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[摘 要]针对带钢在1420冷联轧机组轧制过程中，受到各种因素影响而出现的在1号轧机处频繁跑偏断带的现象进行研究和分析，并介绍了相应的预防和控制措施。
[关键词]跑偏；张力；转矩; HGC；ATC
1 前言
八钢冷轧厂冷联轧机组采用5机架连轧工艺，1-4号轧机采用4辊轧机，5号轧机采用6辊轧CVC轧机，在机架间配置有张力辊用于检测机架间带钢的张力。冷轧机组入口侧采用双锥头胀缩式开卷机，在开卷机和1号轧机之间依次配置有入口转向辊和夹送辊。出口侧采用的是出口转向辊、悬臂式卷取机。在线主要检测仪表配置，在1号轧机前后各安装1个激光测速仪和1个X-RAY 测厚仪，在5号轧机后安装1个X-RAY测厚仪。在实际轧制过程中带钢在1号轧机处频繁跑偏严重影响冷轧机组的正常生产，降低机组的生产率和成材率，也造成轧辊的损伤。因此分析研究及控制1号轧机处带钢跑偏的现象具有重要的意义。冷轧机组工艺布置如图1 所示:
2 带钢跑偏现象分析
带钢在穿带过程、升速过程、正常轧制过程、甩尾过程中均可能发生跑偏现象，跑偏的位置在开卷机至卷取机之间均有可能发生跑偏的现象，跑偏的方向朝传动侧和操作侧方向都有可能。针对1420冷轧机组主要发生在1号轧机处跑偏断带。导致跑偏的因素很多，综合来说主要有3方面的因素：电气自动化控制问题、设备问题，工艺操作问题。
3 跑偏原因分析和控制
3.1 开卷机和1号轧机之间的张力设置对带钢跑偏的影响
由于开卷机和1号轧机之间带钢运行过程中处于一个不水平的位置，根据不同厚度和宽度规格的带钢及开卷机的额定功率和过载性能设置足够大的张力能够有效的减少带钢在1号轧机处的跑偏现象和跑偏量。
在设置张力时开卷机与1号轧机之间的总张力需小于酸洗机组出口卷取机的总张力，以避免带钢之间发生相对摩擦影响带钢表面质量。开卷机与1号轧机的张力控制模式采用速度环饱和，设置转矩限幅的控制模式，实际张力无传感器检测，采用开卷机电机输出转矩计算。通过给开卷机的线速度参考值设置一个滞后速度偏移量，即开卷机的线速度小于1号轧机的线速度，运行过程中开卷机的实际速度一直处于大于参考速度的状态从而使开卷机的速度环饱和。在正常轧制情况下开卷机电机输出的力矩方向与1号轧机电机的输出力矩方向相反。 在轧制过程中开卷机的线速度不变，开卷机的卷径不断的变化，要求开卷机输出的转矩必须根据卷径的变化进行快速的动态调整以维持开卷机和1号轧机之间的张力保持恒定。
开卷机电机的转矩为 : M=P*9550/n (单位 Nm)
开卷机与1号轧机之间的张力为: T=2M*i/D=2*9550/(D*n)
其中P为开卷机电机额定功率，n为实际角速度，i为开卷机齿轮箱减速比，D为钢卷的实际卷径。
根据张力和转矩的公式可知在控制过程中需要注意几点：
(1)卷径的计算必须准确，否则计算张力和实际张力不符。卷径的计算采用的是入口转向辊和开卷机上安装的编码器进行计算，在配置编码器的精度即每圈的脉冲数需足够大，对编码器应进行定期的检查和维护以确保编码器准确地工作。
