来得志

(攀钢集团成都钢钒有限公司,四川成都610300)

限动芯棒连轧管机轧制曲线的调整及探究

来得志

(攀钢集团成都钢钒有限公司,四川成都610300)

分析了159FQM连轧机组轧制过程中典型轧制力曲线异常的特征及产生原因,提出了相应的预防及调整措施,对已经出现的故障给出了解决方案,为生产的顺利进行创造了条件。

iba PDA;轧制曲线;异常;曲线调整;原因分析

1 引言

159FQM连轧管机中,连轧机轧制曲线作为生产过程中的调整依据,通过该曲线可实时反映连轧机轧制过程中的设备状况及稳定性,对产品质量也可通过轧制曲线进行监督和调整,并能系统分析连轧机生产过程中的故障原因。轧制曲线的显示和采集使用的是iba PDA数据采集系统,该系统不仅能显示和采集1-5机架单辊的轧制力、轧制电流、轧制转矩、轧制速度的趋势,而且能显示和采集机架的压力趋势,限动芯棒位移、电流、速度、转矩、限动力的趋势等。

通过轧制曲线的调整可有效确保生产顺行,充分高效地利用轧制曲线,能对连轧机组的各项指标均带来提升,并直接影响到产品质量。

2 生产正常曲线显示

限定芯棒连轧机初始参数均按稳定轧制状态设定,轧制过程中轧件遵循金属体积秒流量不变定律,在正常生产时各机架的轧制曲线应为整体平稳,每机架单辊轧制力基本一致正常轧制时的轧制曲线见图1。轧制力常规表现为ST1＞ST2＞ST3＞ST4＞ST5,或者因穿孔后毛管壁厚较理论薄也会出现ST1≤ST2＞ST3＞ST4＞ST5的情况。

图1 正常轧制时的轧制力曲线

轧制力在毛管开始咬入时波动大,同时出现极大值;咬入结束后开始下降,进入稳定状态后,波动幅度较小,在进入抛钢时负荷增加。

正常曲线中,毛管在咬入、抛钢时轧制力负荷高,小仓位置波动较大。主要原因有:毛管的温度均匀性上差异较大,主要体现在头尾端较中间部位温度低,头尾端的金属变形抗拉较大,咬入与抛钢轧制力上升;毛管头端壁厚较中间壁厚厚,同样压下量情况下,头端的变形量大导致轧制力上升;在毛管进入轧机进行轧制前,轧辊一直处于降速补偿后的较高转速状态,在咬入时刻,对于第n机架来说,轧件与轧辊发生冲击,电机转速下降导致轧件向前运动具有很大的惯性,从而使进入该机架的金属流量增多,轧制力上升。

针对轧制变形抗力高且壁厚偏薄的规格,冲击负荷更高,对设备安全臼、减速机、电机等均带来较大设备隐患,适当提高进入连轧机孔型前的温度,通过与后工序张减机能力在负荷允许的情况下增加张减机张力系数来减少连轧机环节的变形量,减小轧制负荷,降低轧制难度。

3 异常曲线显示

3.1 堆钢调整

当某一架(第N架)机架秒体积流量比前一架(第N-1架)机架秒体积流量小时,便出现了连轧机机架堆钢的情况,堆钢时轧制力曲线见图2,机架间堆钢不仅不利于正常的稳定轧制而且还降低了荒管的壁厚精度,且在生产某些高钢级钢管时,堆钢轧制很容易引起连轧辊安全臼崩断,同样影响钢管质量和生产顺利进行。尤其对于薄壁钢管的生产,堆钢轧制很容易导致连轧机轧卡,造成数小时的生产停工,并带来各种经济损失,会导致该套连轧辊因轧制力过大轧辊处于高温下直接报废,轧制时的芯棒由于承受长时间的高温,处理后的芯棒使用寿命大幅降低,经统计同规格新芯棒,经轧卡抱棒处理后的使用寿命较正常芯棒使用寿命降低80%。由于毛管壁厚、外径、温度影响以及各机架轧辊磨损不同、测量误差等因素,应通过适当调整轧辊转速和辊缝,建立金属流量平衡,从而避免堆钢现象的发生。

具体调整方法有:①降低第N-1架的转速;②增加第N架的转速;③减少第N-1架的辊缝;④增加第N架的辊缝。在生产过程中应以最简化为原则,常规调整先调转速,再调辊缝。

