冷軋帶鋼表面振動(dòng)紋的產(chǎn)生與控制

1、冷軋帶鋼表面振動(dòng)紋的產(chǎn)生與控制丁雪峰時(shí)恩博（鞍鋼生產(chǎn)協(xié)力中心,鞍山114002）摘要通過對(duì)影響冷軋帶鋼表面振動(dòng)紋的各種因素分析，提出了控制帶鋼表面振紋的一系列措施，生產(chǎn)實(shí)踐中軋后帶鋼表面振紋得到顯著改善，滿足了2130機(jī)組生產(chǎn)高等級(jí)汽車面板的需要。關(guān)鍵詞振動(dòng)紋磨床帶鋼TheCold-rollingTakestheCreationandControloftheSteelSurfaceVibrationLineDingXuefengShiEnbo（AnsteelSCXLCenter,Anshan,114002）AbstractPassedtoputforwardcontroltotakesteel

2、surfacetoflapmeasureslikeline,etctowardsinfluencingvariousfactoranalysisthatthecold-rollingtakesthesteelsurfacevibrationline,takesteelsurfacetoflapalinetogetanimprovementafterproducingaftertheactualapplicationYa,satisfiedthedemandofsomefactory2130productionhighgradecarfront-panels.Keywordsvibratelin

3、e,grindingmachine,takesteel1引言在薄帶軋制過程中，帶鋼表面會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)一種明暗相間、與帶鋼運(yùn)動(dòng)方向垂直的條紋，這種表面缺陷稱為振動(dòng)紋。振動(dòng)紋的產(chǎn)生對(duì)軋鋼生產(chǎn)主要有兩方面的不利影響。一是難以滿足用戶對(duì)帶鋼表面質(zhì)量的要求；二是增加了換輥次數(shù)，降低了生產(chǎn)效率。冷帶軋機(jī)振動(dòng)問題是一個(gè)長期沒有解決的難題，由于冷軋機(jī)是一個(gè)包含機(jī)械、電氣、液壓和控制等多個(gè)組成部分的復(fù)雜系統(tǒng)，影響軋機(jī)系統(tǒng)發(fā)生振動(dòng)的因素非常多，盡管國內(nèi)外許多專家學(xué)者對(duì)振動(dòng)進(jìn)行了大量的研究工作，但是至今仍缺乏普遍可行的抑制辦法，特別是對(duì)汽車外板而言，振動(dòng)紋仍然是影響帶鋼表面質(zhì)量的重要問題。本文針對(duì)冷連軋機(jī)的振動(dòng)現(xiàn)象，從

4、軋輥軸承箱磨損、機(jī)架窗口尺寸、軋制速度、乳化液濃度等幾個(gè)重要環(huán)節(jié)對(duì)振動(dòng)紋的影響進(jìn)行闡述，并提出抑制措施。2振動(dòng)紋的產(chǎn)生按載荷傳遞系統(tǒng)的不同，軋機(jī)上發(fā)生的振動(dòng)現(xiàn)象可分為兩大類：一類是軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，另一類是軋機(jī)垂直系統(tǒng)的振動(dòng)。2.1扭轉(zhuǎn)振動(dòng)第八屆（2011）中國鋼鐵年會(huì)論文集軋機(jī)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)是從生產(chǎn)過程中頻繁出現(xiàn)的傳動(dòng)零部件破壞事故被逐步認(rèn)識(shí)的，振動(dòng)頻率一般為520Hz。軋機(jī)的主傳動(dòng)系統(tǒng)可以看做是一個(gè)由若干慣性元件(包括電機(jī)、接手、減速機(jī)、齒輪座及軋輥等)和彈性元件組成的“彈簧質(zhì)量系統(tǒng)”，該系統(tǒng)在載荷突變情況下，發(fā)生不穩(wěn)定的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。此外，當(dāng)軋輥間由于某種原因而打滑時(shí)，也會(huì)在主傳動(dòng)系統(tǒng)中產(chǎn)

5、生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，而且這種振動(dòng)一般是發(fā)散性的自激振動(dòng)。若不及時(shí)減速，極易造成設(shè)備的破壞，是一種很危險(xiǎn)的振動(dòng)形式。另外，主傳動(dòng)系統(tǒng)中的電機(jī)調(diào)控系統(tǒng)若出現(xiàn)問題，也可能引起主傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。早在1967年Moller和Hoggart等人在采用二輥試驗(yàn)軋機(jī)軋制鋁帶時(shí)就發(fā)現(xiàn)了軋機(jī)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)現(xiàn)象，認(rèn)為扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和軋輥輥隙的摩擦因數(shù)有關(guān)，軋制速度升高，則摩擦因數(shù)減小，從而導(dǎo)致軋機(jī)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，這種振動(dòng)是一種自激振動(dòng)行為。加拿大學(xué)者GuyMonaco通過對(duì)各種類型軋機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)研究發(fā)現(xiàn)，由于軋輥打滑，上下軋輥力矩分配不均，從而引起軋機(jī)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。中南工業(yè)大學(xué)的梁薇等人在研究平整機(jī)帶材振紋現(xiàn)象時(shí)分析了主回路電流諧波

