超薄規(guī)格熱軋板卷穩(wěn)定軋制及板形控制技術(shù)

供稿|栗建輝， 田亞強(qiáng) /LI Jian-hui， TIAN Ya-qiang

薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線具有超薄規(guī)格產(chǎn)品生產(chǎn)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但由于超薄規(guī)格熱軋板卷生產(chǎn)技術(shù)難度高，國(guó)內(nèi)薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線的產(chǎn)品規(guī)格主要集中在1.6 mm以上，韓國(guó)東部制鐵公司薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線(FTSR)的產(chǎn)品規(guī)格集中在1.4 mm以上，也未實(shí)現(xiàn)超薄規(guī)格熱軋板卷的大批量穩(wěn)定生產(chǎn)。唐鋼UTSP生產(chǎn)線在原有設(shè)備、工藝基礎(chǔ)上，通過應(yīng)用對(duì)板坯溫度控制、壓下分配、軋制速度、板形控制等進(jìn)行研究，開發(fā)了薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線輥底式加熱爐蓄熱式燃燒技術(shù)與超薄規(guī)格板卷穩(wěn)定軋制等先進(jìn)技術(shù)，提高了超薄規(guī)格板卷軋制穩(wěn)定性和板形質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了1.0 mm超薄規(guī)格熱軋板卷的大批量穩(wěn)定生產(chǎn)，適應(yīng)了當(dāng)前市場(chǎng)的需求。

UTSP生產(chǎn)線工藝流程及關(guān)鍵裝備、技術(shù)

唐鋼1810線于2001年引進(jìn)的UTSP薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線，是國(guó)內(nèi)第一條應(yīng)用半無頭軋制工藝的熱軋帶鋼生產(chǎn)線，生產(chǎn)線的布置如圖1所示，其連鑄采用意大利DANIELI公司的FTSC連鑄機(jī)，生產(chǎn)厚度65～90 mm鑄坯；加熱爐采用美國(guó)BRICMONT公司的輥底式均熱爐，爐長(zhǎng)230.195 m；軋機(jī)采用2RM+5FM布置，粗軋機(jī)由意大利DANIELI公司設(shè)計(jì)，精軋機(jī)由日本三菱重工設(shè)計(jì)，具有動(dòng)態(tài)PC和ORG功能；卷取區(qū)采用了IHI株式會(huì)社設(shè)計(jì)制造的高速飛剪、雙地下卷取機(jī)。

圖1 唐鋼1810生產(chǎn)線工藝布置圖

主要技術(shù)方案

輥底式加熱爐蓄熱式燃燒及板坯對(duì)中技術(shù)

為滿足超薄規(guī)格熱軋帶鋼軋制的要求，提高煙氣的余熱利用率，在薄板坯連鑄連軋線輥底式加熱爐上創(chuàng)新使用了蓄熱式燃燒技術(shù)。同時(shí)，在生產(chǎn)薄規(guī)格產(chǎn)品時(shí)，工藝要求板坯出爐中心線與軋機(jī)中心線的偏差≤5 mm。為此，公司設(shè)計(jì)開發(fā)了輥底爐板坯對(duì)中裝置。

◆ 輥底式加熱爐蓄熱式燃燒技術(shù)

為了保證超薄規(guī)格穩(wěn)定軋制，采用了加熱爐蓄熱式燃燒技術(shù)，主要技術(shù)如下：

1) 研制了單蓄熱同心射流技術(shù)；

2) 集成創(chuàng)新了最佳的燃燒控制方式及合理的供熱負(fù)荷；

3) 創(chuàng)新研制了爐體復(fù)合澆注保溫技術(shù)；

4) 加熱爐燃燒自動(dòng)控制技術(shù)。

在國(guó)內(nèi)，唐鋼UTSP線率先在輥底式加熱爐上采用了二級(jí)燃燒自動(dòng)控制技術(shù)，通過應(yīng)用蓄熱式燃燒技術(shù)，加熱能力提高約100 ℃，達(dá)到1250 ℃，并且溫度控制更加精確，板坯縱向溫差小于10 ℃，為超薄規(guī)格品種的生產(chǎn)提供了良好的溫度條件。

