带钢的跑偏及纠偏研究

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摘 要：针对带钢的跑偏问题，对各种影响因素而出现的跑偏加以说明、分析。提出采用控制辊系统纠偏方式，并对其纠偏方式进行分析、探讨。该方法能有效地解决带钢跑偏问题。

关键词：带钢；跑偏；张力；纠偏

1 引 言

在现代化连续热镀锌作业线中，带钢全长数千米，要保证机组高效率作业，并使带钢无故障运送，并且卷取时边缘整齐，这是比较困难的。特别是近年来，随着热镀锌工艺设备的不断改进、机组运行速度逐年的提高，加工的带钢趋向又薄又宽，所以让带钢对中运行不跑偏是一个非常棘手的问题。据统计，机组中断带率的70%是由于带钢跑偏所造成的[1]。为适应带钢快速连续生产，这就必须对带钢运送的跑偏和纠偏进行研究。

2 带钢跑偏分析

带钢在辊子上行走，只要带钢和辊子表面有接触，并在一定的摩擦阻力界限内，那么带钢上各点就会和辊子的中心线成直角行走。带钢的张力是平均分布的，即当带钢靠上辊子时，带钢就会垂直于辊子的中心轴行走。

带钢在运送辊上行走，如果运送辊是相互平行的，带钢与辊子之间接触在摩擦阻力界限之内，带钢平直，断面薄厚均匀，则作用在带钢上的张力分布均匀。这样，带钢在辊子上行走就不会跑偏，即能保持在运行中心无侧向位移。但实际上在带钢的运送中，会有各种扰动引起带钢的跑偏。

2.1 带钢镰刀弯的影响

钢板及钢带的镰刀弯，是指侧边与连接测量部分两端点的直线之间的最大距离。它在产品呈凹形的一侧测量。钢带镰刀弯的测量部位是在距钢带头部或尾部不小于5000mm处。长度不大于2000mm的钢板，钢板的长度即镰刀弯的测量长度；长度大于2000mm的钢板，可任取2000mm长度进行镰刀弯的测量[2]，如图1所示。

图1 镰刀弯测量示意图

如果带钢断面不均匀，带钢两边厚度不一，带钢本身就成镰刀弯状，则带钢在辊子上运行，就会引起干扰，使带钢跑偏。因为此类带钢上的各点，也趋向与辊子中心线成直角，引起跑偏量。如图2 所示。

图2 带钢断面不均匀引起的跑偏量

这种镰刀弯引起的带钢在平行运送辊上的跑偏，其跑偏量与镰刀弯的程度、带钢张力的大小和两个运送辊之间的间距有关。在活套中，镰刀弯带钢的跑偏也是一样的，只要将带钢活套量展开分析，每段上输入的带钢力在每个辊子上都垂直于中心线，带钢就会被迫偏移。

2.2 辊子几何形状的影响

辊子在加工中有可能呈锥形，或者圆柱形辊在长期运行中由于单边磨损大，也会呈锥形。由于锥形辊使带钢张力分布不均匀，使带钢总是向粗的一端跑偏。锥度小，带钢张力分布不均匀程度小；锥度大，带钢张力分布不均匀程度大，跑偏也大。所以锥度的大小影响了跑偏的速度。如图3 所示。

图3 锥形辊对带钢跑偏的影响

根据上述的效应，辊子应做成鼓形或双锥形，使带钢中间的张力大，而形成自动对中纠偏。如钢板完全是平整的，因辊子的影响，则带钢中间张力大，就能起到自动对中的作用。但由于钢板板形的影响，会加大或减小这种效应。

2. 3 两运送辊轴向不平行的影响

如果带钢在两个互不平行的运送辊上运行，但带钢总是有要与辊子成直角的趋势，就会产生跑偏，如图4所示。

理论上的跑偏量与辊之间的间距和两辊之间的夹角相关[3]。带钢跑偏量f ，是带钢在两者之间悬空长度L与两辊夹角a的正弦的乘积，也即f=Lsina ，如图4。

但实际带钢的跑偏量要比理论上小，因为上述关系是以带钢与辊子成90巍担慷导噬洗钟牍踝又嵯呤谴笥0。

图4带钢在两个互不平行的运送辊上的跑偏分析

这是因为两个不平行的辊子使带钢张力不够均匀，带钢一侧的张应力变大，而另一侧的张应力减小，从而使带钢成镰刀弯，以至实际的偏差量减小。所以要加以修正，乘以修正系数K。K值与带钢张力和性能相关。修正后的跑偏量为： f'=KLsina。

