摘  要  介紹了帶鋼糾偏系統的組成、工作原理及糾偏機構的種類,同時對北海誠德金屬壓延有限公司1550mm熱軋連續退火酸洗機組的糾偏裝置進行了詳細介紹,對投產后的帶鋼糾偏系統的使用和維護具有一定的指導作用。

關鍵詞  連續退火酸洗機組  電液伺服控制  糾偏裝置

1  前言

帶鋼連續退火酸洗機組其作用主要是軟化帶鋼、消除軋制過程中產生的殘余應力、細化帶鋼晶粒、改善組織,從而提高帶鋼機械性能。連續退火酸洗機組都是長達幾百米以上的連續生產機組。機組上的機械設備和工藝設備多達幾十臺，為帶鋼傳動、轉向或支撐用的輥子達幾百根。由于機組長、輥系多、速度高，帶鋼的跑偏是不可避免的。帶鋼跑偏不僅會造成帶鋼缺陷、降低成材率,而且還會影響連續退火酸洗機組的穩定運行,嚴重時甚至出現斷帶和損害機組設備的現象。帶鋼糾偏是連續退火酸洗機組的關鍵技術之一，減少帶鋼跑偏的有效辦法就是在機組的適當位置增設帶鋼糾偏系統。

2  帶鋼跑偏的原因

帶鋼在運送輥子上行走，只要帶鋼和輥子表面有接觸，并在一定的摩擦阻力界限之內，那么在帶鋼上的各點，就會和輥子的中心線成直角行走，帶鋼的張力是平均分布的。即當帶鋼靠上輥子時，帶鋼就會垂直于輥子的中心線行走。如果運送輥子之間是相互平行，帶鋼與輥子之間接觸在摩擦阻力界限之內，帶鋼平直，斷面厚薄均勻，則作用在帶鋼上的張力分布均勻，這樣，帶鋼在輥子上行走就不會“跑偏”，只能保持在運行的軌道中心，無側向位移。

但由于以下幾點原因，實際上在帶鋼運送中還是會發生“跑偏”。

（1）帶鋼斷面不均勻的影響。如果帶鋼斷面不均勻，帶鋼兩邊厚薄不一，帶鋼本身就成了鐮刀彎形狀，而帶有鐮刀彎的帶鋼上的各點，也趨向于與輥子中心線成直角，引起了跑偏。這種鐮刀彎形狀帶鋼在平行運送輥子上引起的帶鋼的跑偏，其跑偏量與鐮刀彎的程度，帶鋼張力的大小和兩個運送輥子之間的間距大小有關。

（2）輥子幾何形狀的影響。輥予在加工中有可能里錐形，或者圓柱形輥，在長期運行中由于單邊磨損大，而呈錐形。由于錐形輥子使帶鋼張力分布不均勻，使帶鋼總是向輥子粗的一端跑偏。錐度小，帶鋼張力分布不均勻程度小；錐度大，帶鋼張力分布不均勻度大，帶鋼邊緣跑偏越大。所以錐度的大小影響了跑偏的速度。

（3）運送輥子軸向不平行的影響。如果帶鋼在兩個互不平行的運送輥上運行，但帶鋼總是有要與輥子成直角趨勢，就產生了跑偏。

（4）輥面質量的影響。傳送帶材的輥予表面的質量也影響帶材的跑偏，輥子表面的粗糙程度不一，帶有螺紋形的橡膠輥，或者鍍層的輥子，都同樣會使帶鋼邊緣跑偏。

（5）兩端壓力不均的橡膠夾送輥。如果帶鋼在兩根互相受壓不均的橡膠輥之間夾送時，則會產生于錐形輥子上相似的效應，帶鋼傾向于向壓力較小、夾送輥開口大的一端偏移。

（6）來料鋼卷的影響。來料鋼卷邊緣參差不齊，或成塔形，都對帶鋼運行是一擾動，使帶鋼邊緣跑偏。

（7）帶鋼張力波動的影響。帶鋼張力波動，特別是由于帶鋼張力系統沒有調整好，引起帶鋼張力的強烈波動，也造成帶鋼在行走中的跑偏。

（8）帶鋼運送中的氣流和液流的影響。運行中的帶鋼受側向氣流或液流的影響，同樣會發生跑偏。

（9）塔式或臥式活套中的運動輥導向精度的影響。各種活套中，運動輥的導向精度也直接影響著帶鋼的跑偏。如臥式活套中，活套小車運動軌道的誤差，鋼軌的松動，活套支承門架的安裝誤差，傳送和換向輥的磨損等，都要造成帶鋼的跑偏。

