亓 萌，李 娟

(山東泰嘉新材料科技有限公司，山東 濟(jì)南 250000)

泰嘉二十輥可逆軋機(jī)為森米米爾整體式可逆軋機(jī)，由國內(nèi)知名企業(yè)武漢乾冶總承包，該軋機(jī)具有剛度大，厚度精度高，板型控制穩(wěn)定的特點(diǎn)。機(jī)組設(shè)計(jì)成品厚度0.25～2.50 mm，寬度800～1 350 mm，主要生產(chǎn)400系不銹鋼卷，產(chǎn)品品質(zhì)為2D。機(jī)組配置水平世界一流，配備有德國IMS測厚儀和安德里茨森德威BFI板型輥，采用的自動(dòng)板型控制系統(tǒng)有效規(guī)避了人工調(diào)整板型的不足，調(diào)控的準(zhǔn)確度較高，產(chǎn)品板型的一致性優(yōu)越，生產(chǎn)的不銹鋼鋼卷質(zhì)量穩(wěn)定，滿足客戶的產(chǎn)品質(zhì)量要求。

1 板型輥介紹及檢測控制原理

軋機(jī)左右工藝平臺(tái)配置有兩條安德里茨森德威BFI板型輥，板型輥形式為接觸式板型測量系統(tǒng)，接觸式的優(yōu)點(diǎn)為信號(hào)檢測直接，信號(hào)處理容易保真。該系統(tǒng)通過分布在帶寬方向的壓電式壓力傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測，當(dāng)有壓力作用在其陶瓷應(yīng)變片傳感器上時(shí)，力信號(hào)被直接轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，這種結(jié)構(gòu)使其具有高精度、高分辨率和良好的動(dòng)態(tài)性能。板型輥?zhàn)钚【葐挝粡埩?.66～2.00 N/mm2，模擬的壓力信號(hào)在板型輥的旋轉(zhuǎn)部分完成數(shù)字化轉(zhuǎn)換，并傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)綜合分析和處理，然后將處理后的信號(hào)分為兩部分，一部分用于在線顯示板型，主要通過HMI畫面反饋給軋機(jī)的操作人員；另一部分用于板型閉環(huán)控制，通過檢測對(duì)比，完成軋機(jī)ASU凸度和一中間輥串輥系統(tǒng)的調(diào)整，達(dá)到板型精度控制。

軋機(jī)采用的BFI板型輥輥徑為φ313 mm，輥面長度1 480 mm，測量區(qū)域?qū)挾?2 mm，設(shè)計(jì)有27段，輥體表面采用碳化鎢處理，輥身硬度達(dá)到1 350 HV。圖1為BFI板型輥示意圖。

圖1 板型輥示意圖

2 二十輥軋機(jī)板型控制手段及板型自動(dòng)控制的思路

森基米爾整體式二十輥軋機(jī)板型調(diào)整手段主要為三種，分別是背襯輥系B輥、C輥的ASU凸度齒條調(diào)整、上下一中間輥錐度輥形設(shè)計(jì)及串輥系統(tǒng)及二中間輥凸度輥形設(shè)定[1]，其中二中間輥輥形的搭配根據(jù)軋制產(chǎn)品的厚度和寬度進(jìn)行匹配對(duì)應(yīng)，目的是增加受力凸度，輔助完成對(duì)板型的控制。在一中間輥串輥系統(tǒng)中采用的推推式結(jié)構(gòu)方式，消除了推拉式串輥結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)的傳動(dòng)側(cè)鉤頭脫落情況，規(guī)避了串輥精度不良的現(xiàn)象，輥形設(shè)計(jì)采用錐形輥，分為一段式和多段式，其核心內(nèi)容在于一中間輥錐度的設(shè)計(jì)和磨削精度，是控制邊浪、中浪、1/4浪最有效的手段。

板形自動(dòng)控制系統(tǒng)是整套的閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)檢測和自動(dòng)控制調(diào)整，其控制方式為B、C輥凸度齒條的升降完成單一軸承的偏心控制及一中間輥串輥移動(dòng)[2]。板型輥內(nèi)的壓電式壓力傳感器通過對(duì)運(yùn)動(dòng)鋼板的受力檢測和分析，計(jì)算出每一檢測段的帶鋼松緊程度，反饋到操作畫面和控制系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際檢測值與設(shè)定的板型曲線進(jìn)行比對(duì)，對(duì)一中間輥串輥和ASU凸度進(jìn)行協(xié)同調(diào)整，使軋制的帶鋼板型曲線符合設(shè)定板型控制曲線。

