供稿|劉曉峰 / LIU Xiao-feng

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本鋼冷軋2150連續(xù)退火機(jī)組主要生產(chǎn)寬幅汽車外板，具有設(shè)計(jì)規(guī)格跨度大、生產(chǎn)品種多的特點(diǎn)，是國(guó)內(nèi)可提供最寬汽車外板的機(jī)組。生產(chǎn)寬幅汽車外板時(shí)，瓢曲是連續(xù)退火機(jī)組上特有的一種缺陷，高溫段發(fā)生的瓢曲定義為熱瓢曲，低溫段發(fā)生的瓢曲定義為冷瓢曲。文章針對(duì)本鋼冷軋2150連續(xù)退火機(jī)組生產(chǎn)薄規(guī)格超寬幅汽車外板的瓢曲缺陷的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了分析。結(jié)合理論及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，對(duì)不同瓢曲類型的現(xiàn)場(chǎng)控制方法進(jìn)行了工藝闡述。通過(guò)對(duì)爐內(nèi)張力、帶鋼溫度與爐輥溫差等關(guān)鍵工藝參數(shù)的優(yōu)化控制，較好地解決了薄規(guī)格超寬料的瓢曲問(wèn)題。

本鋼冷軋2#連退機(jī)組(2150機(jī)組)主要生產(chǎn)寬幅汽車外板，產(chǎn)品規(guī)格為厚度：0.3～2.5 mm，寬度：1000～2150 mm。具有設(shè)計(jì)規(guī)格跨度大、生產(chǎn)品種多的特點(diǎn)，是國(guó)內(nèi)可提供最寬外板的機(jī)組。在生產(chǎn)IF鋼薄寬規(guī)格外板期間，由于寬厚比極大、退火溫度較高、帶鋼材質(zhì)較軟等實(shí)際特點(diǎn)，帶鋼在爐內(nèi)穩(wěn)定控制難度極大，易發(fā)生爐內(nèi)跑偏、熱瓢曲、冷瓢曲等缺陷，對(duì)此類外板的穩(wěn)定交付造成影響。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題的分析及研究對(duì)該機(jī)組出現(xiàn)瓢曲的機(jī)理進(jìn)行分析，依據(jù)帶鋼實(shí)際，對(duì)不同瓢曲產(chǎn)生的類型給出快速判定方法，通過(guò)工藝優(yōu)化基本解決了冷熱瓢曲的產(chǎn)生，顯著地提高了超寬汽車板的合格率。

不同類型瓢曲的產(chǎn)生機(jī)理

瓢曲是連續(xù)退火機(jī)組上特有的一種缺陷。2150機(jī)組退火機(jī)組采用立式輻射管加熱方式，退火爐分為預(yù)熱段、加熱段、保溫段、換冷段、快冷段、過(guò)時(shí)效及終冷段。高溫段發(fā)生的瓢曲定義為熱瓢曲，低溫段發(fā)生的瓢曲定義為冷瓢曲。為保證連續(xù)退火機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，在設(shè)計(jì)階段對(duì)爐內(nèi)輥均采用凸度設(shè)計(jì)，一般低溫段采用單錐度輥，高溫段采用雙錐度輥。帶鋼在運(yùn)行過(guò)程中由于爐輥錐度的影響而產(chǎn)生向心力，保證帶鋼的穩(wěn)定運(yùn)行，凸度越大其向心力也越大[1]。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中當(dāng)帶鋼溫度高于爐輥溫度時(shí)(可近似以輥室溫度表征)導(dǎo)致?tīng)t輥中部溫度增加，實(shí)際凸度(即熱凸度)增加。

爐輥運(yùn)動(dòng)期間向心力的產(chǎn)生見(jiàn)圖1。在退火爐中，由于帶鋼溫度較高，材料屈服強(qiáng)度較低，當(dāng)向心力過(guò)大，超過(guò)材料在該區(qū)域溫度下的彈性變形極限時(shí)，產(chǎn)生塑性變形，此時(shí)產(chǎn)生瓢曲缺陷。其原理為爐輥邊部溫度低于加熱段及均熱段帶鋼溫度時(shí)，由于帶鋼溫度增加了爐輥凸度，使實(shí)際凸度高于設(shè)計(jì)凸度，導(dǎo)致的向心力增加和瓢曲的產(chǎn)生。瓢曲一般發(fā)生在薄/寬規(guī)格、IF鋼高帶溫時(shí)，缺陷一般出現(xiàn)在輥肩處(爐輥錐度變化處)。典型瓢曲如圖2所示。

圖1 爐輥運(yùn)動(dòng)期間向心力的產(chǎn)生

圖2 寬幅帶鋼瓢曲缺陷

影響瓢曲的工藝分析

從不同類型瓢曲產(chǎn)生機(jī)理分析可知，當(dāng)機(jī)組設(shè)計(jì)完成后，實(shí)際工程中能夠?qū)ζ扒a(chǎn)生影響并且可以調(diào)整控制的參數(shù)為：爐輥實(shí)際熱凸度、張力、帶鋼溫度及工藝速度。對(duì)這些參數(shù)影響瓢曲的工藝分析如下。

爐輥熱凸度的控制影響

不同區(qū)域爐輥凸度受磨損及加熱狀態(tài)的不同，在實(shí)際運(yùn)行期間的凸度也不同。一般來(lái)講，在長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行情況下，可以近似認(rèn)為爐輥所處區(qū)域溫度或輥室溫度等于爐輥的溫度。當(dāng)帶鋼溫度高于爐輥區(qū)域溫度時(shí)，在接觸帶鋼部分的爐輥受熱膨脹，實(shí)際的爐輥凸度將變大，瓢曲的風(fēng)險(xiǎn)增加。反之當(dāng)帶鋼溫度低于輥室區(qū)域溫度時(shí)，實(shí)際爐輥凸度變小，對(duì)中力減少，跑偏風(fēng)險(xiǎn)增加[2]。為此機(jī)組在高溫段設(shè)置了輻射遮熱屏、爐輥凸度控制風(fēng)機(jī)等控制爐輥形狀。