可見，帶鋼邊緣跑偏的影響因素眾多，跑偏是不可避免的。帶鋼邊緣跑偏不僅使帶卷邊緣無法卷齊，而且會使帶鋼邊緣碰撞、折邊，拉壞設備并造成嚴重的斷帶停產事故。

3  糾偏系統的組成和工作原理

根據糾偏位置的不同，帶鋼糾偏系統有對中糾偏系統（簡稱CPC Center Position Control）和對邊糾偏系統（簡稱EPC Edge Position Control）兩種類型，其作用是連續保持帶鋼中心或邊部位置基本不變。CPC/EPC糾偏系統由檢測系統、電控處理系統、液壓控制系統和糾偏執行機構 4個部分組成，是一個機電液一體化全自動控制系統，也是一個連續的閉環調節控制系統。目前連續退火酸洗機組上的CPC/EPC糾偏系統主要有EMG、FIFE和NRECO等國際品牌產品。對中糾偏一般在帶鋼兩側設置檢測傳感器；對邊糾偏主要用于卷取機處與帶鋼邊沿平齊，并在帶鋼一側設置檢測傳感器。兩種糾偏裝置的工作原理是相同的，下面以帶鋼對中糾偏控制系統為例來論述其工作原理。帶鋼對中糾偏控制系統的組成。

位置檢測傳感器連續檢測帶鋼兩側的位置，一旦出現異常變化，電動控制系統就會發出控制信號，使伺服閥控制液壓油的流量和流動方向，液壓油到達伺服液壓缸后，推動輥架座和糾偏輥做相應轉動，這時輥子與帶鋼之間的摩擦力使帶鋼反向移動，帶鋼回到預定的中心位置上，因此可實現帶鋼自動對中糾偏。目前，帶鋼檢測傳感器有電感式、電容式和光電式三種類型，其中電感式傳感器由于受周圍環境影響小、測量精度高且維護量少，因而被廣泛使用。

4  帶鋼糾偏系統的種類

帶鋼糾偏系統執行機構的運動方式有移動式和擺動式2種。根據在連續退火酸洗機組中所處位置的不同，帶鋼糾偏系統可分為開卷機對中糾偏、機組入口段和出口段對中糾偏、卷取機對邊糾偏 3種類型。其中，開卷機和卷取機糾偏為移動式糾偏，機組入口段、出口段和退火爐內糾偏為擺動式糾偏。

4.1  開卷機對中糾偏

在開卷機上設置對中糾偏是為了使帶鋼能準確進入機組中心線位置，通常在距開卷機芯軸約 4.5m處安裝位置檢測傳感器（電感式）。工作時，開卷機的移動卷筒帶動帶鋼平移，開卷機的減速機底座可以沿芯軸軸向移動。當位置檢測傳感器檢測到帶鋼偏離了機組中心線時，液壓伺服系統驅動底座偏移，從而將帶鋼糾正到機組中心線位置。

4.2  卷取機對邊糾偏

卷取機糾偏是通過移動卷筒來帶動帶鋼平移，通常在距卷取機芯軸約4.5m處安裝位置傳感器（光電式），卷取機減速機底座可以沿芯軸軸向移動。當位置檢測傳感器檢測到帶鋼位置發 生偏離時，液壓伺服系統驅動底座偏移，從而可以保證帶鋼在卷取時邊緣整齊。

4.3  機組入口段和出口段的對中糾偏

機組入口段和出口段的對中 糾偏機構多為單輥擺動式糾偏裝置，其結構示意。

擺動框架的下面安裝有4個車輪，可以在固定框架的4個滑道上滾動，液壓缸尾部與固定框架相連接，頭部與擺動框架相連接。液壓缸動作時，擺動框架繞固定鉸軸擺動，使擺動框架及糾偏輥擺動，糾偏輥與帶鋼之間的摩擦力使得帶鋼反向偏移，從而實現帶鋼糾偏。

輥式糾偏機構可以分為P型糾偏（比例效應輥）；I型糾偏（積分效應輥）；P-I型糾偏（比例積分效應輥）和三輥糾偏4種形式。

4.3.1  比例效應輥

可以是由一根輥子或一組輥子組成，輥子裝在旋轉機架上，并繞下面固定框架上的旋轉點轉動。同時，入帶和出帶平面垂直于機架的旋轉平面，帶鋼以 180°的角度包纏于這一個或一對控制輥。機架的旋轉點既在入帶平面內，又在旋轉平面內，且整套設備與帶鋼中心線對稱。當機架繞旋轉點旋轉時，本身不能糾正入帶的偏差，但可以將帶鋼的出帶部分作橫向移動，使帶鋼回到預定的中心位置上來。

