王 景

(安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司)

中厚板奇數(shù)道次軋鋼工藝的分析與實(shí)踐

王 景

(安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司)

中厚板軋鋼生產(chǎn)中，頭部形狀普遍存在上翹或下扣現(xiàn)象，各機(jī)組多采用偶數(shù)道次軋制，便于后續(xù)矯直工序的咬入。偶數(shù)道次軋鋼，終軋鋼板在軋機(jī)機(jī)前，運(yùn)送鋼板時(shí)軋機(jī)的空轉(zhuǎn)增加了能耗。通過(guò)分析頭部形狀的控制與改善，研究選用合理的輥速差、輥徑差、軋制標(biāo)高等，實(shí)現(xiàn)奇數(shù)道次軋制，避免了軋機(jī)的空轉(zhuǎn)，降低了軋鋼成本。

中厚板 奇數(shù)道次 軋鋼 降低成本

0 前言

國(guó)內(nèi)中厚板廠普遍采用偶數(shù)道次軋鋼，其優(yōu)勢(shì)是終軋尾部平直，是鋼板的前進(jìn)方向，便于后續(xù)矯直機(jī)的咬入，生產(chǎn)中的事故率較低。若奇數(shù)道次軋鋼，終軋道次咬入的頭部是鋼板的前進(jìn)方向，頭部形狀上翹或下扣，程度惡劣時(shí)鋼板運(yùn)行安全難以保證，尤其是隨后的矯直咬入可能存在較大的困難，直接影響到軋鋼效率。但是，偶數(shù)道次軋制，鋼板軋后在軋機(jī)機(jī)前，增加了鋼板運(yùn)輸時(shí)的軋機(jī)空轉(zhuǎn)，軋機(jī)是產(chǎn)線的主要耗能設(shè)備，一般是產(chǎn)線裝機(jī)總?cè)萘康?0%～80%，采用奇數(shù)道次軋鋼，終軋鋼板在機(jī)后可直接送鋼，避免軋機(jī)空轉(zhuǎn)道次增加的能耗，在當(dāng)前鋼鐵企業(yè)利潤(rùn)微薄的情況下，具有實(shí)質(zhì)性的意義。某2 800 mm中板生產(chǎn)線軋制設(shè)備為雙機(jī)架四輥可逆式軋機(jī)，筆者就該中厚板生產(chǎn)線探索奇數(shù)道次軋鋼的過(guò)程控制措施進(jìn)行了研究分析。

1 主要工藝設(shè)備及技術(shù)參數(shù)

該2 800 mm中板生產(chǎn)線軋制設(shè)備為雙機(jī)架四輥可逆式軋機(jī)，允許最大軋制力50 000 KN，最大軋制力矩2×1 720 KN·m，軋機(jī)剛度8 360 KN/mm，軋制速度0～±(2.36～5.65) m/s，電動(dòng)壓下速度0～20/30(返回) mm/s，壓下電機(jī)功率2×186 kW。采用的軋輥材質(zhì)及尺寸參數(shù)、主電機(jī)型號(hào)和軋機(jī)液壓壓下液壓缸參數(shù)分別見表1、表2和表3。

表1 精粗軋機(jī)軋輥材質(zhì)及尺寸

表2 精粗軋機(jī)主電機(jī)電機(jī)型號(hào)

表3 精粗軋機(jī)液壓壓下液壓缸參數(shù)

