精细冷却装置在冷轧板型控制中存在的问题及改进措施

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本文以精细冷却装置在武钢二冷轧酸轧机组调试生产中遇到的现场故障及在实际工作积累的现场设备维护的经验为背景，主要阐述了精细冷却装置在使用过程中应该注意的问题及改进措施。并介绍了在轧制带钢的精细冷却过程中影响板型的因素和调整控制板型的方法，说明了精细冷却装置在冷轧板型控制中的主要组成部分及其工作原理。
    1.影响板型因素及调控方法
    影响冷轧带钢板型的最终因素就是带钢通过轧辊时的有载辊缝，所以目前所有调控板型的方法都是围绕调控工作辊有载辊缝而设计的。应用比较广泛的方法有：压下偏斜、工作辊及中间辊弯辊、CVC窜辊、工作辊分段冷却等。
    带钢板型通常由安装在机架后的板型测量辊测得。测量辊测得的每一测量段上的带钢实际应力与在计算机中给出的每一测量段上的带钢应力设定值相比较，得出一个调节偏差值。采用最小二乘法等方法，建立一个四次多项式数学模型，将调节偏差值分解成对应不同次方的板型缺陷的偏差值。即为：
        Y=A0+A1X+A2X2+A3X3+A4X4
    式中，A1X、A2X2、A3X3、A4X4 分别对应于一次、二次、三次、四次板型缺陷的调节偏差分量。这些不同的板型缺陷可以通过图1所示的不同的调节方式来加以消除。
    压下偏斜和工作辊及中间辊弯辊是最传统调控板型方法，这两种方法基本在目前所有冷轧厂应用，然而只有这两种方法，还远远达不到生产高端产品的要求。所以武钢二冷轧2005年从德国SMS公司引进了5机架6辊CVC宽板轧机机组，该机组不仅拥有传统的压下偏斜和工作辊及中间辊弯辊功能，还具备工作辊轴向窜辊、中间辊轴向窜辊、5架精细冷却等装置。工作辊窜辊为EDC窜辊，即将工作辊端部辊身加工成中空结构，用来解决带钢因边部延展抗力小而产生的边部减薄问题。中间辊窜辊为CVC窜辊，即将中间辊辊身加工成保龄球球棒形状，上下中间辊反向装配，此种方法可以有效的改善对称浪，但对非对称内浪却调节有限。为解决内浪调节问题，武钢引进了5架工作辊精细冷却装置，该装置利用热胀冷缩原理通过调节第五架工作辊辊身局部温度而调节有效辊缝，此种方法从理论上可以调节带钢任何部位的浪型。
    2.精细冷却装置的组成及工作原理
    精细冷却主要有带钢板型测量装置、信号处理装置、喷嘴控制部分、喷嘴执行部分组成。
    武钢二冷轧采用西门子公司开发的SI-FLAT非接触式板型仪，其工作原理为对带钢进行周期性的激振，测量带钢沿宽度方向上的激振高度，用激振波高的分布来衡量带钢的张力分布及板型。它相对于传统接触式板型仪有以下几方面优点：⑴测量频率不依赖于轧制速度；⑵测量分辨率高。
    喷嘴控制部分采用压缩空气控制，电信号通过气动阀岛控制每个喷嘴阀气源的开关从而控制喷嘴的开关。
    执行部分是通过喷嘴阀的开关控制乳化液的开闭。5架乳化液润滑冷却分为支承辊与中间辊辊缝润滑即G梁，工作辊辊面冷却即E梁，还有带钢冷却喷吹梁即F梁，精细冷却主要通过E梁对上下工作辊辊面进行冷却，上下E梁共132个喷嘴，分66个冷却区段单独控制，上下同一区域同时控制。如图2，操作侧与传动侧分别有26个小喷嘴，每个喷嘴控制区域26mm，中间14个大喷嘴，每个喷嘴控制区域52mm。
    武钢二冷轧改进之前采用的是EVERTZ HYDROTECHNIK公司的喷嘴阀，其工作原理如图3所示。
    当空气接通时喷嘴阀空气端压力增大，阀芯压缩空气端受力P2大于乳化液端P1，喷嘴阀芯向前移关闭乳化液，当压缩空气关闭时，P2<P1，喷嘴阀芯向后移，乳化液打开使该区域的辊面冷却。
    在目前，国内部分冷连轧机组为了得到更好的板型，相继给机组装配了精细冷却装置。实践表明，在冷连轧带钢特别是宽幅带钢过程中通过对乳化液分段冷却控制系统的合理控制与正确利用可以获得更好的带钢板型及表面质量。目前部分钢厂引进了精细冷却装置，并得到了良好的应用，尽管在消化吸收新技术的同时还不断创新，但是目前精细冷却装置在生产实践中仍然或多或少的还存在一些问题有待改进。
    3.使用过程中存在的问题及改进措施
    分段冷却的喷嘴只能打开或关闭，不能进行单个喷嘴流量的控制。其根据剩余板型偏差，如果大于某一阈值，则喷嘴打开，如果小于某一阈值，则喷嘴关闭，导致了某些喷嘴频繁的开启关闭，而有些喷嘴则长期处于一种工作状态，这就导致频繁调节的喷嘴阀阀芯密封容易破损，而长期处于关闭的喷嘴容易沉积铁粉导致喷嘴阀阀芯卡死。由于乳化液压力比空气压力大，当喷嘴阀阀芯密封破损后，乳化液会沿着压缩空气管道进入控制阀岛，众所周知，阀岛是个很紧密的控制元件，进乳化液后如果某一片阀有问题，那就意味着整个阀岛需更换。在轧钢工艺中，喷嘴如果不能正常开启或关闭，将不仅不能起到调节板型的作用，还有可能使板型更差甚至长期不喷的区域会产生热划痕。所以SMS公司给武钢二冷轧的工艺要求中就提到要在每次换辊时做一次喷嘴测试，将有问题的喷嘴或阀岛更换掉，这样不仅带来巨大的备件费用，也严重影响了产能。
    通过上述问题的研究我们发现以下两点问题：
    ?阀岛容易失效，归咎原因主要是尽管管道前加装了过滤器压缩空气仍不够清洁。其次就是阀芯密封破损导致乳化液倒灌至阀岛。
    ?喷嘴阀容易失效，归咎主要原因是设计欠缺，阀芯密封一边封乳化液一边封压缩空气，本身对密封就是一种挑战，一旦密封失效乳化液就会进入阀岛使阀岛失效。
    针对上述两点，我们做出了如下改进：
    ①单独设立空压站提供压缩空气，管道及蓄气罐全采用不锈钢耐腐蚀材料，加装高精度空气过滤装置及干燥器。
    ②如图4，在不改变安装要求的同时自主重新设计喷嘴阀，双组密封，使得水封和气封分开，如果一旦有一个密封失效，另外一组密封还可以将乳化液和水分开。           
    4.结束语
    通过对喷嘴阀及阀岛气源的改进，精细冷却装置使用效果得到了很大的提高，备件费用大量降低，机组作业率得到提高，板型比以前有了很大的改善。但为了生产出更高质量的产品，还需进一步研究探讨其他方面问题，比如，该机组轧机板型调节功能如此强大，我们可以从轧制规程中入手，增加1-4架对板型的调节比例；另外，SI-FLAT非接触式板型仪虽然理论上有许多优点，但毕竟是刚推出的产品，还有很多优点有待验证。