(2)开卷机电机的角速度在基速以内时开卷机电机以恒转矩方式工作，输出的额定转矩范围:0-额定转矩。开卷机电机在基速以上以恒功率方式工作，输出的最大转矩为额定转矩。为保证从穿带过程、升速过程、正常轧制至减速甩尾过程中开卷机和1号轧机之间的张力维持工艺设定的值，必须根据卷径和机组设定的线速度计算在整卷的生产过程中开卷机是否均能提供足够的转矩以满足张力恒定的要求。
(3)由于开卷机采用双锥头胀缩式开卷机，开卷机由安装在操作侧和传动侧的两台电机共同控制，因此必须保证操作侧和传动侧电机的输出转矩保持一致。在控制上通过主-从控制模式来实现，速度控制环仅在主6RA70传动装置内实现，从装置只实现电流控制环，来保证两台电机输出的转矩保持一致。双锥头胀缩式开卷机结构形式和控制框图如下图图2 所示:
3.2 HGC控制的对带钢跑偏的影响
3.2.1 HGC液压缸DS侧和NDS侧动作的同步性
轧机的HGC缸由操作侧和传动侧两个缸构成，每个HGC缸的采用1个MOOG伺服阀驱动，每个HGC缸上安装1个分辨率0.5um 型号为SD608-022RA SONY磁尺。MOOG阀具有能够调节压力和调节流量，允许大流量的特点，可以满足HGC系统对精确和快速响应要求。无论在是否处在轧制状态，HGC缸在控制过程中操作侧和传动侧必须保证位置同步运动。在一级自动化控制程序中设置一个同步控制功能，保证操作侧和传动侧HGC缸控制过程中的同步性。在轧制过程中辊缝位置处在一个不断调节不断变化的过程中，如操作侧和传动侧运动不同步，导致操作侧和传动侧辊缝不一致和轧制力不一致，则可能会导致带钢在轧制过程中发生跑偏现象。因此需要定期的对HGC缸控制过程的同步性进行检查。HGC钢同步功能控制框图如下图图2所示。
3.3 ATC控制的分析
轧机之间配置有ABB张力辊用于检测机架间带钢的张力，张力辊测张失真会造成ATC系统控制的不正常导致带钢跑偏现象的发生，需要定期对张力辊压头进行检查标定、固定螺栓的紧固、检查和对张力辊的安装位置是否发生偏移。
3.4 设备原始安装对中性对跑偏的影响
开卷机结构形式采用双锥头形式，保证操作侧和传动侧两边设备安装位置的对中性非常重要。此外开卷机卷轴设备在轨道上由液压缸控制滑行，必须保证卷轴设备与轨道的安装精度。设备安装的对中性误差较大将会导致带钢朝一侧跑偏。
3.5 转向辊的辊型材质对跑偏的影响
1号轧机和开卷机之间的转向辊表面应采用蹭胶辊，来料板型发生变化时蹭胶辊表面的蹭胶层会发生相应的形变以保证带钢表面与转向辊表面的有足够大的接触面并且受力均匀，对于预防入口带钢发生跑偏现象起着重要的作用。蹭胶辊蹭层磨损严重时必须及时更换。
3.6 工艺操作对跑偏的影响
在开卷机上卷时必须保证钢卷的对中性即带钢的中心线与轧制中心线的偏差控制尽可能的小，否则极易发生跑偏现象。
3.7 原料卷的质量导致的跑偏
带钢的板型较差时带钢在运行过程中易发生跑偏现象。对带钢凸度和楔形、镰刀弯、边浪、中浪等有关板型的技术指标必须严格控制，控制板型技术超标的原料卷进入冷轧机组能够减少因板型差导致的跑偏断带。对前一道工序的产品质量缺陷进行跟踪，在缺陷位置的带钢进入轧机前进行降速或切除。控制前一道工序酸洗卷取机卷取张力保持恒定，卷取张力波动将可能导致中间层存在松卷现象，在进入轧机时将会导致开卷机与1号轧机之间的张力发生波动而导致跑偏现象的发生。当钢卷存在较大塔形时，在运行过程中也会发生跑偏的现象，必须控制具有较大塔形的钢卷进入轧机。
