高艷 邢巍 文赫荔

（安鋼集團(tuán)冷軋有限責(zé)任公司 河南安陽(yáng)455000）

1 前言

安鋼冷軋連續(xù)退火機(jī)組（以下簡(jiǎn)稱(chēng)連退機(jī)組）是安鋼冷連軋工程的一條主要生產(chǎn)線，其年處理量為75萬(wàn)噸，產(chǎn)品以高級(jí)家電板、建筑板為主，與鍍鋅機(jī)組在同一車(chē)間內(nèi)，平行布置在酸洗冷連軋機(jī)組后，對(duì)酸軋后的冷硬卷進(jìn)行退火熱處理。位于出口段的連退爐區(qū)是其生產(chǎn)線的重要部位，爐區(qū)分為八個(gè)區(qū)段，其作用是對(duì)帶鋼從加熱到冷卻各個(gè)段溫度的過(guò)程控制。連退爐區(qū)帶鋼的溫度控制和穩(wěn)定運(yùn)行直接影響帶鋼最終產(chǎn)品的各項(xiàng)機(jī)械性能。

2 設(shè)備概況

安鋼冷軋1550mm連退機(jī)組退火爐由日本新日鐵公司（Nippon Steel Corp）設(shè)計(jì)制造。位于連退機(jī)組入口活套（3＃張力輥）后，是工藝段控制重點(diǎn)設(shè)備（圖1）。擔(dān)負(fù)著連續(xù)將帶鋼加熱到一定溫度保溫后再冷卻的工藝操作。其主要目的是降低鋼的硬度，消除冷加工硬化，改善鋼的性能，恢復(fù)鋼的塑性變形能力；消除鋼中殘余內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定組織，防止變形；均勻鋼的組織和化學(xué)成分。

圖1 安鋼冷軋1550mm連退機(jī)組工藝流程圖

帶鋼形變金屬退火又稱(chēng)再結(jié)晶退火，是冷軋薄板生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)，直接影響帶鋼最終的產(chǎn)品質(zhì)量。在再結(jié)晶退火過(guò)程中金屬晶粒要經(jīng)歷回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大三個(gè)過(guò)程（圖2），這三者又往往重疊交織在一塊［1］。這個(gè)過(guò)程的控制直接影響到成品帶鋼的機(jī)械性能指標(biāo)（屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率等）。因此，在退火爐的選型 上采用了分段式溫控氮-氫保護(hù)氣體閉式爐。

圖2 退火再結(jié)晶過(guò)程

根據(jù)帶鋼走向連退爐由預(yù)熱段（PHF）、加熱段（HF-1、HF-2）、均熱段（SF）、緩冷段（SCF）、1＃冷卻段（1C）、過(guò)時(shí)效段（OA-1、OA-2）、2＃冷卻段（2C）、水淬（WQ）組成（圖3）。連退爐為封閉式密閉爐，爐內(nèi)由氮?dú)?、氫氣按照一定比例混合形成帶還原性保護(hù)氣氛，保證帶鋼在爐內(nèi)加熱退火過(guò)程中不被氧化的同時(shí)去除帶鋼表面殘留的氧化物。加熱方式為：封閉式煤氣輻射管加熱和電加熱帶加熱相結(jié)合。爐內(nèi)設(shè)有板溫計(jì)和爐溫計(jì)對(duì)爐內(nèi)帶鋼板溫和爐內(nèi)溫度實(shí)時(shí)反饋，同時(shí)爐內(nèi)控制模式有板溫控制模式和爐溫控制模式兩種，可實(shí)現(xiàn)對(duì)爐內(nèi)溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

圖3 安鋼冷軋連退爐區(qū)工藝簡(jiǎn)圖

3 存在問(wèn)題

安鋼連退機(jī)組投產(chǎn)以來(lái)連退爐區(qū)出現(xiàn)各種各樣事故多次，其中爐內(nèi)帶鋼跑偏以及由爐內(nèi)帶鋼跑偏引起的掛壁、斷帶、爐內(nèi)設(shè)備損壞等事故，在爐區(qū)事故中占比可達(dá)80%以上。

爐內(nèi)帶鋼跑偏是指在運(yùn)行過(guò)程中帶鋼中心線與爐輥中心線發(fā)生偏離的現(xiàn)象。發(fā)生爐內(nèi)帶鋼跑偏后一般會(huì)發(fā)生以下后果：