2 中厚板奇數(shù)道次軋鋼的難點(diǎn)及改進(jìn)方向

制約奇數(shù)道次軋鋼的難點(diǎn)，主要是需要著力提高頭部形狀的控制與改善。中厚板軋制關(guān)于頭部形狀控制的文獻(xiàn)較多，對(duì)輥速差、輥徑差、工藝間隙、軋制力、軋制線高度、上下輥中心線的偏移量、軋件上下溫差等均有清晰的闡述。實(shí)際生產(chǎn)，鋼板頭部的翹曲度難以準(zhǔn)確測(cè)量，影響頭部形狀的上下輥徑差、軋制線高度等主要因素，在既定大生產(chǎn)條件內(nèi)，也難以實(shí)時(shí)調(diào)整，加上各種變量的綜合作用，很難獲得預(yù)期的頭部形狀。該2 800 mm雙機(jī)架中板生產(chǎn)線，頭部形狀的趨勢(shì)規(guī)律存在兩類不足：一是≤10 mm板，軋后頭部易發(fā)扣頭現(xiàn)象，時(shí)有扎輥道現(xiàn)象；二是≥18 mm板，軋后頭部易發(fā)翹頭現(xiàn)象，偶有頂撞切水板的情況。筆者進(jìn)行研究實(shí)踐改進(jìn)，目的是要實(shí)現(xiàn)奇數(shù)道次軋鋼，降低工序能耗，理想的頭部形狀應(yīng)實(shí)現(xiàn)微翹，確保運(yùn)輸安全，同時(shí)微翹程度需加以控制，確保矯直順暢咬入。結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況，確定了以下改進(jìn)內(nèi)容：

1)確定鋼板翹曲度簡(jiǎn)單易行的現(xiàn)場(chǎng)評(píng)價(jià)方法；

2)優(yōu)化軋制線高度的管理、優(yōu)化配輥制度，提高板型頭部形狀控制的普適性；

3)優(yōu)化調(diào)整電氣雪橇功能，增強(qiáng)頭部板型實(shí)時(shí)調(diào)整控制的能力；

4)優(yōu)化雙機(jī)架負(fù)荷分配，整體不增加軋制道次，精軋機(jī)軋制道次或增或減，以實(shí)現(xiàn)奇數(shù)道次為主。

3 實(shí)現(xiàn)中厚板單道次軋鋼的分析與解決

首先讓現(xiàn)場(chǎng)操作人員能明確頭部翹曲的允許程度，并從優(yōu)化軋制線高度、優(yōu)化配輥制度，改進(jìn)電氣雪橇功能等方面入手，加以其他工藝調(diào)整手段，如優(yōu)化雙機(jī)架負(fù)荷分配、優(yōu)化溫度控制、優(yōu)化軋制壓力、優(yōu)化軋制速度等，獲得預(yù)期的鋼板頭部翹曲度。

3.1 頭部翹曲度的評(píng)價(jià)方法

中厚板頭部形狀的翹曲程度可用軋件彎曲高H與彎曲曲率ρ表示。實(shí)際上，軋件頭部彎曲高度與彎曲曲率測(cè)量難度較大，依靠機(jī)器視覺技術(shù)的頭部彎曲檢測(cè)系統(tǒng)如板型儀等，需增加投資，且設(shè)備復(fù)雜。實(shí)踐中，首先確定翹曲度的評(píng)價(jià)方法，拋開彎曲曲率中弧長(zhǎng)的監(jiān)測(cè)，直接以軋件頭部彎曲高度為控制要點(diǎn)，采用目測(cè)判斷能否順利進(jìn)入矯直機(jī)為標(biāo)準(zhǔn)，將軋件頭部形狀分為五檔：1)微扣，≤10 mm板可能會(huì)造成鉆輥道事故；2) 平直；3)微翹，可順利進(jìn)入矯直機(jī)；4) 上翹，較厚規(guī)格板(≥18 mm板)無(wú)法進(jìn)入矯直機(jī)；5)嚴(yán)重上翹，可能會(huì)撞擊設(shè)備，造成事故。改進(jìn)的預(yù)期，希望得到平直或微翹的板型，在摸底試軋時(shí)，確定的彎曲高度以翹頭不超過(guò)500 mm為標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于≤10 mm板，減少或杜絕微扣板；≥18 mm板頭部上翹超過(guò)400 mm以上時(shí)，矯直機(jī)咬入困難，翹頭高度最大僅允許400 mm。同時(shí)在機(jī)后輥道架上樹立自制高度標(biāo)尺，便于操作比對(duì)。