◆ 板坯對(duì)中技術(shù)

為了適應(yīng)超薄規(guī)格生產(chǎn)對(duì)鑄坯對(duì)中精度的要求，在輥底爐末端設(shè)置了板坯自動(dòng)對(duì)中裝置，控制系統(tǒng)根據(jù)板坯的規(guī)格尺寸，自動(dòng)設(shè)定板坯的對(duì)中量，可以將板坯中心線與軋機(jī)中心線偏差控制在5 mm之內(nèi)。該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用大幅減少了因鑄坯出爐跑偏造成的軋機(jī)堆鋼事故。

加熱溫度控制技術(shù)

◆ 輥底式加熱爐特點(diǎn)

(1) 加熱溫度要求高：熱軋薄規(guī)格帶鋼的軋制對(duì)加熱質(zhì)量的要求非常高，實(shí)際生產(chǎn)過程中往往由于加熱溫度波動(dòng)較大而造成軋制不穩(wěn)定、帶鋼拉窄，甚至發(fā)生堆鋼事故。

(2) 加熱時(shí)間受到限制：對(duì)于薄板坯連鑄連軋來講，雖然鑄坯入爐溫度高，但連鑄與軋機(jī)通過輥底式加熱爐剛性連接，在實(shí)際生產(chǎn)中必須合理控制緩沖時(shí)間。

(3) 特殊的軋線布置的要求：軋線采用2+5的布置，粗軋R2與精軋F(tuán)1之間距離為24.22 m，中間坯在粗、精軋之間的過程溫降比7機(jī)架連軋的過程溫降要大得多。

◆ 加熱溫度梯度制度

為了更好的滿足超薄規(guī)格軋制，適應(yīng)規(guī)格過渡、軋制節(jié)奏等工藝要求，加熱爐采用了溫度梯度控制制度。

(1) 軋制厚度≥1.8 mm時(shí)爐膛溫度控制制度見表1。

表1 軋制厚度≥1.8 mm時(shí)各段爐膛溫度 ℃

(2) 軋制厚度＜1.8 mm時(shí)，爐膛各段溫度要求見表2。

表2 軋制厚度＜1.8 mm時(shí)各段爐膛溫度 ℃

(3) 各規(guī)格對(duì)應(yīng)板坯在爐時(shí)間見表3。

表3 各規(guī)格對(duì)應(yīng)板坯在爐時(shí)間

壓下分配控制技術(shù)

薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線與常規(guī)生產(chǎn)線相比，同等條件下的道次壓下量要大得多，在軋制超薄規(guī)格帶鋼時(shí)，上游機(jī)架的道次壓下量甚至接近極限值。

◆ 壓下分配原則

結(jié)合2+5軋機(jī)布置且軋輥的軋制線高度無法在線調(diào)整的特點(diǎn)，在進(jìn)行壓下分配時(shí)沒有單純按照壓下率分配型或軋制力分配型進(jìn)行選擇，而是選擇了粗軋按壓下率、精軋按軋制力比率(RFDM)進(jìn)行分配的方案。

◆ 合理確定中間坯厚度

中間坯厚度即R2出口軋件厚度的設(shè)定合理與否，主要影響精軋機(jī)組的負(fù)荷。中間坯厚度設(shè)定過薄，傳送過程溫降過大，精軋負(fù)荷高；中間坯厚度設(shè)定過大，則精軋機(jī)組總的壓下率大，精軋負(fù)荷高。

在軋制1.0 mm超薄規(guī)格成品帶鋼時(shí)，中間坯厚度由13.47 mm調(diào)整為12 mm，并相應(yīng)調(diào)整了精軋負(fù)荷分配，精軋機(jī)整體降低壓下率2.13%，粗軋機(jī)組合計(jì)增加負(fù)荷約100 t，精軋機(jī)組合計(jì)降低軋制負(fù)荷約3000 t，調(diào)整后精軋狀態(tài)平穩(wěn)。

