卷重設(shè)定，高壓時卸卷小車提升力為24.5t。當生產(chǎn)小于24.5t卷重的鋼卷時，小車鞍座的提升力除了托住鋼卷外還給卷筒一個向上的力，如果這個力大于鋼卷重量和卷筒自重之和，由于卷取機卷筒軸承有一定的游隙，卷取機底座滑板間也存在間隙，卷筒在垂直方向上會消除這些間隙，向上產(chǎn)生一個位移。當卷筒縮徑時，卷筒和鋼卷脫離，卷筒所受卸卷小車鞍座垂直向上的外力也隨之消失，卷筒在重力作用力下向下有一個位移，而鋼卷位置保持不動，位移差導致鋼卷中心和卷筒中心在垂直方向產(chǎn)生偏移，鋼卷內(nèi)卷和卷筒之間在垂直方向上的間隙不均勻。故一般卸小卷時，卷筒下部和鋼卷內(nèi)圈距離要小于上部距離。

由于卷取機本身的結(jié)構(gòu)問題，導致鋼卷內(nèi)卷和卷筒之間的間隙偏小，生產(chǎn)薄料可正常卸卷，但生產(chǎn)厚料高強鋼時由于鉗口處凸起，卸卷需要內(nèi)圈和卷筒之間更大的間隙，加之鋼卷外圈非正圓以及設(shè)備自身的功能精度問題造成卷筒和鋼卷內(nèi)圈下半圓之間間隙偏小且不均勻，當鉗口在下半圓區(qū)域卸卷時更容易產(chǎn)生抽芯情況。

4.2 改進措施

4.2.1 卷取機卷筒改進

為了增加鋼卷內(nèi)卷和卷筒之間的間隙，需要改進卷取機卷筒鉗口的結(jié)構(gòu)。由于只改進卷筒的鉗口部分，選用的新卷筒和原有卷筒外形尺寸相同。新卷筒也為四棱錐結(jié)構(gòu)，但鉗口由單獨的斜楔塊控制開閉，新卷筒結(jié)構(gòu)如圖3所示。

新卷筒的鉗口由鉗口拉桿控制鉗口斜楔塊動作實現(xiàn)鉗口的開閉。鉗口斜楔塊比卷筒斜楔塊斜度要大，卷筒扇形板徑向行程為15mm，鉗口塊徑向行程37.5mm。卷筒縮徑鉗口打開，卷筒漲開鉗口關(guān)閉?？s徑卸卷時，卷筒四個扇形板和鋼卷內(nèi)圈之間的距離均為15mm，相比之前的卷筒鉗口扇形板和鋼卷內(nèi)圈之間的距離增加10mm，鉗口開口度也從14mm增加到16mm，生產(chǎn)厚料鋼卷帶頭更容易從鉗口脫出。

4.2.2 鉗口角度定位

鉗口位置定位是在帶尾定位的同時將帶頭控制在上半圓區(qū)域內(nèi)，即分卷剪切后，卷取完帶尾，要實現(xiàn)帶尾定位在5點鐘位置，按順時針方向帶頭定位在9點到3點鐘區(qū)域內(nèi)。如圖4所示。

圖3 新卷筒結(jié)構(gòu)簡圖

圖4 帶頭帶尾定位位置

為了避開鉗口落在下半圓區(qū)域，當卷取分卷還未真正剪切時，要根據(jù)當前鉗口位置，帶鋼外徑r、帶鋼厚度h、預剪切點到卷取機卷筒的距離l已知條件，計算出帶尾定位后鉗口的位置。如果鉗口位置落在9點到3點鐘區(qū)域內(nèi)，進行既定的剪切分卷步序，如果鉗口位置落在3點到9點鐘區(qū)域內(nèi)，則要對預分卷剪切點進行距離補償，假定預分切點剪切后，卷取完此部分帶鋼鋼卷外徑為R，鉗口和水平方向的夾角為α，鉗口要落在上半圓區(qū)域，則最小補償距離為2πR（180-α）／360，最大補償距離為2πR（360-α）／360。

實際補償距離要在理論計算的基礎(chǔ)上根據(jù)現(xiàn)場的實際定位位置加一個補償量，最后根據(jù)現(xiàn)場的工況確定最佳的帶頭定位位置來確定最終補償距離。

4.3 改進效果

更換新的卷筒增加了卷筒鉗口扇形板和鋼卷內(nèi)卷之間的間隙，鉗口定位解決了鋼卷和卷筒中心偏移導致下半圓區(qū)域鋼卷內(nèi)卷和卷筒扇形板之間間隙偏小問題，通過上述措施解決了厚規(guī)格帶鋼卷取卸卷抽芯問題。

5 結(jié)論

經(jīng)過設(shè)備改造、控制方式優(yōu)化，基本解決了酸洗機組生產(chǎn)厚料酸槽內(nèi)劃傷和卸卷抽芯等通板問題，取得了較好的效果。機組逐步實現(xiàn)了產(chǎn)品大綱內(nèi)的厚板以及8.0mm拓展規(guī)格厚板的批量穩(wěn)定生產(chǎn)。