羅 敏 石文敏 駱新根 楊 光 郭 軍

(國家硅鋼工程技術研究中心 湖北 武漢：430081)

HiB鋼是Si含量大于3.2%的特殊電工鋼之一，與普通硅鋼在金屬學上最大的不同點是高斯位向的織構度非常高[1]，這一特性使得HiB鋼具有更高的導磁率。相比普通硅鋼，在相同磁場強下HiB鋼獲得的磁感強度更高，表現(xiàn)出的鐵損值也更低，因此HiB鋼成為各大電工鋼企業(yè)競相生產的焦點。在實際生產過程中，由于HiB鋼特殊的Si-C比例使得其具有硬度高脆性大的生產特性，造成HiB鋼在冷軋工序產生大量帶頭廢，嚴重影響HiB鋼的成材率。

1 HiB鋼冷軋工序帶頭廢現(xiàn)狀

在HiB鋼冷軋生產過程中，帶頭廢對HiB鋼成材率的影響很大。以某硅鋼廠二十輥森吉米爾軋機為例(見圖1)：出(入)口卷曲機卷筒直徑Φ0.54m[2]，正常情況下第一道次(1P)頭部3圈卷曲所耗費的HiB鋼帶長度約為5.0m，出口卷曲機與出口X-測厚儀的距離約2.5m，出口X-測厚儀與軋制中心線的距離約3.0m，因此從軋制中心線到出口卷曲機的帶頭長度是5.5m，即第一道次(1P)頭部出口無法軋制的HiB鋼鋼帶總長度約為10.5m,加上第二道次(2P)頭部入口帶頭長度(入口卷曲機到軋制中心線距離)5.5m，帶頭總長度一共是16m。也就是說，在森吉米爾軋機正常軋制狀態(tài)下，HiB鋼原料卷至少有16m將作為帶頭廢耗費掉。

圖1 森吉米爾軋機布局圖

按照該廠HiB鋼原料卷平均卷重16t，鋼帶厚度2.2mm，寬度1080mm，利用鋼卷重量公式計算出16m長HiB鋼帶頭重量。

(1)

式中：B為板寬(m)；L為長度(m)；H為板厚(mm)；ρ為HiB鋼密度(kg/m3)

由(1)得鋼帶全長L=16×1000÷2.2÷1.080÷7.65=880(m)

16m帶頭重量

W1=16×16÷880=0.29(t)

(2)

冷軋生產過程中，HiB鋼一般按照5個道次(5P)或者6個道次(6P)的軋制工藝進行，加上各道次切換產生的帶頭廢，HiB鋼在冷軋工序的帶頭廢更高。通過對生產現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，在1P、2P正常軋制情況下，軋機一般是在鋼帶尾部5圈左右停止運轉。以某2.2mm*1080mm規(guī)格HiB鋼軋制規(guī)程為例，見表1。

表1 HiB鋼軋制規(guī)程表

按照公式:l=nπD，5圈引帶長度l=3.14×0.54×5=8.5(m)

由于HiB鋼軋制是可逆軋制，依據式(1)和表一，則各道次切換間的帶頭廢W2為：

W2=7.65×1.08×8.5×(2.2+1.39+

0.88+0.57+0.37)÷1000=0.38(t)

(3)

根據式(2)和式(3)，帶頭廢總計達到

0.38+0.28=0.66(t)

(4)

2 帶頭廢偏高原因

二十輥森吉米爾軋機是生產冷軋HiB鋼的最優(yōu)秀設備之一，具有先進的AGC厚度控制系統(tǒng)[3]。該系統(tǒng)通過液壓油缸的位置閉環(huán)、軋制壓力閉環(huán)、測厚儀監(jiān)控閉環(huán)三個主要的閉環(huán)回路能實現(xiàn)對鋼帶厚度差精準連續(xù)的跟蹤與控制[4]，保證軋制出高精度、厚度均勻的產品。對于原料本身帶來的厚度波動問題在理論上經過一個道次的軋制后就可以有效解決。其先進的自動減速與自動帶尾停止[5]功能則不僅能實現(xiàn)軋機的精準停車確保設備安全，更是可逆軋制過程中道次切換間提高帶頭利用率的可靠保證。