6、分量對(duì)平整機(jī)動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)工作的影響，認(rèn)為在以下兩個(gè)方面：（1）電流諧波分量形成諧波轉(zhuǎn)矩直接驅(qū)動(dòng)工作機(jī)械運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)；（2）諧波電流經(jīng)反饋回路作為一種干擾信號(hào)，通過控制回路“放大”，再作用于工作機(jī)械主體運(yùn)動(dòng)，引起運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化，產(chǎn)生振動(dòng)。2.2軋機(jī)垂直振動(dòng)軋機(jī)垂直振動(dòng)的研究始于20世紀(jì)70年代初期，隨著軋機(jī)設(shè)備進(jìn)入高速化、連續(xù)化，軋機(jī)垂直振動(dòng)現(xiàn)象逐漸引起了人們的重視。在實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的垂直振動(dòng)，按振動(dòng)頻率及危害可分為兩類:一類是振動(dòng)頻率在150250Hz之間，稱為第三倍頻程顫振或低頻振動(dòng)。三倍頻程顫振是高速連軋機(jī)出現(xiàn)的危害最大的振動(dòng)現(xiàn)象，以突發(fā)性為特征，往往在幾秒中內(nèi)集聚大量能量使振幅

7、迅速發(fā)散，并伴有較大的噪聲，此時(shí)緊急降速可以使振動(dòng)迅速得到抑制。其危害是引起軋件明顯的厚度變化和機(jī)架間軋件張力的波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)造成廢品、斷帶并可危及設(shè)備安全;另一類是第五倍頻程顫振，或稱高頻振動(dòng)，振動(dòng)頻率多在5070Hz之間，這種振動(dòng)不像三倍頻程顫振那樣迅速發(fā)生，振動(dòng)的發(fā)展是一個(gè)漸進(jìn)過程，五倍頻程顫振雖然不會(huì)引起軋件明顯的厚度波動(dòng)，但會(huì)在支承輥或軋件表面形成垂直于軋制方向的振紋現(xiàn)象，影響產(chǎn)品質(zhì)量。引起軋機(jī)垂直振動(dòng)的原因有多種，凡是能對(duì)軋機(jī)系統(tǒng)造成沖擊或引起作用力變化的因素都可能導(dǎo)致軋機(jī)振動(dòng)的發(fā)生。這些振動(dòng)主要分為3類：由張力波動(dòng)引起的自激振動(dòng)、摩擦和潤滑引起的自激振動(dòng)，以及由于軋輥或軸承缺陷等引

8、起的振動(dòng)。由于張力波動(dòng)對(duì)軋制力的變化有著直接影響，因而成為影響軋機(jī)振動(dòng)的重要因素之一，因張力波動(dòng)而導(dǎo)致軋機(jī)垂直振動(dòng)的例子很多，如日鋼公司Hirohata廠的一套五機(jī)架冷連軋機(jī)發(fā)生160170Hz的垂直振動(dòng)，使得產(chǎn)品產(chǎn)生了正負(fù)10%的厚度波動(dòng)。TsutomuTamiya等人經(jīng)過現(xiàn)場測(cè)試和理論分析后認(rèn)為:振動(dòng)的原因在于軋輥垂直振動(dòng)的位移與后張力的波動(dòng)之間存在90°的相位差，當(dāng)軋制速度升高時(shí)，受帶后波動(dòng)影響的后張力波動(dòng)變大，軋輥振動(dòng)的振幅由于張力波動(dòng)的相位延遲而增大，從而發(fā)生自激振動(dòng)。加拿大Dofasco的兩臺(tái)冷連軋機(jī)也發(fā)生過此類垂直振動(dòng)現(xiàn)象。這種自激振動(dòng)的本質(zhì)在于張力變化引起軋制力的變化

