冷軋平整機(jī)機(jī)前甩尾軋制工藝的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

陸兆剛，艾新荇，蔣才靈

(廣西柳州鋼鐵(集團(tuán))公司 冷軋板帶廠，廣西，柳州 545002)

0 前言

單機(jī)架平整機(jī)軋制到鋼卷帶尾時(shí)，需操作人員停車，撤除機(jī)組張力，機(jī)旁操作人員在機(jī)架出口剪切帶鋼，開(kāi)卷機(jī)反轉(zhuǎn)回收剩余帶鋼，剩余帶鋼只能作為廢鋼處理。這種軋制模式下生產(chǎn)效率低、帶鋼成材率低。為了有效提高平整生產(chǎn)效率和成材率，廣西柳州鋼鐵(集團(tuán))公司冷軋板帶廠對(duì)平整機(jī)組帶尾軋制功能進(jìn)行重新開(kāi)發(fā)和實(shí)踐，設(shè)定了卷尾帶鋼剪切長(zhǎng)度為零的研究目標(biāo)。

1 新軋制工藝的研究

1.1 原生產(chǎn)控制模式

國(guó)內(nèi)大多數(shù)單機(jī)架平整機(jī)的軋制過(guò)程都是借助于開(kāi)卷機(jī)、卷取機(jī)上纏繞的帶鋼建張，軋制至帶尾時(shí)撤除機(jī)組張力，切除剩余帶鋼，如圖1 所示。剪切剩余帶鋼長(zhǎng)度L1 +L2 +L3 要作為廢鋼處理。圖中L4 作為平整成品卷的防護(hù)外層，在下道工序中作為廢品切除。因?yàn)槠秸淼耐馊Σo(wú)防護(hù)，帶鋼在運(yùn)送到下道工序的過(guò)程中，不可避免地劃傷帶鋼表面。柳鋼冷軋平整機(jī)也存在這個(gè)問(wèn)題。據(jù)數(shù)據(jù)分析，改進(jìn)前柳鋼冷軋板帶廠1550 mm 單機(jī)架平整機(jī)組成材率僅在99.12%左右，并且每軋制完一卷鋼卷，操作人員必須反轉(zhuǎn)開(kāi)卷機(jī)回收尾卷，這個(gè)過(guò)程也需要1～2 min。生產(chǎn)效率低、帶鋼成材率低、生產(chǎn)成本過(guò)高，不符合公司低成本戰(zhàn)略的要求，也很難完成生產(chǎn)指標(biāo)。所以改變目前的卷尾軋制模式方式至關(guān)重要。

圖1 剪切剩余原料帶鋼長(zhǎng)度圖Fig.1 Strip length of shearing remaining

1.2 新軋制策略的分析

在平整機(jī)軋制過(guò)程中，如果能實(shí)現(xiàn)帶尾剪切長(zhǎng)度降低到零，廢品就不會(huì)在平整機(jī)組和下道工序機(jī)組重復(fù)產(chǎn)生，減少原料浪費(fèi)。不僅可大大提高該機(jī)組的成材料，還可以加快生產(chǎn)的節(jié)奏，提高生產(chǎn)效率。利用L1、L2、L3 平整帶鋼尾部作為平整卷的外圈防護(hù)，可使平整卷的成品部分得到100%的利用，進(jìn)而提高了成材料。L1、L2、L3 平整帶鋼尾部全部被軋制，減少了操作人員回收尾卷的操作，機(jī)組軋制過(guò)程更加連貫，生產(chǎn)效率會(huì)大幅提高。

要實(shí)現(xiàn)帶鋼剪切長(zhǎng)度為零的目標(biāo)，就是要實(shí)現(xiàn)剩余原料帶鋼L1、L2、L3 長(zhǎng)度不被剪切掉，帶尾經(jīng)過(guò)軋機(jī)全部被軋制，所以平整機(jī)控制程序的改進(jìn)是研究的重點(diǎn)。平整機(jī)組的軋制過(guò)程從機(jī)組建張啟動(dòng)到軋制運(yùn)行，再到最后的停車、撤張、剪切、回收甩尾，軋制過(guò)程屬于帶張軋制。平整機(jī)張力的建立依賴于前后開(kāi)卷機(jī)和卷取機(jī)的電機(jī)力矩，而且要有纏繞在開(kāi)卷機(jī)和卷取機(jī)芯軸上的帶鋼。所以要實(shí)現(xiàn)帶鋼剪切長(zhǎng)度為零的目標(biāo)，就必須采用新的軋制策略。

2 機(jī)前甩尾軋制功能的開(kāi)發(fā)

2.1 功能開(kāi)發(fā)難點(diǎn)

要實(shí)現(xiàn)機(jī)前甩尾軋制功能，必須在原程序的基礎(chǔ)上，新增該功能模塊。廣西柳州鋼鐵(集團(tuán))公司冷軋板帶廠重新自主研發(fā)甩尾軋制控制程序，該控制功能模塊能夠完全嵌套于原系統(tǒng)。

