减少低碳钢极薄带材冷轧断带事故的方法

2022-07-22刘成荣

现代制造技术与装备 2022年5期

刘成荣

（山东东方明锐物资有限公司，滨州 256508）

断带是极薄金属带材常见的运行事故之一。在冷轧生产工艺中，发生断带事故会产生严重后果。一方面，生产线作业率大幅下降，严重时会被迫长时间停机；另一方面，断带使轧制的带钢成为废品，大幅增加了轧辊的实际消耗量。从既往的统计资料看，单次事故发生后，产生的废品可达到2 t 甚至更多。事故造成的直接经济损失和事故带来的间接负面影响，说明研究断带事故诱因、完善事故处理程序具有重要意义。为此，相关制造厂商对现阶段的生产工艺进行了综合性分析，从设备的改造升级和工艺的优化等角度入手，制定了改善断带事故风险的有效措施。本文侧重分析断带事故出现的主要诱因，并就如何快速处理断带事故、预防事故影响的进一步扩大提出可行建议。

1 产生低碳钢极薄带材冷轧断带原因分析

1.1 来料缺陷

来料缺陷主要表现为原材料厚度不均、氧化铁皮残留、欠酸洗以及过酸洗等。在原材料厚度不均匀的情况下，厚度不均与浪型之间有密切关联。自进入冷轧开始，原料浪型开始出现明显折叠现象，在积累效益的作用下会带来断带风险。氧化铁皮残留主要见于热轧工艺。如果酸洗去除效果不好，那么冷轧工艺中会迅速发生扩展现象，导致带钢表面出现明显的凹坑。一旦凹坑部位所受到的应力超限，带钢会面临断带危险。酸洗来料锯齿边会增加断带风险。锯齿边形成与多种因素有关，如剪刃的间隙太大、剪刃上有缺口等。而在冷轧工艺中，带钢会出现应力集中现象，并在张力作用下迅速增加而导致钢带断裂[1]。

1.2 轧件跑偏

轧件跑偏主要与来料的厚度不均匀、酸洗卷取张力过小以及自动发电控制（Automatic Gain Control，AGC）等多种因素有关。在实际生产过程中，部分原料会在轧制过程中突然出现边浪，若未及时发现和调整，将出现轧件跑偏现象。从轧制过程的影响因素来看，除了边浪问题外，张力太小。带钢与卷取机中心线不对中、卷取机与轧辊轴线不平行等问题，均会影响到带钢的受力情况，继而导致带钢朝着某一方向倾斜[2]。

1.3 操作失误和不当

人为操作不当是导致断带事故不容忽视的诱因。梳理既往的事故报告，人为操作层面的诱因主要集中在以下层面：（1）轧制力与轧制速度设定不合适；（2）弯辊力大小没有根据轧制力的大小进行调整；（3）来料溢出边、锯齿边检查不仔细；（4）轧制力与张力给定不匹配；（5）主操与机前或机后配合不默契；（6）机前或者机后未找正辊缝造成勒辊；（7）轧辊粗糙度选择不合适。

1.4 设备故障原因导致的断带

轧机区域的仪器设备众多，其中包括多种辅助设备运行的检测仪器，负责对应设备运行工况的动态监测。检测仪器的运行对冷轧工艺和生产效率有重要影响。以入口测厚仪为例，仪器出现故障后，在有厚度波动较大的原材料进入流水线后，轧机AGC 不能有效识别并做出响应，将埋下巨大的安全隐患[3]。

2 减少低碳钢极薄带材冷轧断带事故的方法

2.1 预防来料缺陷的措施

来料缺陷的常见表现是厚度不均匀和有明显浪型等。操作人员应当严格检查热轧卷，仔细观察是否有材料厚度不均匀现象，带钢是否有边浪、中浪等问题。酸洗过程中需注意预防过酸洗、欠酸洗等问题。针对来料缺陷，酸洗机组需要及时做好相关信息记录，并及时反馈至轧机，从而根据实际情况调整轧制过程的相关参数。

2.2 解决轧制时轧件跑偏

轧件跑偏受多种因素的影响，拟采取以下措施：（1）加强来料质量的检测，重点检查厚度、尺寸等是否正常；（2）密切留意轧制力变化，在轧制力明显变化时及时调整张力；（3）轧机长时间停车后重启时，需要重新压靠；（4）优化轧辊磨削工艺，控制锥度在0.005 mm 以内。

2.3 解决操作失误造成的断带

以单机可逆为例，一般采用6 个道次的轧制工艺。

2.3.1 第一道次轧制

第一道次预防断带的重点是防止勒辊和偏车，同时要找准机前辊缝。操作上宜选用大的前张力与大的弯辊力（正弯），因为第一道次来料的板带的厚度特点是中间厚两边薄，像一个“腰鼓”。这种情况下前张力小或弯辊力小很容易跑偏，且大的弯辊力可以减小板带中间比两边厚差的绝对值。一般情况下，开坯5 ～11 kg·mm-2的前单位张力可以任意取值，后张力宜采用小于酸洗工序卷取张力1 t 左右的模式。