3.2 優(yōu)化軋制線高度

軋制線是下工作輥輥面所處的水平線，軋制線高度是指軋機(jī)下輥的上表面與機(jī)架輥的上表面之間的高度差，用符號(hào)A來(lái)表示，高度差的存在對(duì)軋件軋后的運(yùn)動(dòng)方向有影響。軋制線高度的確定可通過(guò)軋制線標(biāo)高調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)。軋制線標(biāo)高是從軋機(jī)底部到軋制線的標(biāo)準(zhǔn)高度，考慮階梯墊、支撐輥和工作輥輥徑等因素可精確計(jì)算。

對(duì)稱軋制時(shí)，軋制線高度等于總壓下量的1/2(A=△h/2)，板坯水平咬入，其他軋制條件也對(duì)稱的情況下，軋件軋后應(yīng)保持平直。當(dāng)A≠△h/2時(shí)，由于軋件咬入時(shí)存在傾角，相應(yīng)的上下輥咬入角不同，但變形區(qū)上下受力平衡，導(dǎo)致上下壓下量△h上、△h下不同，壓下量較大的一側(cè)延伸率較大，軋件即向另一側(cè)彎曲。研究表明，當(dāng)A>△h/2時(shí)，軋件爬坡咬入，軋后頭部向下彎曲；當(dāng)A<△h/2時(shí)，軋件下傾咬入，軋后頭部向上彎曲[1]。該生產(chǎn)線原為單機(jī)架設(shè)計(jì)，機(jī)架輥高度為800 mm，軋制線高度設(shè)定為(840±7.5) mm，通過(guò)技改形成雙機(jī)架布置形式，精軋機(jī)壓下量最大僅需20 mm，對(duì)照理論分析，軋制線高度偏高，多數(shù)時(shí)候A>△h/2，尤其是道次壓下量較小的10 mm及以下規(guī)格板，不能通過(guò)電氣雪橇調(diào)整遏制扣頭現(xiàn)象。分析認(rèn)為，軋制線高度偏高，其他實(shí)時(shí)調(diào)整手段不能顯現(xiàn)應(yīng)有的效果。為了弱化軋制線高度的影響，凸顯其他可適時(shí)調(diào)整的工藝手段，有必要適度降低軋制線高度。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，分別采用(825±7.5) mm、(830±7.5) mm、(835±7.5) mm的軋制線高度，結(jié)果表明，降低軋制線高度，小規(guī)格板扣頭現(xiàn)象得到改善。兼顧其他規(guī)格，優(yōu)化后按(830±7.5) mm執(zhí)行，在隨后的批量生產(chǎn)驗(yàn)證中，發(fā)生小規(guī)格板扣頭現(xiàn)象時(shí)，再使用電氣雪橇調(diào)整，可表現(xiàn)出應(yīng)有的趨勢(shì)。

3.3 優(yōu)化配輥制度

一般認(rèn)為，中板軋制采用下輥徑大于上輥徑5 mm～10 mm的配輥方案，即下壓法軋制，目的是使軋出的板坯微翹，呈“滑雪板”形狀，以避免鋼板撞擊機(jī)架輥等。審視該生產(chǎn)線的配輥制度，由于軋輥是大宗耗材，輥徑差的要求受軋輥數(shù)量上的制約，輥徑差規(guī)定Φ下>Φ上，且不超過(guò)30 mm。實(shí)際生產(chǎn)中，上下輥徑差較大時(shí)，可實(shí)時(shí)調(diào)整的工藝手段，如雪橇調(diào)整、壓下量調(diào)整很難改變頭部的扣翹趨勢(shì)；上下輥徑相差不大時(shí)，受不同品種、規(guī)格板上下表面溫差不同的影響，也干擾了調(diào)整量的規(guī)律。配輥制度，必需在摸清軋件上下表面溫差影響的基礎(chǔ)上，結(jié)合備輥實(shí)際進(jìn)行優(yōu)化，提高配輥的合理性，以便實(shí)時(shí)工藝調(diào)整手段對(duì)頭部板型的控制產(chǎn)生作用。已有的研究認(rèn)為，給定一個(gè)輥徑，根據(jù)上下輥軋制力平衡條件，假定軋件上下溫度、溫差不變，總會(huì)有一個(gè)確定的配對(duì)輥徑[3]，可使軋件軋后平直，其核心是上下輥軋出的金屬體積差△V=0，即中厚板軋制每一個(gè)道次都需要有不同的輥徑差。顯然，現(xiàn)實(shí)之中不可能滿足，因此，一般做法都是給定一個(gè)輥徑差的限定范圍。

