棒材冷床乱钢、头尾弯钢现象 分析及性能优化

摘要：通过对大棒线棒材冷床乱钢、头尾弯钢现象分析及改进，介绍涉及冷床乱钢、头尾弯钢的诊断思路、步骤及运行机理，并对此类故障现象进行了诊断与分析，提高设备运行稳定性及工艺控制指标。简单介绍冷床乱钢、头尾弯钢现象控制技术。

1、 前 言

酒钢集团宏兴钢铁公司炼轧厂大棒线作业区设计能力年产100万吨。轧线粗轧、中轧及精轧共计18台轧机采用平 – 立交替布置，其中第16、18 架轧机采用平 – 立转换轧机。冷床采用裙板式上钢装置。以轧制 HRB400，HRB500 优质建材螺纹钢为主，轧制规格包含 Φ12 至 Φ40 中各种标准规格，现已开发出小规格双切分轧制工艺。但随着轧制技术的成熟、轧制速度的提高、产量的增加，生产过程中频繁出现冷床乱钢、头尾弯钢等现象，直接影响了生产的连续性与稳定性，成为制约产品坯耗成本指标的提升的一大难题。

2、冷床设备介绍

生产线轧件倍尺通过裙板上钢装置移入冷床，裙板辊道共计135组，162 米，共有电机辊子 135个，均有可调速的交流电机单独驱动。轧线终端轧机 18 架轧机后，通过夹送辊矫正后喂入倍尺剪进行倍尺剪切。剪切后的轧件经冷床前段加速辊道与上料辊道电机加速，使倍尺剪后的轧件与后段轧件拉开距离。当轧件尾部离开加速辊道区，进入上料装置后，裙板下降，轧件滑入到制动裙板槽内进行滑行制动，而裙板又提升到中位，等待下一根轧件的进入。在制动裙板内滑行的轧件在滑行速度大幅降低后，裙板再上升到高位，将裙板槽内的轧件托高，滑入到矫直板槽内，裙板再下降到低位，后面已进入到上料系统内的下一根轧件则又滑落到制动裙板槽内制动，裙板又上升到中位，进入下一循环周期。同时为减少小规格倍尺在冷床上的制动时间，在冷床入口处矫直板槽内设置尾部制动器，即在倍尺上冷床后，借助外力作用使倍尺在冷床上快速制动。

设备所采用的冷床为步进齿条式，冷床组成如下图1所示。冷床面积114m×10.5m，轧制中心线标高 +800mm，冷却轧件长 108m。经裙板上料装置滑入到稳定槽内的轧件又通过冷床动齿条的步进，在冷床本体上作步进动作，途中经过对齐辊道时，将轧件头部对齐。对齐后的轧件在齿条最末齿测由步进链输出，输出前由一计数装置计数，每过一根轧件，计数一次。计完数后到达输出装置的步进链上，通过编码器控制电机的转角，从而达到控制步进链的步进和步幅，在链条上呈现有规则的排列，当达到一定的数量后，链条下方的移钢小车升起，再通过带有编码器的电机驱动减速机，将托有轧件的小车横移到输出辊道上方，到位后，小车放下，轧件留在辊子上，移钢小车则从辊子下方再通过电机的反转回复到候钢位置。轧件在输出辊道的驱动下向冷剪方向前进。

3 、相关设备故障情况及原因分析

经终端轧机18架出口后的轧件，由于需经过多道工艺优化后才可输出至移钢下料装置后打捆下料。此过程中，工艺参数复杂、设备设施线路长，任何一处调整不当即可导致轧件首尾弯曲变形大，冷床乱钢等现象。因此，以下对各主要环节进行独立的原因分析。

3.1、终端轧机轧辊转速影响

轧件于终端轧机送出后，轧件应均匀冷却，冷却不均匀，影响轧件的不直度。另外轧制规格的变换而调整轧件在终端轧机出口处的速度，不同轧制规格的终端轧机出口速度是不同的，如果轧件终端轧机速度过快，将导致的钢头弯曲变形。