2.3.2 第二道次轧制

第二道次预防断带的重点依然是防止勒辊和偏车。操作上宜选用大的前张力与大的弯辊力（正弯），因为第二道次来料“腰鼓型”的厚度特性还未改变。第二道次前单位张力7 ～16 kg·mm-2可以任意取值，后单位张力3 ～8 kg·mm-2可以任意取值。前张拖着后张跑，不容易打滑。

2.3.3 第三道次轧制

第三道次轧制时，“腰鼓型”的厚度特性得到有效控制，辊缝比前两道次好找。弯辊力追求越低越好。第三道次张力模式依然是“前张拖着后张跑”，可有效防止发生打滑的现象。

2.3.4 第四道次轧制

第四道次轧制时，弯辊力追求越低越好。前单位张力宜选择10 ～15 kg·mm-2。前单位张力越大板形越好，有利于采用小的弯辊力。在尾部降速段时可适当增加前张力，有利于优化尾部板形。因为这时候随着速度的再降低，轧制力会升高，边部会产生边浪。前张大了扯紧点儿能防止形成边浪，更不用增加很大的弯辊力。后单位张力依据轧制力选择。后单位张力能小尽量小，以减轻带钢“裂边”。

2.3.5 第五道次轧制

第五道次轧制时，弯辊力追求越低越好。头尾板形越平直越好，有利于六道次起车与收尾的板形控制。

前单位张力宜选择8 ～13 kg·mm-2。头部起车可以选用10 ～11 kg·mm-2，有利于机后减小弯辊调整板形。一般卷径650 mm 左右，恢复到8 kg，防止轧制力降下来后前张较大而拉断出口。尾部控制中，一般在降速开始时前张力开始适当增加。分台阶上限可以给到13 kg·mm-2。

五道次头尾前张力增加需要注意以下事项。第一，起车时，大的前张力要建立在机后操作给定的弯辊力不太大的情况下。如果发现起车时机后已经将弯辊力给满，这种情况前张力选择低一些。第二，收尾时前张力增加，最好是机后主动提醒主操增加。但是，如果发现机后在剧烈增加弯辊力，此种情况保持现有的前张力水平即可，否则加张力很容易在大弯辊力的作用下集中在带钢边部造成拉断。第三，主操与机后配合非常重要。五道次主操与机后配合情况，如图1 所示。根据第五道次轧制收尾张力特点，从消除缺陷、提高操作技能方面制定断带预防措施，断带率由1—4 月份平均的1.12%降低至11 月份的0.30%以下。

五道次后，单位张力宜选择15 ～25 kg·mm-2。一般由轧制力大小决定后单位张力的大小。原则上，后单位张力超过25 kg·mm-2会增加入口拉断带的风险。

受起车与降速段乳化液润滑特性差的影响，所有卷头尾轧制力都要大于正常轧制段，此时要适当增加后张力。

此外，研究表明乳化液最好的润滑状态为600 ～800 m·min-1车速时，低于600 m·min-1靠轧辊旋转带入带钢咬入区的乳化液量小，起不到很好的润滑作用。因此，600 m·min-1以内速度时，对应的轧制力要高于600 ～800 m·min-1时对应的轧制力。但是，超过800 m·min-1时，因为对轧辊的冷却跟不上而造成轧辊压扁，咬入弧长度增加造成轧制力越轧越大。此时，需通过调整生产速度来控制轧制力[4]。

2.3.6 第六道次轧制

原则上，第六道次轧制时，弯辊力追求越低越好。根据现场实践情况，在整个轧制过程中，钢卷在第六道次的弯辊力最大，所以所有断带中第六道次断带比例是最高的。

六道次想要减少断带，必须控制好五道次边部缺陷的检查。五道头尾板形控制是关键，需要操作者务必按第五道轧制注意事项操作。

六道次前单位张力宜选择7 ～8 kg·mm-2。因为六道次是成品道次，为了控制“塌心”缺陷，六道次前张力选择不宜过大。但是，起车轧制力高出口板形不好控制时，在卷径600 mm 范围内，前单位张力可以给到10 kg·mm-2以内。轧制到尾部降速段，轧制力刚开始明显上涨而机前弯辊力未增加时，主操可以适当增加单位前张力，上限为11 kg·mm-2。六道尾部最好由机前提醒主操适当增加前张力，而不是机前自己加弯辊。

2.4 解决设备故障原因导致的断带

加强设备点检与维护是减少断带的又一重要途径，一般需要对设备的关键部位进行重点维护。AGC方面需要加强位移传感器导线、伺服阀插头及导线、卸荷阀插头及导线的防水防护。AGC 液压回路要经常过滤液压油品，定期更换回油滤芯。在测厚仪方面，要保证每班至少校准2 次，并经常检查压缩机供水情况。在编码器方面，要定期进行误差测试。对重点部位的一系列维护是控制设备故障造成断带的重要保障[5]。