正常軋制狀態(tài)下，HiB鋼帶的剩余長度始終被森吉米爾軋機AGC控制系統(tǒng)監(jiān)視著，在每一道次軋制即將結束時，為保證設備安全避免上一道次軋制線軋過軋輥，入口段的速度將自動減速，這種自動減速控制不僅可以完成800m/min高速軋制中的自動減速，還能維持降速后的200m/min恒定以及60m/min保持，更主要的是能實現(xiàn)軋機的精準停車：當入口段實際剩余長度小于等于帶鋼減速行程長度時[6]，或者當實際厚度與系統(tǒng)設定厚度出現(xiàn)偏差時，軋機能根據測厚儀測量結果實現(xiàn)精準停車避免沖帶纏輥事故的發(fā)生。

通過現(xiàn)場了解發(fā)現(xiàn)，森吉米爾軋機AGC厚度控制系統(tǒng)的投入使用是有前提條件的，類似于汽車的定速巡航控制系統(tǒng)(CRUISE CONTROL SYSTEM)只有在行駛速度40km/h及以上時才能激活一樣，森吉米爾二十輥軋機AGC控制系統(tǒng)只有在軋制速度大于60m/min才能有效投入，而HiB鋼在冷軋生產過程中尤其是1P和2P起步階段，因為板溫低、材質硬度大、起步軋速低、AGC控制系統(tǒng)來不及投入使用等原因，系統(tǒng)預設的軋制壓力不足以迅速將鋼帶從初始厚度軋制到設定厚度，鋼帶厚度會有一個緩慢壓下的過程。在這個由初始厚度向設定厚度轉變的過程中，HiB鋼帶大約要經過5-7圈甚至更長的長度才能實現(xiàn)，而在自動減速階段，因為實際厚度與系統(tǒng)設定厚度出現(xiàn)偏差，軋機根據測厚儀測量結果也會在離軋制線5圈左右的地方實現(xiàn)自動停車，正是基于以上原因造成了HiB鋼冷軋生產過程中的大量帶頭廢。

3 解決方案

3.1 思路原理

想要降低帶頭廢，就必須減少厚度偏差量，控制軋機起步時的超差長度(主要是1P和2P)。同時確保起步階段AGC控制快速響應以實現(xiàn)后續(xù)軋制道次自動減速停機的精確控制。

軋制力對鋼帶出口厚度的影響很大。要消除出口鋼帶的厚度差首先就需要對軋制力進行優(yōu)化。利用彈塑性曲線可以很直觀地闡述優(yōu)化軋制力消除出口鋼帶厚度差的原理(見圖2)。

圖2 厚度偏差消除原理[7]

假定HiB鋼原料的初始厚度為Ha，初始軋制壓力為pa，軋出的鋼帶厚度為ha。若鋼帶的入側厚度變?yōu)镠b，將使軋制力變?yōu)镻b，軋出的鋼帶厚度變?yōu)閔b，產生Δh的厚度差[8]。如果要消除這個厚度偏差Δh，就需要改變預設輥縫，使輥縫增加ΔS，這樣才能保持出口鋼帶厚度不變。也就是說在軋制力給定的情況下，當鋼帶的厚度增加時，軋出厚度也將增加，若要保持出口鋼帶厚度不變，就必須減小輥縫，使軋制力進一步變大；當鋼帶的厚度減少時，軋制力也會隨同減小，軋出厚度也要變小，如果要保持出口鋼帶厚度不變，就需要增大輥縫，使軋制力減小。