◆ 精軋機(jī)F1壓下率觸碰極限時(shí)的分配原則

表4為A36B、規(guī)格為1.0 mm×1250 mm的各軋機(jī)負(fù)荷分配情況。當(dāng)工藝條件(如軋制溫度等參數(shù))發(fā)生較大變化時(shí)，精軋F(tuán)1機(jī)架經(jīng)常發(fā)生壓下率觸碰壓下率極限值，此時(shí)二級(jí)將在精軋機(jī)組進(jìn)行負(fù)荷再分配，降低F1的壓下率，增加下游機(jī)組的壓下率，并因此造成下游機(jī)組尤其是F2機(jī)架負(fù)荷的大幅升高，嚴(yán)重制約超薄規(guī)格的軋制穩(wěn)定性。但由于F1機(jī)架本身的壓下率較大，如放開F1的壓下率極限值則有可能造成F1機(jī)架的咬入打滑。

表4 A36B規(guī)格為1.0 mm×1250 mm的各軋機(jī)負(fù)荷分配表

壓下分配控制技術(shù)充分利用了上游機(jī)架變形溫度高的特點(diǎn)，提高了上游機(jī)架的道次壓下量，降低了下游機(jī)架負(fù)荷，滿足了精軋機(jī)板形控制的要求，避免上游機(jī)架高溫大壓下的咬入打滑，以及下游機(jī)架負(fù)荷過高引起的軋制不穩(wěn)定的現(xiàn)象。

速度控制技術(shù)

以滿足操作人員調(diào)整時(shí)間的要求及避免軋制過程產(chǎn)生過大溫降為出發(fā)點(diǎn)，根據(jù)溫降模型、變形溫升模型、摩擦溫升模型等計(jì)算結(jié)果，結(jié)合產(chǎn)線布置特點(diǎn)，制定了適宜的軋制速度制度。

◆ 粗軋高速穿帶

在薄規(guī)格軋制過程中，中間坯厚度達(dá)到或接近下極限，且在R2～F1之間24.22 m的距離中溫度損失大，精軋機(jī)負(fù)荷偏大，終軋溫度極難命中目標(biāo)。因此，根據(jù)不同產(chǎn)品規(guī)格，將粗軋穿帶速度適當(dāng)提高，彌補(bǔ)中間輥道距離過大造成過大溫降。如表5所示。

表5 不同規(guī)格粗軋穿帶速度的提高幅度

◆ 最大軋制速度

為保障超薄規(guī)格軋制過程的穩(wěn)定性與連鑄高拉速相匹配，為此在某些鋼種的某些規(guī)格投入了機(jī)架間冷卻，配合提高最大軋制速度，以提高軋制節(jié)奏，增加加熱爐緩沖時(shí)間。經(jīng)反復(fù)實(shí)踐驗(yàn)證的最大軋制速度設(shè)定如表6所示。

表6 不同厚度規(guī)格的最大軋制速度設(shè)定值

◆ 拋尾速度

為了提高帶鋼尾部的軋制穩(wěn)定性，減少甩尾，根據(jù)不同規(guī)格，設(shè)定了不同的拋尾速度，延長(zhǎng)帶鋼尾部的調(diào)整反應(yīng)時(shí)間，使得帶鋼尾部軋制狀態(tài)可控，不同厚度規(guī)格的拋尾速度設(shè)定值如表7所示。

表7 不同厚度規(guī)格的拋尾速度設(shè)定值

◆ 減速控制

在薄規(guī)格軋制過程中，終軋溫度隨著軋制速度的波動(dòng)而產(chǎn)生波動(dòng)，當(dāng)軋機(jī)降速幅度較大時(shí)，軋制穩(wěn)定性隨之變差。因此，修正厚度＜1.5mm規(guī)格降速率，使得帶鋼降速幅度減小，達(dá)到穩(wěn)定高速軋制時(shí)效果。不同厚度規(guī)格的FDTC減速率如表8所示。

