某公司十八辊单机架轧机投产后，由于轧机的振动造成轧制带钢出现振动纹缺陷。带钢表面可以看到密集的横向印，油石打磨后缺陷更明显， 严重影响产品的表面质量，带来大量的降级品。振动纹缺陷给生产运行和成本效益带来了巨大的压力，重要品种的接单能力受到极大限制。轧机振动纹缺陷严重影响了十八辊单机架轧机的生产和质量的稳定。

轧机振动对轧机生产运行和产品表面质量影响较大，多个专业机构对此都有深入研究。彭荣荣等[1]给出了一种轧机的非线性动力模型，并给出了抑制轧机振动的理论方向；李旭等[2]研究了轧机 振动的原因，经过试验测试，给出了一种轧机控制模型，为轧机振动的控制提供了理论依据；张永顺等[3]研究了压下系统对轧机振动的影响，通过 仿真给消除液压系统振动提供了理论指导；栾兆 华等[4]通过振动测试和模拟试验，找到振动频率，通过调整压下频率控制振动的发生；卢杰等[5]研究了轧制过程中侧支撑辊对轧制密集横纹缺陷的影响，通过调整轧制规程及设备参数等措施进行了初步的技术探索。文献资料主要研究了轧机振动的影响因素及抑制方法，对轧后振动纹缺陷有所提及，但并未做深入研究。

本文针对十八辊单机架出现的振动纹缺陷进行了研究，分析了轧机振产生的原因，通过优化相关措施，十八辊轧机轧后带钢的振动纹缺陷得到有效控制。

该公司十八辊单机架轧机从投产两个月后开始发现振动纹缺陷。在轧制的末道次更换毛辊（Ra=2.0μm）生产时，检查下线带钢表面质量，发现振动纹缺陷，振动纹缺陷形貌如图1所示。此后类似情况长期存在。高低速均为同样间距， 轧机速度500 m/min以上时，轧机出现振动现象，轧机速度到800m/min时，振动更加严重，末道次更容易出振动，后续处理退火和镀锌工艺不易消除此缺陷，镀锌后甚至有将缺陷放大的趋势，故障卷镀锌后，缺陷更加明显。

通过长期跟踪，发现振动纹缺陷的发生频率和严重程度随着轧制速度逐渐增加，500m/min以下提升缓慢，超过500m/min缺陷发生率大幅增加。在此阶段，发现随着轧制速度的不断提高，液压缸位置的波动问题也逐渐开始显现，推测此问题可能与带钢的振动纹缺陷有关联。速度与振动纹关系如表1所示

轧后带钢表面开始会出现振动纹缺陷，侧支撑工作辊表面也开始出现对应的振动纹。侧支撑振动纹情况如图2所示。因此，振动纹缺陷发生需要高速运行一段时间以后才会出现。产线在安装调试时由于只是短时间测试800m/min生产，振动纹问题没有暴露出来。

对设备以及工艺进行了检查。产线试验了工艺参数调整，包括：张力、压下率及乳化液浓度等，也更换了不同厂家的轧制油，都对振动纹没有明显影响。对压下缸固定螺栓以及磁尺进行检查发现，压下缸固定螺栓以及磁尺均出现了明显松动现象，立即对其进行了紧固处理，但是，振动纹问题没有明显好转。后续对压下控制系统进行了一系列的调整测试，都没有本质化解决振动纹缺陷。

2 振动问题原因分析

2.1 轧辊磨削工艺

对轧辊、机械设备等进行了初步排查。未发 现明显缺陷及疑似相关缺陷。进行磨床磨削工艺对比试验，即：轧辊托磨与顶磨振动测试[6]。

1） 磨床托磨试验：①砂轮转速24m/s；砂轮 直径578mm；砂轮转 频 13Hz；轧辊直径 169 mm；轧辊转速 50 r/min；振动频率 52、66 、92 和158Hz，四个优势频率之差均接近砂轮转频的倍 数；②砂轮转速 19 m/s；砂轮转频 10.5Hz；振动 优势频率为 58、68、78 和132Hz，四个优势频率之差均接近砂轮转频的倍数[7]。

按带钢振动纹间距计算，相应的振动频率对应60～80 Hz，试验1和试验2的振动与之接近。初步推测，振动可能由砂轮转动部件产生。随着磨削量的下降，振动逐渐降低。磨床托磨试验的振动频率 如图3所示，图3上部曲线是托磨试验磨床地面频率曲线，下部是磨床振动频率曲线。