第二就是要實現(xiàn)1P、2P帶頭的起步快速控制。帶頭快速控制不僅能縮短超差長度，也是后續(xù)軋制實現(xiàn)精準停車的必要保證[9]。帶頭快速控制的原理就是在起步階段讓軋制速度快速提升到60m/min以上，盡量避免軋機在低速環(huán)境下運行，以實現(xiàn)AGC厚度控制系統(tǒng)的迅速響應，減少起步偏差軋制時間。

3.2 具體方法

由于原始帶頭的厚度差使得變形抗力增加，要想保持出口鋼帶厚度h不變，就需進一步壓下使輥縫減小，增加軋制壓力[10]。因此在HiB鋼1P、2P的冷軋起步階段，需要對軋制力實行手動干預以加大軋制壓力，使鋼帶出側厚度能迅速達到設定值，縮短從初始厚度到設定厚度的偏差長度。HiB鋼軋制是一個多道次可逆軋制過程，上一道次的頭部即下一道次的尾部，因此本試驗重點只對HiB鋼冷軋生產過程中的1P和2P做討論研究。

為保證試驗的嚴謹性，試驗選取在同一批次的相同HiB鋼原料卷上開展。首先按照正常軋制規(guī)程做好開軋準備，在系統(tǒng)預設軋制力的基礎上，手動增加1%軋制力，結合帶頭起步快速控制方法讓AGC控制系統(tǒng)迅速投入，待軋制狀態(tài)平穩(wěn)后，記錄從初始厚度Ha到設定厚度ha的圈數(shù)和長度。

按照上述步驟，將軋制壓力在系統(tǒng)預設基礎上手動依次增加2%、3%、4%……并依次記錄從初始厚度Ha到設定厚度ha的圈數(shù)和長度，在滿足工藝要求和保證設備安全的前提下尋找最佳軋制壓力優(yōu)化比例。

3.3 試驗效果

通過將軋制力優(yōu)化與帶頭快速控制技術相結合，使得HiB鋼帶頭要經過5-7圈才能實現(xiàn)的壓下過程縮短至2-3圈。其關系如圖3所示。

圖3 加壓比例與偏差圈數(shù)的關系

由圖3可以看出：①軋制力增加5%—7%時，軋制狀況平穩(wěn)，鋼帶邊部狀況良好，后續(xù)軋程穩(wěn)定，偏差圈數(shù)控制在2-3圈最佳范圍。壓下過程和厚度變化如圖4所示。

按照2-3圈的最佳范圍，5個道次的軋制過程每個道次厚度偏差量縮短3圈計算，可有效利用的帶頭重量為：

W=7.65×1.08×5.08×(2.2+1.39+0.88+0.57+0.37)÷1000=0.23(t)

圖4 軋制力優(yōu)化前后厚度變化對比

②軋制力增大到8%以上時，由于壓力過大，鋼帶邊部出現(xiàn)裂口碎邊等問題影響后續(xù)軋制：壓下率過大使得鋼帶邊部經過卷曲機卷曲時產生邊裂和碎口，當進入下一道次軋制時，就會以這些小邊裂或碎口為起點引發(fā)斷裂造成卷曲困難或斷帶引起生產事故。通過對斷裂部位觀察發(fā)現(xiàn)，由這些小裂口引發(fā)的斷面基本呈現(xiàn)撕裂狀和鋸齒狀，經電鏡掃描觀察，斷面主要成分是Si的氧化物，并無其他夾雜物。

③軋制力超過10%以上時，軋機主輥電流負荷過大超過主電機上限承載電流，運行在超負荷的環(huán)境下很容易對電機等重要設備造成傷害：電機過負荷運行會使電流超額而發(fā)熱加劇[11]，進而使電機處于高溫環(huán)境。在超出額定溫度的環(huán)境下電機絕緣層容易老化，電機軸承潤滑也容易失效。

4 結論

在HiB鋼冷軋生產的1P和2P起步階段，通過優(yōu)化軋制力和采用帶頭快速控制方法，能有效縮短帶頭厚度偏差長度，提高后續(xù)軋制道次的自動停機精度，對提高HiB鋼帶頭利用率提升工序成材率具有很高的可行性和實用性。