薄寬規(guī)格各段控制難度較大，如機(jī)組異常時(shí)發(fā)生大幅降速，帶鋼溫度急速升高，此時(shí)由于爐輥熱凸度增加發(fā)生熱瓢曲。在冷段當(dāng)帶鋼溫度過(guò)高，爐輥熱凸度同樣增加，導(dǎo)致冷瓢曲的發(fā)生。

爐內(nèi)張力影響

張力是在爐輥轉(zhuǎn)動(dòng)情況下產(chǎn)生水平向心力的重要因素之一，毫無(wú)疑問(wèn)的是在條件不變的情況下，爐內(nèi)張力增加必然會(huì)導(dǎo)致向心力的增加，瓢曲產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)勢(shì)必增加。但張力過(guò)小時(shí)帶鋼與爐輥間易發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致表面細(xì)微劃傷缺陷。因此生產(chǎn)薄寬料時(shí)爐內(nèi)實(shí)際張力應(yīng)在帶鋼與爐輥不相對(duì)滑動(dòng)且穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，越低越好。大張力冷瓢曲與熱瓢曲產(chǎn)生的概率幾乎相當(dāng)，該影響在王瑞、白振華等[3]研究連退過(guò)程帶鋼熱瓢曲指數(shù)及其影響因素中已進(jìn)行了充分的討論。

圖3 熱凸度造成的帶鋼瓢曲

工藝速度的影響

工藝速度本質(zhì)上不直接影響熱瓢曲的發(fā)生，但當(dāng)爐內(nèi)各溫度點(diǎn)一定情況下，高溫段由于爐溫高于帶鋼溫度，爐輥區(qū)域采用遮熱板及凸度風(fēng)機(jī)等自動(dòng)控制輥凸度，一般不可能發(fā)生熱瓢曲缺陷。但較高的帶鋼速度勢(shì)必會(huì)造成冷段爐輥熱量增加，當(dāng)帶鋼輸入至覆蓋至爐輥區(qū)域的熱量大于瓢曲允許發(fā)生的熱凸度情況下，勢(shì)必會(huì)發(fā)生由于熱凸度的增加而導(dǎo)致的瓢曲問(wèn)題。

工藝優(yōu)化及控制

在2150機(jī)組生產(chǎn)薄寬料時(shí)瓢曲多發(fā)生在規(guī)格在1.0 mm以下，且寬度超過(guò)2000 mm的IF鋼中部，宏觀形態(tài)見(jiàn)圖4。通過(guò)ITV及現(xiàn)場(chǎng)側(cè)窺視孔觀察瓢曲缺陷主要出現(xiàn)過(guò)時(shí)效段。同時(shí)帶鋼表面多發(fā)由于帶溫高輥溫低導(dǎo)致的表面不規(guī)則色差。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際、發(fā)生部位，確定為冷瓢曲，依據(jù)冷瓢曲發(fā)生原理重點(diǎn)對(duì)張力控制、爐輥熱凸度控制等方面重點(diǎn)開(kāi)展優(yōu)化。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)典型瓢曲圖

(1) 生產(chǎn)薄寬料物料期間提前做好物料連接準(zhǔn)備，確保薄寬料前行鋼卷與后行鋼卷厚度偏差不大于0.2 mm，寬度偏差不超過(guò)5%(前行卷計(jì)算)，確保爐內(nèi)張力在過(guò)渡期間不因?yàn)橐?guī)格變化導(dǎo)致的張力波動(dòng)值超過(guò)引起瓢曲發(fā)生的極限張力。

(2) 在保證帶鋼不跑偏和表面無(wú)擦傷的情況下，根據(jù)機(jī)組實(shí)際的生產(chǎn)狀態(tài)，適當(dāng)降低自冷段后的各段張力。

(3) 在編制計(jì)劃時(shí)遵循由厚至薄的原則，控制冷段帶鋼溫度一直處于可控狀態(tài)，避免由于過(guò)渡期間工藝速度波動(dòng)，造成過(guò)時(shí)效內(nèi)實(shí)際帶鋼溫度超出控制范圍。

(4) 降低自快冷出口以后的冷段溫度，一方面增加材料的強(qiáng)度，一方面最大限度減少帶鋼溫度輸入至爐輥的熱量，控制熱凸度不超過(guò)瓢曲極限凸度。

(5) 自寬規(guī)格生產(chǎn)開(kāi)始后，除非厚度偏差超過(guò)0.2 mm，否則不變更工藝速度，確保帶鋼輸入爐輥熱量平衡，不引發(fā)熱凸度的突然變化。每次升速不超過(guò)5 m/min，除非必要情況，否則不降速。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)2150機(jī)組瓢曲缺陷的產(chǎn)生機(jī)理，工藝影響因素開(kāi)展理論分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)缺陷實(shí)際，明確了瓢曲類型。依據(jù)理論制定了合理的工藝控制及優(yōu)化措施，重點(diǎn)對(duì)冷段爐輥熱凸度的控制及張力影響方面開(kāi)展了優(yōu)化。確保了對(duì)瓢曲缺陷的提前控制，實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)2000 mm以上超寬外板的穩(wěn)定生產(chǎn)。