根據(jù)工藝要求，細(xì)化控制要點(diǎn)，經(jīng)過(guò)分析，在甩尾軋制功能的控制中主要解決好兩個(gè)方面的問(wèn)題，一是在平整機(jī)開(kāi)卷機(jī)有張力和無(wú)張力時(shí)候恒延伸率軋制與恒軋制力軋制兩種模式的切換點(diǎn)，切換過(guò)程中要達(dá)到無(wú)縫銜接，不能出現(xiàn)張力的瞬間波動(dòng)。第二是解決帶鋼帶尾精確定位問(wèn)題，帶鋼帶尾要在距離輥縫10 cm 的地方準(zhǔn)確自動(dòng)停車。

2.2 功能開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)

平整機(jī)恒延伸率控制是平整機(jī)實(shí)現(xiàn)工藝控制的一個(gè)關(guān)鍵方式。是指平整機(jī)在軋制運(yùn)行時(shí)，要保持帶鋼延伸率恒定在工藝允許范圍內(nèi)。一般來(lái)說(shuō)，平整機(jī)實(shí)現(xiàn)恒延伸率控制是通過(guò)平整機(jī)軋機(jī)前后的激光測(cè)速或者速度編碼器間接測(cè)量出帶鋼延伸率，通過(guò)調(diào)節(jié)軋機(jī)壓下來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)帶鋼延伸率。柳鋼冷軋板帶廠1550 mm 單機(jī)架平整機(jī)恒延伸率控制就采用的是壓下調(diào)節(jié)方式。在這種方式的控制中，軋機(jī)前后由開(kāi)卷機(jī)和卷取機(jī)保持帶鋼在軋輥前后的張力恒定，作為軋機(jī)壓下調(diào)整的前提。帶鋼前后張力的恒定是壓下調(diào)整恒延伸率的關(guān)鍵點(diǎn)，任何影響張力恒定的因素都可能導(dǎo)致恒延伸率控制環(huán)節(jié)失效。

平整機(jī)恒軋制力控制方式則是指在整個(gè)軋制過(guò)程中保持軋機(jī)壓下產(chǎn)生恒定的軋制力，并通過(guò)此恒定的軋制力來(lái)消除帶鋼屈服平臺(tái)。恒軋制力的控制方式?jīng)]有延伸率的要求，因此受到前后張力等因素的影響相對(duì)較小。在對(duì)一些如奧氏體、馬氏體組織材料屈服點(diǎn)較高，接近抗拉點(diǎn)，延伸率的波動(dòng)并非關(guān)鍵，這時(shí)應(yīng)選擇恒軋制力平整，以獲得板形和性能的整體均勻。而深沖系列IF鋼理論上應(yīng)設(shè)定一個(gè)小而穩(wěn)定的延伸進(jìn)行延伸率閉環(huán)軋制，但因其屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度均很低，軋制時(shí)軋制力接近系統(tǒng)最小軋制力或者小于最小軋制力，系統(tǒng)無(wú)法產(chǎn)生附加軋制力實(shí)現(xiàn)延伸率閉環(huán)調(diào)節(jié)，使延伸率控制系統(tǒng)產(chǎn)生明顯振蕩，出現(xiàn)軋制失穩(wěn)現(xiàn)象

平整卷的卷尾軋制并沒(méi)有按照成品卷的軋制要求，到下道工序中作為廢料切除，在當(dāng)前工序中也不作為成品，只是要求能夠消除極小部分帶鋼平直缺陷，并能夠在鋼卷外圈形成良好的卷取效果，作為成品帶鋼的外層保護(hù)，有一定的平直度和表面光潔度即可滿足要求。也就是說(shuō)，無(wú)需保證恒定延伸率。在這樣的工藝指導(dǎo)下，就可以采用恒軋制力的軋制方式，來(lái)規(guī)避在機(jī)架入口帶鋼脫離芯軸或者是失去張力時(shí)帶來(lái)的影響。就可以達(dá)到生產(chǎn)工藝的要求。大大減小了自動(dòng)控制系統(tǒng)的難度，實(shí)現(xiàn)其功能。

平整機(jī)軋制至帶尾部分時(shí)，開(kāi)始啟動(dòng)甩尾軋制功能，此時(shí)由于帶鋼即將離開(kāi)開(kāi)卷機(jī)芯軸，無(wú)法準(zhǔn)確控制張力，平整機(jī)進(jìn)入恒定軋制力模式，在恒定軋制力模式下，帶鋼運(yùn)行至距離輥縫前機(jī)組自動(dòng)停車，打開(kāi)輥縫，完成最后階段的卷取，形成鋼卷。

