镀锌线退火炉带钢跑偏停车分析和处理研究

李东辉

（鞍钢广州汽车钢有限公司，广东 广州 511434）

0 引言

镀锌线退火炉采取的生产技术相对完善，炉内分为预热区、加热区和冷却区等，因钢种规格具有较大的跨度，再加上退火炉具有较长的生产线，因此，在实际运行期间容易发生带钢跑偏等问题，导致停车，甚至还会导致炉内断带。本文分析了退火炉带钢跑偏问题的成因，并提出改进对策，可为解决同类问题提供参考。

1 镀锌线退火炉带钢跑偏停车原因分析

1.1 来料板形存有缺陷

如果来料板形足够平整，且板带尺寸足够均匀，带钢在宽度方向上会受到均匀的力作用，不会发生跑偏。然而，当板形存在缺陷，如两边厚度不一，且板形存在单边浪形时，会影响板带和辊面的接触，在宽度方向受力不够均匀，带钢在退火炉连续运转的工况下，带钢会向受力大的一侧偏移，发生跑偏。同时，轧制板形呈现月牙弯形状，受惯性的影响也会发生带钢跑偏。据调查，有75%以上的带钢跑偏事件是因板形缺陷引起的[1]。由此可知，导致带钢发生跑偏的主要原因即板形的缺陷。

1.2 钢种和规格不同引起的跑偏

带钢因种类和规格有所不同，导致和辊面接触情况也存在差异。在生产中，软钢和辊面接触更加紧密，在宽度上可获得相对均匀的受力，发生跑偏的机率不高。硬钢受材质的影响，和辊面接触不如软钢般良好，在彼此接触上可能会出现摩擦，导致受力不够均匀，引发跑偏。带钢规格的不同对跑偏程度也会产生不同的影响，退火炉中间部分具有较宽的平辊距离，呈现着阶梯形状的凸起，对比宽带钢来说，窄带钢发生跑偏的机率更高。

1.3 炉内褶皱

在镀锌线退火炉生产线中，带钢炉内褶皱属于非常严重的生产事故，不但会因带钢跑偏引发停车，严重的还会导致炉内断带。此原理和板形缺陷原理大体相同，都是因带钢和辊面接触不良导致跑偏。同时，在发生褶皱后，收缩了宽度尺寸，提高了跑偏的可能性。基于生产工艺角度进行分析，炉内张力、温度都是影响炉内褶皱的因素，带钢在炉内张力不合理的情况下，会受到较大的张力作用，进而产生褶皱，带钢受到急剧的温度变化也会形成褶皱。同时，如果设定的温度不够标准，在事故停车时也会引发带钢炉内的褶皱。

2 以汽车板镀锌生产线A 线为例分析原因

2.1 设备运作现状

以汽车板镀锌生产线A 线为例，在镀锌线生产线运作期间，受到原料影响，退火炉带钢会发生跑偏，引发炉内停车[2]。据统计，2020 年，因跑偏导致停车共计发生了32 次，因停车导致的降级品增加了成本，也影响了生产线的运作。

2.2 带钢跑偏停车控制存在的问题

一是在跑偏后，未对外发出足够的预警信息，无法警示操作人员，并在较短的时间内采取应急措施，降低或消除停车风险。图1 是退火炉带钢CPC6 跑偏位置的系统操作界面。电动伺服缸动作的最大量程在产生纠偏动作后达到了80%，会对外产生报警信号，提示操作人员采取对策来降速。然而，因设立的报警标识不大，一些工作人员在紧急情况下无法及时发现。

图1 CPC6 纠偏系统操作界面

二是纠偏系统内部默认指标和现实运作指标不相符，如系统默认100 mm 是带钢跑偏停车最大的偏移量，当偏移量达到此限定值时候，会自动发出停车信号，导致带钢运行停车。然而现实情况却是，当偏移量达到100 mm 时，带钢因运行受阻对炉壁产生剐蹭，引发炉内断带。

