冷轧带钢表面振动纹的产生与控制

1、冷轧带钢表面振动纹的产生与控制丁雪峰时恩博（鞍钢生产协力中心,鞍山114002）摘要通过对影响冷轧带钢表面振动纹的各种因素分析，提出了控制带钢表面振纹的一系列措施，生产实践中轧后带钢表面振纹得到显著改善，满足了2130机组生产高等级汽车面板的需要。关键词振动纹磨床带钢TheCold-rollingTakestheCreationandControloftheSteelSurfaceVibrationLineDingXuefengShiEnbo（AnsteelSCXLCenter,Anshan,114002）AbstractPassedtoputforwardcontroltotakesteel

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

3、e,grindingmachine,takesteel1引言在薄带轧制过程中，带钢表面会经常出现一种明暗相间、与带钢运动方向垂直的条纹，这种表面缺陷称为振动纹。振动纹的产生对轧钢生产主要有两方面的不利影响。一是难以满足用户对带钢表面质量的要求；二是增加了换辊次数，降低了生产效率。冷带轧机振动问题是一个长期没有解决的难题，由于冷轧机是一个包含机械、电气、液压和控制等多个组成部分的复杂系统，影响轧机系统发生振动的因素非常多，尽管国内外许多专家学者对振动进行了大量的研究工作，但是至今仍缺乏普遍可行的抑制办法，特别是对汽车外板而言，振动纹仍然是影响带钢表面质量的重要问题。本文针对冷连轧机的振动现象，从

4、轧辊轴承箱磨损、机架窗口尺寸、轧制速度、乳化液浓度等几个重要环节对振动纹的影响进行阐述，并提出抑制措施。2振动纹的产生按载荷传递系统的不同，轧机上发生的振动现象可分为两大类：一类是轧机主传动系统的扭转振动，另一类是轧机垂直系统的振动。2.1扭转振动第八届（2011）中国钢铁年会论文集轧机扭转振动是从生产过程中频繁出现的传动零部件破坏事故被逐步认识的，振动频率一般为520Hz。轧机的主传动系统可以看做是一个由若干惯性元件(包括电机、接手、减速机、齿轮座及轧辊等)和弹性元件组成的“弹簧质量系统”，该系统在载荷突变情况下，发生不稳定的扭转振动。此外，当轧辊间由于某种原因而打滑时，也会在主传动系统中产

5、生扭转振动，而且这种振动一般是发散性的自激振动。若不及时减速，极易造成设备的破坏，是一种很危险的振动形式。另外，主传动系统中的电机调控系统若出现问题，也可能引起主传动系统的扭转振动。早在1967年Moller和Hoggart等人在采用二辊试验轧机轧制铝带时就发现了轧机扭转振动现象，认为扭转振动和轧辊辊隙的摩擦因数有关，轧制速度升高，则摩擦因数减小，从而导致轧机扭转振动，这种振动是一种自激振动行为。加拿大学者GuyMonaco通过对各种类型轧机传动系统的扭转振动研究发现，由于轧辊打滑，上下轧辊力矩分配不均，从而引起轧机扭转振动。中南工业大学的梁薇等人在研究平整机带材振纹现象时分析了主回路电流谐波

6、分量对平整机动力学系统工作的影响，认为在以下两个方面：（1）电流谐波分量形成谐波转矩直接驱动工作机械运动，产生强迫振动；（2）谐波电流经反馈回路作为一种干扰信号，通过控制回路“放大”，再作用于工作机械主体运动，引起运动状态发生变化，产生振动。2.2轧机垂直振动轧机垂直振动的研究始于20世纪70年代初期，随着轧机设备进入高速化、连续化，轧机垂直振动现象逐渐引起了人们的重视。在实际生产中经常出现的垂直振动，按振动频率及危害可分为两类:一类是振动频率在150250Hz之间，称为第三倍频程颤振或低频振动。三倍频程颤振是高速连轧机出现的危害最大的振动现象，以突发性为特征，往往在几秒中内集聚大量能量使振幅

