关于轧机设备典型故障及解决方法分析

严宏安

(洛阳龙鼎铝业有限公司，河南 洛阳 471300)

我公司现有1600mm、1850mm、2000mm等不同规格的4辊不可逆冷轧机共18台套，工艺控制系统采用西门子控制系统，可生产5mm～0.006mm各种不同规格的铝板带箔产品，轧机顺控系统采用西门子S7315系列可编程控制系统，主传动系统采用ABB公司DCS800系列直流调速系统，每台轧机均配备有AGC(自动厚度控制)和AFC(自动板型控制)系统，轧机出口测厚仪采用塞默飞公司生产的RM410系列，板形仪采用原西门子奥钢联生产的空气轴承式板形仪，分为轻载型和重载型两个系列。现根据公司运行管理收集的故障经验，进行简要总结，供大家学习参考。

1 轧机传动系统故障及解决方法分析

(1)张力波动大比较常见。简单故障可以从编码器工作不正常和卷径测量不准两个方面来查找。检查电机编码器是否有松动，如原10#轧机曾经出现张力波动大，更换编码器连接轴后正常；在直流电机编码器端盖处加干油不能过量，9#、10#轧机在白天检修加完润滑油后，夜班生产时出现故障，经过检查，发现打黄油过量造成编码器故障，随后把多余的干油清理干净编码器工作正常。卷径测量容易产生故障，卷径测量不准或者连续跳动，遇到这种情况先检查卷径测量仪镜面是否有油污，测量点是否对准套筒的中心，检查卷径测量仪插头是否有松动，如上述都无法解决，需要对卷径测量重新标定，更换卷径测量仪也需要重新标定。

(2)加减速时张力波动大。在轧机调试时，通过不断摸索，发现加减速张力不稳主要是由于卷取机转动惯量补偿不合适造成的，因此遇到该问题需重新做转动惯量补偿。在做转动惯量补偿时，机械的润滑条件和摩擦系数要尽量接近工作状态，建议在做转动惯量补偿时，机列提前预热轧制一道。

2 西门子TCS控制系统(轧机工艺控制系统)故障及解决方法分析

机架标定无法顺利通过是遇到的最频繁问题，每一台轧机都出现过该问题，前期该类故障占月度总故障的89%以上，通过多年运行总结经验，现将机架辊缝标准化的每一步动作进行简单的讲解分析。初始化(原始标定数据归零)；辊缝全打开(卸荷状态，压上缸落到最下)；计数器清零(磁尺计数器清零)；闭辊缝5mm(闭辊缝5mm，标定步骤中断，检查液压系统和伺服阀控制)；标定倾斜(达到系统给定一个倾斜力值2mm)；标定弯辊(达到系统给定的一个弯辊力值40%)；最小轧制力合辊缝(轧制力环控制和倾斜位置环，此处需要检查液压状态及轧制线状态，该步只要求操作侧或传动侧轧制力达到系统设定的最小轧制力并稳定即可通过，设定值60t～80t)；接触轧制力合辊缝(倾斜位置环控制，要求传动侧或操作侧辊缝都闭合，3#轧机因操作侧压上缸没有卸荷到底，导致在接触轧制力阶段出现倾斜位置超限造成机架标定无法通过)；开辊缝5mm(位置控制)；轧辊称重(位置控制)；合辊缝到接触轧制力(轧制力环控制，接触轧机80t～120t)；开始喷淋(压上系统压力环，喷淋梁起动喷油)；主机运行(压上系统压力环，给定主机速度120m/min运转主机)；开始串辊(6辊轧机有此功能，4辊轧机无此动作)；传动检查(压上压力环，速度达到主机标定给定速度)；开始轧制力控制(单侧轧制力控制环，轧制力到标定轧制力，找到辊缝的实际零位)；单侧轧制力模式(单侧轧制力控制环，倾斜轧制力不能超限)；延时20s(循环控制)；标定位置(位置环控制，位置清零)；开始位置控制(位置环控制)；偏心补偿测试(位置环控制)；开辊缝到接触轧制力(压力环控制)；主传动停止运行(压力环控制)；冷却系统停止(压力环控制)；开辊缝到10mm(压力环，伺服阀输出-100%电流)；标定结束(记录标定轧制线位置，轧制线偏差与实际偏差过大标定无效，4#机出现过)。

(1)2#2000mm冷中轧机支承辊换辊缸连接销导致机架标定无法通过。2011年某日晚17点，2#2000mm冷中轧机无法标定，经过多次反复标定发现每次都在第17步轧制力模式中断，从PDA记录上显示的数据分析，造成中断的原因是由于轧辊传动侧和操作侧倾斜值过大，轧制力差超限系统卸荷保护，如图1所示。