4 跑偏的控制措施
4.1自动张力差控制跑偏现象
通过安装在1号轧机和2号轧机之间张力辊检测压头操作侧和传动侧的张力差信号判断带钢是否跑偏，根据张力差信号去控制轧机的倾斜去达到纠偏的效果。利用张力差信号调节轧机的倾斜的功能只适用于稳定轧制的情况，在穿带和甩尾期间带钢的张力差不稳定不能用于纠偏。
4.2自动轧制力差控制跑偏现象
在甩尾过程中速度降低至甩尾速度后可以利用操作侧和传动侧的轧制力差去纠正带钢的跑偏，通过倾斜调节功能使两边轧制力基本保持相等来达到纠偏的效果。
4.3 采取工艺措施预防带钢的跑偏
由于1号轧机在AGC控制中起着关键的作用，因此保证1号轧机的HGC的控制性能尤为重要。1号轧机应配置大辊径的工作辊和支撑辊，HGC缸升出长度短响应性能和稳定性好。选择合适的轧辊表面的粗慥度，根据带钢的宽度合理的配置轧辊的凸度，带钢越宽轧辊凸度应越小或配置平辊。控制轧辊的轧制吨位防止轧辊疲劳工作。设置合适的弯辊力，穿带时采用正的弯辊力，在轧制过程中通过调节弯辊力控制1号轧机出口的带钢板型为轻微双边浪能够起到预防跑偏和自动对中的功能。
5结束语
带钢跑偏原因是多方面比较复杂，但针对特定机组带钢跑偏的原因是特定的，需要针对具体问题具体分析并采取相应的技术措施解决。宝钢集团新疆八一钢铁股份有限公司冷轧薄板厂冷轧机组作为疆内第一条冷轧机组，自投产不断进行技术改造和革新，生产出的带钢质量和产量提高在不断的提高。相信宝钢集团新疆八一钢铁股份有限公司冷轧薄板厂必将会为新疆经济的腾飞和宝钢集团新疆八一钢铁股份有限公司的发展发挥着重要的作用。
[关键词]跑偏；张力；转矩; HGC；ATC
1 前言
八钢冷轧厂冷联轧机组采用5机架连轧工艺，1-4号轧机采用4辊轧机，5号轧机采用6辊轧CVC轧机，在机架间配置有张力辊用于检测机架间带钢的张力。冷轧机组入口侧采用双锥头胀缩式开卷机，在开卷机和1号轧机之间依次配置有入口转向辊和夹送辊。出口侧采用的是出口转向辊、悬臂式卷取机。在线主要检测仪表配置，在1号轧机前后各安装1个激光测速仪和1个X-RAY 测厚仪，在5号轧机后安装1个X-RAY测厚仪。在实际轧制过程中带钢在1号轧机处频繁跑偏严重影响冷轧机组的正常生产，降低机组的生产率和成材率，也造成轧辊的损伤。因此分析研究及控制1号轧机处带钢跑偏的现象具有重要的意义。冷轧机组工艺布置如图1 所示:
2 带钢跑偏现象分析
带钢在穿带过程、升速过程、正常轧制过程、甩尾过程中均可能发生跑偏现象，跑偏的位置在开卷机至卷取机之间均有可能发生跑偏的现象，跑偏的方向朝传动侧和操作侧方向都有可能。针对1420冷轧机组主要发生在1号轧机处跑偏断带。导致跑偏的因素很多，综合来说主要有3方面的因素：电气自动化控制问题、设备问题，工艺操作问题。
3 跑偏原因分析和控制
3.1 开卷机和1号轧机之间的张力设置对带钢跑偏的影响
由于开卷机和1号轧机之间带钢运行过程中处于一个不水平的位置，根据不同厚度和宽度规格的带钢及开卷机的额定功率和过载性能设置足够大的张力能够有效的减少带钢在1号轧机处的跑偏现象和跑偏量。