2）磨床顶磨试验：①砂轮转速24 m/s，砂轮直径578mm，砂轮转频 13Hz，轧辊直径169mm；轧辊转速50r/min，振动主频为294Hz ；②砂轮转速19m/s，砂轮转频10.5Hz，振动主频为200～300 Hz。

顶磨情况下，磨床的振动频率主要集中在 200～300 Hz，相对托磨情况，振动频率偏高，并且与轧辊振动纹间隔没有明显对应性。磨床顶磨试验的振动频率如图4所示，图4上部曲线是顶磨试验磨床地面频率曲线，下部是磨床振动频率曲线。

检查轧机液压缸位置波动问题。液压缸位置 波动通常在500mpm以上的高速运行阶段，波动范围在15～70 μm 之间，最大波动值达到50μm以上，后续减小压下控制器增益、降低压下系统响应速度波动幅度有所减轻，大波动值一般在50μm以内。

2.3 电控系统问题

轧机下线产品上带有横向震纹，不能判合。经过分析后，发现生产过程中轧机压下控制系统震荡，造成辊缝高频抖动，给带钢带来震纹，同时下线侧支撑轴承损害明显。因此提出对产线的压下控制系统进行优化调试来消除荡。

1）控制系统排查。轧机的操作侧和驱动侧分别有一套独立的位置检测装置、程序控制系统及液压执行机构，两侧的程序控制算法是相同的。其中，液压执行机构有两套伺服阀，一套伺服阀执行压下缸位置的精细调整功能，称为慢阀， 比例控制；一套伺服阀执行压下缸大行程的调节，称为快阀，其算法有两个：①根据实际位置和目标位置的偏差输出调节量，相差越多，输出越多；相差越少，输出量也少；当需要的动作速度低于3.7mm/s 时关闭。这个算法在轧钢生产中用不到；②当慢阀输出超过80%时，控制快阀输出一个最大不超过10%的调节量，同理也是慢阀超出越多， 快阀调节量越大。

首先，针对快阀，考虑到快阀调节速度快容 易引起震荡的问题，在程序连锁中取消了慢阀超过80%时投入快阀的功能，没有改善。

其次，对慢阀的压下控制系统参数进行调节，逐步的减小手动增益系数和自动增益系数，并关闭了蝶形补偿控制功能，手动增益系数由2500降到了1800，自动增益系数由4500降到了3600，仅有轻微改善。

最后，通过曲线查阅正常时刻的慢阀输出调节量，发现基本在约±27%范围内，采取了将生产时刻的慢阀输出量限制在±30%的措施，此时曲线上看慢阀输出在±30%范围震荡，但辊缝震荡幅度明显减小，约在±50μm左右。表明控制系统的震荡会加剧辊缝位置震荡；

2） 磁尺检查。十八辊压下系统中，位置检测 采用的是索尼磁尺，精度1 μm 。整个磁尺检测系统包括索尼磁尺、线缆、MD50处理器以及信号板卡。

对磁尺检测系统各部件进行检查，室内MD50处理器和信号板卡正常，无报警；线缆两端专用插头接触良好，无松动；现场磁尺肉眼观察无异常，测量励磁线、信号线电阻，在正常范围内。

磁尺排查从最可能出问题的现场开始，首先更换了从现场到电气室的线缆，更换后无效果。于是组织更换现场磁尺。在拆解过程中，发现与液压缸相连接的、固定磁尺的套杆底座开焊。磁尺固定套杆底座开焊如图5所示。

3 优化措施及应用效果

3.1 磨削工艺优化

十八辊单机架从投产开始，带钢表面发现振动纹缺陷，采用一系列工艺措施后，未能本质化解决振动纹缺陷。磨削工作辊方式由托磨更改为顶磨，用以消除轧辊机加工过程可能存在的辊径与辊身同轴度误差的缺陷[8-10]。

