冷軋基板軋制頭部拉窄問題及改進措施

張繼國 呂苗苗

（河北鋼鐵集團唐鋼公司）

0 前言

熱軋產(chǎn)品的寬度精度是熱軋帶鋼質(zhì)量的重要指標，精準的寬度控制不僅可以提高產(chǎn)品的成材率，而且將給熱軋下游客戶及后道工序創(chuàng)造更好的生產(chǎn)條件，目前唐鋼1 580 mm熱軋機生產(chǎn)線在生產(chǎn)薄規(guī)格帶鋼過程中存在帶鋼頭部拉窄質(zhì)量問題，導(dǎo)致下游客戶增加切損，毛邊切不凈，成材率降低，增加了客戶的生產(chǎn)成本。筆者介紹了唐鋼1 580 mm熱軋生產(chǎn)線卷取區(qū)域針對帶鋼頭部拉窄質(zhì)量問題展開的技術(shù)攻關(guān)，使帶鋼頭部寬度精度得到顯著提高，保證了公司的產(chǎn)品質(zhì)量信譽。

1 1580軋線設(shè)備組成及產(chǎn)品缺陷介紹

1 580 mm熱軋帶鋼生產(chǎn)線于2008年8月建成投產(chǎn)，主要由2座步進式加熱爐、1架帶立輥的4輥可逆粗軋機組、1套熱卷箱、1套轉(zhuǎn)鼓式飛剪、7機架4輥不可逆式精軋機組、2臺地下式卷取機等裝備組成，軋線配有粗軋后測寬儀、精軋后測厚儀、凸度儀、平直度儀和表檢儀等大型儀表。主軋線設(shè)備及大型儀表布置如圖1所示。

圖1 1580熱軋帶鋼生產(chǎn)線設(shè)備布置

1 580 mm熱軋生產(chǎn)線產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以普通碳素鋼、冷軋基板、低合金鋼以及汽車鋼為主，其中冷軋基板占比35%左右。近期在生產(chǎn)薄規(guī)格冷軋罩退鋼產(chǎn)品時，發(fā)現(xiàn)帶鋼成卷后在帶鋼頭部100～120 m處有不同程度的寬度拉窄現(xiàn)象（如圖2所示），拉窄范圍一般在5～20 mm左右，嚴重時可拉窄20 mm以上。冷軋基板帶鋼頭部局部產(chǎn)生拉窄，不僅影響了產(chǎn)品的寬度控制精度，而且會造成下游客戶帶鋼切邊量增加、成材率降低、毛邊切不凈等問題，導(dǎo)致在冷軋后續(xù)生產(chǎn)過程中會出現(xiàn)卡阻或斷帶等情況，嚴重影響客戶的生產(chǎn)效率[1]。

圖2 冷軋鋼卷端面情況

客戶針對帶鋼拉窄質(zhì)量問題曾多次提出質(zhì)量異議，因此產(chǎn)生了大額的質(zhì)量異議索賠。為了有效改善帶鋼頭部拉窄的情況，通過增加控制目標寬度的方法，保證了用戶切邊切凈，但卻進一步增加了客戶的切邊量，降低了客戶的成材率，客戶對此方法意見較大。因此，必須對帶鋼頭部產(chǎn)生拉窄的原因和影響因素進行全面分析排查，并制定相應(yīng)有效的控制措施，徹底解決了寬度拉窄問題，提高了產(chǎn)品的寬度控制精度。

2 帶鋼拉窄現(xiàn)象

2.1 帶鋼拉窄位置

通過客戶反饋及現(xiàn)場跟蹤調(diào)查，確定在距離帶鋼頭部位置100～120 m處有拉窄問題，不同的卷取機卷取的帶鋼頭部拉窄位置有一定差別，且在精軋出口的寬度儀檢測曲線中沒有體現(xiàn)。因此，根據(jù)實測拉窄位置及現(xiàn)場設(shè)備位置布置進行推算，最終確定在層流冷卻的第二組集管前后出現(xiàn)拉窄，所以儀表檢查不出來。TDR-3BA材質(zhì)，2.5 mm×943 mm規(guī)格的帶鋼實際測量寬度曲線如圖3所示。

圖3 拉窄實測帶鋼寬度曲線

2.2 帶鋼頭部產(chǎn)生拉窄的原因分析

帶鋼在卷取區(qū)域產(chǎn)生拉窄的主要原因是帶鋼穿帶過程中，在卷取機的卷筒建立張力的瞬間，卷取區(qū)域提供的張力達到了使帶鋼發(fā)生塑性變形的張力值，使帶鋼在層冷的高溫區(qū)產(chǎn)生局部拉窄問題。因此，可以把優(yōu)化拉窄鋼種的層流冷卻模式和卷取張力的控制模式作為改進帶鋼頭部拉窄問題的分析方向。