分析軋件溫度差，當(dāng)板坯上表面溫度高于下表面溫度，則軋制區(qū)板坯上表面變形抗力小于下表面變形抗力，變形區(qū)上表面只有增大接觸弧長(zhǎng)才能滿足上下輥軋制力平衡這一條件。結(jié)果，上輥壓入板坯深度要大于下輥壓入板坯深度，即△h上>△h下，則上輥從變形區(qū)軋出的金屬體積將比在相同時(shí)間內(nèi)下軋輥從變形區(qū)軋出的金屬體積大。忽略寬展，板坯在軋機(jī)出口單位時(shí)間內(nèi)上表面金屬延伸量大于下表面金屬延伸量，導(dǎo)致板坯生成向下彎曲的圓弧[2]。反之，會(huì)產(chǎn)生板坯生成向上彎曲的圓弧。實(shí)踐中，軋鋼過(guò)程中軋件的上下溫差客觀上較難消除，加熱時(shí)爐內(nèi)板坯上方加熱空間較大，加熱較好，工藝上提高下燒嘴的工藝溫度設(shè)定因?yàn)榱炕y度并不能徹底解決，一般板坯上表原始加熱溫度略高于下表，偶爾會(huì)有下表高于上表的情況；軋制時(shí)，軋件與輥道接觸，輥道冷卻水的作用，使下表溫降條件優(yōu)于上表面，同一機(jī)組同一時(shí)期，生產(chǎn)小規(guī)格板時(shí)頭部易扣、大規(guī)格板易翹的原因，區(qū)別也主要是上下溫差程度不同，因此，工藝上改進(jìn)，提出軋制6 mm、8 mm板時(shí)，關(guān)停輥道冷卻水。溫差的跟蹤與量化，最大的難點(diǎn)是不同道次、不同溫度區(qū)間內(nèi)呈動(dòng)態(tài)變化，所以，最直接的方式是實(shí)測(cè)雙機(jī)架中間坯上下溫差，結(jié)果顯示軋件上表普遍高20 ℃～50 ℃，針對(duì)這一實(shí)際，決定保留下壓法配輥的做法。針對(duì)輥徑差限定范圍的確定，主要通過(guò)實(shí)踐來(lái)驗(yàn)證雪橇、壓下量調(diào)整改變頭部的扣翹趨勢(shì)的作用，結(jié)果顯示，應(yīng)提高軋輥使用周轉(zhuǎn)的均衡性，輥徑差需逐步控制到15 mm以內(nèi)。

3.4 改進(jìn)電氣雪橇功能

精確實(shí)現(xiàn)雪橇軋制和負(fù)荷平衡，其關(guān)鍵是優(yōu)選出傳動(dòng)控制系統(tǒng)所需特性和參數(shù)。雪橇值，即咬鋼時(shí)上下輥線速度的比值(V上/V下)，可從操作臺(tái)設(shè)置，以BCD碼的形式送給ISAD，由ISAD軟件實(shí)現(xiàn)在咬鋼后短暫的雪橇期內(nèi)上輥速度設(shè)定，上輥速度=下輥速度×雪橇值，使下輥線速度大于上輥線速度，鋼板下表面的延展大于上表面，達(dá)到翹頭的目的。

