供稿|唐亮，郭鵬 / TANG Liang, GUO Peng

內(nèi)容導讀

熱軋薄規(guī)格帶鋼產(chǎn)品效益高，市場需求量大，能夠為生產(chǎn)廠家?guī)磔^大的收益。但是薄規(guī)格帶鋼產(chǎn)品的軋制難度較高，并且在生產(chǎn)過程中極不穩(wěn)定，為生產(chǎn)廠家?guī)磔^大的不便。軋制生產(chǎn)過程中經(jīng)常發(fā)生帶鋼甩尾現(xiàn)象，很容易對后續(xù)帶鋼造成硌印，無法繼續(xù)生產(chǎn)。文章對薄規(guī)格帶鋼甩尾情況和帶鋼拋鋼時尾部輥縫動作數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析，通過優(yōu)化軋輥熱膨脹傳遞系數(shù)，進而優(yōu)化帶鋼尾部板形控制，解決了甩尾問題。

熱軋薄規(guī)格帶鋼產(chǎn)品效益較高，市場需求量大，有著很大的市場競爭力，但是在實際生產(chǎn)過程中，帶鋼較薄，穿帶與拋鋼經(jīng)常會出現(xiàn)軋破、甩尾的問題，導致產(chǎn)品軋制困難。本文從甩尾的影響因素——輥縫來闡述甩尾現(xiàn)象，分析軋輥熱膨脹傳遞系數(shù)對輥縫的影響，力求通過優(yōu)化軋輥熱膨脹傳遞系數(shù)來解決甩尾問題。

本鋼2300 mm軋制線使用的是TMEIC-GE公司提供的軋制模型，其中輥縫的計算模型包含F(xiàn)SU模型(精軋設定計算)、ROP模型(軋輥模型設定計算)，其中ROP模型用于計算軋輥的磨損與熱膨脹。

帶鋼與軋輥之間的傳熱

傳熱模型

帶鋼是在旋轉(zhuǎn)的軋輥間軋制成形的。在軋制過程中，帶鋼與軋輥接觸會出現(xiàn)較大的熱量傳遞。從帶鋼穿帶開始到結(jié)束，軋輥因受熱逐漸膨脹，使得兩軋輥間的實際輥縫逐漸減小，導致帶鋼厚度逐漸變小，造成帶鋼通板厚度不均。在熱軋控制中，可以通過帶鋼與軋輥之間的傳熱計算來調(diào)整輥縫，對實際輥縫值進行控制。

軋制過程中，帶鋼溫度雖然比軋輥溫度高出很多，但是接觸時間又較短，熱量的傳遞只局限于兩者接觸的區(qū)域，因此計算帶鋼與軋輥間熱量傳遞的二級模型只針對接觸位置進行計算。二級模型綜合考慮了軋輥溫度、帶鋼溫度、軋輥速度、帶鋼寬度、接觸弧長度以及帶鋼、軋輥的導熱率和輻射率等參數(shù)來模擬熱量傳遞。采用數(shù)值計算的方法建立模型并將帶鋼與軋輥離散成有限的網(wǎng)格節(jié)點分別計算節(jié)點之間熱量的傳遞。圖1為帶鋼與軋輥傳熱模型的網(wǎng)格劃分和計算節(jié)點示意圖。

圖1 帶鋼與軋輥傳熱模型的網(wǎng)格劃分和計算節(jié)點示意圖

傳熱數(shù)值計算

如圖1所示，根據(jù)節(jié)點之間的距離和軋輥與帶鋼之間的溫度差進行循環(huán)迭代計算，并結(jié)合帶鋼與軋輥接觸時間計算出軋制過程中帶鋼傳遞給軋輥的熱量。

根據(jù)軋輥邊界導熱方程[1]，演變方程如下：

式中，Q為所傳遞的熱量，即進入到節(jié)點區(qū)域的熱量增量；A為節(jié)點區(qū)域接觸弧長；dT/dx為節(jié)點之間的溫度梯度，即在節(jié)點區(qū)域任意時刻溫度的變化率：

其中，m為節(jié)點區(qū)域材料質(zhì)量，c為材料的比熱容。

在一個極小的時間間隔循環(huán)dt內(nèi)，溫度變化ΔT表示如下：

在程序內(nèi)利用有限差分算法計算溫度，具體步驟：(1)初始化每個節(jié)點的溫度；(2)計算溫度梯度、兩個相鄰節(jié)點區(qū)域溫度變化率及邊界處溫度變化率；(3)計算在時間間隔dt內(nèi)引起節(jié)點區(qū)域溫度變化的熱量；(4)時間間隔內(nèi)重新計算溫度；(5)重復步驟(2)～步驟(4)，直到計算收斂。

節(jié)點溫度T的計算：在時間ti+1時，節(jié)點溫度Ti+1可以直接根據(jù)相鄰節(jié)點在時間ti的溫度計算，節(jié)點j的溫度、附近節(jié)點k的溫度，可按照公式(4)進行計算：