板型儀控制系統(tǒng)的應(yīng)用能夠有效依托原料板型的實(shí)際狀況，通過力的測量、換算與板型設(shè)定曲線進(jìn)行比較，有效解決和規(guī)避各種浪形的出現(xiàn)，包括單邊浪、雙邊浪、中間浪、1/4浪，能夠通過板型曲線的匹配，將各種浪形進(jìn)行結(jié)合和控制，達(dá)到最優(yōu)的軋制板型，滿足下道工序和直接外賣冷硬板的生產(chǎn)需求。圖2為各類板型結(jié)合優(yōu)化的整合示意圖及各類板型對(duì)應(yīng)長度方向的力分布狀態(tài)[2]。

圖2 各類板型結(jié)合優(yōu)化的整合示意圖及各類板型對(duì)應(yīng)長度方向的力分布狀態(tài)

3 機(jī)組生產(chǎn)實(shí)踐過程出現(xiàn)的問題及分析解決措施

軋機(jī)完成設(shè)備調(diào)試和電控系統(tǒng)調(diào)試后，板型控制系統(tǒng)作為板型主要控制手段進(jìn)行了實(shí)踐投用，實(shí)現(xiàn)了ASU凸度控制和一中間輥串輥的精確運(yùn)用，設(shè)定了80 m/min的軋制速度投用要求。板型控制系統(tǒng)采用邊浪控制方式，I值最大設(shè)定值為6，采用3條曲線進(jìn)行控制，前1道次I值取值為2，2～3道次I值取值為4，其余道次I值取值為6。根據(jù)設(shè)定的曲線，對(duì)30卷產(chǎn)品厚度為0.5 mm，寬度為1 280 mm的軋制產(chǎn)品進(jìn)行了跟蹤，從CAPL(冷帶退火酸洗線)開卷過程和活套觀察發(fā)現(xiàn)鋼卷板型平直，在經(jīng)過CAPL的退火工序后板型出現(xiàn)不固定的浪形，同一鋼卷即會(huì)出現(xiàn)單邊浪，也會(huì)出現(xiàn)雙邊浪，浪形存在不一致性，給SPM(離線平整機(jī))的板型調(diào)整增加難度，最終成品出現(xiàn)板型缺陷。圖3為CAPL開卷活套內(nèi)板型，圖4為CAPL出口活套內(nèi)板型，存在浪形缺陷。

圖3 CAPL開卷活套內(nèi)板型 圖4 CAPL出口活套內(nèi)板型

3.1 板型缺陷的成因分析

通過對(duì)30卷鋼卷的板型數(shù)據(jù)分析，出現(xiàn)的無規(guī)律性的板型缺陷占比達(dá)到81.5%，單邊浪缺陷占比18.5%。通過對(duì)退火爐出口的板型跟蹤，發(fā)現(xiàn)此處的板型與CAPL成品質(zhì)量檢查室的板型基本一致，因此可判斷浪形產(chǎn)生的主要因素是軋制過程鋼板流動(dòng)性不均造成帶鋼應(yīng)力集中，板型缺陷得到隱藏，經(jīng)過再結(jié)晶退火，鋼帶的應(yīng)力得到釋放，反饋出真實(shí)的帶鋼板型。通過對(duì)壓力加工下金屬流動(dòng)性的分析，對(duì)造成板材應(yīng)力集中的原因進(jìn)行了綜合查找，確定了四個(gè)影響因素并逐一進(jìn)行分析，分別為軋機(jī)的工藝過程控制、板型控制曲線的設(shè)計(jì)、一中間輥和二中間輥輥形的匹配、原料實(shí)際數(shù)據(jù)檢測及成品同板差的檢測對(duì)比。

