摘  要  介绍了带钢纠偏系统的组成、工作原理及纠偏机构的种类,同时对北海诚德金属压延有限公司1550mm热轧连续退火酸洗机组的纠偏装置进行了详细介绍,对投产后的带钢纠偏系统的使用和维护具有一定的指导作用。

关键词  连续退火酸洗机组  电液伺服控制  纠偏装置

1  前言

带钢连续退火酸洗机组其作用主要是软化带钢、消除轧制过程中产生的残余应力、细化带钢晶粒、改善组织,从而提高带钢机械性能。连续退火酸洗机组都是长达几百米以上的连续生产机组。机组上的机械设备和工艺设备多达几十台，为带钢传动、转向或支撑用的辊子达几百根。由于机组长、辊系多、速度高，带钢的跑偏是不可避免的。带钢跑偏不仅会造成带钢缺陷、降低成材率,而且还会影响连续退火酸洗机组的稳定运行,严重时甚至出现断带和损害机组设备的现象。带钢纠偏是连续退火酸洗机组的关键技术之一，减少带钢跑偏的有效办法就是在机组的适当位置增设带钢纠偏系统。

2  带钢跑偏的原因

带钢在运送辊子上行走，只要带钢和辊子表面有接触，并在一定的摩擦阻力界限之内，那么在带钢上的各点，就会和辊子的中心线成直角行走，带钢的张力是平均分布的。即当带钢靠上辊子时，带钢就会垂直于辊子的中心线行走。如果运送辊子之间是相互平行，带钢与辊子之间接触在摩擦阻力界限之内，带钢平直，断面厚薄均匀，则作用在带钢上的张力分布均匀，这样，带钢在辊子上行走就不会“跑偏”，只能保持在运行的轨道中心，无侧向位移。

但由于以下几点原因，实际上在带钢运送中还是会发生“跑偏”。

（1）带钢断面不均匀的影响。如果带钢断面不均匀，带钢两边厚薄不一，带钢本身就成了镰刀弯形状，而带有镰刀弯的带钢上的各点，也趋向于与辊子中心线成直角，引起了跑偏。这种镰刀弯形状带钢在平行运送辊子上引起的带钢的跑偏，其跑偏量与镰刀弯的程度，带钢张力的大小和两个运送辊子之间的间距大小有关。

（2）辊子几何形状的影响。辊予在加工中有可能里锥形，或者圆柱形辊，在长期运行中由于单边磨损大，而呈锥形。由于锥形辊子使带钢张力分布不均匀，使带钢总是向辊子粗的一端跑偏。锥度小，带钢张力分布不均匀程度小；锥度大，带钢张力分布不均匀度大，带钢边缘跑偏越大。所以锥度的大小影响了跑偏的速度。

（3）运送辊子轴向不平行的影响。如果带钢在两个互不平行的运送辊上运行，但带钢总是有要与辊子成直角趋势，就产生了跑偏。

（4）辊面质量的影响。传送带材的辊予表面的质量也影响带材的跑偏，辊子表面的粗糙程度不一，带有螺纹形的橡胶辊，或者镀层的辊子，都同样会使带钢边缘跑偏。

（5）两端压力不均的橡胶夹送辊。如果带钢在两根互相受压不均的橡胶辊之间夹送时，则会产生于锥形辊子上相似的效应，带钢倾向于向压力较小、夹送辊开口大的一端偏移。

（6）来料钢卷的影响。来料钢卷边缘参差不齐，或成塔形，都对带钢运行是一扰动，使带钢边缘跑偏。

（7）带钢张力波动的影响。带钢张力波动，特别是由于带钢张力系统没有调整好，引起带钢张力的强烈波动，也造成带钢在行走中的跑偏。

（8）带钢运送中的气流和液流的影响。运行中的带钢受侧向气流或液流的影响，同样会发生跑偏。

（9）塔式或卧式活套中的运动辊导向精度的影响。各种活套中，运动辊的导向精度也直接影响着带钢的跑偏。如卧式活套中，活套小车运动轨道的误差，钢轨的松动，活套支承门架的安装误差，传送和换向辊的磨损等，都要造成带钢的跑偏。

