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热轧带钢卷取卷形的控制
陈龙夫
（宝钢股份不锈钢分公司热轧厂）
摘要 针对热轧带钢卷取成形过程中产生的卷形问题，从工艺过程和模型控制过程对各种形态的塔形产生的机理进行了分析；简述了卷取塔形产生的原因及采取的措施，从而改善钢卷卷形，提高成材率和经济效益。
1.前言
       卷形是卷取区域最重要的质量问题，从生产和销售情况来看，塔形钢卷能产生以下问题：
      (1) 在生产线的步进梁上，严重的塔形造成钢卷对中困难和重心偏离，容易造成步进梁运输过程中的翻卷事故；
      (2) 在吊运过程中，内圈及外圈的塔形也为夹具的吊运带来了不便，轻则引起钢卷的边损（夹具对突出的带钢边部造成的刮伤），重则造成夹具无法正常夹取（突出的带钢边部造成夹具无法接触钢卷内圈）；
      (3) 较大的塔形钢卷不易装运，还会造成打包带断裂，形成松卷；
      (4) 如果塔形钢卷用精整机组重卷，增加成本；

2. 卷形不良的类型及形成原因
2.1 卷形不良的类型
      卷取区域的卷形主要包括松卷和塔形，塔形根据其发生位置，主要分为以下几种类型：
      内塔形：其特征是在钢卷内圈5~10圈的范围内，带钢向一侧急剧跑偏，内圈呈现塔状。
      层间塔形：其基本形状是钢卷中间部分的带钢向两侧交叉跑偏，整个钢卷侧面不平整。
      外塔形：其特征是最外圈的20圈范围内，带钢向一侧急剧跑偏，外圈呈现塔状。

2.2塔形的形成原因
      (1) 内塔形： 内塔形是强制纠偏引起的塔形， 起因是带头进入卷取机时已偏离中心线，被侧导板强制性纠偏后，钢带又重新回到中心线，头部必然出现塔形，这种塔形，如果侧导板工作及时也能将塔形控制在正常范围之内，不会出现塔形质量问题，如果这时出现带头控制检测失误，就会出现塔形，也可能引起头部松卷。
       (2) 层间塔形： 层间塔形的形成主要是由于钢带的上下、左右抖动。 引起抖动的原因是F7 机架与卷筒之间失张或张力波动大，侧导板磨损使位置控制不准确或不到位，夹送辊的压力控制不合理，这种塔形多半伴有松卷现象。
       (3) 外塔形： 尾塔形的产生是由于钢带跑偏， 侧导板强制纠偏，形成弧形路径，在轧制过程中钢带未回到中心线上，在钢带尾部失张以后，侧导板的纠偏作用消失。这种塔形在操作过程是可以得到控制的，这需要精轧操作人员在轧制过程中按测宽仪的信号将钢带调整到中心线上，卷取操作工调整夹送辊的水平度，从而减轻或避免尾塔形的产生。尾塔形与F7的关系较大，两边轧制力不平衡是钢带跑偏的起因。

3 卷取过程的分析与控制改进方法
3.1侧导板的开口度
      卷取机入口侧导板在卷取的全过程都对带钢起着导向的作用，适当的侧导板开口度控制可以避免带钢在卷取入口处左右游动同时又保证带钢与侧导板之间一定的间距，避免侧导板对带钢边部的擦伤。
       在带钢进入侧导板区域之前，带钢头部两侧处于一种无约束的状态，同时带钢头部也可能存在一定的“镰刀弯”或“跑偏”，因此侧导板开口部不可以设置得太小，但是带钢头部是否能以对中的状态进入夹送辊，将对带钢内圈的卷形起着极为重要的作用，为解决这一问题，在带钢导入夹送辊的过程中使用到了两级“短行程”控制。
       在F2咬钢时刻即开始侧导板开度的初始设置，其开度为：带钢宽度+余量D+第一短行程量A+第二短行程量B；在理论上当带钢头部刚刚进入侧导板区域后一次短行程立即执行，两侧侧导板同时向内闭合A/2，对带钢头部进行第一次导向；在带钢头部快要进入夹送辊之前，执行第二次短行程，两侧侧导板同时向内闭合B/2，对带钢头部进行第二次导向。通过两级短行程控制，即可保证带钢头部以较好的对中状态进入夹送辊。
      当带钢进入夹送辊并经过一定的延迟时间后，侧导板进入动态纠偏控制状态，在这种状态下，侧导板开口度将根据卷取入口宽度计的测量值进行动态调整，当卷取入口宽度计正常无故障时，动态纠偏控制有效，宽度计有故障时，动态纠偏控制中断，侧导板移动到动态纠偏控制开始位置。同时，操作人员通过工业电视的观察也可以对侧导板的开口度进行人工干预，在动态纠偏的基础上，对侧导板开口度进行人工修正。两级短行程控制如图2所示。
      模型方面对宽度小于、等于1250 mm的规格的侧导板进行了调整，将开口余量D降低了5mm，加强了带钢的对中程度，调整后热轧钢卷的塔形封锁率明显下降，调整前后的塔形封锁率如下表1。

