熱軋薄規(guī)格板生產(chǎn)過程的優(yōu)化控制

彭 靜

（安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司）

0 概述

安鋼 2 800 mm 中厚板生產(chǎn)線于 1996 年投產(chǎn)，主要配備粗軋、精軋兩套四輥可逆式軋機(jī)，精軋機(jī)具備液壓AGC 厚度自動(dòng)控制功能，主要產(chǎn)品包括普碳板、容器板、低合金、橋梁板、耐候鋼等，主要生產(chǎn)規(guī)格為6 mm 以上的鋼板。其中，6 ～10 mm薄規(guī)格板具有較大市場(chǎng)需求和較強(qiáng)的創(chuàng)效能力，在生產(chǎn)過程中由于厚度薄、溫降快、變形抗力大，不均勻變形敏感性強(qiáng)，極易出現(xiàn)瓢曲、浪形、頭尾扣翹、鐮刀彎、燕尾等缺陷，甚至甩尾掛框?qū)е萝垙U，生產(chǎn)穩(wěn)定性差、軋成率低、成本高，在當(dāng)今鋼鐵行業(yè)微利的時(shí)代，批量生產(chǎn)能力較弱，產(chǎn)量不高。

薄規(guī)格板的生產(chǎn)特點(diǎn)是，在軋制過程中易產(chǎn)生波浪、瓢曲等板形缺陷，在頭尾部還容易產(chǎn)生翹頭或扣頭、凸形尖角或燕尾；剪切時(shí)由于鋼板自重較輕，易于發(fā)生甩尾，造成邊部切不凈等缺陷。因此，薄規(guī)格板多在熱軋薄板連軋機(jī)組上生產(chǎn)，國(guó)內(nèi)整體產(chǎn)量不高。在當(dāng)前嚴(yán)峻的市場(chǎng)形勢(shì)下，安鋼著力于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整創(chuàng)效，2 800 mm 機(jī)組生產(chǎn)線以公司生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)為中心，承接的薄規(guī)格訂單多為大訂單中的零星小單，對(duì)于薄規(guī)格板的生產(chǎn)研究，特別是加大極限規(guī)格產(chǎn)品的創(chuàng)效能力迫在眉睫。筆者主要對(duì)該機(jī)組薄規(guī)格板在生產(chǎn)工序中存在的問題和軋鋼難點(diǎn)進(jìn)行了分析，采取有效措施優(yōu)化控制，成功攻克了薄規(guī)格板的生產(chǎn)瓶頸，提高了批量生產(chǎn)能力，并獲得了良好的產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量。

1 關(guān)鍵設(shè)備工藝技術(shù)參數(shù)

安鋼2 800 mm 中板生產(chǎn)線軋制設(shè)備為雙機(jī)架四輥可逆式軋機(jī)，軋制速度為0 ～5.65 m/s，電動(dòng)壓下速度為 0 ～ 30 mm/s，壓下電機(jī)功率為 2×186 kW、轉(zhuǎn)數(shù) 435/1 100 rpm，允許最大軋制力為 50 000 kN，最大軋制力矩為2×1 720 kN·m，軋機(jī)剛度為8 360 kN/mm。采用的軋輥材質(zhì)及尺寸參數(shù)見表1，主電機(jī)型號(hào)見表2，軋機(jī)液壓壓下液壓缸參數(shù)見表3。 剪切鋼板雙邊的設(shè)備為圓盤剪，剪切鋼板規(guī)格為（6 ～ 25） mm×（1 600 ～ 2 600） mm×（4 000 ～ 21 500） mm，最大強(qiáng)度極限為 800 N/mm2，剪切速度為 0.4 ～ 0.8 m/s，切邊寬度小于 75 mm，對(duì)中鋼板最大重量為7.36 t。

2 薄規(guī)格板生產(chǎn)難點(diǎn)分析

2.1 同板差偏大

由于長(zhǎng)度較長(zhǎng)，小規(guī)格板與其他規(guī)格相比，成品道次時(shí)溫降較快，通過試驗(yàn)測(cè)量，精軋最后三道次時(shí)每道的溫降達(dá)60 ～100 ℃，鋼板軋制過程中長(zhǎng)度方向的溫差較大，變形抗力不均勻，對(duì)應(yīng)軋制力波動(dòng)大，導(dǎo)致同板差偏大。

表1 粗、精軋機(jī)軋輥材質(zhì)及尺寸

表2 粗、精軋機(jī)主電機(jī)電機(jī)型號(hào)

表3 粗、精軋機(jī)液壓壓下液壓缸參數(shù)