3.1.1 軋制的工藝過程控制

二十輥軋機(jī)軋制壓下工藝采用遞減壓下率斜線控制方式，第一道次壓下量最大，壓下率最大控制值25%，其余道次逐漸降低，末道次壓下率8%～12%，單位張力控制值21～23 kg/mm2，中間過程采用大張力進(jìn)行軋制，張力>350 kN，軋制速度350～500 m/min，軋制油系統(tǒng)壓力>0.35 bar，流量>6 000 L/min。通過對(duì)30卷鋼卷的軋制工藝執(zhí)行情況進(jìn)行檢查，工藝執(zhí)行率100%，期間未出現(xiàn)軋制異?，F(xiàn)象，可判斷此項(xiàng)原因不是板型缺陷產(chǎn)生的主要原因。

3.1.2 板型控制曲線的設(shè)計(jì)

鋼卷的軋制過程全程采用板型儀自動(dòng)控制，其控制手段ASU凸度調(diào)整和一中間輥串輥全部投用并正常調(diào)整，根據(jù)PDA記錄數(shù)據(jù)的分析，凸度齒條和一中串輥能夠根據(jù)設(shè)定目標(biāo)板型進(jìn)行調(diào)整，但存在一定的調(diào)整誤差，末道次的板型曲線(如圖5所示)為邊浪控制模式，而實(shí)際板型反饋為邊部緊邊，邊部52～150 mm位置與邊部相比松力較為明顯，因板型儀的每個(gè)測量點(diǎn)距離為52 mm，只能反映出此受力點(diǎn)的松緊情況，在CAPL線開卷活套內(nèi)也未發(fā)現(xiàn)浪形缺陷，通過對(duì)鋼卷橫向同板差的測量此處厚度無偏薄現(xiàn)象，可判斷此區(qū)域測出的數(shù)值并不代表鋼卷存在1/4浪形。因板型儀測量值為邊部為緊邊，ASU凸度齒條中第一、第二和第七齒條抬起較為明顯達(dá)到設(shè)定保護(hù)值，7個(gè)凸度齒條的整體控制規(guī)律較為雜亂，造成鋼板在壓力變形狀態(tài)下流動(dòng)不均衡，變形應(yīng)力在邊部位置進(jìn)行集結(jié)，經(jīng)過CAPL再結(jié)晶退火后應(yīng)力得到釋放后浪形得到展現(xiàn)，因此板型曲線設(shè)計(jì)需進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)目標(biāo)曲線和浪形選擇的匹配進(jìn)行調(diào)整。

圖5 末道次的板型曲線

3.1.3 軋輥的輥形匹配

軋制過程采用兩套輥形進(jìn)行試驗(yàn)，為二中間輥平輥軋制和0.35 mm凸度輥軋制，兩種輥形各軋制15卷。軋制過程中反饋出的ASU凸度齒條調(diào)整基本一致，凸度齒條的調(diào)整范圍在10%～60%之間，未出現(xiàn)二中凸度影響其凸度調(diào)整和整體凸度規(guī)律的明顯變化。采用的錐度為0.28 mm的一中間輥輥形，串輥有效寬度為±100 mm，實(shí)際串輥量在±49 mm之間，還存在較大的移動(dòng)距離和控制區(qū)間。而在板型自動(dòng)控制狀態(tài)下影響其調(diào)整的精度的因素為板型輥實(shí)際檢測數(shù)據(jù)與設(shè)定曲線的對(duì)應(yīng)，因此需要對(duì)板型自動(dòng)控制曲線設(shè)定進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

3.1.4 原料的數(shù)據(jù)檢測及成品同板差的檢測對(duì)比

根據(jù)CBL(不銹鋼準(zhǔn)備機(jī)組)線對(duì)本批軋制原料尺寸公差的抽檢，發(fā)現(xiàn)鋼卷凸度平均值60～70 μm，楔形平均值25～30 μm，符合對(duì)熱軋?jiān)系某叽缫蟆Ｏ戮€原料的同板差平均在9～11 μm，雖滿足客戶的需求，但與二十輥軋機(jī)該規(guī)格較好的同板差控制指標(biāo)≤7 μm存在較大差距，主要原因?yàn)檐堉茣r(shí)中部凸度控制不良，可通過優(yōu)化板型自控調(diào)整和人工干涉ASU凸度設(shè)定進(jìn)行針對(duì)性控制。