3.2、轧件冷却参数影响

轧件冷却系统由一组水冷箱和一组与水冷箱平行布置的辊道组成，每条水冷在线设有若干个正向水喷嘴，两个反向水喷嘴和一个反向压缩空气喷嘴，用于清扫轧件表面的残余水，以提高钢材强度，冷却水压对轧件的弯曲度有直接的影响。

3.3、夹送辊参数调整

通过调整电机转矩限定调整夹送辊夹送力的限定，调整转矩 10%~100%，转矩依据产品大纲限定。将夹送辊速度设置为同步运行或高于终轧轧线速度 5%~10%，夹送辊起轻微牵引作用，设备性能发挥将轧件的速度保持稳定。达到优化倍尺长度，减少头尾剪切变形的目标。

3.4、倍尺剪及相应设备的影响

轧件在通过倍尺剪剪切后，将整段轧件按比例剪切为适应冷床长度的轧件。倍尺剪的动作参数及设备情况，对剪切后轧件的头尾弯钢情况影响巨大，下面具体分析由于倍尺剪的原因而造成的轧件头尾弯钢情况。

⑴倍尺剪剪切超前系数小，轧件在剪切过程中受阻造成轧件头部弯钢。

⑵轧件由于在上导槽中跳动，导致倍尺剪上下剪刃不能同时接触到轧件对其进行剪切，造成先接触轧件的剪刃抽打轧件致使轧件在剪切处头尾部弯钢。

⑶轧件由于在剪切后受惯性向上运动，抽打出口导槽上部造成轧件头部弯钢。

3.5、高速上料装置参数调整及相应设备调整措施

高速上料装置由加速辊道、冷床输入辊道以及裙板式上料装置三部分组成。

加速辊道共计 19 个，冷床输入辊道共计辊子 135 个。均由可调速的交流电机单独驱动，辊道速度为 2.2~22m/s 之间调， 辊身尺寸 为φ188×175mm，并且加速辊道倾角由 0°渐进过渡至 12°（示意图见图 2）。辊子本体使用耐磨球磨铸铁材质。

裙板上料装置总 共计162m， 裙板宽度130mm, 裙板与水平夹角成 35°，裙板与垂直夹角成12°，由13件液压缸共同驱动裙板移动，裙板结构示意图如图3所示。裙板升降速度分别调整为 0.15/0.3m/s。

此套裙板共计13套液压装置进行驱动，可根据轧制规格的不同，在加速辊道段可选择不同裙板连接位置，对剪切后的轧件进行分离。此处裙板断连处的位置选择与轧件在加速辊道内的速度、倍尺剪的倍尺长度、裙板在中位的停留时间以及轧件进入冷床输入辊道后的抛钢位置均有关系。

3.6、裙板液压系统参数调整及相应设备调整措施

裙板由13条液压缸共同作用于通轴上从而驱动裙板动作，液压缸之间动作如果没有完全匹配，不同步的液压缸在通轴的作用下，将会出现各条液压缸之间出力不同，受力不均等问题，可能导致液压缸底座移位，裙板通轴连接轴套变形等设备故障发生 [1]。从而影响裙板表面平面度，而进一步造成轧件在裙板运动过程中的可能导致的头尾弯钢问题。

裙板驱动液压系统中13套阀台旁均设计有吸收冲击型的蓄能器回路，同时还设计有保护液压缸在收回过程中避免因无杆腔压力突增造成损坏的卸荷回路，从而增加了参数调整的难度，并且液压系统中多处调整参数均可影响到裙板驱动液压缸动作的调整。