2.2 板形不易控制

厚度越薄，其不均勻變形的敏感性越大，保持良好板形的困難也就越大。顯然，板形的不良來源于變形的不均，而變形的不均又往往導(dǎo)致厚度的不均，因此板形的好壞往往與厚度的精確度也有著直接的關(guān)系。在實(shí)際軋鋼過程中，受軋件溫度變化、軋機(jī)剛性、軋輥微竄動(dòng)等的影響，軋機(jī)輥縫不斷發(fā)生變化。沿輥身長(zhǎng)度上，輥縫值小的壓下量大，其延伸就大；輥縫值大的壓下量小，其延伸就小，變形不均勻會(huì)導(dǎo)致鋼板鐮刀彎、中間浪、邊浪、頭尾翹扣等板型缺陷的發(fā)生。

2.3 剪切甩尾現(xiàn)象嚴(yán)重

薄規(guī)格鋼板自重較輕，頭部存在斜尖時(shí)，圓盤剪剪切兩邊不對(duì)稱咬入，受力過程不穩(wěn)定，造成甩尾現(xiàn)象，導(dǎo)致鋼板尾部?jī)蛇吳羞吜坎顒e較大，嚴(yán)重時(shí)單邊殘留少量毛邊，不能切除。

3 生產(chǎn)過程的優(yōu)化控制

針對(duì)薄規(guī)格板生產(chǎn)時(shí)同板差偏大，板形不容易控制，圓盤剪剪切易甩尾的難點(diǎn)采取了相應(yīng)措施，主要從軋制計(jì)劃編制、坯料準(zhǔn)備、加熱制度、壓下規(guī)程設(shè)定等方面進(jìn)一步優(yōu)化控制；在軋制中優(yōu)化節(jié)奏和關(guān)鍵道次壓下量，實(shí)施推床夾鋼軋制，以獲得良好的板形及同板差；在圓盤剪剪切過程中，分析造成甩尾的原因，實(shí)施相應(yīng)的改進(jìn)辦法，杜絕剪切殘余毛邊。

3.1 軋制計(jì)劃編制

薄規(guī)格 （6 ～10 mm）對(duì)于中厚板軋機(jī)來說趨于極限規(guī)格，軋制不同輥期的板形控制手段對(duì)于生產(chǎn)穩(wěn)定性至關(guān)重要，軋制計(jì)劃編制要重點(diǎn)考慮軋輥熱凸度、軋輥磨損、輥期及規(guī)格的良好過渡。一般而言，工作輥在使用前期，輥型凸度較大且不穩(wěn)定；使用后期隨著軋輥磨損增大，凹度增加，鋼板邊部減薄嚴(yán)重，橫向厚差明顯。因此，薄規(guī)格板軋制計(jì)劃適合編排在輥期的中期，同時(shí)軋制薄規(guī)格板前必須安排過渡料，過渡規(guī)格為12 ～14 mm，寬度過渡原則是由寬到窄。

3.2 坯料準(zhǔn)備

安鋼2 800 mm 中板生產(chǎn)線供坯規(guī)格主要有150 mm×1 600 mm×L（L表示坯料長(zhǎng)度）、200 mm×1 500 mm×L、210 mm×1 530 mm×L、230 mm×1 600 mm×L，其中L 受加熱爐滑道間距的工藝局限，不能小于1 600 mm。根據(jù)本車間工藝設(shè)計(jì)布局，軋制薄規(guī)格板的坯料統(tǒng)一安排為 150 mm×1 600 mm×1 600 mm、200 mm×1 500 mm×1 600 mm 這兩個(gè)規(guī)格較適宜。此外，在坯料的切割要求上必須保證良好的矩形度，對(duì)角線不得大于7 mm，兩邊長(zhǎng)度差不得大于5 mm，斷面不得存在切割錯(cuò)茬，減少鋼板頭尾的斜尖、燕尾等缺陷，有利于降低后續(xù)剪切工序難度，提高成材率。

3.3 加熱制度

加熱制度的確定主要考慮軋制負(fù)荷和加熱均勻性。理論上，采用較高的加熱溫度，可以降低軋件的變形抗力，適當(dāng)延長(zhǎng)在爐時(shí)間，可以提高加熱均勻性。為了降低軋制負(fù)荷，減少?zèng)_擊，提高軋制穩(wěn)定性，各段加熱溫度按照上限控制。另外，通過優(yōu)化加熱爐出鋼操作，控制粗軋機(jī)機(jī)前板坯待鋼時(shí)間，保持出爐、除鱗后即進(jìn)入粗軋機(jī)軋制的節(jié)奏，縮短坯料開軋前的降溫時(shí)間，是適應(yīng)薄規(guī)格板批量生產(chǎn)的有效措施之一。具體加熱制度見表4。