3.2 拉钢调整

当某一架(第N架)机架秒体积流量较前一架(第N-1架)机架秒体积流量大时,便出现了连轧机机架拉钢的情况,对于生产薄壁管时,拉钢易使钢管产生拉凹缺陷,严重时会因拉钢严重出现拉断的现象。因此,在连轧调整时,曲线应确保咬入抛钢平稳,轧制波动尽量减小。

图2 堆钢时的轧制力曲线

在调整时,主要方法有:①增加第N-1架的转速;②降低第N架的转速;③增加第N-1架的辊缝;④减少第N架的辊缝。在生产过程中应以最简化为原则,常规调整先调转速,再调辊缝。

3.3 单机架异常

生产过程中常出现某一机架轧制力负荷过高、过低异常的情况,主要表现在该机架轧制力负荷远高于或低于临近机架的轧制力,见图3。产生此类曲线情况主要由于该机架轧辊堵转,轴承或其他卡阻造成负荷攀升,可通过查单辊轧制力分析,或该机架轧辊小仓位置跑值及轧辊断裂也会造成轧制力曲线过高或过低。

3.4 轧卡曲线分析

轧卡指轧件在进入连轧机孔型中时,轧件各机架金属不能形成稳定的流动,造成在连轧机孔型中卡阻,见图4,最为常见的情况是带芯棒轧卡,此时芯棒在轧件中不易脱出,处理起来非常耗时,严重影响正常生产。

图3 单机架轧制负荷异常的曲线

图4 连轧机轧卡时的轧制曲线

轧卡芯棒抱棒主要有以下几种因素:①限动跳电时,由于连锁导致连轧主机跳电抱棒;②换辊开轧时由于辊径误差、转速误差、辊缝误差、轧辊未安装到位、空轧不充分等原因造成打滑堆钢,引起抱棒故障;③新芯棒开轧时,芯棒预热不充分、石墨以及硼砂喷涂效果不好等造成抱棒;④某个机架过压导致主机电流过高,产生限流保护,连轧主机跳电停机引起抱棒;⑤工艺性抱棒(芯棒回拖,导致抱棒故障);⑥轧件轧断导致抱棒;⑦芯棒断裂引起的抱棒;⑧安全臼断裂、连轧堆钢、连轧转速调整不当、轧辊断裂、轴断裂等情况也易引起抱棒故障[1]。

3.5 回拖曲线

指小车正常回退时,荒管进入脱管机后未能继续向前,随芯棒回退时进入连轧机孔型中,导致荒管尾端与连轧辊碰撞,见图5。轻则碰伤第4、第5架轧辊表面,影响产品质量,严重时会随芯棒回退至连轧前台,引起轧卡抱棒的生产事故。

回拖主要由于荒管进脱管机的前进分力≤芯棒与荒管的内表面摩擦力。此情况常在轧制薄壁管时,生产不顺的情况下易发生。在连轧机最后一架的外径与脱管机第一架外径之间的减径率过小也会产生回拖情况。

解决措施有:①确认坯料在炉内加热温度是否过高,在出现回拖情况时加热温度按下限进行控制;②确定硼砂的喷吹效果,因芯棒回拖集中在荒管中后段,加强毛管尾端的喷吹效果,并适当增加硼砂喷量;③确定石墨润滑的效果,杜绝冷芯棒轧制,确保芯棒润滑时工作段处于(100±20)℃;④适当增加限动小车回退的延迟时间;⑤适当增加脱管机的转速,在正常的轧制转速情况下建议增加30～100rpm;⑥提高连轧机的出口速度,可按最大值进行设置,适当降低芯棒的限动速度,可按50%～70%进行设置,确保芯棒在轧制同样规格时使用长度最短,轧制周期最短;⑦可适当增加张减机的入口壁厚,增大连轧机第4、第5架孔型直径,加大脱管机的减径量。

3.6 空轧曲线

空轧分头端空轧和尾端空轧,前者指限动小车在快速插棒时没有前进到设定位,毛管提前进入连轧机孔型,其轧制曲线见图6。后者指限动小车在限动轧制时没有达设限动设定位时,限动小车提前回退至零位。

头端空轧常发生在毛管与芯棒插棒间隙过小,对齐挡叉磨损严重或对齐挡叉提前下降的情况下,可通过调整毛管几何尺寸及检查挡叉的升降动作来进行解决。

图6 出现头端空轧时的轧制曲线

尾端空轧,常发生于厚壁管(S＞12mm)及状态不稳定时。连轧机限动小车提前回退,会导致轧件尾中后段因芯棒提前回退而出现空轧,使得轧后荒管尾端壁厚超厚,产生生产事故隐患,且钢管切尾长度大幅增加。