通過對(duì)以上四條影響因素的分析，確定影響板型的原因?yàn)榘逍颓€未根據(jù)原料的凸度進(jìn)行設(shè)定，設(shè)定的邊浪指標(biāo)值與現(xiàn)場實(shí)際存在一定的誤差，需要重點(diǎn)對(duì)自動(dòng)板型控制的整體策略和板型曲線進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)根據(jù)原料檢測數(shù)據(jù)做好對(duì)應(yīng)的輥形匹配。

3.2 板型控制系統(tǒng)優(yōu)化及輥形匹配

3.2.1 根據(jù)測量的原料凸度指標(biāo)，為有效保證產(chǎn)品的同板差，對(duì)板型控制方案采取了中間浪+邊浪的控制方案，增加中部凸度的過程控制，完成串輥行程的優(yōu)化，有效控制邊部減薄。1～3道次采用邊浪控制，4～6道次采用中間浪+邊浪的控制模式，7至最終道次采用邊浪控制模式，實(shí)現(xiàn)板面質(zhì)量流動(dòng)性均衡，變形應(yīng)力分散的目的。

3.2.2 將板型儀的三條控制曲線增加為四條，使浪形指標(biāo)依據(jù)道次調(diào)整更加準(zhǔn)確，規(guī)避指標(biāo)值變化較大對(duì)控制系統(tǒng)的影響。

3.2.3 完成對(duì)綜合浪形指標(biāo)的優(yōu)化，第1道次I值取值為2，2～3道次I值取值為4，4～6道次I值取值為7，其余道次I值取值為11。對(duì)中間浪I值取值為2。

3.2.4 對(duì)板型控制參數(shù)中的目標(biāo)曲線增益值進(jìn)行調(diào)整，由70修改至100。

3.2.5 確定一中間輥和二中間輥的輥形數(shù)據(jù)，一中間輥采用0.28 mm錐度配置二中間輥平輥輥形，輥徑匹配小于0.5 mm，輥徑大的放在上輥。對(duì)二中間惰輥的配對(duì)直徑差進(jìn)行控制，輥徑差小于0.7 mm，安裝時(shí)上惰輥輥徑大于下惰輥。

3.3 效果驗(yàn)證

通過對(duì)板型控制系統(tǒng)的曲線優(yōu)化和輥形的匹配調(diào)整，完成26卷厚度0.5 mm同規(guī)格壓下率的鋼卷軋制，通過跟蹤C(jī)APL入口板型和出口質(zhì)檢室板型，板型得到明顯的改善，CAPL入口板型呈現(xiàn)輕微雙邊浪，經(jīng)再結(jié)晶退火后板型平直，未出現(xiàn)單邊浪及不規(guī)則的浪形缺陷，板型試驗(yàn)卷合格率>97%。圖6為CAPL入口板型，圖7為CAPL板型。

圖6 CAPL入口板型 圖7 CAPL板型

對(duì)本次生產(chǎn)設(shè)計(jì)的板型曲線進(jìn)行了跟蹤，邊浪和中部凸度變化明顯，板型曲線的兩側(cè)對(duì)稱性較為均勻，一中間輥串輥量達(dá)到總串輥設(shè)計(jì)值的80%，發(fā)揮作用較為明顯，同時(shí)對(duì)板面的同板差進(jìn)行取樣檢測，凸度平均值為4～6 μm，達(dá)到同板差控制的精度要求。板型控制系統(tǒng)應(yīng)用達(dá)到了預(yù)期的調(diào)整目標(biāo)，板型平直穩(wěn)定，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量提升作用明顯。圖8為軋制的實(shí)際板型顯示。

圖8 末道次軋制的實(shí)際板型顯示

4 結(jié)語

二十輥軋機(jī)板型控制系統(tǒng)的使用，使板型的規(guī)律性控制更加的統(tǒng)一，板型精度較高。有效促進(jìn)下道工序工藝數(shù)據(jù)的使用和操作調(diào)整更加規(guī)范、熟練、統(tǒng)一。軋機(jī)在做好板型控制系統(tǒng)使用的同時(shí)，要根據(jù)原料的基本情況和軋制板型的實(shí)際狀態(tài)對(duì)板型控制系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，通過HMI的過程數(shù)據(jù)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)最合適的板型控制曲線和輥形搭配，在穩(wěn)定的軋制工藝配合下，達(dá)到最佳的板型控制，實(shí)現(xiàn)鋼卷軋制質(zhì)量的穩(wěn)步提升。