連續(xù)退火機(jī)組超寬薄規(guī)格瓢曲缺陷的分析及控制

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)計規(guī)格跨度大、生產(chǎn)品種多的特點(diǎn)，是國內(nèi)可提供最寬汽車外板的機(jī)組。生產(chǎn)寬幅汽車外板時，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)場實(shí)際，對不同瓢曲類型的現(xiàn)場控制方法進(jìn)行了工藝闡述。通過對爐內(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)計規(guī)格跨度大、生產(chǎn)品種多的特點(diǎn)，是國內(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，對此類外板的穩(wěn)定交付造成影響。通過對現(xiàn)場問題的分析及研究對該機(jī)組出現(xiàn)瓢曲的機(jī)理進(jìn)行分析，依據(jù)帶鋼實(shí)際，對不同瓢曲產(chǎn)生的類型給出快速判定方法，通過工藝優(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、過時效及終冷段。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)計階段對爐內(nèi)輥均采用凸度設(shè)計，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)過程中當(dāng)帶鋼溫度高于爐輥溫度時(可近似以輥室溫度表征)導(dǎo)致爐輥中部溫度增加，實(shí)際凸度(即熱凸度)增加。

爐輥運(yùn)動期間向心力的產(chǎn)生見圖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)向心力過大，超過材料在該區(qū)域溫度下的彈性變形極限時，產(chǎn)生塑性變形，此時產(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，由于帶鋼溫度增加了爐輥凸度，使實(shí)際凸度高于設(shè)計凸度，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，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。一般來講，在長時間穩(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，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)險增加。反之當(dāng)帶鋼溫度低于輥室區(qū)域溫度時，實(shí)際爐輥凸度變小，對中力減少，跑偏風(fēng)險增加[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)組異常時發(fā)生大幅降速，帶鋼溫度急速升高，此時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)動情況下產(chǎn)生水平向心力的重要因素之一，毫無疑問的是在條件不變的情況下，爐內(nèi)張力增加必然會導(dǎo)致向心力的增加，瓢曲產(chǎn)生風(fēng)險勢必增加。但張力過小時帶鋼與爐輥間易發(fā)生相對運(yùn)動導(dǎo)致表面細(xì)微劃傷缺陷。因此生產(chǎn)薄寬料時爐內(nèi)實(shí)際張力應(yīng)在帶鋼與爐輥不相對滑動且穩(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必會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，勢必會發(fā)生由于熱凸度的增加而導(dǎo)致的瓢曲問題。

工藝優(yōu)化及控制

在2150機(jī)組生產(chǎn)薄寬料時瓢曲多發(fā)生在規(guī)格在1.0 mm以下，且寬度超過2000 mm的IF鋼中部，宏觀形態(tài)見圖4。通過ITV及現(xiàn)場側(cè)窺視孔觀察瓢曲缺陷主要出現(xiàn)過時效段。同時帶鋼表面多發(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)對張力控制、爐輥熱凸度控制等方面重點(diǎn)開展優(yōu)化。

圖4 現(xiàn)場典型瓢曲圖

(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5%(前行卷計算)，確保爐內(nèi)張力在過渡期間不因為規(guī)格變化導(dǎo)致的張力波動值超過引起瓢曲發(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) 在編制計劃時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)，避免由于過渡期間工藝速度波動，造成過時效內(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，控制熱凸度不超過瓢曲極限凸度。

(5) 自寬規(guī)格生產(chǎn)開始后，除非厚度偏差超過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5 m/min，除非必要情況，否則不降速。

結(jié)束語

通過對2150機(jī)組瓢曲缺陷的產(chǎn)生機(jī)理，工藝影響因素開展理論分析，結(jié)合現(xiàn)場缺陷實(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)對冷段爐輥熱凸度的控制及張力影響方面開展了優(yōu)化。確保了對瓢曲缺陷的提前控制，實(shí)現(xiàn)了國內(nèi)2000 mm以上超寬外板的穩(wěn)定生產(chǎn)。