7、迅速发散，并伴有较大的噪声，此时紧急降速可以使振动迅速得到抑制。其危害是引起轧件明显的厚度变化和机架间轧件张力的波动，严重时造成废品、断带并可危及设备安全;另一类是第五倍频程颤振，或称高频振动，振动频率多在5070Hz之间，这种振动不像三倍频程颤振那样迅速发生，振动的发展是一个渐进过程，五倍频程颤振虽然不会引起轧件明显的厚度波动，但会在支承辊或轧件表面形成垂直于轧制方向的振纹现象，影响产品质量。引起轧机垂直振动的原因有多种，凡是能对轧机系统造成冲击或引起作用力变化的因素都可能导致轧机振动的发生。这些振动主要分为3类：由张力波动引起的自激振动、摩擦和润滑引起的自激振动，以及由于轧辊或轴承缺陷等引

8、起的振动。由于张力波动对轧制力的变化有着直接影响，因而成为影响轧机振动的重要因素之一，因张力波动而导致轧机垂直振动的例子很多，如日钢公司Hirohata厂的一套五机架冷连轧机发生160170Hz的垂直振动，使得产品产生了正负10%的厚度波动。TsutomuTamiya等人经过现场测试和理论分析后认为:振动的原因在于轧辊垂直振动的位移与后张力的波动之间存在90°的相位差，当轧制速度升高时，受带后波动影响的后张力波动变大，轧辊振动的振幅由于张力波动的相位延迟而增大，从而发生自激振动。加拿大Dofasco的两台冷连轧机也发生过此类垂直振动现象。这种自激振动的本质在于张力变化引起轧制力的变化

9、，轧制力对轧辊振动系统输入能量。在冷轧带钢生产中，由于轧辊和带钢之间润滑不良引起的振动现象是生产中最常见的，因而轧制界面润滑特性的研究也是当前研究的热点之一。当轧制乳化液稳定性差、油膜不稳定时，辊缝摩擦条件会发生变化从而导致轧制失稳而产生振动。日本千叶制铁所的一套三机架冷连轧机的第2架轧机发生频率为180Hz的振动，测试分析后发现，振动发生的主要原因是乳化液稳定性差，轧制油附着性差和油膜强度不足。采用含有机锌添加剂的乳化液，成功解决了该轧机的振动问题。我国宝钢2030带钢冷轧机与CM04平整机均曾发生过与辊缝润滑相关的振动，通过更换轧制油，并降低乳化液的浓度就解决了振动问题。轧制液影响轧机振动

10、的实质主要是轧制液影响轧制界面的摩擦状态，由于轧制界面摩擦因数随轧制速度的非线性变化导致自激振动的发生。由轧辊表面振纹缺陷或轧辊尺寸不合理导致自激振动的原因在于时滞或相位差引起的再生颤振效应1。3振动纹的抑制措施通过上述分析，现场生产中采取了如下措施，为彻底解决2130连轧机组振动问题起到了一定预期效果。3.1机架窗口尺寸表1是设备对轧机14架工作辊窗口尺寸进行测量的结果(24架公差范围为01.75mm)，可以发现24架虽然没有超出规定的磨损范围，但均存在不同程度的磨损。表1轧机前四架窗口尺寸测量（mm）1架2架3架4架3.2轴承箱尺寸图1表示轧机生产时3架3倍频次振动报警，振动周期与工作辊使

11、用周期一致，报警时生产厚度为1.0mm的带钢，这种振动报警主要发生在轧制时的升减速阶段，表2和表3是将振动报警的工作辊提供给磨床测量的轴承箱数据，轴承箱规定要求为传动侧685（-0.3，-0.5），操作侧695（-0.3，-0.5），所有测量的轴承箱宽度均在规定的范围内，并且轴承箱D-9/B-6在4架进行使用时没有发生振动报警，以下测量数据已存档以便于对振动的工作辊轴承箱做进一步的统计分析。第八届（2011）中国钢铁年会论文集图1轧机3架MCM振动检测结果3.3调整乳化液浓度采用降低乳化液浓度的方法进一步影响辊缝间的润滑摩擦状态，进而降低轧机垂直振动系统发生自激振动的可能性，主要是针对带头150m在升减速阶段3架3倍频发生的振动，经调整A系统乳液浓度，由目标浓度2.75%调整至2.25%，发现带头150m内振动情况有所好转但没有实质性向好趋势。图2轧机乳液A系统浓度调整趋势冷轧带钢表面振动纹的产生与控制3.4调整轧制速度针对轧机带头150m内出现的振纹选择两卷做相关实验：一卷轧机出口速度为200m/min，另一卷速度为200700m/min，主要观察不同轧制速度对带头振纹的影响，结果是轧机高速轧制与低速轧制在带头150m以内都能产生振纹，程度上无明显差异。3.