一种中厚板轧机主传动系统能力提升的实践技术

张明剑 潘河明 赵磊

【摘 要】为了满足市场的需求，首先不断研发高强度钢板，在此过程中一种中厚板轧机主传动系统的十字轴万向联轴器多次发生断裂事故，这不仅影响了生产的有序进行，而且给公司造成了重大的经济损失。由以往类似案例的分析可知，此次事故很可能是由扭振造成的，为了分析事故发生的原因，本文采用理论分析与现场实测相结合的方法对主传动系统的扭振进行了研究。

【关键词】中厚板轧机；系统能力；实践技术

一、成果概述

軋材厂板材工序宽板主传动设计参数：电机采用双绕组东芝直流励磁凸极转子同步电机，主要技术参数：功率8000kW×2；级数12P；转速90-220rpm；额定电压3150V；过载能力：225%1min，275%10S。主传动控制柜采用东芝三电平矢量交直交变频器，设备型号：TOSVERT—Ms 650 W：整流单元：三电平PWM IEGT整流器，容量约为8MVA×2，输入电压为3 550 Vac，输出电压为±2430Vdc。逆变单元：三电平PWM IEGT逆变器，容量约为8MVA×2，输入电压为±2430Vdc，输出电压为3 150 Vac，过载能力为150% 1 min。

宽板主传动轧制实际轧制能力不够表现为：高强船板较大压下量过钢时，主传动速度很慢，与给定速度相差大，再加大压下量会时电机堵转甚至跳闸。如高强船板25mm左右压下量，整个道次给定80m/min速度，实际反馈速度介于10-20m/min之间；此时传动柜整个道次上下主电机均已达到设定电流限幅，为额定电流的234%。主传动另一问题是直流母线过电压，报OVP或OVN故障，为压下量或轧制力较大时，主传动堵转或速降较大情况下引起。

轧材厂板材工序宽板主传动实际轧制能力未能达到设计轧制能力，致使实际生产有如下问题：1、轧制压下量给定小，轧制道次多，节奏慢，机时产量较低；2、由于道次多，薄规格板温降大，容易刮框；3、轧机对钢坯加热程度依赖高，某些轧制工艺温度要按上限来控，增加了煤气消耗；4、由于道次多，致使吨钢电耗较高；5、雪橇效果不明显，不能在线有效改善钢板叩头现象，机械冲击较大；6、制约了高强度大压下量新品种钢的开发。主传动实际轧制能力弱已经成为宽板线提高产能及降低成本的瓶颈。

二、成果具体内容

针对轧材厂板材工序宽板主传动实际轧制能力未能达到设计轧制能力，对主轧机传动系统参数优化修改，调试投入SFC功能，将主电机TS2062N21E10速度传感器更换为TS2062N31E10。TS2062N31E10内部有温度补偿线路，可以根据温度的变化削减因此导致的位置信号偏移。

雪橇控制方式采用一种轧机雪橇分段投入的方法。本方法引入轧机道次计算，自动识别轧机当前道次来选择雪橇投入量。本轧机雪橇分段投入方法针对整个轧制过程设计，通过自动投切不同方向、大小和时间的雪橇来有效控制因粗轧和精轧轧制过程中轧制曲率不同引起的不同趋势的弯曲（叩头和翘头）。