3.7、尾部制动器在小规格轧制过程中的使用

轧制小规格产品时，由于轧件在终端轧机出口处速度快，造成轧件在裙板上滑动时间长，轧件头部易窜出冷床或是降速过程中由于头部碰撞造成弯曲。因此，降低轧件的运动速度，减少轧件在裙板内的制动时间 , 可以有效的减缓轧件由于头部碰撞造成的弯钢。

3.8、冷床步进装置调整

冷床区设备简图如图4所示，输入辊道将高温轧件，由裙板装置抛入到矫直板中。冷床主要有矫直板、动齿条、静齿条以及传动装置组成。主电机带动三环减速机组成传动系统，驱动两组平行长轴转动，每根动梁底座处均有两个抛光轴承以及凸轮装置，凸轮装置每次随平行长轴转动一周，凸轮装置驱动剖分轴承完成一个上下往复运动，动梁以及动梁上安装的动齿条也随之往复运动一周。轧件则在矫直板以及静齿条上前进一个节距。如此反复，轧件最后经过位于冷床中间部位的对齐辊道上的对齐后，由输出装置送至冷剪进行定尺剪切。通过观察分析，确认影响冷床上轧件的弯曲的主要原因是由于各组动齿条间不平造成的。

4、相关设备故障情况的处理方法

通过上述分析可知，在轧件通过终端轧机后，任何一处调整不当即可导致轧件首尾弯曲变形大，冷床乱钢等现象。现在就以上可能导致轧件头尾弯钢的设备故障处理方法及工艺参数的调整进行分析。

4.1、终端轧机轧辊转速

统计现场生产情况，在不同规格轧件轧制过程中，终端轧机速度直接影响轧件的头尾弯曲情况，甚至存在因终端轧机速度轧制规格不合而造成的堆钢事故 [2]。如表 1 所示，是此条棒材生产线所采用的不同规格的终端轧机速度。

4.2、轧件冷却参数影响

现场实验观察记录表明，由于轧件终轧速度随轧件规格而变，因此在冷却水量稳定的情况下，因按照轧件规格的不同，调整冷却水压在0.6~1.2MPa范围内。

4.3、倍尺剪及相应设备的参数调整方法与措施

对应倍尺剪超前系数、相应的设备问题，结合现场生产情况，采用一下措施进行相应的调整。

⑴倍尺剪的剪切工艺进行标准化规定，按照轧件速度、穿水冷却后的轧件温度制定飞剪回转剪切、飞剪回转 + 飞轮剪切、曲柄剪切三种剪切方式，其工艺参数如下表 2 所示。

⑵ 对 超 前 率 根 据 实 际 情 况 稍 作 一 些 调整，头部变形严重时，适当加大超前率，当尾部变形严重时，适当减少超前率，最终以不弯头、不曲尾为原则。参考 Φ25，超前率6%~8％。还有就是改进倍尺剪前后导槽喇叭口坡度与导槽底座固定方式改进。改进后的倍尺剪前后导槽喇叭口如图 5 所示 [3]。

4.4、高速上料装置参数调整及相应设备调整措施

根据不同轧制规格工艺参数，调整辊子转速略高于轧件倍尺剪出口速度，使倍尺剪后的轧件与后段轧件拉开距离，便于前后轧件分离。同时调整辊道中辊子高度，要求相邻辊子高度差≤ 0.5mm，全线辊子高度差≤ 2mm。

在选择裙板的位置时，因综合考虑以上各项因素，避免因裙板动作与轧件首尾端的位置不同步动作时造成的钢头卡钢弯曲甚至是堆钢事故。现所采用的裙板断连处的位置信息如表3 所示。　裙板表面平面度对滑行在裙板表面的轧件头部弯曲情况有直接的影响。轧制技术标准中要求，相邻裙板间的高度差≤ 0.5mm, 全线裙板高度差≤ 2mm。