2.3 镀锌线退火炉带钢跑偏停车原因分析

在生产线运作期间，如果带钢存在的缺陷不是特别严重，可以为操作人员预留时间实施改进对策，通过调整和控制参数，降低停车风险。近些年，公司加大了镀锌生产线产品的开发力度，研发了很多高强钢。但是，部分原料钢产品品质特性不够稳定，带头或带尾存在镰刀弯，对其进行热处理可能会引发钢产品的变形。对照生产规格文件，并对现场情况加以确认，了解到100 mm 是带钢跑偏极限限定值。但到达临界值时，可能会存在断带风险。因此，可以完善控制程序并参照带钢的种类和规格来调整跑偏极限值，降低停车风险。

2.4 改进措施

一是完善控制程序。可以在画面中添加跑偏停车的预警闪烁画面来警示操作人员，也能使操作人员集中注意力。分析纠偏系统动作，对连接控制程序和画面通信数据机制加以完善，保障各个程序可以和画面及时通信。

二是更新硬件配置[3]。可以在操作室中设置报警灯，安装声光报警装置，如图2 所示，便于操作人员作业。

图2 带钢跑偏声光报警装置

增加预警功能，操作人员可以在炉内带钢发生跑偏的第一时间实施扩大张力和降速的对策，降低停车风险。此装置声音较大，操作人员如果处于狭窄的空间下，报警装置会影响操作人员的听力。因此，可以修改程序和画面，在原来基础上添加复位按钮，并增加声光报警复位功能。在装置发生报警后，操作人员采取应对对策修正各个参数后，将带钢运行控制在可控范围，就可屏蔽此报警信号。

三是参照生产线实际情况，分析出带钢规格和种类不同下的跑偏规律，对程序下的跑偏极限值作出更改，比如可以修改控制功能块，对CPC6 纠偏系统传递的“Ro66-out”信号进行屏蔽，参照带钢宽度运输数据，设定各通信功能块的信号值。

3 以汽车板镀锌生产线B 线为例分析原因

3.1 设备运行现状

退火炉属于工艺段控制的核心设备。降低钢硬度，提升钢性能、提升钢塑性变形力、预防钢变形以及稳定组织是其目的。在整个流程工艺环节中，带钢形变金属退火是其关键环节，此环节的控制工作直接关系到带钢的机械性能指标，因此，要合理的选择退火的工艺制度。在生产上，退火炉属于密封式封闭炉，在炉内设计了炉温计和板温计，可以实时反馈带钢和炉内的温度。

3.2 带钢跑偏停车控制存在的问题

一是降低生产线的速度。在带钢跑偏后为降低停车风险，会降速运行，但炉内存在惯性，带钢速度发生改变后，会引发炉内退火温度的起伏，对带钢产品的质量产生消极影响。

二是当带钢纠偏装置达到临界值时会引发停车，同时，为预防出现剐蹭炉壁的现象，也会主动停车，此举对带钢质量也会产生不利影响。

三是带钢跑偏速度过快、装置未能及时响应，带钢会剐蹭炉壁，引导断带，在出现此种现象后，退火炉要主动停车，降温冷却。在处理断带问题时，要打开炉盖，对其中受损的设施加以维护，并在吹扫和升温后保障生产线的运行，此过程花费的时间较长，大约需要20～40 h 不等。因此，对于生产部门来说，要控制退火炉设备的运行速度、降低带钢跑偏概率，保障连续生产[4]。

3.3 镀锌线退火炉带钢跑偏停车原因分析

3.3.1 张力

带钢张力分布情况发生变化，张力合力和带钢的几何重心不重合，此时带钢会对辊子施加某一方向的力，由于辊子固定在轴向方向，辊子在受力后也会对带钢产生反作用力，引发带钢的偏移，带钢跑偏程会随着张力的变小而严重。

3.3.2 炉辊结瘤

在镀锌线生产线运作中，因炉内长时间的运作，带钢表层会遗留氧化的铁皮和杂质，这些物质在受热后在炉辊表层会形成“结瘤”，炉辊结瘤现象不但会影响带钢的质量，也会因结瘤分布不均导致生产受阻，引发带钢在炉内跑偏，产生停车风险。