可见，带钢边缘跑偏的影响因素众多，跑偏是不可避免的。带钢边缘跑偏不仅使带卷边缘无法卷齐，而且会使带钢边缘碰撞、折边，拉坏设备并造成严重的断带停产事故。

3  纠偏系统的组成和工作原理

根据纠偏位置的不同，带钢纠偏系统有对中纠偏系统（简称CPC Center Position Control）和对边纠偏系统（简称EPC Edge Position Control）两种类型，其作用是连续保持带钢中心或边部位置基本不变。CPC/EPC纠偏系统由检测系统、电控处理系统、液压控制系统和纠偏执行机构 4个部分组成，是一个机电液一体化全自动控制系统，也是一个连续的闭环调节控制系统。目前连续退火酸洗机组上的CPC/EPC纠偏系统主要有EMG、FIFE和NRECO等国际品牌产品。对中纠偏一般在带钢两侧设置检测传感器；对边纠偏主要用于卷取机处与带钢边沿平齐，并在带钢一侧设置检测传感器。两种纠偏装置的工作原理是相同的，下面以带钢对中纠偏控制系统为例来论述其工作原理。带钢对中纠偏控制系统的组成。

位置检测传感器连续检测带钢两侧的位置，一旦出现异常变化，电动控制系统就会发出控制信号，使伺服阀控制液压油的流量和流动方向，液压油到达伺服液压缸后，推动辊架座和纠偏辊做相应转动，这时辊子与带钢之间的摩擦力使带钢反向移动，带钢回到预定的中心位置上，因此可实现带钢自动对中纠偏。目前，带钢检测传感器有电感式、电容式和光电式三种类型，其中电感式传感器由于受周围环境影响小、测量精度高且维护量少，因而被广泛使用。

4  带钢纠偏系统的种类

带钢纠偏系统执行机构的运动方式有移动式和摆动式2种。根据在连续退火酸洗机组中所处位置的不同，带钢纠偏系统可分为开卷机对中纠偏、机组入口段和出口段对中纠偏、卷取机对边纠偏 3种类型。其中，开卷机和卷取机纠偏为移动式纠偏，机组入口段、出口段和退火炉内纠偏为摆动式纠偏。

4.1  开卷机对中纠偏

在开卷机上设置对中纠偏是为了使带钢能准确进入机组中心线位置，通常在距开卷机芯轴约 4.5m处安装位置检测传感器（电感式）。工作时，开卷机的移动卷筒带动带钢平移，开卷机的减速机底座可以沿芯轴轴向移动。当位置检测传感器检测到带钢偏离了机组中心线时，液压伺服系统驱动底座偏移，从而将带钢纠正到机组中心线位置。

4.2  卷取机对边纠偏

卷取机纠偏是通过移动卷筒来带动带钢平移，通常在距卷取机芯轴约4.5m处安装位置传感器（光电式），卷取机减速机底座可以沿芯轴轴向移动。当位置检测传感器检测到带钢位置发 生偏离时，液压伺服系统驱动底座偏移，从而可以保证带钢在卷取时边缘整齐。

4.3  机组入口段和出口段的对中纠偏

机组入口段和出口段的对中 纠偏机构多为单辊摆动式纠偏装置，其结构示意。

摆动框架的下面安装有4个车轮，可以在固定框架的4个滑道上滚动，液压缸尾部与固定框架相连接，头部与摆动框架相连接。液压缸动作时，摆动框架绕固定铰轴摆动，使摆动框架及纠偏辊摆动，纠偏辊与带钢之间的摩擦力使得带钢反向偏移，从而实现带钢纠偏。

辊式纠偏机构可以分为P型纠偏（比例效应辊）；I型纠偏（积分效应辊）；P-I型纠偏（比例积分效应辊）和三辊纠偏4种形式。

4.3.1  比例效应辊

可以是由一根辊子或一组辊子组成，辊子装在旋转机架上，并绕下面固定框架上的旋转点转动。同时，入带和出带平面垂直于机架的旋转平面，带钢以 180°的角度包缠于这一个或一对控制辊。机架的旋转点既在入带平面内，又在旋转平面内，且整套设备与带钢中心线对称。当机架绕旋转点旋转时，本身不能纠正入带的偏差，但可以将带钢的出带部分作横向移动，使带钢回到预定的中心位置上来。