圖3 雪橇軋制的控制原理

現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中，出于生產(chǎn)安全考慮，電氣雪橇功能的投用主要是為了讓鋼板頭部微微上翹，避免撞擊輥道。實(shí)際跟蹤軋制過(guò)程中，上翹程度滿足了安全生產(chǎn)的需求，但奇數(shù)道次軋制不能滿足進(jìn)入矯直咬入的需求。分別跟蹤8 mm、10 mm、12 mm、14 mm、16 mm、18 mm厚度規(guī)格板不同寬度條件下Q245R、Q345C的軋制頭部表現(xiàn)，適時(shí)進(jìn)行雪橇值的調(diào)整，優(yōu)化工作主要是要突出電氣雪橇輔助調(diào)整頭部板型控制的效果，經(jīng)安全論證，雪橇啟動(dòng)觸發(fā)條件由500 A調(diào)整為800 A，作用延時(shí)由300 ms延長(zhǎng)到600 ms，雪橇值區(qū)間由0.95～0.99擴(kuò)容到0.92～0.99。同時(shí)，為了強(qiáng)化雪橇效果，優(yōu)化軋制速度制度，改變單一的低速咬入、高速軋制的方法，試驗(yàn)恒速軋制法，考慮6 mm、8 mm板對(duì)設(shè)備沖擊損傷力小，咬入階段也采用中高速，變相延長(zhǎng)了雪橇作用時(shí)間，相當(dāng)于增加了翹曲度中的弧長(zhǎng)，可消除扣頭“死彎”現(xiàn)象。

針對(duì)翹頭嚴(yán)重的≥18 mm板，電氣新增程序，特別進(jìn)行了“反雪橇”的開發(fā)?！胺囱┣痢钡氖褂迷?，簡(jiǎn)單說(shuō)，就是程序設(shè)計(jì)把輥速比由“雪橇”的“V上/V下”變?yōu)椤癡下/V上”，加大上輥轉(zhuǎn)速，促使軋件上表延伸，遏制翹頭程度，其投用條件結(jié)合鋼種及規(guī)格，主要用在翹頭較嚴(yán)重的較大規(guī)格板上。優(yōu)化后系統(tǒng)可以根據(jù)不同規(guī)格和鋼種的需要，隨時(shí)選擇正反雪橇量，具有使用方便、性能穩(wěn)定、精度高的特點(diǎn)，鋼板扣翹頭程度得到有效控制。

3.5 優(yōu)化雙機(jī)架負(fù)荷分配

隨著單道次軋制的應(yīng)用，以往雙機(jī)架任務(wù)負(fù)荷分配不再適用，主要是縮短了精軋機(jī)軋制周期，打破了慣有的平衡。兩架軋機(jī)的銜接，出現(xiàn)了精軋等粗軋的現(xiàn)象，調(diào)整不當(dāng)又會(huì)發(fā)生粗軋軋制任務(wù)過(guò)低的情況。簡(jiǎn)單的處理，只需繪制出1塊鋼的整個(gè)軋制周期表，細(xì)分粗軋程——中間坯待溫——精軋程進(jìn)行不斷的均衡優(yōu)化即可，但其中涉及到鋼種的精軋程累積壓下量、控溫工藝條件限定，情況相對(duì)復(fù)雜起來(lái)。對(duì)典型品種規(guī)格，繪制軋制周期表，可以找出最佳結(jié)合點(diǎn)，但品種、規(guī)格覆蓋面較多，且轉(zhuǎn)換頻繁的情況下，很難滿足實(shí)際需求。為了平衡分配雙機(jī)架軋制任務(wù)，實(shí)踐中精軋機(jī)單道次軋制不能只是單純的減道次，必要時(shí)應(yīng)增加道次，繪制軋制周期表由單塊向多塊延伸，把一個(gè)品種規(guī)格由固定中間坯厚度向多個(gè)中間坯厚度過(guò)渡，較好的解決了雙機(jī)架負(fù)荷平衡問(wèn)題，單道次軋制的實(shí)現(xiàn)比例得到有效推進(jìn)，軋制節(jié)奏也提高了5 s/塊～10 s/塊。