1）生產(chǎn)線降速。發(fā)生跑偏后為防止帶鋼進(jìn)一步嚴(yán)重跑偏導(dǎo)致停車(chē)，不得不降速運(yùn)行，而由于爐內(nèi)存在加熱慣性，當(dāng)帶鋼運(yùn)行速度發(fā)生變化時(shí)會(huì)導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)退火溫度波動(dòng)起伏，從而影響帶鋼產(chǎn)品質(zhì)量。

2）帶鋼糾偏裝置達(dá)到極限值觸發(fā)停車(chē)或?yàn)榉乐箮т搾鞝t壁主動(dòng)停車(chē)，停車(chē)會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量。

3）帶鋼跑偏嚴(yán)重、跑偏速度過(guò)快，糾偏裝置未能及時(shí)響應(yīng)或糾偏能力不足時(shí)，帶鋼剮蹭到爐墻襯板發(fā)生爐內(nèi)斷帶，發(fā)生這種情況后連退爐必須停車(chē)切快冷降溫，打開(kāi)爐蓋處理斷帶，修復(fù)爐內(nèi)受損的設(shè)施，然后重新吹掃、升溫恢復(fù)生產(chǎn)，此過(guò)程處理一般需要1～3班次約5～20小時(shí)左右。

如何能夠以較快的速度適應(yīng)掌握連退爐區(qū)設(shè)備，快速解決爐內(nèi)帶鋼跑偏故障以較穩(wěn)定的狀態(tài)保持連續(xù)生產(chǎn)是目前亟待解決的問(wèn)題。

4 原因分析

4.1 張力

當(dāng)帶鋼的張力分布發(fā)生變化時(shí)張力的合力與帶鋼的幾何中心不能重合，這時(shí)帶鋼對(duì)輥?zhàn)邮┘恿艘粋€(gè)力矩，由于輥?zhàn)邮禽S向固定的，輥?zhàn)訉?duì)帶鋼就會(huì)有一個(gè)反向力矩，使帶鋼產(chǎn)生偏移趨勢(shì)，通常不同的張力下跑偏的程度不同，張力越小跑偏越嚴(yán)重［1］。

4.2 爐輥結(jié)瘤

連退爐區(qū)長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中帶鋼表層殘留氧化鐵皮、雜質(zhì)等受到高溫加熱會(huì)在爐輥表面形成點(diǎn)狀凸起即“結(jié)瘤”。結(jié)瘤一般在加熱段（加1、加2）爐輥表現(xiàn)比較明顯。爐內(nèi)結(jié)瘤不僅對(duì)帶鋼表面質(zhì)量有較大影響而且由于結(jié)瘤分布不均和凸起程度不同在生產(chǎn)中會(huì)造成帶鋼爐內(nèi)跑偏［2］。

4.3 原料板形

有嚴(yán)重的邊浪時(shí)，會(huì)造成帶鋼進(jìn)爐后第一道次就開(kāi)始跑偏；邊浪（圖4）又分為：?jiǎn)芜吚撕碗p邊浪兩種，其中又以單邊浪對(duì)爐內(nèi)跑偏影響更大。其特征是原料帶鋼開(kāi)卷后帶鋼一側(cè)或兩邊呈可見(jiàn)波浪缺陷。原料帶鋼的鐮刀彎和“S”彎也會(huì)造成帶鋼跑偏，帶鋼的鐮刀彎會(huì)使帶鋼向曲率中心的反方向跑偏，“S”彎會(huì)使帶鋼在輥道上左右偏移，從理論上講，跑偏量與鐮刀彎的程度相一致［3］。

圖4 帶鋼單邊浪＆雙邊浪示意圖

4.4 表面粗糙度

原料及爐輥表面粗糙度偏低。爐內(nèi)帶鋼運(yùn)行過(guò)程中，在張力作用下帶鋼表面與爐輥面形成半周緊密貼合的狀態(tài)（圖5），由于帶鋼和爐輥表面有較高的粗糙度在運(yùn)行過(guò)程中形成相互制約的關(guān)系，爐輥在爐內(nèi)沿運(yùn)行方向位置相對(duì)固定從而也保證帶鋼中心線位置與爐輥中心線位置基本重合，進(jìn)而控制帶鋼不會(huì)發(fā)生跑偏。在生產(chǎn)中出現(xiàn)的爐內(nèi)跑偏故障可發(fā)現(xiàn)窄帶鋼相較于寬帶鋼更容易跑偏，其原因就是由于窄帶鋼表面與爐輥接觸面較小，爐輥對(duì)帶鋼制約性也較小。