4.5、 裙板液压系统参数调整及相应设备调整措施

⑴液压系统压力调整

通过对本条生产线裙板动作液压缸驱动压力测量统计，液压系统压力设定为 6~10MPa 间为与现场使用工况相符合的压力范围。考虑到裙板动作过程中可能出现裙板与矫直板间卡阻现象的发生，因此选择较高的系统压力，设定为 P 系统为10MPa。裙板驱动液压系统原理图如图 6 所示，由于系统压力的调整，安全阀组 2 及溢流阀 5 的卸荷压力以及蓄能器 1 中的充氮压力均应进行调整从而与调整后的系统压力相适应。

⑵蓄能器充氮压力调整

蓄能器充氮压力选择为吸收冲击型，则原压力P充=(0.6-0.9)×P原=0.7×16=11.2MPa，此时的蓄能器的充氮压力已高于调整后的系统压力，蓄能器此时已不能满足为该系统吸收冲击的作用。因此，重新对蓄能器进行充压，充氮压力 P 充 1=(0.6-0.9)×P 系统 =0.7×10=7MPa，蓄能器能够储存 3MPa 的液压能，从而可以起到吸收系统冲击的作用。

⑶蓄能器安全阀组卸荷压力调整

安全阀组保护蓄能器正常工作，调整安全阀组卸荷压力可以有效的保证蓄能器不处于超压工作状态，安全阀组的卸荷压力一般按照1.15倍设计，因此P安 =11.5×10=11.5MPa。

⑷无杆腔溢流阀卸荷压力调整

裙板动作过程中，无杆腔内通油后，驱动裙板由低位向中位运行，短暂停留于中位后，在由中位向高位运行。因此，无杆腔内压力变换频繁，动作时间短，单位时间内液压冲击远大于有杆腔内的液压冲击，因此在液压缸无杆腔回路上，设计一溢流阀，通过超压卸荷的方式降低无杆腔内的压力冲击。再对现场各套液压系统进行观察、记录，分析后发现，为保证整条裙板动作时各条液压缸无杆腔驱动时的裙板表面平面度得以保证，应当降低液压缸无杆腔内液压冲击，经过多次现场试验后统计得出，无杆腔溢流阀卸荷压力设定为系统压力 1.05 倍时，既 P 溢 =1.05×P 系 统=1.05×10=10.5MPa，各液压缸无杆腔内的液压冲击最小。

4.6、 尾部制动器在小规格轧制过程中的使用

通过在裙板冷床入口处加装尾部制动器（如图 7 所示），当裙板内的轧件被抛入冷床矫直板后，尾部制动器在气缸 1 快速驱动连接杠杆 2 作用下，压板 3 通过压住轧件尾部，对轧件进行强制降速，使其快速停止在裙板制动板4 处。在不同位置共安装有八套尾部制动器，在轧制不同规格的产品时，由于轧件进入冷床速度不同，被抛入冷床的位置不同，因此选择不同位置的尾部制动器对轧件进行降速 [4]。

4.7 、冷床步进装置调整

而造成动齿条不平的原因则为动梁为槽钢、工字钢焊接件，长期在高温环境下动作频繁，造成部分动梁弯曲变形。还有就是剖分轴承、凸轮装置磨损磨损程度不同，造成各组之间动齿条高低不平。此时则需要对存在变形的动梁部位托辊座处加装垫片，以保证长轴剖分轴承以冷床中心线对称，同时剖分轴承中心线与凸轮装置中心线也应重合，保证各组动齿条起落一致 [5]。

5、结束语

小规格棒材轧制过程中，造成轧件头部、尾部弯曲变形的原因是多方面的。出现头部、尾部弯钢现象时，应当针对性的分析原因，但同时还要综合性的考虑是否有多重原因共同作用。本条生产线针对上述所提到的各项问题进行优化、调整、改造后，棒材、圆钢轧制冷床乱钢、头尾弯钢现象大幅降低，降幅达 70% 以上，所造成设备故障时间降幅 51%。同时，也较大的降低了轧钢坯耗，取得了较好的经济效益。