2.2.1 層冷冷卻模式

從帶鋼頭部拉窄的原因分析來看，增加帶鋼的高溫區(qū)長度會減輕帶鋼拉窄的程度，帶鋼的高溫區(qū)是指層流冷卻模式的起始冷卻位置至F7出口大型儀表后的位置，因此，在保證卷取溫度的情況下，可試驗將拉窄鋼種層流冷卻模式的起始冷卻位置向后移，即可增加了帶鋼的高溫區(qū)長度。

2.2.2 卷取張力

帶鋼卷取過程中受到的總張力主要由三部分組成，包括夾送輥提供給帶鋼的正向張力、卷筒提供給帶鋼的正向張力和助卷輥提供給帶鋼的正向張力，即：T＝T夾＋T助＋T卷筒，帶鋼卷取過程的建張示意圖如圖4所示。

圖4 帶鋼卷取過程建張示意圖

由于助卷輥提供給帶鋼的張力很小，可忽略不計，夾送輥提供給帶鋼的張力主要是跟夾送輥的超前率和設(shè)定壓力有關(guān)，因此帶鋼所受到的張力主要來自于卷筒張力，所以要減小帶鋼受到的總張力主要是要減小卷筒給帶鋼提供的張力，可直接通過降低卷筒張力或者是將卷筒和夾送輥之間的張力進行轉(zhuǎn)移來降低卷筒給帶鋼提供的張力。因此，確定以降低卷筒張力為中心的方案來進行卷取控制參數(shù)的優(yōu)化，從而達到控制卷取區(qū)域帶鋼拉窄的目的。卷筒張力參數(shù)的優(yōu)化主要是優(yōu)化卷取機卷筒的張力提升模式、適當降低卷筒超前率、優(yōu)化卷取帶鋼頭部張力系數(shù)和適當降低夾送輥超前率，同時在保證帶鋼卷取過程穩(wěn)定、帶鋼不起套的情況下，適當增大夾送輥的設(shè)定壓力[1]。

3 帶鋼頭部拉窄的控制改進

3.1 優(yōu)化層冷冷卻模式

1 580 mm熱連軋生產(chǎn)線的層流冷卻系統(tǒng)的前3組層冷集管為超快冷卻段，中間4～15組層冷集管為稀疏冷卻，后3組層冷集管為精密冷卻。由于前3組層冷集管為超快冷卻段，所以帶鋼的冷卻速度快。因此，為減少其影響，在保證卷取溫度的情況下，可以將前7組層冷集管關(guān)閉，試驗使用第7組層冷集管以后的層冷水進行冷卻，利用中段集管稀疏冷卻，后端精密冷卻可利用中段7～15組集管層冷水，每間隔1組投入，后段集管精密冷卻進行卷取溫度準確調(diào)整。通過對SPHC-S系列和MRT系列鋼種進行試驗后，厚度2.75 mm以上規(guī)格的寬度明顯改善，拉窄從約120 m減少到100 m左右，但厚度2.75 mm以下規(guī)格的寬度改善不明顯。統(tǒng)計了同一卷取機軋制各厚度規(guī)格時，采用中段集管稀疏冷卻，后段精密冷卻后的寬度變化情況，具體見表1。

表1 試驗優(yōu)化各厚度規(guī)格層冷冷卻模式對帶鋼頭部拉窄的對比

從表1可以看出，增加帶鋼的高溫區(qū)長度可以減少帶鋼拉窄的程度。

3.2 優(yōu)化卷取相應(yīng)參數(shù)，降低卷筒張力

參數(shù)優(yōu)化前，卷取機卷筒的超前率和夾送輥的超前率設(shè)定值偏差較小，在卷取機卷筒建張時，卷筒產(chǎn)生的張力作用到帶鋼上較大。因此，把卷取機夾送輥的超前率適當減小，使其小于卷筒超前率，這樣在卷筒建張瞬間由卷筒產(chǎn)生的沖擊張力，絕大部分由夾送輥承受，從而達到了在卷取機卷筒和夾送輥之間進行張力轉(zhuǎn)移的目的[2]。

在不影響鋼卷卷形和帶鋼卷取過程穩(wěn)定性的原則下，對卷取的工藝參數(shù)進行優(yōu)化并分步實施，以達到降低卷筒張力的目的。通過試驗和摸索，對卷取區(qū)域的參數(shù)進行了優(yōu)化，具體優(yōu)化內(nèi)容見表2。