宽度
等于1250mm
小于1250mm
调整前塔形封锁率
2.885%
5.240%
调整后塔形封锁率
0.654%
3.365%
下降率
2.231%
1.875%
表1
3.2夹送辊的控制
      夹送辊是将带钢头部弯曲后引导到卷筒上进行卷取， 并在入卷筒后与卷筒之间形成张力， 便于带钢更好的缠绕在卷筒上。
      在带钢咬入夹送辊前，夹送辊辊缝采用位置控制方式，当带钢头部在卷筒上缠绕若干圈并建立起张力信号时，夹送辊辊缝控制将从位置控制切换到压力控制，即使带钢厚度产生一定的波动，这种控制方式仍能保证稳定的控制压力和两侧的压力平衡。当带钢尾部离开夹送辊之后，夹送辊的位置控制方式立即切换回辊缝控制方式。
     生产过程中，操作人员可以在操作台上对夹送辊压力进行微调，尤其是两侧的压力平衡。在F7抛钢后，带钢失去张力控制，适当的抬起夹送辊，减小夹送辊的压力，并适当地调节夹送辊的水平度，能够降低带钢的跑偏程度，改善带钢尾部的卷形。
3.3助卷辊的控制
      卷取开始几圈，助卷辊是抱拢状态卷取，在压力控制方式下进行，直到卷取设定圈数完成，张力建立后，助卷辊打开。若卷取设定圈数太多，助卷辊按压时间太长，带钢将受到很大的挤压力，这对卷形很不利，可能会造成塔形，同时也使助卷辊受到强大的冲击力，加快设备损坏。而设定圈数太少，带钢不足以缠紧在卷筒上，助卷辊打开后容易打滑也会造成塔形或卡钢。
3.4卷取张力设定
      卷取张力的设定非常重要，设定时一定要选定适当的张力进行设定。卷取得太紧，就需要较大的卷取张力，张力过大造成对带钢的拉伸，影响性能；卷取得太松，将会产生扁卷，同时也会引起冷轧用户在开卷过程中的层间错动，造成开卷张力的急剧波动和钢卷层与层之间的擦伤。对于碳钢来说，当卷筒与F7之间建立张力之后，该张力即保持恒定，当带钢尾部离开F2时，卷筒开始减小张力，一直到带钢尾部离开F5，从而使带钢以较小的张力抛钢，避免抛钢后带钢张力的突变。其张力控制模式如图3所示。

      对于不锈钢来说，由于其自身较高的硬度和强度，随着卷径的增加，带钢卷取所需的缠绕力矩也发生较大变化，为此F7与卷筒之间采用了逐级变化的张力控制模式，在这种张力控制下，随着钢卷卷取直径的增加，卷取张力逐渐降低，如图4所示。