2.4 辊面质量的影响

传送带钢辊子表面质量也会使带钢跑偏。如辊子表面粗糙程度不一，带有螺纹形的橡胶辊或镀层的辊子。

根据上述效应，也有将辊子表面做成左右螺旋的，在镀锌机组中，沉没辊就曾采用过这种结构形式，纠偏效果较好。

2.5 两端压力不均匀的夹送辊的影响

如果带钢在两根受压不均匀的辊子之间夹送时，则会产生与锥形辊上相似的效应，带钢向压力小、夹送辊开口大的一端偏移。据此，机组设计中要注意避开夹送辊两边压力不均的跑偏扰动。如张紧辊上的小压辊的压力有可能出现不均匀，就要防止出现结构垂直下压的形式。

引起带钢跑偏的扰动因素还有：运行中受到侧向气流和液流；活套中导向辊的导向精度；来料钢卷边缘参差不齐或塔形卷；带钢张力波动等。

综上所述，带钢在运送行走中，跑偏的原因是多方面的，因此要从数量上精确地确定带钢跑偏量是非常困难的，但对带钢跑偏的所有原因加以观察分析，可以得出这样的结论：在其他所有的工作条件保持不变的情况下，提高带钢的张力，就会减小带钢预料中的跑偏量。同样，在其他所有的工作条件保持不变的情况下，带钢自由运送段较长而引起的跑偏量比同样长度而中间加有转向辊的跑偏量要大。

3 采用纠偏辊系统的位移纠偏

在明确了带钢跑偏的各种原因后，一般采用控制辊系统或可移动的卷取机来对带钢位置进行可能的纠偏。如在镀锌机组中就在入套、冷却塔及出套，分别布置了纠偏辊系统（CPC）以及使卷取机具备自动移位纠偏功能（EPC）来对带钢进行纠偏。

带钢跑偏控制系统的主要工作部分是光电检测器，它由发射光源和光电二极管的接收器组成。光电二极管作为晶体放大器的输入电桥，当带钢正常运行时，光电二极管接受一半的光照，其电阻为R1 ，调整电桥的电阻，使R1R3=R2R4 ，电桥平衡无输出，此时电流信号为零，处于零位，没有流量输出，伺服油缸不动。当带钢偏离时，R1随光照而变化，使电桥失去平衡，从而产生一相应的电流信号，给晶体放大器放大后，输入电液伺服阀的控制器产生磁力；此力的大小与输入的电流信号成正比，而磁力的方面取决于电流极性。磁力的变化造成电液伺服阀流量输出的变化，而流量输出的多少与阀芯开口度成线性关系。因此只要带边稍有偏离，就有一电流信号输出，使电液伺服阀的输出流量发生变化，伺服油缸动作，进行纠偏，从而实现带钢自动对中。其原理图如图5。

l=73.5N/mm2

此值大大小于带钢弹性极限150N/mm2 。

若A=1.5B ，则 l=130N/mm2略小于带钢弹性极限。

控制辊的旋转点位于旋转架以外时，在同样的条件下，比例的横向移动量相对增大。此时控制辊入口处，带钢与辊子之间有一转角，驱使带钢向外横向移动，使其偏差增加，由于结构原因，必须把旋转点安装在旋转架以外时，这段距离应尽可能小。控制辊的旋转点位于旋转架以内时，在同样条件下，比例的横向移动量相对减小，同时产生一转角，抑制其偏差。

4 结束语

在现代化带钢轧制线上，如热镀锌机组、连续退火机组等，带钢全长数千米，要保证机组高效率作业，带钢对中运行是非常关键的问题。通过对带钢侧向跑偏的各种原因分析，用纠偏辊系统对带钢位置进行可能的纠偏。这种装置能解决一般性问题，目前已广泛应用于连退、镀锌等机组中。但有些跑偏情况比较复杂，需对上述分析的各种因素综合考虑，具体问题具体分析。

参考文献：

[1] 李九岭.带钢连续热镀锌[M].北京：冶金工业出版社. 2010.

[2] Ronaldp，Dennis M，Dennis A. Designing and Manufacturing Vehicles with Advanced High-strength Steels[C]. In： Galvaeech 04 Conference Proceedings. Chicago， USA， 2004： 31-50.

[3] 张启富，刘邦津，黄建中. 现代钢带连续热镀锌[M]. 北京：冶金工业出版社，2007.

[4] 邹家祥，施东成主编.轧钢机械理论与结构设计[M]（上册）、（下册）.北京：冶金工业出版社，1993.

作者简介：王中明（1982-），男，2011年毕业于昆明理工大学 硕士研究生。现于宝钢湛江钢铁冷轧项目组从事热镀锌机械相关工作。