限动小车回退主要采集某一机架单辊轧制力、单辊转矩满足一定要求即会回退。在调整时针对单辊轧制力,单辊转矩作调整来满足相应设定参数条件,避免提前回退。

4 其他生产过程的曲线调整

4.1 曲线调整壁厚极差

在生产过程中因轧辊装配精度不够,上线使用时导致钢管断面极差大,影响成材率甚至造成质量事故产生的现象。在曲线调整上,主要表现在连轧辊单辊轧制力差异大,具体体现在钢管断面界面上,三个辊压下在钢管表面上受力有差异,受力大小差异主要有以下几个因素:①因钢管断面上的温度不均;②钢管内壁中的芯棒直径差异;③轧辊的实际液压小仓位移值有差异;④轧辊辊底磨损不均;⑤轧辊中心至小仓零位的距离有差异等。

通过修改单辊小仓位置来弥补轧制在钢管表面上的轧制力差异,通过调整观察多支钢管单辊的平均差异值,可有效解决钢管断面极差较大的情况。

4.2 小仓零位值校正及调整

由于连轧机液压小仓伺服缸端面在使用过程中存在不断磨损的情况,长期磨损易导致同一机架中三辊小仓实际零位值不一致,造成规律性的轧制力曲线差异,因此需要定期对液压小仓伺服缸端面进行更换并及时进行标定,确保轧制力稳定受控。

4.3 芯棒压下调整的修正

常规生产过程中,每一种芯棒都有对应轧制壁厚的上下限范围,对应范围的壁厚在程序的二级界面上可直接设定,超过该范围则需要在一级界面上进行修正调整。由于生产过程中的规格壁厚跨度大,严格按照芯棒规格对应的壁厚轧制,会导致频繁更换工模具。针对此情况,壁厚极差在可控范围内时,可直接在系统中对芯棒对应壁厚的上下限范围进行修正,增加每种芯棒规格的轧制壁厚范围,在生产过程中有利于同组芯棒轧制不同规格壁厚,减少更换芯棒的时间,降低生产停工,提高作业率及机时产量。

4.4 对轧辊直径的修正

在生产过程中,时常出现单辊液压小仓值修正无法满足各机架轧制力曲线层次分明且三辊轧制力相等的情况,此时可通过对连轧辊单辊的轧制力进行修正,解决在调整上的瓶颈和不足,增加了连轧机机架的调整空间和范围。单辊的修正量表现为轧辊喉径值的减少或增加,对应的钢管壁厚则为修正值减少或增加的一半壁厚。

4.5 生产预热时对后续生产正常与否的预警

连轧机机组中,新更换连轧辊必须进行预热,预热的作用主要在于连轧辊装配过程中,轧辊辊底弧面上沾满了较多油渍,轧辊表面光滑,在直接轧制时此类油渍不经去除易导致钢管在连轧机孔型中打滑,产生堆钢轧卡的可能。同时通过轧前的毛管预热,确定预热时各机架连轧辊的轧制力是否层次分明,机架轧制力、电流及转矩等情况是否正常,可有效避免上线连轧辊装配的质量问题引起的生产事故。

5 结语

通过对轧制过程中的典型曲线特征及其产生因素进行分析,并结合现场实际经验,对其存在的相关情况提出了相应的预防和调整措施,给出了故障的解决方案。采用这些解决方案可降低连轧出现问题的概率并节约了故障处理时间,从理论上为生产提供了有力的保障,达到了降低轧制难度,减少生产异常停工处理时间,改善了产品质量,达到了提高各项指标的目的。

[1] 严泽生.现代热连轧无缝钢管生产[M].北京:冶金工业出版社,2009.

Adjustment and Research on Rolling Curve of Restrained Mandrel Continuous Rolling Mill

LAI De-zhi

(Pangang Group Chengdu Steel and Vanadium Co.,Ltd.,Chengdu 610300,Sichuan,China)

Analyzed here are the characteristics and causes of typical abnormal rolling force curve during rolling of 159 FQM mill.Precautions and adjustment measures are presented as well as solutions for the malfunctions occurred,so as to create good conditions for smooth production.

iba PDA,rolling curve,abnormality,curve adjustment,cause analysis

1001-5108(2016)04-0048-05

TG333.8

B

来得志,轧钢工程师,主要从事轧钢工艺研究,质量控制管理工作。