在设置张力时开卷机与1号轧机之间的总张力需小于酸洗机组出口卷取机的总张力，以避免带钢之间发生相对摩擦影响带钢表面质量。开卷机与1号轧机的张力控制模式采用速度环饱和，设置转矩限幅的控制模式，实际张力无传感器检测，采用开卷机电机输出转矩计算。通过给开卷机的线速度参考值设置一个滞后速度偏移量，即开卷机的线速度小于1号轧机的线速度，运行过程中开卷机的实际速度一直处于大于参考速度的状态从而使开卷机的速度环饱和。在正常轧制情况下开卷机电机输出的力矩方向与1号轧机电机的输出力矩方向相反。 在轧制过程中开卷机的线速度不变，开卷机的卷径不断的变化，要求开卷机输出的转矩必须根据卷径的变化进行快速的动态调整以维持开卷机和1号轧机之间的张力保持恒定。
开卷机电机的转矩为 : M=P*9550/n (单位 Nm)
开卷机与1号轧机之间的张力为: T=2M*i/D=2*9550/(D*n)
其中P为开卷机电机额定功率，n为实际角速度，i为开卷机齿轮箱减速比，D为钢卷的实际卷径。
根据张力和转矩的公式可知在控制过程中需要注意几点：
(1)卷径的计算必须准确，否则计算张力和实际张力不符。卷径的计算采用的是入口转向辊和开卷机上安装的编码器进行计算，在配置编码器的精度即每圈的脉冲数需足够大，对编码器应进行定期的检查和维护以确保编码器准确地工作。
(2)开卷机电机的角速度在基速以内时开卷机电机以恒转矩方式工作，输出的额定转矩范围:0-额定转矩。开卷机电机在基速以上以恒功率方式工作，输出的最大转矩为额定转矩。为保证从穿带过程、升速过程、正常轧制至减速甩尾过程中开卷机和1号轧机之间的张力维持工艺设定的值，必须根据卷径和机组设定的线速度计算在整卷的生产过程中开卷机是否均能提供足够的转矩以满足张力恒定的要求。
(3)由于开卷机采用双锥头胀缩式开卷机，开卷机由安装在操作侧和传动侧的两台电机共同控制，因此必须保证操作侧和传动侧电机的输出转矩保持一致。在控制上通过主-从控制模式来实现，速度控制环仅在主6RA70传动装置内实现，从装置只实现电流控制环，来保证两台电机输出的转矩保持一致。双锥头胀缩式开卷机结构形式和控制框图如下图图2 所示:
3.2 HGC控制的对带钢跑偏的影响
3.2.1 HGC液压缸DS侧和NDS侧动作的同步性
轧机的HGC缸由操作侧和传动侧两个缸构成，每个HGC缸的采用1个MOOG伺服阀驱动，每个HGC缸上安装1个分辨率0.5um 型号为SD608-022RA SONY磁尺。MOOG阀具有能够调节压力和调节流量，允许大流量的特点，可以满足HGC系统对精确和快速响应要求。无论在是否处在轧制状态，HGC缸在控制过程中操作侧和传动侧必须保证位置同步运动。在一级自动化控制程序中设置一个同步控制功能，保证操作侧和传动侧HGC缸控制过程中的同步性。在轧制过程中辊缝位置处在一个不断调节不断变化的过程中，如操作侧和传动侧运动不同步，导致操作侧和传动侧辊缝不一致和轧制力不一致，则可能会导致带钢在轧制过程中发生跑偏现象。因此需要定期的对HGC缸控制过程的同步性进行检查。HGC钢同步功能控制框图如下图图2所示。
3.3 ATC控制的分析