从图1可以看出，在18点19分7秒有一次压力值的变化，这说明压上缸已经靠上下支承辊轴承座；在18点19分12秒时刻传动侧压力突然变大，而操作侧压力值没有变化，此时偏差轧制力开始变大；在18秒19分18秒左右操作侧侧压力增大，说明此时上工作辊和下工作辊已经开始接触，此时偏差轧制力才趋于正常。通过现场检查机械发现，系统在机架辊缝标定时，传动侧会压力先上去，是因为支承辊换辊油缸的插销还连在支承辊上突然造成两边的压力偏差，因传动侧和操作侧压力差过大，系统保护卸荷，中断了轧机的机架标定。

(2)7#1550mm冷轧机支承辊定位装置没到位造成倾斜位置超限引起机架标定中断。辊系传动侧往操作侧倾斜，通过查找机械问题，发现下支承辊的锁紧装置未锁紧，在轧制过程中受到横向力导致下支承辊从机架内窜出，造成倾斜位置差引起机架标定中断，无法标定通过。

(3)3#轧机发生两次标定无法通过的设备故障。3#2000mm粗中轧机故障原因是因为倾斜超限保护造成的，在排除了电气故障后，检查机械问题时，发现操作侧压上缸没有完全卸荷到底，造成倾斜差故障。

(4)4#轧机压上系统在辊缝打开5mm时，轧机机架辊缝标定时中断。4#1900mm冷轧机操作侧和传动侧各2组伺服阀，可以选择4种工作模式，但是无论选择什么模式都在机架标定开辊缝5mm阶段无法通过，起初怀疑是液压问题，用干电池手动给正负电流缸体都能动作，检查卸荷阀发现均正常，且标定轧制力也能达到接触轧制力，最后查到操作侧伺服阀放大板没有负电流输出，更换放大板后工作正常。

(5)9#、10#1600mm粗中轧机最早多次遇到最小轧制力无法运行，最常见的是伺服阀卡，更换伺服阀后工作正常；其次压上系统液压卸荷回路工作不正常，其原因多数是由于压上背压压力有人私自调节，背压加装压力传感器后该问题很少发生。

总之辊缝标定中断故障是行业内比较常见的故障类型之一，80%以上的故障均是因为压上油品清洁度低。压上液压油采用的是32#高清液压油，清洁度等级为NAS5级，油品长期使用，机械杂质超标，以及平时更换滤芯和加油补油操作不规范，油品清洁度下降，造成液压阀卡涩辊、辊缝标定故障频发。为了解决该问题，规范油箱加油补油的操作规程，其次定期通过高精度滤油机体外对油品进行过滤，保证油品的清洁度，以及对压上滤芯3个月为周期定期进行更换。通过加强对油品的管理后，轧机辊缝标定故障基本得到了遏制。

3 板型与厚控的典型案例

(1)10#轧机初期板形扣边严重。通过减少总的喷淋量和加大压平辊的凸度解决了该问题。

(2)2#轧机生产带材板形传动侧二肋浪，入口辊张紧辊液压缸传动侧脱焊造成入口辊系不平行导致的。

(3)4#轧机调试期间厚差周期性变化，轧制力也周期性波动。用百分表测量上工作辊圆周度为0.05mm的跳动，后经查是由于磨削1900mm轧辊时磨床托磨点不正确造成轧辊椭圆导致的。

(4)5#轧机在试车时发现周期性横辊印。反复查找后发现是因为上工作辊和下工作辊的配对率相差太大造成横辊印，上下工作辊辊径相差0.27mm，上下工作辊直径不一样，工作辊线速度不一致导致上下辊存在相对运动。

(5)W型浪和M型浪板形。2#轧机和5#轧机发生过W型板形，2#轧机是因为工艺油不符合工艺要求，轧制时轧制力比正常轧制时要大很多才能达到目标厚度，轧制力和正弯力过大，使工作辊发生高次挠曲造成W型板形；5#轧机在加大工作辊凸度后解决了该问题。反之辊系凸度和负弯力过大会造成M型板形。

(6)2012年某日15点03分，2#、3#、4#、5#轧机板形辊全部报警，板形辊压差传感器检测压力和系统检查供气压力异常，轧机全部故障停机。对气源空气管路检查时发现，因该4台设备用气点是在压缩空气总管末端，气源主管路末端含有大量的油水混合物，油水混合物把板形辊气动系统所有的滤芯全部堵死，造成供气系统压力低，板形辊到压力传感器的内部毛细气管被油水混合物堵塞造成了板形辊故障，该次故障造成4台设备大面积长时间故障停机。

空气轴承式板形仪对气源质量要求较高，公司前期空压机以及压缩空气干燥机采用的设备，气源质量差，气体中含油含水严重超标，压缩机油随着压缩空气同时输入至供气主管道内；气体干燥机采用冷冻式，降温效果差，压缩空气通过长距离输送，热气体遇冷积聚形成大量的水。后期公司将所有空压设备全部更换为进口空压机，气体干燥机也升级更换采用吸附式干燥机，其次对定期更换供气管路上的滤芯，确保板形仪压缩空气洁净干燥。通过这些技改后，板形仪未出现类似故障，运行较为稳定。