表4 薄規(guī)格軋制時(shí)的加熱制度

3.4 壓下規(guī)程設(shè)定

壓下規(guī)程的設(shè)定主要考慮溫降對(duì)軋制穩(wěn)定的影響，軋件溫度越高，軋制難度就越低；軋制速度越快，道次越少，溫降就越小，因此采用盡可能快的軋制速度和盡可能少的軋制道次以減少軋制過程中的溫降[1]。在粗軋過程中，采取高溫大壓下的軋制方式，盡可能提高各道次的壓下量，其一、大的壓下量可以改善奧氏體晶粒度的均勻性；其二、增加粗軋道次壓下量，可以有效緩解精軋時(shí)軋件溫度低且壓下量大造成的軋機(jī)負(fù)荷增大的問題。例如，軋制8 mm 規(guī)格板時(shí)，根據(jù)鋼溫，結(jié)合咬入和軋機(jī)負(fù)荷，粗軋由10 道減少到8 道，實(shí)現(xiàn)最大限度的壓下，將坯料從200 mm 軋制到30 mm左右的中間坯。同時(shí)加快軋制節(jié)奏，減少軋制時(shí)間，以最短的時(shí)間進(jìn)入精軋階段。精軋時(shí)，隨著厚度逐漸變薄，溫降快，軋制控制的重點(diǎn)是板形，道次壓下率應(yīng)逐漸減少，這是因?yàn)檐埣椛涿嬖龃笫股峒涌?，溫度降低，變形抗力增加，軋件不均勻變形的敏感性增加，?dǎo)致板形控制難度增加。因此，精軋最后2 ～3 道次降低壓下量和軋制力，可以保證軋制穩(wěn)定性和最終板形。各道次壓下率如圖1 所示。

圖1 軋制規(guī)格8 mm 各道次壓下率（坯料厚度200 mm）

3.5 板形控制

3.5.1 優(yōu)化輥型配置，提高軋制穩(wěn)定性

軋輥輥型決定了輥縫的形狀，是軋鋼成型的基礎(chǔ)，選擇合適的配輥，提高軋制穩(wěn)定性，有利于改善板形、降低同板差。軋制輥型的影響因素包括原始凸度、輥系熱凸度、彈性壓扁、撓度，軋制工況較復(fù)雜，很難準(zhǔn)確測(cè)定軋制過程中的各個(gè)影響因素，實(shí)際生產(chǎn)中多采用實(shí)測(cè)產(chǎn)品反饋調(diào)整的辦法[2]。經(jīng)驗(yàn)表明，生產(chǎn)薄規(guī)格板時(shí)，軋輥凸度曲線在-0.10 mm ～ +0.00 mm 時(shí)，軋制穩(wěn)定，可以獲得良好的板形。這是由于，當(dāng)使用較大的綜合輥凸度時(shí)，壓下傾斜過大，進(jìn)而造成支撐輥的不對(duì)稱磨損，容易引起軋制狀態(tài)不穩(wěn)定；當(dāng)輥型凸度為負(fù)時(shí)，無論軋件在咬入時(shí)是否對(duì)中或軋制時(shí)是否偏移，軋件所受的外力之和總是具有自動(dòng)定位和夾持功能，軋件的軋制穩(wěn)定性較強(qiáng)，不考慮同板差的控制，當(dāng)產(chǎn)品允許公差范圍越大時(shí)，則軋制穩(wěn)定性越強(qiáng)。兼顧產(chǎn)品厚度控制，需考慮同板差，有文獻(xiàn)討論板形和厚度一體化控制時(shí)指出：

由此可見，應(yīng)用合適的綜合輥凸度可以提高軋制的穩(wěn)定性，獲得良好的最終板形和同板差。

安鋼2 800 mm 中板生產(chǎn)線的產(chǎn)品訂單品種、規(guī)格變化相對(duì)較頻繁，為了增強(qiáng)支承輥的適應(yīng)性，精軋支承輥輥型凸度為+0.53 mm，上機(jī)軋制量在10 ～12.5 萬t；精軋機(jī)工作輥一天一換輥，輥型有平輥、+0.08 mm、+0.10 mm、+0.15 mm、+0.20 mm、+0.23 mm 幾種凸度曲線。生產(chǎn)薄規(guī)格板時(shí)必需與生產(chǎn)計(jì)劃結(jié)合，不同輥型條件下，一般上機(jī)4 h 后具備薄規(guī)格板的生產(chǎn)條件。另外，在薄規(guī)格板生產(chǎn)中，鋼板扣頭現(xiàn)象較為突出，實(shí)施“雪橇”軋制技術(shù)，調(diào)整上下軋輥輥徑，使下輥輥徑略大于上輥[3]，輥徑差值保持在5 ～15 mm，能夠有效避免扣頭缺陷的發(fā)生。