圖5 帶鋼與爐輥貼合示意圖

4.5 設(shè)備精度

包括爐輥及爐內(nèi)糾偏輥底座安裝精度等。各種輥?zhàn)虞伱娌痪鶆颍鬃p微晃動(dòng)、磨損等因素均會(huì)造成帶鋼橫向跑偏。根據(jù)帶鋼的運(yùn)行行為，輥?zhàn)由系膸т摽偸勤呄蛴谝?0°的夾角垂直輥?zhàn)虞S線方向運(yùn)行。事實(shí)上，輥?zhàn)虞S線不平行，甚至帶鋼拱形都會(huì)導(dǎo)致帶鋼進(jìn)入輥?zhàn)拥慕嵌绕x90°，偏離的大小，記為跑偏角［4］。那么，跑偏理論計(jì)算公式為：

式中：F-跑偏量，mm；

K-跑偏系數(shù)；

L-自由帶鋼長(zhǎng)度，mm；

ɑ-跑偏角，°。

帶鋼的跑偏速度與帶鋼跑偏角、輥?zhàn)拥妮斔退俣扔嘘P(guān)。

式中：Vɑ-帶鋼跑偏速度，mm／s；

VK-跑偏速度系數(shù)，其大小與輥?zhàn)颖砻鏍顟B(tài)、帶鋼與輥?zhàn)影堑扔嘘P(guān)，理想狀況下可取1.0；

VC-輥?zhàn)訄A周線速度，mm／s；

ɑ-跑偏角，°。

實(shí)際上，各種輥?zhàn)釉陂L(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，由于單邊磨損大而成錐形。由于錐形輥使帶鋼張力分布不均勻，使帶鋼總是向粗的一端跑偏，而錐度的大小影響了跑偏的速度。

5 措施

5.1 優(yōu)化張力設(shè)置

由于連退爐內(nèi)分區(qū)較多，而不同區(qū)域根據(jù)工藝要求不同控制溫度也有較大變化，溫度較高的區(qū)域帶鋼表面與爐輥易產(chǎn)生打滑，因而張力設(shè)置上應(yīng)采用較大的張力，而溫度較低的區(qū)域帶鋼逐漸趨于冷態(tài)，帶鋼硬度、強(qiáng)度較高，運(yùn)行時(shí)爐輥電機(jī)負(fù)荷較大，可考慮適當(dāng)降低張力設(shè)置。另外，根據(jù)不同規(guī)格及品種帶鋼在張力設(shè)置上也應(yīng)有所區(qū)分：較厚規(guī)格變形抗力加熱難度較大應(yīng)采用較大張力，反之較薄規(guī)格加熱時(shí)易產(chǎn)生過(guò)熱引起爐內(nèi)飄曲，張力應(yīng)以小張力為主。品種鋼區(qū)分：高強(qiáng)鋼變形抗力較大，張力上應(yīng)設(shè)置較大張力，而對(duì)于DC03、DC04這類(lèi)軟鋼變形抗力較小，應(yīng)以小張力為主。