轧机之间配置有ABB张力辊用于检测机架间带钢的张力，张力辊测张失真会造成ATC系统控制的不正常导致带钢跑偏现象的发生，需要定期对张力辊压头进行检查标定、固定螺栓的紧固、检查和对张力辊的安装位置是否发生偏移。
3.4 设备原始安装对中性对跑偏的影响
开卷机结构形式采用双锥头形式，保证操作侧和传动侧两边设备安装位置的对中性非常重要。此外开卷机卷轴设备在轨道上由液压缸控制滑行，必须保证卷轴设备与轨道的安装精度。设备安装的对中性误差较大将会导致带钢朝一侧跑偏。
3.5 转向辊的辊型材质对跑偏的影响
1号轧机和开卷机之间的转向辊表面应采用蹭胶辊，来料板型发生变化时蹭胶辊表面的蹭胶层会发生相应的形变以保证带钢表面与转向辊表面的有足够大的接触面并且受力均匀，对于预防入口带钢发生跑偏现象起着重要的作用。蹭胶辊蹭层磨损严重时必须及时更换。
3.6 工艺操作对跑偏的影响
在开卷机上卷时必须保证钢卷的对中性即带钢的中心线与轧制中心线的偏差控制尽可能的小，否则极易发生跑偏现象。
3.7 原料卷的质量导致的跑偏
带钢的板型较差时带钢在运行过程中易发生跑偏现象。对带钢凸度和楔形、镰刀弯、边浪、中浪等有关板型的技术指标必须严格控制，控制板型技术超标的原料卷进入冷轧机组能够减少因板型差导致的跑偏断带。对前一道工序的产品质量缺陷进行跟踪，在缺陷位置的带钢进入轧机前进行降速或切除。控制前一道工序酸洗卷取机卷取张力保持恒定，卷取张力波动将可能导致中间层存在松卷现象，在进入轧机时将会导致开卷机与1号轧机之间的张力发生波动而导致跑偏现象的发生。当钢卷存在较大塔形时，在运行过程中也会发生跑偏的现象，必须控制具有较大塔形的钢卷进入轧机。
4 跑偏的控制措施
4.1自动张力差控制跑偏现象
通过安装在1号轧机和2号轧机之间张力辊检测压头操作侧和传动侧的张力差信号判断带钢是否跑偏，根据张力差信号去控制轧机的倾斜去达到纠偏的效果。利用张力差信号调节轧机的倾斜的功能只适用于稳定轧制的情况，在穿带和甩尾期间带钢的张力差不稳定不能用于纠偏。
4.2自动轧制力差控制跑偏现象
在甩尾过程中速度降低至甩尾速度后可以利用操作侧和传动侧的轧制力差去纠正带钢的跑偏，通过倾斜调节功能使两边轧制力基本保持相等来达到纠偏的效果。
4.3 采取工艺措施预防带钢的跑偏
由于1号轧机在AGC控制中起着关键的作用，因此保证1号轧机的HGC的控制性能尤为重要。1号轧机应配置大辊径的工作辊和支撑辊，HGC缸升出长度短响应性能和稳定性好。选择合适的轧辊表面的粗慥度，根据带钢的宽度合理的配置轧辊的凸度，带钢越宽轧辊凸度应越小或配置平辊。控制轧辊的轧制吨位防止轧辊疲劳工作。设置合适的弯辊力，穿带时采用正的弯辊力，在轧制过程中通过调节弯辊力控制1号轧机出口的带钢板型为轻微双边浪能够起到预防跑偏和自动对中的功能。
5结束语
带钢跑偏原因是多方面比较复杂，但针对特定机组带钢跑偏的原因是特定的，需要针对具体问题具体分析并采取相应的技术措施解决。宝钢集团新疆八一钢铁股份有限公司冷轧薄板厂冷轧机组作为疆内第一条冷轧机组，自投产不断进行技术改造和革新，生产出的带钢质量和产量提高在不断的提高。相信宝钢集团新疆八一钢铁股份有限公司冷轧薄板厂必将会为新疆经济的腾飞和宝钢集团新疆八一钢铁股份有限公司的发展发挥着重要的作用。