3.3.3 表面粗糙度

如果原料和炉辊表面相对光滑，带钢在炉内运作时会受到张力的作用，其表面和炉辊面彼此贴合，如果原料和炉辊表面足够粗糙，带钢表面和炉辊面会产生制约，在炉内，炉辊会按照固定的位置去运行，保障了炉辊中心线位置可以和带钢中心线位置相重合，降低带钢跑偏风险。

3.4 改进对策

一是做好张力的优化设置。退火炉包含较多个分区，不同分区对工艺和温度有着不同的需求。在温度较低的分区内，带钢和炉辊因摩擦力不够容易打滑，针对此分区可以设置较大的张力。针对温度较高的分区，带钢和炉辊摩擦力较大，可以适当降低张力。不同规格和种类的带钢，在张力设置上也应有所不同。针对较厚以及加热难度大的带钢，要设置较大的张力。针对较薄的且容易受热的可以设置较小的张力。针对高强度的带钢，可以设置较大的张力。反之，针对低强度的带钢，可以设置较小的张力。

二是控制炉辊结瘤。为减少带钢表层的氧化铁皮，可以增大原料酸洗的时间，保障带钢在进入炉内之前表面足够干净。将带钢表面的乳化液和残留物进行清除，提升碱洗效果，以免进入炉内形成结瘤。控制炉内的温度，监控燃气的消耗量，保障炉内温度不得急剧变化，在发生问题后可以实施炉温和板温模式共同控制的方式，尽最大可能减少炉内带钢过热和过冷形成结瘤。通过在线磨辊和人工修磨，可以减少出现炉辊结瘤的概率。在线磨辊特指在生产期间对带钢运行速度作出控制和改变，凭借速度差对结瘤进行修磨。在线修磨在作业期间需要不停地修磨，效果较差。再加上在修磨期间内需要不间断地升降速操作，加大了炉内控制的风险。人工修磨时，操作人员在检修期间将炉盖打开，用油石修磨炉辊表面。人工修磨工作人员直接面向炉辊，可以更直接地判断炉辊表面状态，对比在线磨辊方式，效果更佳。但是，工作人员需要开炉盖，工作强度较大，也面临一定的安全隐患。因此，操作人员要了解不同修磨方式的优势和特点，并结合实际情况，选择适合的修磨方式。

三是保持炉辊的粗糙度。要明确测量粗糙度的周期，为保障测量精度，可以应用粗糙度仪来完成测试，对于粗糙度较低的炉辊，可以采取人工修磨的方式，特殊情况下，也可以及时更换炉辊。带钢跑偏也会受到设备精度的影响，因此，需要专业人员定期检查设备，及时调整设备精度，降低带钢跑偏引发停车的概率。

四是加强入口板形的管理力度。为预防带钢炉内跑偏，降低停车风险，要对炉内张力、温度和速度等指标进行控制。在入口焊接结束后，要密切观察来料板形情况并向中控反映。工作人员也要分析板形情况，针对不同的板形实施不同的改进对策，如针对轻微的双边浪，只需对工艺参数作出调整，保持参数稳定即可。针对变形严重的单边或双边浪，可以在炉内适当增加张力，避免出现褶皱，同时，降低速度，避免发生带钢跑偏的现象。针对月牙弯状的板形，工作人员要予以重视，究其原因，此种形状的板形缺陷严重，会导致炉内的断带，带来安全隐患，因此，要及时停车并将其切除。针对板形弯度不明显的缺陷，工作人员为预防出现带钢跑偏，可以适当降低炉内速度，避免停车风险。

4 结语

随着科学技术的不断发展，钢铁企业开始将冷轧带钢的生产重心集中在性能优化、质量完善和产品形状的改善上，以此顺应多样化的市场需求。在镀锌线退火炉带钢生产中，因受到板形缺陷、炉辊结瘤和设备精度等因素的影响，容易发生带钢跑偏引发停车的现象，不但降低了生产质量，也影响了机组的稳定高效发展。本课题以两组退火炉带钢运作案例为主，探究设备运行现状、带钢跑偏问题以及跑偏原因，并提出改进措施，希望可以在源头上降低发生故障的频次，在降低生产成本的基础上保障镀锌线稳定生产。