9、，軋制力對(duì)軋輥振動(dòng)系統(tǒng)輸入能量。在冷軋帶鋼生產(chǎn)中，由于軋輥和帶鋼之間潤滑不良引起的振動(dòng)現(xiàn)象是生產(chǎn)中最常見的，因而軋制界面潤滑特性的研究也是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。當(dāng)軋制乳化液穩(wěn)定性差、油膜不穩(wěn)定時(shí)，輥縫摩擦條件會(huì)發(fā)生變化從而導(dǎo)致軋制失穩(wěn)而產(chǎn)生振動(dòng)。日本千葉制鐵所的一套三機(jī)架冷連軋機(jī)的第2架軋機(jī)發(fā)生頻率為180Hz的振動(dòng)，測(cè)試分析后發(fā)現(xiàn)，振動(dòng)發(fā)生的主要原因是乳化液穩(wěn)定性差，軋制油附著性差和油膜強(qiáng)度不足。采用含有機(jī)鋅添加劑的乳化液，成功解決了該軋機(jī)的振動(dòng)問題。我國寶鋼2030帶鋼冷軋機(jī)與CM04平整機(jī)均曾發(fā)生過與輥縫潤滑相關(guān)的振動(dòng)，通過更換軋制油，并降低乳化液的濃度就解決了振動(dòng)問題。軋制液影響軋機(jī)振動(dòng)

10、的實(shí)質(zhì)主要是軋制液影響軋制界面的摩擦狀態(tài)，由于軋制界面摩擦因數(shù)隨軋制速度的非線性變化導(dǎo)致自激振動(dòng)的發(fā)生。由軋輥表面振紋缺陷或軋輥尺寸不合理導(dǎo)致自激振動(dòng)的原因在于時(shí)滯或相位差引起的再生顫振效應(yīng)1。3振動(dòng)紋的抑制措施通過上述分析，現(xiàn)場生產(chǎn)中采取了如下措施，為徹底解決2130連軋機(jī)組振動(dòng)問題起到了一定預(yù)期效果。3.1機(jī)架窗口尺寸表1是設(shè)備對(duì)軋機(jī)14架工作輥窗口尺寸進(jìn)行測(cè)量的結(jié)果(24架公差范圍為01.75mm)，可以發(fā)現(xiàn)24架雖然沒有超出規(guī)定的磨損范圍，但均存在不同程度的磨損。表1軋機(jī)前四架窗口尺寸測(cè)量（mm）1架2架3架4架3.2軸承箱尺寸圖1表示軋機(jī)生產(chǎn)時(shí)3架3倍頻次振動(dòng)報(bào)警，振動(dòng)周期與工作輥使

11、用周期一致，報(bào)警時(shí)生產(chǎn)厚度為1.0mm的帶鋼，這種振動(dòng)報(bào)警主要發(fā)生在軋制時(shí)的升減速階段，表2和表3是將振動(dòng)報(bào)警的工作輥提供給磨床測(cè)量的軸承箱數(shù)據(jù)，軸承箱規(guī)定要求為傳動(dòng)側(cè)685（-0.3，-0.5），操作側(cè)695（-0.3，-0.5），所有測(cè)量的軸承箱寬度均在規(guī)定的范圍內(nèi)，并且軸承箱D-9/B-6在4架進(jìn)行使用時(shí)沒有發(fā)生振動(dòng)報(bào)警，以下測(cè)量數(shù)據(jù)已存檔以便于對(duì)振動(dòng)的工作輥軸承箱做進(jìn)一步的統(tǒng)計(jì)分析。第八屆（2011）中國鋼鐵年會(huì)論文集圖1軋機(jī)3架MCM振動(dòng)檢測(cè)結(jié)果3.3調(diào)整乳化液濃度采用降低乳化液濃度的方法進(jìn)一步影響輥縫間的潤滑摩擦狀態(tài)，進(jìn)而降低軋機(jī)垂直振動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生自激振動(dòng)的可能性，主要是針對(duì)帶頭150m在升減速階段3架3倍頻發(fā)生的振動(dòng)，經(jīng)調(diào)整A系統(tǒng)乳液濃度，由目標(biāo)濃度2.75%調(diào)整至2.25%，發(fā)現(xiàn)帶頭150m內(nèi)振動(dòng)情況有所好轉(zhuǎn)但沒有實(shí)質(zhì)性向好趨勢(shì)。圖2軋機(jī)乳液A系統(tǒng)濃度調(diào)整趨勢(shì)冷軋帶鋼表面振動(dòng)紋的產(chǎn)生與控制3.4調(diào)整軋制速度針對(duì)軋機(jī)帶頭150m內(nèi)出現(xiàn)的振紋選擇兩卷做相關(guān)實(shí)驗(yàn)：一卷軋機(jī)出口速度為200m/min，另一卷速度為200700m/min，主要觀察不同軋制速度對(duì)帶頭振紋的影響，結(jié)果是軋機(jī)高速軋制與低速軋制在帶頭150m以內(nèi)都能產(chǎn)生振紋，程度上無明顯差異。3.