  2005年2月份的SUS430  的塔形封锁率为5.65％，模型方面适当地调整了不锈钢的张力设定，2005年3月份的塔形封锁率为2.64％，下降了53.3％。
3.5卷取的超前率、滞后率
       带钢头部出F7以后即进入了输出辊道，此时输出辊道以超出F7轧制速度一定比例（将该比例值以百分数表示即为辊道超前率）的超前速度转动，超前速度可以使带钢头部的各段之间建立微弱的张力，对带钢的前进起着很好的引导作用，尤其对于较薄的带钢，以超前速度转动的辊道可以避免带钢在辊道上发生折叠或堆套。由于输出辊道两侧为固定导板，带钢在输出辊道上运动的过程中，两侧处于一种无约束状态，超前速度的引导作用也可以改善带钢在输出辊道上的对中状态。
       当带钢尾部离开F7之后，卷筒即以较大的减速度开始减速，而由于惯性，尾部的带钢仍然会以较高速度向前运动，同时也由于带钢尾部离开F7之后的张力消失，带钢尾部存在“前冲”的趋势，为此此时的输出辊道采用了滞后速度控制，即输出辊道以相对于卷筒速度稍低的速度转动，从而通过辊道与带钢之间的摩擦力“拖住”带尾，确保尾部卷取的稳定性。
      卷取模型的超前滞及滞后率的设定的大小如下：
      (1) 层流冷却辊道的超前率一般为10～ 25% ，应逐渐增大；输出辊道滞后率一般在10%～ 20% 内取值，带材愈厚，滞后率愈小，带材愈薄，滞后率愈大。
       (2) 夹送辊的超前率的取值范围为4%～ 12%，滞后率为0%～ 5%；
       (3)卷筒的超前率一般为15%～ 20% ；
       (4)  助卷辊的超前率一般为15%～ 20%
       生产过程中部分钢卷存在松卷的缺陷，通过分析，将其对应的夹送辊的滞后率适当的提高，完全解决松卷的问题。
      不锈钢SUS43O的卷形比较差，精轧抛钢后在卷取机入口有轻微的起套现象，这种现象增加了带钢尾部叠钢的危险性，同时对尾部卷形也有不良影响，卷取区域对卷取张力、辊道的滞后率及卷筒超前率进行了调整，同时精轧区域适当的降低抛钢速度，使得这一问题得到解决，尾部卷形得到很大的改善。生产过程中对SUS304的超前率进行了全面的调整，在一定的程度上改善钢卷的头部塔形，也减轻了头部的划伤。

4其他因素对卷取卷形的影响
4.1板坯本身缺陷
      连铸生产出来的板坯本身存在一定的镰刀弯，镰刀弯的程度过于严重，将导致卷取卷形的不良。
4.2粗轧的板形控制
      粗轧的板形控制是比较重要的问题，如果板形控制较好，即使连铸生产出的板坯存在镰刀弯，通过粗轧轧制过程后，能够减小其程度，则可以方便后工序的轧制和调节；
      板形控制不好，在粗轧轧制过程中，由于轧辊辊形，轧制压力的不平衡等因素的影响，有可能加剧板坯的镰刀弯。
4.3精轧的板形影响
      精轧的板形的好坏直接影响到塔形的程度，精轧轧出的带钢存在镰刀弯，单边浪、双边浪时，直接增加了卷形控制的难度。
4.4设备的影响
      卷取区域的夹送辊的辊形对卷取的塔形、松卷有较大的影响，卷取前测宽仪的故障，严重影响到侧导板的两次行程，导致侧导板对钢卷内塔无调节作用，侧导板、小立辊等设备的磨损，对带钢的导卫作用不够，影响塔形、松卷控制水平。为控制好卷取区域的塔形对设备要按照标准进行及时的更换。
      某时间段2＃卷取机的塔形封锁率比４月份下降了0.148％，而１＃卷取机的塔形封锁率上升了0.854％，其主要原因是１＃卷取机的夹送辊的辊型严重超标，影响到１＃卷取机的卷形质量，数据如下表2。卷取区域的上升小车的上升设定，对钢卷的松卷问题有很大的影响，及时地调整小车上升时刻，上升速度，明显的改善松卷现象。

时间段1
时间段2

封锁数
总钢卷数
封锁率%
封锁数
总钢卷数
封锁率%
差值%
1＃
182
5798
3.139
129
5646
2.285
0.854
2＃
118
5450
2.165
130
5619
2.314
-0.148
总体
300
11248
2.667
259
11265
2.299
0.368
表2
5 结束语
卷       取作为1780热轧主轧线的最后工序，卷形是该区域最重要的控制指标，卷形的不良不仅仅影响到运输及后续的生产，对于用户来说，对热轧卷质量的判断，第一印象即来自于卷形。对于热轧厂自身来说，卷形不好就要上平整线，增加了生产成本和平整线的生产压力，同时也影响了产品的成材率。
在充分考虑到影响塔形的理论基础上， 通过生产实际数据的收集和实践， 已显示出塔形控制取得了明显的效果， 对今后热轧的塔形控制具有非常重大的指导意义，将给产品质量的提高带来客观的经济效益。

参考文献
[1 ] 孙平、刘维忠、陈贵江等，钢带卷取松卷质量问题分析与处理[J ]，南方金属，2003
[2 ] 孙平、毛新平、陈贵江等，热轧钢带卷取塔形控制方法的研究 ，南方金属，2004
[3 ] 胡平 ，攀钢1450mm 热轧板塔形的控制，新疆钢铁，2003