3.1.1 顶磨方式操作步骤

1） 十八辊工作辊采用顶磨后，需把原支撑托磨架去除使用磨床头部及尾部顶尖顶住轧辊轴 头两端中心孔；

2） 为防止轧辊磨削过程中挠曲，轧辊支撑使 用3个气动中心架，根据轧辊是及位置，整体往床头方向偏移20mm；

3） 于磨床顶尖为固定顶尖，无法手动调节，因此在磨削前，需手动去除安装误差连锁；

4） 启动程序正常磨削。

试验磨削轧辊一对，磨削过程对比如下：

2） 磨削结果对比。顶磨磨后辊形误差0.005mm，同轴度0.002mm，不圆度 0.001mm；托磨磨后辊形误差0.009mm，同轴度0.002mm，不圆度 0.001mm。对比两种磨削方式，顶磨较托磨磨后辊形误差小很多，辊形精度更高；

3.1.3 顶磨存在问题

顶磨对磨床顶尖磨损较为严重，顶尖能看到明显的磨损沟槽，且顶尖冷却不足，轧辊中心孔有发热现象。通过增加轴头冷却喷嘴，增加轴头散热能力，避免磨削过程产生的高温影响磨削精度。

3.2 机械设备

利用检修更换2个主压下缸，用力矩扳手安装设计要求1560NM的力矩对压下缸地脚螺栓进行检查紧固。

检查联轴器的齿形花键。检查轧机中间辊联轴器齿头和中间辊花键磨损情况，是否磨损并涂抹润滑脂，每次换辊时都需要润滑该区域。联轴器齿头齿面无目视可见磨损，中间辊花键有轻微磨损[11-13]。

检查万向节轴承有无磨损并涂抹润滑脂。检查轴承箱中的油位。检查滚柱轴承的磨损情况。检查支撑辊轴承座和牌坊的间隙。支撑辊轴承座和牌坊的间隙范围 1.1～1.2 mm。

3.3 电控系统优化

3# 轧机压下控制的自动增益系数在生产时一直采用固定值5000，曲线上看在不同速度情况下厚度控制有较大的波动，压下系统大幅进行调节引起系统失稳[14] 。对压下系统的自动增益系数进行优化，建立一套随着速度升降自动改变的输出系数。速度越高时，输出的百分比越低；速度低时，输出的百分比更高。这样有效降低了高速时刻的调整剧烈程度，压下控制的超调量更低，系统运行更稳定。限制压下系统对伺服阀的输出开度，正常生产中输出开度不超过30%，压下系统方面对蝶形补偿控制进行了优化，震荡幅度明显改善。

通过对振动历史数据曲线进行分析，开发了振动自动检测功能，根据振动情况自动调整相应的控制措施。控制器通过累计单位时间内位置偏差超限次数和伺服阀开度输出超限次数来识别振 动[15] ，当振动发生时，控制器自动触发，将压下系统的自动增益系数调节到原值的30% ，同时触发轧机自动降速程序，将速度降低50m/min。开发震荡检测程序， 自动进行降低增益系数、降速等控制。低于650m/min 检测到震荡，自动降低增益系数到30% ，650 m/min 以上速度震荡， 除降低增益系数到30%外，同时将速度降低50 m/min。

3.4 应用效果

以上措施实施一个月后，连续统计30d的生产数据，分析缺陷发生趋势。通过试验测试，发现托磨时磨床振动频率接近振动纹频率，顶磨时磨床振动频率与振动纹频率相差较多，轧辊顶磨后，振动纹缺陷减少了26%；轧机主压下缸更换新件，并加强传动装置的功能精度和润滑检查，振动纹缺陷减少了31%；压下系统的自动增益系数进行优化，增加振动自动检测和控制功能，振动纹缺陷减少了34% 。以上措施实施后，振纹缺陷减少了91%，减少趋势明显，振纹缺陷得到有效控制。

4 结 语

针对十八辊单机架出现的振动纹缺陷进行了研究，分析了轧机振产生的原因，采取了相关措施。

1） 优化轧辊磨削工艺，轧辊磨削工艺由托磨改为顶磨，振动纹缺陷减少了 26%；

2） 通过更换压下液压缸，规范传动装置检查制度，振动纹缺陷减少了 31%；

3） 调整轧机压下速度控制增益，增加自动检测震荡检测功能，振动纹缺陷减少了34%。

以上措施实施后，十八辊轧机轧后带钢的振动纹缺陷得到有效控制，振纹缺陷减少了91%，缺陷降级品低于0.01%。

[3] 张永顺，姜万录，李振宝，等. 轧机液压压下系统非线性振动诱因分析[J]. 钢铁，2020 ，55（4）：106-112.

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