5.2 爐輥結(jié)瘤控制

1）增大酸洗濃度和酸洗時(shí)間，從而減少原料帶鋼表面氧化鐵皮（鐵粉），使帶鋼表面以更加干凈的狀態(tài)進(jìn)入爐內(nèi)（氧化鐵皮、鐵粉進(jìn)入爐內(nèi)加熱過(guò)程中處于熔融狀態(tài)附著于爐輥表面極易形成結(jié)瘤）。2）提高堿洗效果，消除帶鋼表面因軋制帶入的乳化液、油污等殘留物進(jìn)入爐內(nèi)而附著到爐輥上形成結(jié)瘤。3）控制爐內(nèi)溫度不出現(xiàn)大幅升降溫（加強(qiáng)煤氣消耗量監(jiān)控，不出現(xiàn)大幅度煤氣突增突減，出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)采用板溫模式與爐溫模式共同控制）減少爐內(nèi)帶鋼過(guò)熱、過(guò)冷產(chǎn)生熔融與凝固形成的爐輥結(jié)瘤。4）通過(guò)磨爐輥減少爐輥結(jié)瘤。磨爐輥分為生產(chǎn)過(guò)程中在線磨輥和檢修時(shí)人工修磨兩種方式。所謂在線磨爐輥是指在生產(chǎn)中通過(guò)改變爐內(nèi)帶鋼運(yùn)行速度，利用帶鋼與爐輥速度差產(chǎn)生的相對(duì)滑移磨掉爐輥結(jié)瘤。人工修磨是指檢修過(guò)程中打開(kāi)爐蓋，人員進(jìn)入爐內(nèi)用油石對(duì)爐輥表面進(jìn)行修磨。這兩種磨輥方式中，在線修磨可實(shí)現(xiàn)不停機(jī)修磨但爐輥結(jié)瘤修磨效果較差，由于需要不斷進(jìn)行升降速操作，能耗和爐內(nèi)控制風(fēng)險(xiǎn)較大；人工修磨時(shí)人員可直接面對(duì)爐輥，對(duì)爐輥結(jié)瘤和爐輥表面狀態(tài)有較為直接的判斷，因而修磨效果較好但需要停機(jī)開(kāi)爐蓋，人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，安全風(fēng)險(xiǎn)高。

5.3 板形平直度保持

對(duì)于板形平直度差的問(wèn)題則需要對(duì)進(jìn)入爐內(nèi)的鋼卷查看軋制曲線圖，通過(guò)查看軋制曲線圖了解原料鋼卷的基本信息，掌握帶鋼浪形位置和浪形類(lèi)型（單邊浪、雙邊浪、肋浪等）做出預(yù)判采取相應(yīng)的措施（張力、溫度等參數(shù)控制）。另外，對(duì)于帶鋼帶頭帶尾板形較差的位置上卷前要給予切除。

5.4 爐輥粗糙度保持

制定爐輥粗糙度的測(cè)量周期，定期用粗糙度儀對(duì)爐輥進(jìn)行測(cè)試，對(duì)于粗糙度低（Ra＜3.5μm）的爐輥采用人工修磨，必要時(shí)對(duì)爐輥進(jìn)行更換。

5.5 設(shè)備精度保持

對(duì)于設(shè)備精度原因造成的帶鋼跑偏，除了制定爐輥設(shè)備定檢周期進(jìn)行定期檢查，增強(qiáng)設(shè)備安裝精度調(diào)整外，還可采用比例積分效應(yīng)輥進(jìn)行糾偏（圖6）；在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)下，既有比例調(diào)節(jié)作用（P效應(yīng)），又有積分調(diào)節(jié)作用（I效應(yīng)），綜合調(diào)整的結(jié)果為P.I效應(yīng)。比例動(dòng)作部分可直接對(duì)帶鋼糾正，而積分動(dòng)作通過(guò)“繞卷效應(yīng)”對(duì)入帶產(chǎn)生的反饋調(diào)整作用可糾正較大的帶鋼跑偏。

圖6 積分效應(yīng)特性曲線

6 效果

通過(guò)優(yōu)化爐內(nèi)張力參數(shù)，控制爐輥結(jié)瘤、比例效應(yīng)輥糾偏、制定鋼卷上線前軋制板形反饋和爐輥粗糙度測(cè)定周期等措施有效的降低了爐內(nèi)帶鋼跑偏頻次，在生產(chǎn)中起到了較好的應(yīng)用效果。2020年度爐內(nèi)帶鋼跑偏事故相較于2019年度有大幅度下降（表1），機(jī)時(shí)產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益明顯提高，降本增效成果效益顯著。

表1 2019／2020年度爐內(nèi)跑偏故障統(tǒng)計(jì)表

7 結(jié)語(yǔ)

隨著技術(shù)的進(jìn)步，冷軋帶鋼在材質(zhì)、性能、板形、表面質(zhì)量、產(chǎn)品形狀等各個(gè)方面不斷分化，以適應(yīng)不同市場(chǎng)需求。在連續(xù)退火線生產(chǎn)中控制好爐內(nèi)帶鋼跑偏，減少跑偏引起的惡性停車(chē)事故，保持機(jī)組穩(wěn)定高效運(yùn)行是行業(yè)內(nèi)普遍追求的目標(biāo)，也是行業(yè)內(nèi)最具典型的難題，在該故障的減少和降低方面還需要通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐不斷探索。