±C =U e •sinβ 

式中  C———纠偏调整量，mm；

U e ———入带和出带平面的距离，mm；

β———纠偏角，度。

比例效应辊的纠偏特征：入带和出带与转动平面成90°，带钢运行时的纠偏量与纠偏机架的调节距离成比例。对于这种设计，纠偏过程中带钢边部的应力较低，要求的入带和出带距离小。入带或出带的最小自由长度约为最大带钢宽度的两倍，最大旋转角度为6°。其计算公式如下:

式中  L entry ———入带自由长度，mm；

L exit ———出带自由长度，mm；

E———带钢弹性模量，MPa；

W ———带钢宽度，mm；

β———纠偏角度，度 ；

H———带钢厚度，mm；

T———带钢张力，N。

因此，在工程设计时，必须根据跑偏量、带钢参数、张力参数、设备空间布置等确定最大纠偏角度、入带自由长度、出带自由长度以及进出带之间的距离，从而对生产线上跑偏问题提供一个圆满的解决方案。

对于比例效应辊，当接到控制信号后，执行机构推动机架侧向调整位移量，带钢随即产生一定纠偏量。因此，其动态性能好，没有迟滞时间。

4.3.2  积分效应辊

辊子轴线在入带平面上绕固定枢轴旋转。当带钢出现偏差时，积分效应辊会自行转动一定角度，入带平面与辊子的辊轴形成了一定的夹角。从而通过辊子旋转所产生的“绕卷效应 ”，使带钢与辊子的接触面以螺旋线轨迹运行，最终使带钢回到中心线上。

纠偏动作执行后，辊子旋转一定角度，即产生纠偏角α。带钢开始以一定速度横向偏移。带钢偏移的速度，即纠偏速度，就像跑偏速度，是带钢运行速度和入带角度的函数。纠偏速度公式:

V α = v k •V c •tanα 

式中  V α ———带钢横向纠偏速度，mm / s；

v k ———纠偏速度系数，其大小与辊子表面状态、带钢与辊子包角等有关，理想状况下可取 1. 0；

V c ———带钢运行速度，mm / s；

α———纠偏角度，度。

带钢的横向偏移过程可用一阶线性微分方程描述。由此，可推导出积分纠偏调整过程的计算公式 :

式中  C———纠偏调整量，mm；

L ———入带自由长度，mm；

t———积分调整时间，s；其它参数同式  。

由积分调整公式可绘制积分效应特性曲线，如图5。实际工程设计中，可将积分调整公式简化。

±C =L •K•sinα 

式中  K———积分纠偏系数，经验数值为 0. 65；

L ———入带自由长度，mm；

α—纠偏角度，度。

积分效应辊的纠偏特征:通过积分效应对辊前运行的带钢进行反馈调整，最后达到对辊后的出带纠正到对中位置。

因此，这种方法仅可以用在具有较长自由进带长度的下游位置。一般来讲，自由进带长度要大于最大带钢宽度的 10～15倍；对于180°的绕卷，也需要一个很长的自由出带长度。

积分纠偏的缺陷是:带钢跑偏后，纠偏辊旋转一定角度，带钢自行调整至对应位置需要一定时间。因此，在纠偏动作启动时，不能立即在测量点监测到带钢位置的变化。为了防止辊子摆动过度引起的系统振荡，必须配有位置反馈信号，以在纠偏系统里建立闭环控制。所以，积分纠偏系统动态性能差。故在带速100m/min以下，以及镰刀弯较小时，可以适用这一系统。

4.3.3  比例积分效应辊

对于P2I（Proportional 2 Integral）效应辊，从原理上讲是前述两种纠偏辊的综合。在执行机构的驱动调节下，既有比例调节作用（P效应），又有积分调节作用（I效应），综合调整的结果为P2I效应。比例动作部分可直接对带钢纠正，而积分动作通过“绕卷效应”对入带产生的反馈调整作用可纠正较大的带钢跑偏。

4.3.3.1  连杆式PI型纠偏辊

采用连杆式纠偏辊，可以实现机架绕辊子前面的旋转中心做任何幅度的摆动，如图6。在一定带钢速度和旋转角度内，带钢的比例纠偏速度大于积分纠偏速度。

±C = R •sinα +L •K•sinα （6）

式中  C———纠偏调整量，mm；

R ———比例纠偏半径，mm；

L ———入带自由长度，mm；

K———积分纠偏系数，取 0. 65；

α———纠偏角，度。

4.3.3.2  前移积分辊转轴实现的PI型纠偏辊

前移积分辊的转轴，可以产生比例纠偏效应，形成了带有比例纠偏的改良型积分纠偏辊。在修正的条件下，带钢的比例纠偏效应与转轴在机架前的远近没有关系。辊子相对与带钢流动方向垂直的运动也相应地移动着带钢，但是如果单纯地横向移动转向辊，带钢会回到它最初的位置。因此，这种纠偏中的比例纠偏部分的大小仅和辊子半径与旋转角度有关，积分纠偏部分的纠正量与 I型纠偏很类似。