±C =U e ?sinβ 

式中  C———糾偏調整量，mm；

U e ———入帶和出帶平面的距離，mm；

β———糾偏角，度。

比例效應輥的糾偏特征：入帶和出帶與轉動平面成90°，帶鋼運行時的糾偏量與糾偏機架的調節距離成比例。對于這種設計，糾偏過程中帶鋼邊部的應力較低，要求的入帶和出帶距離小。入帶或出帶的最小自由長度約為最大帶鋼寬度的兩倍，最大旋轉角度為6°。其計算公式如下:

式中  L entry ———入帶自由長度，mm；

L exit ———出帶自由長度，mm；

E———帶鋼彈性模量，MPa；

W ———帶鋼寬度，mm；

β———糾偏角度，度 ；

H———帶鋼厚度，mm；

T———帶鋼張力，N。

因此，在工程設計時，必須根據跑偏量、帶鋼參數、張力參數、設備空間布置等確定最大糾偏角度、入帶自由長度、出帶自由長度以及進出帶之間的距離，從而對生產線上跑偏問題提供一個圓滿的解決方案。

對于比例效應輥，當接到控制信號后，執行機構推動機架側向調整位移量，帶鋼隨即產生一定糾偏量。因此，其動態性能好，沒有遲滯時間。

4.3.2  積分效應輥

輥子軸線在入帶平面上繞固定樞軸旋轉。當帶鋼出現偏差時，積分效應輥會自行轉動一定角度，入帶平面與輥子的輥軸形成了一定的夾角。從而通過輥子旋轉所產生的“繞卷效應 ”，使帶鋼與輥子的接觸面以螺旋線軌跡運行，最終使帶鋼回到中心線上。

糾偏動作執行后，輥子旋轉一定角度，即產生糾偏角α。帶鋼開始以一定速度橫向偏移。帶鋼偏移的速度，即糾偏速度，就像跑偏速度，是帶鋼運行速度和入帶角度的函數。糾偏速度公式:

V α = v k ?V c ?tanα 

式中  V α ———帶鋼橫向糾偏速度，mm / s；

v k ———糾偏速度系數，其大小與輥子表面狀態、帶鋼與輥子包角等有關，理想狀況下可取 1. 0；

V c ———帶鋼運行速度，mm / s；

α———糾偏角度，度。

帶鋼的橫向偏移過程可用一階線性微分方程描述。由此，可推導出積分糾偏調整過程的計算公式 :

式中  C———糾偏調整量，mm；

L ———入帶自由長度，mm；

t———積分調整時間，s；其它參數同式  。

由積分調整公式可繪制積分效應特性曲線，如圖5。實際工程設計中，可將積分調整公式簡化。

±C =L ?K?sinα 

式中  K———積分糾偏系數，經驗數值為 0. 65；

L ———入帶自由長度，mm；

α—糾偏角度，度。

積分效應輥的糾偏特征:通過積分效應對輥前運行的帶鋼進行反饋調整，最后達到對輥后的出帶糾正到對中位置。

因此，這種方法僅可以用在具有較長自由進帶長度的下游位置。一般來講，自由進帶長度要大于最大帶鋼寬度的 10～15倍；對于180°的繞卷，也需要一個很長的自由出帶長度。

積分糾偏的缺陷是:帶鋼跑偏后，糾偏輥旋轉一定角度，帶鋼自行調整至對應位置需要一定時間。因此，在糾偏動作啟動時，不能立即在測量點監測到帶鋼位置的變化。為了防止輥子擺動過度引起的系統振蕩，必須配有位置反饋信號，以在糾偏系統里建立閉環控制。所以，積分糾偏系統動態性能差。故在帶速100m/min以下，以及鐮刀彎較小時，可以適用這一系統。

4.3.3  比例積分效應輥

對于P2I（Proportional 2 Integral）效應輥，從原理上講是前述兩種糾偏輥的綜合。在執行機構的驅動調節下，既有比例調節作用（P效應），又有積分調節作用（I效應），綜合調整的結果為P2I效應。比例動作部分可直接對帶鋼糾正，而積分動作通過“繞卷效應”對入帶產生的反饋調整作用可糾正較大的帶鋼跑偏。