軋制節(jié)奏及規(guī)格過度控制技術(shù)

◆ 燙輥制度

(1)燙輥材數(shù)量：控制在6～7塊，規(guī)格要求≥2.5 mm；

表8 不同厚度規(guī)格的FDTC減速率

(2)溫度控制：出爐溫度以粗軋出口RDT為準(zhǔn)，≤1050 ℃；

(3)節(jié)奏控制：精軋首架F1拋鋼至下塊咬入時(shí)間控制在60 s以上。

◆ 規(guī)格過渡安排

以目標(biāo)厚度為1.0 mm為例，換輥后的過渡規(guī)格及軋制卷數(shù)如表9所示。

◆穩(wěn)定軋制1.0 mm時(shí)的生產(chǎn)節(jié)奏控制

在生產(chǎn)1.0 mm超薄規(guī)格時(shí)，出鋼節(jié)奏按恒定節(jié)奏控制。在軋制超薄規(guī)格帶鋼過程中，通過固化軋制節(jié)奏，使加熱爐加熱溫度、軋輥的熱凸度變化等工藝條件保持相對(duì)穩(wěn)定，形成了標(biāo)準(zhǔn)化操作制度，增加了超薄規(guī)格批量生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

表9 過度規(guī)格和過度卷數(shù)對(duì)應(yīng)表

結(jié)合APFC控制的凸度控制技術(shù)

為更好地發(fā)揮板形自動(dòng)控制APFC功能，必須合理設(shè)定工作輥原始凸度，制定軋輥下線冷卻及磨削制度，合理利用彎輥、RTC、HRO等修正或控制策略，使APFC的設(shè)定值處于一個(gè)合理的范圍，避免出現(xiàn)APFC設(shè)定參數(shù)處于上、下極限值，提高板形自動(dòng)控制的質(zhì)量，避免因板凸度、板形自動(dòng)控制參數(shù)不合理而造成的軋漏、堆鋼事故。

◆ 軋輥原始凸度設(shè)定

通過大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，依據(jù)軋機(jī)各機(jī)架的壓下率分配，重新制訂了各機(jī)架軋輥的原始凸度(見表10)，達(dá)到了精軋機(jī)的比例凸度控制要求。

表10 軋輥原始凸度主要修改記錄 mm

◆ 粗軋機(jī)組軋輥溫度控制(RTC)的應(yīng)用及優(yōu)化

粗軋機(jī)處于長(zhǎng)時(shí)間高溫軋制狀態(tài)，工作輥輥溫較高，軋輥熱凸度對(duì)出口厚度為12～14 mm的中間坯影響非常大，甚至超過彎輥的控制范圍。為了補(bǔ)償軋輥熱凸度采用RTC控制，其原理見下圖2，圖3。

◆ 軋件尾部彎輥的修正

帶鋼尾部在精軋機(jī)組軋制時(shí)，受熱凸度補(bǔ)償參數(shù)不合理、彎輥平衡轉(zhuǎn)換時(shí)序不合理、操作工手動(dòng)調(diào)整時(shí)間短等因素的影響，經(jīng)常出現(xiàn)嚴(yán)重雙邊浪及跑偏甩尾的現(xiàn)象。為此，在HMI上增加了尾部彎輥力手動(dòng)設(shè)定自動(dòng)執(zhí)行功能。

圖2 軋輥溫度控制原理

采用上述措施后，改善了軋輥氧化膜狀態(tài)及板凸度控制狀態(tài)，顯著提高了軋輥的軋制噸位，在集中軋制超薄規(guī)格時(shí)起到了非常重要的作用。

薄規(guī)格熱軋板卷的平整技術(shù)

基于超薄規(guī)格板形不良的特征及造成板形不良的原因，通過理論分析及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)制定了特殊的平整工藝制度，消除了具有超薄規(guī)格特點(diǎn)的板形缺陷，如碎浪，肋浪等。