式中  D ———辊子直径，mm；

K———纠偏系数，取0.65；

L ———自由入带长度，mm；

α———纠偏角度，度。

4.3.3.3  倾斜比例辊实现的PI型纠偏辊

通过倾斜比例辊，可以在纠偏机架旋转时使带钢在辊子上形成积分角，从而产生“绕卷效应”，即产生积分纠偏。在一个稳定条件下，比例辊的比例纠偏部分和“绕卷效应”产生的积分纠偏部分可以叠加，形成一种新的纠偏形式，如图8。一定条件下，比例辊可倾斜 5°至 20°的角度，这里计为倾斜角γ。当机架绕转轴旋转一定纠偏角度α时，带钢在辊子附近形成的积分角为α。

积分角的计算公式为:

计算时，自由带钢长度最大可用到最大带钢宽度的10～15倍。

±C =U e •sinβ+L •K•sinα

式中  U e ———入带和出带平面的距离，mm；

β———纠偏角，度 ；

L ———入带自由长度，mm；

K———纠偏系数，取 0. 65；

α———积分角，度 ；

γ———机架倾斜角，度。

积分纠偏部分对入带在很长区域内有较强的反馈调整效应。带钢进行 180°绕卷，它要求有很长的入带和出带。但是，它可以提供很大的带钢位置纠偏。因此，这种设计特别适合于活套中自由出入带长、跑偏量大的特点，广泛应用于活套中静止的转向辊。

5  带钢纠偏系统在连续退火酸洗机组上的应用

北海诚德金属压延有限公司1550mm热轧连续退火酸洗机组的纠偏系统使用了德国EMG的产品。为确保带钢运行位置始终在机组中心线上，在开卷机、入口活套、退火炉出口、出口活套、卷取机等处分别安装有纠偏控制系统，整条机组上共设置了12套纠偏控制系统，其位置布置如图9所示。

连续退火酸洗机组生产的带钢厚度为2～12mm，宽度为600～1550mm。机组长度为480-585m，带钢在机组内的总长可超过1500m，在退火炉工艺段的最高速度为50m/min。目前，各厂家的带钢产品厚度越来越薄、机组速度越来越高，因而对带钢的跑偏控制也就越来越重要。在适当的位置设置适当数量的纠偏装置，是实现机组稳定运行的重要措施。在活套和退火炉中，带钢容易跑偏，这些地方是需 要纠偏的重点位置。

在入口活套设置了1套纠偏装置，在入口活套出口设置了1套纠偏装置，在出口活套设置了1套纠偏装置，这3套纠偏机构为I型纠偏，3、4、7、8、9项所用纠偏机构为PI型纠偏。为了保证开卷和卷取时不跑偏，分别在开卷机和卷取机处设置有2套对中纠偏装置（CPC1、CPC2）和1套对边纠偏装置（EPC）。

6  结语

热轧带钢连续退火酸洗机组的跑偏现象在行业内非常普遍，引起的原因也较为复杂。在机组的设计选型过程中，应充分比较各类纠偏装置的不同特性，进行合理的设计选型。在机组的生产运行中，要实现最佳的纠偏效果，除了要在机组的适当位置设置纠偏系统、根据现场空间和带钢运行方向合理选用纠偏机构的类型之外，还要充分考虑纠偏辊的辊面粗糙度、带钢张力和特性等因素的影响，同时还要科学地操作、维护和检修纠偏设备，才能确保机组长期稳定运行。

7  参考文献

[1]习中革,王永亮. 立式还原退火炉炉内对中纠偏系统[ J ]. 轧钢 ,2005；

[2]陈勇,李天石. 带材的纠偏控制 [ J ]. 机床与液压 ,2003；

[3]刘宁,章一樊,鲁祖凤等. CPC在冷轧带钢连续生产线上的应用 [ J ]. 安徽冶金 ,2006 ；