3 機(jī)前甩尾軋制功能的應(yīng)用

3.1 機(jī)前甩尾軋制功能

帶鋼正常軋制至帶尾時(shí)自動(dòng)停車，機(jī)組速度為零時(shí)，操作工即可啟動(dòng)甩尾軋制功能。正常軋制與甩尾軋制時(shí)的切換，選擇人工切換方案，主要是考慮到帶鋼尾部帶鋼的板形情況比較復(fù)雜，目前尚無(wú)手段對(duì)板形情況進(jìn)行量化分析，不可盲目進(jìn)行自動(dòng)控制，否則引起的設(shè)備事故較難控制。

在甩尾軋制功能啟動(dòng)時(shí)，甩尾軋制速度控制與穿帶速度相同，保持在30 m/min 以內(nèi)，保證帶尾軋制的穩(wěn)定。因?yàn)閹彩Ｓ嗫傞L(zhǎng)度不超過(guò)20 m。甩尾的主要目的保證帶尾穩(wěn)定穿過(guò)機(jī)架，因此不能追求過(guò)高的速度，避免引起其他事故。機(jī)組保持正常軋制停車時(shí)的軋制力，并以此軋制力作為恒軋制力的設(shè)定值。因?yàn)?，正常軋制時(shí)的軋制力是經(jīng)過(guò)恒延伸率自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)整后的軋制力，說(shuō)明此軋制力數(shù)值能夠保證板形質(zhì)量穩(wěn)定。采取這樣的方式設(shè)定軋制力，可以避免對(duì)不同帶鋼之間差異進(jìn)行頻繁的軋制力調(diào)整，同時(shí)也避免了人工設(shè)定軋制力不當(dāng)引起的系統(tǒng)的不穩(wěn)定。過(guò)大的軋制力設(shè)定，容易造成加工硬化，不利于卷取;過(guò)小的軋制力設(shè)定，無(wú)法克服帶鋼屈服平臺(tái)，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致帶鋼打滑失張等問(wèn)題。在恒軋制力軋制期間，操做工根據(jù)出口板型的情況調(diào)整軋輥傾斜和彎輥等參數(shù)。

在甩尾軋制功能啟動(dòng)時(shí)，停止噴射平整液，利用平整機(jī)軋輥處堆積的平整液進(jìn)行軋制。同時(shí)，帶鋼表面吹掃系統(tǒng)正常開(kāi)啟，保證帶鋼表面的質(zhì)量。由于帶鋼尾部的板形情況較為復(fù)雜，而且板面質(zhì)量也達(dá)不到要求，此時(shí)仍然不能采用干平整方式。此外，正常軋制后殘留的平整液可以作為甩尾軋制用，降低平整液的消耗。

3.2 機(jī)前甩尾軋制的選擇

根據(jù)原料卷質(zhì)量的好壞，可以靈活地選擇原料卷全部甩尾軋制或者原料卷部分甩尾軋制。當(dāng)原料卷芯表面質(zhì)量較好，無(wú)劃痕、橫折等問(wèn)題時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)帶尾零剪切長(zhǎng)度。啟動(dòng)甩尾軋制功能后，控制系統(tǒng)會(huì)通過(guò)軋輥速度計(jì)算鋼卷帶尾長(zhǎng)度，利用光電傳感器檢測(cè)帶鋼尾位置修正帶尾長(zhǎng)度，整卷鋼卷的尾部可以一直軋制，當(dāng)帶鋼尾部距離軋輥輥縫10 cm 處自動(dòng)停車，自動(dòng)打開(kāi)輥縫，卷取機(jī)自動(dòng)卷取，形成鋼卷。整個(gè)過(guò)程不再需要剪刀剪切，開(kāi)卷機(jī)也不需要反轉(zhuǎn)回收尾卷。

當(dāng)卷芯質(zhì)量不好或者帶鋼實(shí)際情況較為復(fù)雜的時(shí)候，需要操作人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，在帶鋼尾部即將全部離開(kāi)芯軸時(shí)提前手動(dòng)進(jìn)行停車，操作人員在入口剪刀剪切后，自動(dòng)啟動(dòng)甩尾軋制功能，帶尾繼續(xù)軋制，帶鋼運(yùn)行至距離軋輥輥縫10 cm 處自動(dòng)停車，自動(dòng)打開(kāi)輥縫，卷取機(jī)自動(dòng)進(jìn)行卷取，形成鋼卷，入口操作人員反轉(zhuǎn)開(kāi)卷機(jī)回收剩余帶鋼。

4 結(jié)語(yǔ)

柳鋼冷軋板帶廠平整機(jī)組甩尾軋制工藝自2012 年投入運(yùn)行至今，機(jī)組生產(chǎn)效率、帶鋼成材率大幅提高，解決了生產(chǎn)成本過(guò)高，滿足公司低成本戰(zhàn)略的要求，在穩(wěn)定生產(chǎn)、提高效率、降低成本起到了至關(guān)重要的作用。同時(shí)，在1550 mm 冷軋平整機(jī)后續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中，還將不斷完善和優(yōu)化平整機(jī)的機(jī)前甩尾軋制功能，滿足冷軋廠生產(chǎn)需求。

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