(7)7#1500mm轧机板形的周期性摆动。7#1550mm冷轧机为开坯轧机，铸轧生产7.0mm厚板均需通过冷轧开坯，提供给下游箔轧，在7mm轧机出现板形周期性摆动。通过数据分析收集，以板形摆动周期体积相等原则，对该问题进行了分析处理，最终统计发现，周期摆动与铸轧辊周长相关，铸轧辊每转动一圈，对应冷轧的7#轧机开坯板形摆动一次。

来料板宽、摆动周期、轧机速度、轧机厚度均为已知量，通过这些已知量计算出来料带材板形摆动周期的长度，根据大量的轧制数据统计计算，带材周期性摆动的长度均能匹配上游铸轧机轧辊周长，因此推算出板形周期性摆动来源于上游铸轧机轧辊偏心。

(8)张力波动对板形影响的理论分析。10#轧机轧制箔料升减速时板形不好，经常断带，经iBA数据分析是由于出口的实际张力和反馈张力不一致造成的，板形控制系统的反馈张力可以从板形辊上检测出来，现对板形辊检测原理与张力关系做如下理论分析：

测张力分布式检测方法的工作前提是带材在前张力作用下完全被拉伸平直(否则测到的只是带材平坦度缺陷的部分)，即带材在张力作用下无翘曲浪形，w(x，y)=0。并假设：①带材沿横向处处与测量辊表面以包角2接触绕过；②忽略带材绕过测量辊时的张力损耗，认为测量辊前后带材张力大小分布完全相同；③带材横截面为矩形，厚度均为h；④前张应力A(i)在与其测量区域相对应的带材横截面内均匀分布。如果带材宽度B内刚好有m个测量区段，就可测得m个径向压力值q(i)，每个辊环对应的带材宽度为B1(i)，如图2所示。

那么对于i区域带材B1(i)有，q(i)=2σb(i)·sinθ·h·B1(i)。对于带材整体有，第i区域带材作用在板型辊上的力，q(i)=2σ(i)sinθ×h×B(i)；式中，σ(i)为实际出口带材形变单位张应力；θ为抱角角度；h为出口带材厚度；B(i)为第i区域带材的宽度。带材作用在板型辊i区域的弹性变形的单位张应力：

σΔ(i)=q(i)/[2sinθ×h×B(i)]-Ts/(h×B)

=q(i)/[2sinθ×h×B(i)]-[Σq(m)/h×B2sinθ](板形检测与轧机出口带材实际张力无关)

=[q(i)×Σq(m)]/[2sinθ×h×B(i)×Σq(m)]-Ts/(h×B)

=[q(i)×Ts)]/[h×B(i)×Σq(m)]-Ts/(h×B)

=Ts{q(i)/[(h×B(i)×Σq(m))]-1/(H×B)}

(板形检测与带材和板形辊形成的包角无关)

=[Ts/(h×B)]×{[B(i)×q(i)]-[Σq(m)×B(i)]/[Σq(m)×B(i)]}

注：Ts为轧制时实际带材总张力。

解析上式的物理含义为，带材的弹性变化张应力值与实际张力以及包角角度无关。通过带材几何图形也可以解释上述论证，σΔ(i)=E{[L-L(i)]/L}；式中，E为轧件的杨氏模量。纵向纤维条分割模型如图3所示。

由此可知，出口实际张力大小和包角与实际板形的测量及板形变化无关，带材张力的波动变化和实际张力存在误差会造成板形控制不精准，但在一定的范围内也可以接受，对板形的控制造成的误差非常小，板形变化如图4所示。

4 测厚仪典型故障案例

(1)轧机测厚仪快门限位开关经常性损坏，限位开关分别加装铜保护罩后正常，X射线长期直射限位开关会造成限位开关损坏。限位开关为塑料外壳封装，长时间照射使电气元件老化，甚至在电路板上产生静电，造成反向击穿PN节。

(2)5#轧机射线源生产双零箔厚度漂移严重。射线源温度的变化造成射线管电流产生了衰减或能量变大，造成厚度零漂，射源升温范围过大，测厚系统温度补偿不准确。通过对射源增加冷却改造，使射线源温度控制在40℃左右。

(3)9#轧机测厚仪静态测量样片厚度值跳动范围过大，即测厚噪声大。通过分析由于发射源的零点电压U0和电流I0出现波动造成测量厚度的跳动，检查后发现是由于C型架的穿线管破裂造成射线源里面进油造成了零点电压电流波动，把射线源里的油污擦净后正常。

在日常维护过程中，用于射线源内部正压的压缩空气很重要，且压缩空气一定要干净，最好使用氮气作为保护，测厚仪正压压力不易过大，15mbar即可；其次，测厚仪窗口吹扫空气过低同样也会造成压力测厚仪噪声大，理论上来说测厚仪的燥声与测厚仪电气元件的工作性能有很大关系，与吹扫压力并无关，窗口吹扫压力低造成测厚仪噪声大，完全来自于笔者工作经验。