3.5.2 選擇合理的軋制力

軋鋼過程中，軋制力的變化是板型影響因素變化的綜合體現(xiàn)。根據(jù)彈性力學(xué)的知識(shí)可知，板帶材發(fā)生翹曲的臨界應(yīng)力為[4]：

在軋制力的作用下，當(dāng)板帶受到壓縮的應(yīng)力超過臨界應(yīng)力值時(shí)，這部分板材就會(huì)產(chǎn)生不同形式的屈服流動(dòng)，這樣當(dāng)邊部延伸大時(shí)就會(huì)產(chǎn)生“邊浪”，中部延伸大時(shí)就會(huì)產(chǎn)生“中浪”。在實(shí)際軋制生產(chǎn)過程中，由于軋制力受多種因素的影響，所以軋制力的具體設(shè)定應(yīng)在一定范圍內(nèi)才不會(huì)產(chǎn)生板形缺陷。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)生產(chǎn)薄規(guī)格板的觀察，當(dāng)綜合軋制力超過27 000 kN 時(shí)，板形有發(fā)生瓢曲的風(fēng)險(xiǎn)，因此，在實(shí)際操作中成品道次三道的最佳壓下量依次為 1.4 mm、1.0 mm、0.6 mm，必要時(shí)軋制結(jié)束輥縫上抬0.5 ～1 mm，增加一道平整道次。這種軋制方法的軋制力控制在23 000 ～ 24 000 kN，得到的軋后板形良好，同板差在 0.5 mm 以下。

3.5.3 推床的夾鋼控制

軋制前，通過推床對(duì)中軋件，可有效避免坯料的角部咬入，防止邊角部的先延伸變形產(chǎn)生頭尾斜尖；軋制過程中，適度的推床夾持，與軋機(jī)主機(jī)配合能夠形成一定的拉鋼現(xiàn)象，有利于板形的控制。

3.6 剪切控制

鋼板在圓盤剪剪切的咬入階段，受力分解有兩個(gè)方向，一是向下壓入鋼板進(jìn)行剪切的剪切力，二是沿鋼板長(zhǎng)度方向阻礙鋼板前進(jìn)的阻礙力；剪切穩(wěn)定階段，上下剪刃與鋼板及切斷的相連板邊發(fā)生正壓作用，新產(chǎn)生的摩擦力是鋼板前進(jìn)的主要?jiǎng)恿?，和咬入階段相比，阻礙力的作用明顯弱化。當(dāng)鋼板前頭存在斜尖缺陷，雙邊咬入不同步，發(fā)生不對(duì)稱咬入現(xiàn)象時(shí)，先咬入的一邊已處于穩(wěn)定剪切階段，后咬入的一邊受阻礙力的作用，前進(jìn)發(fā)生瞬間停頓，薄規(guī)格板自重較輕，受阻礙力的影響，往往會(huì)發(fā)生鋼板的整體甩動(dòng)，即甩尾。

由此可見，解決圓盤剪甩尾，關(guān)鍵是避免原始板型斜尖，其次是在剪切工序采取補(bǔ)救控制措施。在圓盤剪剪切工序，對(duì)斜尖板的剪切，一是剪切對(duì)中操作考慮斜尖，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)提前留出甩動(dòng)余量；二是針對(duì)薄規(guī)格鋼板單重較輕、易甩動(dòng)的情況，圓盤剪剪前不再進(jìn)行長(zhǎng)度分段，增加剪切鋼板的自重，遏制甩動(dòng)。多項(xiàng)措施并舉，剪切甩尾現(xiàn)象的不利影響明顯減輕，少量輕微甩尾產(chǎn)生的剪切殘余毛邊，也控制在頭尾切除范圍內(nèi)。

4 結(jié)束語

通過對(duì)薄規(guī)格生產(chǎn)過程中關(guān)鍵工序的難點(diǎn)進(jìn)行剖析，結(jié)合本機(jī)組工藝特點(diǎn)，采取有效的針對(duì)性措施，安鋼2 800 mm 中板生產(chǎn)線薄規(guī)格板的批量生產(chǎn)能力得到有效提升，減少了軋制中間廢的發(fā)生，在連續(xù)3 個(gè)月的統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)，軋制廢品率由1.2%左右降低到0.45%以下；因板形改判協(xié)議材比例由1.35%降低到0.3%以下；同板差控制在0.5 mm 以內(nèi)，厚度命中率達(dá)99.32%；杜絕了圓盤剪剪切殘留毛邊現(xiàn)象，剪切改判率降低了0.63 個(gè)百分點(diǎn)；斜尖、燕尾等板形頭尾缺陷的改善，降低了頭尾切除量，為成材率貢獻(xiàn)約0.1個(gè)百分點(diǎn)，主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了預(yù)期的改進(jìn)期望值。