表2 卷取工藝參數(shù)的優(yōu)化

3.3 優(yōu)化卷取機卷筒的張力提升模式

帶鋼在卷取機卷筒上建張瞬間產(chǎn)生的沖擊張力是導(dǎo)致帶鋼產(chǎn)生拉窄的主要原因。在卷筒建張的過程中，卷取的張力主要由卷筒的轉(zhuǎn)矩提供。因此，在帶鋼建張過程中將卷筒咬鋼前3圈時的轉(zhuǎn)矩降低到原設(shè)定值的50%，咬鋼三圈后再恢復(fù)到原設(shè)定值；將卷取機的卷筒轉(zhuǎn)矩設(shè)定為階梯形逐步增加模式，并適當優(yōu)化張力提升的坡度，這樣既可以減小帶鋼頭部張力，又可以避免由于整卷張力小而造成松卷等卷形缺陷，并達到減緩建張瞬間對帶鋼的拉伸作用，解決帶鋼的拉窄問題[3]。

通過調(diào)查分析，在不影響帶鋼卷取穿帶過程的穩(wěn)定性和鋼卷卷形質(zhì)量的原則下，對卷筒建張過程的張力提升模式進行優(yōu)化，并分步優(yōu)化張力提升的坡度，以達到減少卷筒瞬間建張產(chǎn)生的沖擊力對帶鋼造成的拉窄問題。通過試驗和摸索，將卷取機卷筒的轉(zhuǎn)矩設(shè)定一個50%的臺階，當卷筒達到設(shè)定的50%轉(zhuǎn)矩后再進行轉(zhuǎn)矩提升，并將卷筒建張過程張力提升的時間由0.7 s增加到0.85 s，減緩張力提升的坡度，優(yōu)化前后卷取卷筒建張過程的轉(zhuǎn)矩提升曲線如圖5所示。

圖5 優(yōu)化卷取機卷筒轉(zhuǎn)矩控制模式前后的對比

3.4 對卷取操作人員培訓(xùn)

除了對卷取機的工藝 控制參數(shù)、一級控制程序進行優(yōu)化，固化和減少人工操作干預(yù)外，還需要針對帶鋼頭部拉窄制定卷取參數(shù)調(diào)整的反應(yīng)計劃，并對崗位操作人員進行培訓(xùn)，提高操作人員的寬度控制意識和能力，讓操作人員知道出現(xiàn)帶鋼拉窄現(xiàn)象時該如何處理。根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)情況，在卷取區(qū)設(shè)備精度及穩(wěn)定性不好、超低碳鋼生產(chǎn)、冷軋基板的碳成分波動較大等情況下都可能出現(xiàn)帶鋼頭部拉窄的問題。因此，卷取崗位操作人員如果能夠及時根據(jù)經(jīng)驗對卷取機的控制參數(shù)進行調(diào)整，可以避免批量性帶鋼頭部拉窄問題鋼卷的產(chǎn)生。

4 拉窄問題控制的效果

通過優(yōu)化卷取機的工藝控制參數(shù)、冷軋基板的層冷冷卻模式、卷取機的一級控制程序，提高崗位操作人員控制拉窄的能力，帶鋼的寬度尺寸精度得到了有效控制，解決了冷軋基板帶鋼頭部拉窄的質(zhì)量問題。通過對下游客戶的質(zhì)量跟蹤以及現(xiàn)場測量帶鋼頭部的實際寬度尺寸，均未發(fā)現(xiàn)拉窄的情況，現(xiàn)場測量優(yōu)化前后TDR-2.5S鋼種、厚度2.0 mm×941 mm規(guī)格帶鋼的實際寬度控制情況，結(jié)果如圖6所示。

5 結(jié)語

通過對卷取區(qū)域產(chǎn)生冷軋基板頭部拉窄問題原因的調(diào)查研究，確定了冷軋基板產(chǎn)生帶鋼頭部拉窄的主要原因，并采取了優(yōu)化冷軋基板的層冷冷卻模式，降低卷筒張力和提高操作人員控制拉窄能力等有效控制措施，完善了卷取崗位人員對發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品出現(xiàn)異常問題的反應(yīng)計劃，提升崗位人員的操作技能，有效改善了冷軋基板頭部寬度拉窄的質(zhì)量問題，滿足了客戶對寬度尺寸精度的要求，提升了公司產(chǎn)品的寬度控制能力，保證了公司的產(chǎn)品質(zhì)量信譽。

圖6 優(yōu)化前后帶鋼的實際寬度控制情況