3.6 其他改進(jìn)優(yōu)化措施

在完成以上通用優(yōu)化措施的基礎(chǔ)上，筆者在現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)一些與常理相悖的現(xiàn)象，如有時(shí)雪橇投用以后，頭部反而向快輥側(cè)彎曲。已有研究認(rèn)為，當(dāng)上、下兩輥輥速不同時(shí)，會(huì)在一特定區(qū)域內(nèi)使之作用在上、下兩輥的摩擦力方向不同，導(dǎo)致快輥的力矩比慢輥的大，易造成快輥咬鋼時(shí)掉轉(zhuǎn)[4]，進(jìn)而造成反向彎曲。根本上，還是中性層為界，上下變形金屬體積的不同。還有就是軋機(jī)工藝間隙的存在，上下輥中心線的偏移，也會(huì)干擾頭部形狀調(diào)整的方向。針對(duì)該類現(xiàn)象，在軋機(jī)剛度一定的情況下，主要從間隙管理入手，限制軋制摩擦力引發(fā)的偏移；從安全角度考慮，還論證提高軋制區(qū)域延伸輥道速度，上調(diào)10%，避免碰撞產(chǎn)生的次生頭部彎曲；結(jié)合煤氣熱值的變化情況，優(yōu)化待溫工藝，具體是加大待溫頻次、縮短每次待溫時(shí)間，使生產(chǎn)組織不斷接近均衡模式，便于溫度控制的整體穩(wěn)態(tài)，促進(jìn)單道次軋制的應(yīng)用與推廣。

4 效果

實(shí)現(xiàn)單道次軋鋼的關(guān)鍵在控制頭部形狀平直，控制頭部形狀的關(guān)鍵在于咬入條件的綜合作用。任何一項(xiàng)優(yōu)化措施都不是孤立的存在，通過(guò)分析單道次軋鋼的可行性，為一線崗位提供了很好的技能提升機(jī)會(huì)，近60%的鋼板實(shí)現(xiàn)了單道次軋鋼，機(jī)時(shí)產(chǎn)量因此提高1.36 t/h，電耗指標(biāo)降低4.71 kWh/t。

[1] 閆磽強(qiáng).中扳軋制過(guò)程扳坯彎曲生成與抑制之五——軋制線高度及軋輥偏移距對(duì)板坯彎曲的影響[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào),2001，23(5):463-465.

[2] 閆磽強(qiáng).中扳軋制過(guò)程扳坯彎曲生成與抑制之二——采用上壓法抑制板坯彎曲[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào),2000，22(6):547-550.

[3] 閆磽強(qiáng).中扳軋制過(guò)程扳坯彎曲生成與抑制之二——采用上壓法抑制板坯彎曲[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào),2000(6):547-550.

[4] 胡衍生.輥速差對(duì)軋件頭部彎曲的影響[J].鋼鐵研究學(xué)報(bào),2004，16(5):37-41.

ANALYSIS AND PRACTICE OF SINGLE PASS ROLLING PROCESS FOR MEDIUM AND HEAVY PLATE

Wang Jing

(Anyang Iron and Steel Stock Co., Ltd)

In the production of medium and heavy plate rolling, the shape of the head is generally upward or downward, and most rolling mills adopts sample rolling process, which is convenient for the subsequent straightening process. Under the condition of sample rolling process, finishing rolling plate is before the rolling mill and the idling of mill, for transporting plate, increases the energy consumption. This paper analyzes the control and improvement method of head shape, such as the difference of velocity, differential diameter of rolls or rolling line and so on. The improved scheme avoids the idling of the rolling mill and reduces the cost of steel rolling. The medium and heavy plate mill realizes single pass rolling.

Medium and heavy plate Single pass rolling Roll steel Cost reduction

,工程師,河南.安陽(yáng)(455004),安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)股份有限公司第二軋鋼廠；

2017—3—15