该控制方法具有以下优点：

1、通过道次识别使单机架轧机雪橇实现分段调节；

2、自动投切不同方向、大小和时间的雪橇来控制因轧制曲率不同引起的不同趋势的弯曲（叩头和翘头）；

3、紧急情况下雪橇可一键投入或取消。

在引入轧机道次计算后，通过分两段设定同一轧件不同道次区间的雪橇量和雪橇投入时间来完成对整个轧件轧制过程中叩翘头情况的控制。

三、成果的技术特点和先进性

对主轧机传动系统升级改造后，使轧机轧制能力提高，对传动系统的优化具体表现在：

1）通过速度传感器Resolver更换升级增加温度补偿功能后，保证主传动磁极位置定位精度；

2）通过选择轧件轧制道次并设置分段雪橇投入较好的解决了轧件在粗轧和精轧道次所需雪橇量不同的问题，且紧急情况下雪橇可一键投入或取消；

3）通过主传动参数优化调整使主传动性能达到原主要设计参数要求；

4）调试投入SFC功能，改善轧机扭振；

5）解决可能因器件老化或各部件散热等导致问题；

四、效果分析

主传动升级系统改造后，使轧机轧制能力大幅提高，雪橇分段控制的投入使用，减少了钢板扣头对主轧机前后辊道设备的冲击损害。

1）于2014年2月8日对12mm和10mm的普碳板进行了道次减少轧制试验。

规格为12*2000mm的Q235B板材轧制试验

在轧制12*2000mm的板材过程中，将其实际轧制道次由11道降低为9道。

采用9道次轧制后其终轧温度大幅度提高，由出口平均温度784℃提高到了880℃，提高了96℃。从实际的轧制效果可以看出，9道次轧制稳定，出口板形良好，没有出现不可控的板形情况。对于规格为12*2000mm的板材其轧制压力最大也未超过30000kN，实际轧制过程中轧制也很顺畅，说明此时轧机主电机能力足够，因此，对于此规格的板材轧制过程，采用9道次轧制完全可行。

其它规格板进行试验同样满足降道次、压下量增加要求。

2）主转动轧制能力提升，机时产量提高、增加薄规格产品比重、提高倍尺率及成材率、降低能耗及扩宽轧制品种。

改造前6个月平均品种板占41.8%，改造后6个月平均品种板占49.7%，实际提高品种板比例7.9%；主传动轧制能力提升后轧制压下量可大幅提高，实际轧板的轧制道次减少大于1个道次。

五、存在问题和改进措施

存在问题：轧材厂板材工序宽板主传动轧制实际轧制能力不够，轧制高强船板时压下量不能满足要求，压下量或轧制力较大时，主传动报直流母线过电压故障跳闸。

改进措施：通过对主轧机传动系统参数优化修改，调试投入SFC功能，将速度传感器Resolver更换升级增加温度补偿功能，实施雪橇分段控制，从而提升轧机主传动实际轧制能力。

六、推广应用情况

主轧机速度传感器Resolver更换升级增加温度补偿功能能保证主传动磁极位置定位精度，主传动升级系统改造，参数的优化调整，主传动轧制能力提升。通过实施雪橇分段控制，有效改善钢板叩头现象，减少钢板轧制过程中对辊道的机械冲击。轧机轧制能力的提高拓展了产品品种和规格，进而为促进产品开发和拓展市场奠定了基础。该项目投入小，见效大，在同类企业中具有很高的推广应用价值。

七、效益分析包括

（一）直接经济效益：主传动升级改造后，至2017年12月，主传动轧制能力提升实际各规格板的轧制道次减少1-2个道次，此项综合提高轧材厂宽板主轧机轧制节奏12%以上。主轧机轧制速度提高2%，雪橇分段控制的投入使用，减少了钢板扣头对主轧机轧制的影响，轧机主传动跳闸次数大幅减少，此项综合提高轧材厂宽板主轧机轧制节奏2%以上。主传动升级改造合计提高主轧机轧制节奏14%以上。

主传动轧制能力提升改造提高主轧机轧制节奏14%以上，增加板材工序宽板机时产量，减少工序能耗，改造前12个月产量985118.839吨，改造后12个月产量1240393.6吨（2014年板材累计吨钢毛利88元），在满负荷抢产增效生产过程中，主传动升级改造提高主轧机产量产出增加效益。此改造增加薄规格产品比重、提高倍尺率及成材率、降低能耗及擴宽轧制品种，提高吨钢经济效益。

投资成本计算：项目总投资76.98万元，设备折旧按15年算，残值率5%，年费用=76.98×（1-5%）÷15=4.87万元

年经济效益总额=改造前一年产量×吨钢毛利×轧制节奏提升率×贡献率-投资成本=985118.839×88×14%×90%-48700=1087.43万元/一年

（二）间接经济效益及社会效益

（1）改造后，主传动控制系统运行比较稳定，传动故障跳闸减少，轧制节奏增快，刮框板减少，减少了设备抢修和维修工作量，降低了人员劳动强度，产生了较好的社会效益。

（2）主传动升级改造后提高了轧机的轧制能力，拓展了产品品种和规格，进而为促进产品开发和拓展市场奠定了基础。

（3）改造后，轧机控制运行比较稳定，使整个生产连续顺畅，减少了不必要的能源消耗，为企业节能降耗起到了积极作用。

【参考文献】

[1]冯煌；厚板轧机主传动轴系统力学行为分析和修复技术研究[D]；上海交通大学；2011年