熱膨脹傳遞系數(shù)在ROP模型內(nèi)的應用

在ROP模型內(nèi)存儲帶鋼與軋輥熱膨脹傳遞系數(shù)，即Stripheatmult。參數(shù)計算公式：

式中，Q2為用熱膨脹傳遞系數(shù)計算后的熱量，Q1為帶鋼傳遞給軋輥的熱量，Stripheatmult為帶鋼與軋輥之間的熱膨脹傳遞系數(shù)。

熱傳遞系數(shù)對輥縫的影響

從咬鋼開始到帶鋼拋鋼，軋制過程中會產(chǎn)生兩種物理現(xiàn)象：軋輥磨損和軋輥熱膨脹。軋輥磨損導致輥縫增大，軋輥熱膨脹導致輥縫減小。為了糾正這些因素對輥縫的影響，由一級控制根據(jù)軋輥磨損、熱膨脹變化情況自動控制輥縫大小。其中，根據(jù)二級模型的熱膨脹傳遞系數(shù)Stripheatmult計算得到的熱膨脹補償值發(fā)給一級控制，一級控制進行輥縫調(diào)整。為避免熱膨脹導致的輥縫減小，一級控制隨時間變化不斷增加輥縫，由此確保軋制過程中帶鋼頭部到尾部厚度均勻。

圖2是與輥縫動作有關的因素分析。第一個因素是一級控制F1—F4輥縫壓尾因素：薄規(guī)格帶鋼軋制時，帶鋼尾部溫度比頭部溫度低，因而帶鋼尾部變形抗力增大[2]，導致盡管帶鋼頭尾輥縫設置值相同但是軋制完成的帶鋼尾部厚度偏大。為了糾正這一物理現(xiàn)象，采取帶鋼尾部在F1—F4機架拋鋼時，減小F1—F4輥縫，進行壓尾動作，從而減小帶鋼尾部厚度。壓尾控制的缺點：會加劇帶鋼尾部甩尾問題。第二個因素是軋輥熱膨脹傳遞系數(shù)對輥縫的控制。此參數(shù)控制功能是用來抵消因軋輥熱膨脹導致兩工作輥間輥縫減小而造成的帶鋼尾部厚度變薄。此糾正功能可使輥縫隨著軋輥熱膨脹的增加逐漸增大輥縫。

圖2 與輥縫動作有關的動作因素分析

如果軋輥熱膨脹傳遞系數(shù)Stripheatmult參數(shù)偏小，軋輥輥縫打開不夠，再加上拋鋼時一級控制輥縫的壓尾控制進一步減小輥縫的最小值，那么將加劇帶鋼尾部板形劣化，在尾部經(jīng)過后續(xù)機架時，形成嚴重的甩尾、甚至軋斷。

熱膨脹傳遞系數(shù)的優(yōu)化

以F2機架輥縫為例，軋制1.5 mm×1500 mm帶鋼時，尾部拋鋼時輥縫進行壓尾動作，輥縫變小(圖3)，F(xiàn)2尾部出現(xiàn)大量雙邊浪形，在經(jīng)過后續(xù)機架時出現(xiàn)嚴重甩尾，軋輥產(chǎn)生硌印，無法繼續(xù)軋制。

圖3 F2輥縫持續(xù)變小

熱膨脹傳遞系數(shù)增大后的輥縫變化

(1) 調(diào)整Stripheatmult參數(shù)計算值從1.1增大到1.5，輥縫增大到0.113 mm，隨著Stripheatmult系數(shù)的增大，F(xiàn)2輥縫曲線從咬鋼開始到拋鋼，輥縫逐漸增大，并且尾部輥縫下壓最低點和尾部板形浪形現(xiàn)象逐漸減弱。

(2) 從圖4可以看出，Stripheatmult參數(shù)計算值從1.5調(diào)整為1.8，輥縫增大到0.13 mm，輥縫值明顯增大，輥縫下壓的最小值也減小，實際帶鋼尾部板形平直穩(wěn)定，甩尾現(xiàn)象消失。帶鋼尾部在F2拋鋼時，板形正常，不再出現(xiàn)尾部異常的板形。

圖4 帶鋼拋鋼時F2輥縫增大

優(yōu)化結(jié)果

根據(jù)調(diào)試過程對軋輥熱膨脹傳遞系數(shù)與對應帶鋼尾部拋鋼形狀統(tǒng)計，見表1。調(diào)整軋輥熱膨脹傳遞系數(shù)，輥縫逐漸增大，拋鋼時尾部帶鋼板形逐漸好轉(zhuǎn)，甩尾現(xiàn)象消失，解決了甩尾問題。

表1 軋輥熱膨脹傳遞系數(shù)與對應帶鋼尾部拋鋼形狀統(tǒng)計對比

減少薄規(guī)格熱軋帶鋼甩尾的措施

二級模型內(nèi)，增大Stripheatmult熱膨脹傳遞系數(shù)可提高薄規(guī)格帶鋼拋鋼時輥縫打開量，增大輥縫壓尾后的輥縫值，避免因為壓尾動作造成尾部浪形。二級模型參數(shù)Stripheatmult的計算，可根據(jù)實際軋制情況進行優(yōu)化，保證薄規(guī)格帶鋼軋制穩(wěn)定。

一級程序內(nèi)，可以通過增加在帶鋼尾部在機架內(nèi)拋鋼時的輥縫來避免甩尾問題，但是輥縫參數(shù)修正過大會引起薄規(guī)格帶鋼尾部軋厚問題，從而影響產(chǎn)品尾部質(zhì)量，因此不建議對輥縫參數(shù)進行過多修正。

結(jié)束語

在實際生產(chǎn)中，軋輥溫度、工作輥冷卻水能力系數(shù)、軋輥磨損系數(shù)、軋輥熱膨脹傳遞系數(shù)均為影響薄規(guī)格帶鋼產(chǎn)品生產(chǎn)的參數(shù)，均會影響到輥縫狀態(tài)，影響到產(chǎn)品軋制穩(wěn)定性。因此，在生產(chǎn)過程中需要根據(jù)實際軋制情況進行調(diào)試和優(yōu)化。