4.3.3.1  連桿式PI型糾偏輥

采用連桿式糾偏輥，可以實現機架繞輥子前面的旋轉中心做任何幅度的擺動，如圖6。在一定帶鋼速度和旋轉角度內，帶鋼的比例糾偏速度大于積分糾偏速度。

±C = R ?sinα +L ?K?sinα （6）

式中  C———糾偏調整量，mm；

R ———比例糾偏半徑，mm；

L ———入帶自由長度，mm；

K———積分糾偏系數，取 0. 65；

α———糾偏角，度。

4.3.3.2  前移積分輥轉軸實現的PI型糾偏輥

前移積分輥的轉軸，可以產生比例糾偏效應，形成了帶有比例糾偏的改良型積分糾偏輥。在修正的條件下，帶鋼的比例糾偏效應與轉軸在機架前的遠近沒有關系。輥子相對與帶鋼流動方向垂直的運動也相應地移動著帶鋼，但是如果單純地橫向移動轉向輥，帶鋼會回到它最初的位置。因此，這種糾偏中的比例糾偏部分的大小僅和輥子半徑與旋轉角度有關，積分糾偏部分的糾正量與 I型糾偏很類似。

式中  D ———輥子直徑，mm；

K———糾偏系數，取0.65；

L ———自由入帶長度，mm；

α———糾偏角度，度。

4.3.3.3  傾斜比例輥實現的PI型糾偏輥

通過傾斜比例輥，可以在糾偏機架旋轉時使帶鋼在輥子上形成積分角，從而產生“繞卷效應”，即產生積分糾偏。在一個穩定條件下，比例輥的比例糾偏部分和“繞卷效應”產生的積分糾偏部分可以疊加，形成一種新的糾偏形式，如圖8。一定條件下，比例輥可傾斜 5°至 20°的角度，這里計為傾斜角γ。當機架繞轉軸旋轉一定糾偏角度α時，帶鋼在輥子附近形成的積分角為α。

積分角的計算公式為:

計算時，自由帶鋼長度最大可用到最大帶鋼寬度的10～15倍。

±C =U e ?sinβ+L ?K?sinα

式中  U e ———入帶和出帶平面的距離，mm；

β———糾偏角，度 ；

L ———入帶自由長度，mm；

K———糾偏系數，取 0. 65；

α———積分角，度 ；

γ———機架傾斜角，度。

積分糾偏部分對入帶在很長區域內有較強的反饋調整效應。帶鋼進行 180°繞卷，它要求有很長的入帶和出帶。但是，它可以提供很大的帶鋼位置糾偏。因此，這種設計特別適合于活套中自由出入帶長、跑偏量大的特點，廣泛應用于活套中靜止的轉向輥。

5  帶鋼糾偏系統在連續退火酸洗機組上的應用

北海誠德金屬壓延有限公司1550mm熱軋連續退火酸洗機組的糾偏系統使用了德國EMG的產品。為確保帶鋼運行位置始終在機組中心線上，在開卷機、入口活套、退火爐出口、出口活套、卷取機等處分別安裝有糾偏控制系統，整條機組上共設置了12套糾偏控制系統，其位置布置如圖9所示。

連續退火酸洗機組生產的帶鋼厚度為2～12mm，寬度為600～1550mm。機組長度為480-585m，帶鋼在機組內的總長可超過1500m，在退火爐工藝段的最高速度為50m/min。目前，各廠家的帶鋼產品厚度越來越薄、機組速度越來越高，因而對帶鋼的跑偏控制也就越來越重要。在適當的位置設置適當數量的糾偏裝置，是實現機組穩定運行的重要措施。在活套和退火爐中，帶鋼容易跑偏，這些地方是需 要糾偏的重點位置。

在入口活套設置了1套糾偏裝置，在入口活套出口設置了1套糾偏裝置，在出口活套設置了1套糾偏裝置，這3套糾偏機構為I型糾偏，3、4、7、8、9項所用糾偏機構為PI型糾偏。為了保證開卷和卷取時不跑偏，分別在開卷機和卷取機處設置有2套對中糾偏裝置（CPC1、CPC2）和1套對邊糾偏裝置（EPC）。

6  結語

熱軋帶鋼連續退火酸洗機組的跑偏現象在行業內非常普遍，引起的原因也較為復雜。在機組的設計選型過程中，應充分比較各類糾偏裝置的不同特性，進行合理的設計選型。在機組的生產運行中，要實現最佳的糾偏效果，除了要在機組的適當位置設置糾偏系統、根據現場空間和帶鋼運行方向合理選用糾偏機構的類型之外，還要充分考慮糾偏輥的輥面粗糙度、帶鋼張力和特性等因素的影響，同時還要科學地操作、維護和檢修糾偏設備，才能確保機組長期穩定運行。

7  參考文獻

[1]習中革,王永亮. 立式還原退火爐爐內對中糾偏系統[ J ]. 軋鋼 ,2005；

[2]陳勇,李天石. 帶材的糾偏控制 [ J ]. 機床與液壓 ,2003；

[3]劉寧,章一樊,魯祖鳳等. CPC在冷軋帶鋼連續生產線上的應用 [ J ]. 安徽冶金 ,2006 ；