表11 厚度≤1.2 mm產(chǎn)品平整工藝制度

◆ 針對(duì)碎浪缺陷平整工藝

工作輥噸位：集中生產(chǎn)厚度≤1.2 mm產(chǎn)品時(shí)，工作輥使用噸位≤800 t。

平整碎浪工藝：如果平整一次后，碎浪缺陷未能完全消除，使用同樣參數(shù)再次進(jìn)行平整；將碎浪消除后，進(jìn)行第二次平整消除斜浪，消除碎浪的工藝制度見表11。

速度控制：存在浪形缺陷的板卷需要在低速運(yùn)行過程中調(diào)整，速度控制在30 m/min。

◆針對(duì)肋浪缺陷平整工藝

(1) 使用負(fù)凸度軋輥控制；

(2) 軋制張力設(shè)定：入口張力不超2000 kg；出口張力控制在7000 kg以上；

(3) 軋制力設(shè)定：平整過程采用小軋制力控制，一般不大于2000 kN。

通過應(yīng)用平整板形控制技術(shù)，2013年，厚度≤2.0 mm規(guī)格薄規(guī)格熱軋板卷平均成材率為98.79%，較2012年平均提高2.13%。

實(shí)施效果

(1) 通過采用蓄熱式燃燒自動(dòng)控制技術(shù)以及加熱溫度梯度制度，使板坯加熱能力提升100 ℃、板坯縱向溫差小于10 ℃、使溫度波動(dòng)趨于平穩(wěn)過渡，滿足了超薄規(guī)格對(duì)加熱質(zhì)量的基本要求；

(2) 采用板坯對(duì)中技術(shù)后，因粗軋異常跑偏造成的堆鋼事故由應(yīng)用前的9～11次/月，下降至2～3次/月。

(3) 針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際采用了超薄規(guī)格的壓下分配技術(shù)、速度控制技術(shù)、軋制節(jié)奏及規(guī)格過渡技術(shù)，有效控制了穿帯以及軋制過程中異常跑偏堆鋼事故，使得1.0 mm超薄規(guī)格軋制穩(wěn)定性大大提升，實(shí)現(xiàn)1.0 mm超薄規(guī)格單軋程產(chǎn)量可達(dá)555 t，規(guī)格比例達(dá)到60%以上的成績(jī)。

(4) 通過合理控制軋輥原始凸度、粗軋工作輥冷卻水量、帶鋼尾部彎輥力等方法，使得超薄規(guī)格帶鋼的板凸度基本處在0～30 μm以內(nèi)，而且采用針對(duì)超薄規(guī)格的后續(xù)平整技術(shù)，1.0 mm成材率由93.73%提升至98.36%，升高了4.63%。

結(jié)語

(1) 實(shí)際經(jīng)驗(yàn)證明，采用蓄熱式燃燒和板坯對(duì)中技術(shù)是超薄規(guī)格穩(wěn)定軋制的先決條件。

(2) 充分利用了上游機(jī)架變形溫度高的特點(diǎn)，提高了上游機(jī)架的道次壓下量，降低了下游機(jī)架負(fù)荷，可滿足精軋機(jī)板形控制的要求，降低上游機(jī)架高溫大壓下的咬入打滑風(fēng)險(xiǎn)，以及下游機(jī)架負(fù)荷過高引起的軋制不穩(wěn)定性。

(3) 通過提高粗軋穿帶速度，減小了中間坯的前半部溫降，通過設(shè)置FDT的梯度目標(biāo)值控制，合理設(shè)定了精軋穿帶速度及軋制速度，并通過合理設(shè)定拋鋼速度，提高操作工的調(diào)整時(shí)間，可以實(shí)現(xiàn)降低甩尾的目的。

(4) 通過開發(fā)對(duì)中精度控制技術(shù)、穩(wěn)定軋制技術(shù)及超薄規(guī)格的平整技術(shù)，解決了薄規(guī)格軋制穩(wěn)定性差和薄規(guī)格板形缺陷等問題，實(shí)現(xiàn)了1.0 mm超薄規(guī)格熱軋板卷的大批量穩(wěn)定軋制。

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