1 780mm熱連軋厚規(guī)格窄斷面小凸度控制研究與實(shí)踐

萬(wàn)國(guó)喜 陳 全 徐夏冰

（安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司）

0 引言

商用汽車行業(yè)發(fā)展的越來(lái)越快，隨之而來(lái)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也更加嚴(yán)峻，汽車輕量化理念逐漸深入人心，為此對(duì)輕量化汽車板材專業(yè)化的需求也日趨增加，比如剎車鼓專用鋼、車輪專用鋼、橋殼專用鋼等，這也對(duì)生產(chǎn)汽車板的廠家在產(chǎn)品的尺寸外形、均勻性、成型性能、焊接性能等方面提出了較高的要求，也對(duì)操作人員的操作技能和控制水平提出了更高的要求，這些高標(biāo)準(zhǔn)的要求導(dǎo)致生產(chǎn)中凸顯出了一些制約生產(chǎn)和影響生產(chǎn)的因素，安鋼1 780 mm 熱連軋?jiān)谏a(chǎn)10～16 mm 的1 200 mm 窄斷面制動(dòng)鼓專用鋼時(shí)，帶鋼的凸度儀顯示波動(dòng)較大（130～300 μm），發(fā)往用戶后實(shí)際測(cè)量的寬度方向上邊部和中間厚度的差值最大可到0.23 mm，造成制動(dòng)鼓旋壓冷成型后拉伸高度不一致，嚴(yán)重影響了用戶的生產(chǎn)效率和成材率指標(biāo)。目前，由于自由程序軋制技術(shù)及AGC 系統(tǒng)的不斷完善，板帶的縱向厚度控制精度越來(lái)越高，但仍存在橫向厚度問(wèn)題[1]。

熱連軋機(jī)組具有軋制寬度范圍大、軋制規(guī)格品種多、軋制單位編排復(fù)雜等特點(diǎn)，同時(shí)板形調(diào)控方法對(duì)板形的影響不是完全的正相關(guān)性，也沒(méi)有唯一性，為軋機(jī)的板形控制帶來(lái)了難題[2]。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，筆者主要從一般影響熱軋帶鋼凸度的主要因素，結(jié)合安鋼 1 780 mm 熱軋廠的實(shí)際生產(chǎn)情況，分析了橫向凸度大產(chǎn)生的主要原因，采取了優(yōu)化軋制計(jì)劃編排、精軋CVC 工作輥型和支撐輥輥型等有效控制措施，極大地改善了超厚規(guī)格窄斷面鋼卷的橫向凸度大的問(wèn)題，為順利生產(chǎn)超厚規(guī)格窄斷面的制動(dòng)鼓產(chǎn)品提供了有力的保障。

1 1 780 mm 熱連軋機(jī)機(jī)型配置

安鋼1780 產(chǎn)線熱連軋機(jī)的機(jī)型配置采用了國(guó)內(nèi)常用機(jī)型，即CVC ＋SFR 軋制模式（如圖1所示），可以根據(jù)需要選擇全機(jī)架CVC 軋制方法，也可以根據(jù)需要在精軋機(jī)的下游選擇常規(guī)輥形，以實(shí)現(xiàn)自由軋制的要求。目前，7 架連軋配置的是F1-F4 機(jī)架，采用CVC 輥型+竄輥負(fù)責(zé)斷面形狀控制，F(xiàn)5-F7 為常規(guī)輥型+竄輥的方式，負(fù)責(zé)帶鋼平直度控制。

圖1 1780 熱連軋機(jī)機(jī)型配置

2 影響熱軋板帶凸度的因素

作為板形橫向典型指標(biāo)的板凸度和縱向典型指標(biāo)的板平直度之間的關(guān)系密切，板平直度的控制最終還要?dú)w結(jié)到板凸度的控制上，如何控制好板凸度是解決板形控制問(wèn)題的關(guān)鍵，為獲得良好的板形，要求帶鋼橫向有均一的延伸，帶鋼軋前與軋后的斷面各處尺寸的比例恒定，即良好的板形條件為帶材軋前比例凸度必須等于軋后比例凸度[3]。但在熱軋生產(chǎn)中，由于軋件橫向流動(dòng)的影響較大，即使來(lái)料的斷面形狀與承載輥縫不相匹配，也有可能不會(huì)導(dǎo)致軋后的板形缺陷，故而，在實(shí)際軋制時(shí)可以根據(jù)產(chǎn)品凸度方面的要求進(jìn)行軋件凸度的修正，允許有一定程度的比例凸度變化。

在軋制過(guò)程中，軋制力使軋輥產(chǎn)生彈性變形，形成負(fù)載輥縫，帶鋼的斷面形狀取決于負(fù)載輥縫的形狀。影響負(fù)載輥縫的因素主要有軋制負(fù)荷、彎輥力、軋制計(jì)劃編制、軋輥磨損、帶鋼邊緣降、楔形也對(duì)板凸度有一定的影響[4]。

2.1 軋制負(fù)荷影

軋制負(fù)荷是影響板凸度的主要因素。軋制負(fù)荷與軋輥撓度具有線性關(guān)系，輥系變形隨軋制負(fù)荷的變化而變化，從而使板凸度發(fā)生變化。結(jié)合安鋼精軋機(jī)組F2～F7 機(jī)架負(fù)荷變化對(duì)板凸度的影響來(lái)看，最終板凸度隨F7、F3 機(jī)架負(fù)荷的增大而增大，隨F2、F4、F5、F6 及F7 機(jī)架負(fù)荷的增大而減小，且F5、F6 和F7 的負(fù)荷變化對(duì)板凸度的影響較大[4]。終軋溫度是指熱軋板帶離開(kāi)最后一道精軋機(jī)時(shí)的溫度，其不僅對(duì)最終產(chǎn)品的晶粒尺寸和性能有較大影響，也同時(shí)對(duì)板凸度的控制影響也較大。從實(shí)際生產(chǎn)情況來(lái)看，隨著終軋溫度的升高，帶鋼的變形抗力下降，軋制力降低，同時(shí)AGC 上抬，F(xiàn)7 機(jī)架負(fù)荷降低，板凸度變小。通常來(lái)說(shuō)，軋制同種鋼種同一規(guī)格時(shí)，軋制的產(chǎn)品規(guī)格寬度越寬，軋制負(fù)荷越大，但軋件寬度越寬，CVC 板形的改變能力越強(qiáng)，軋件寬度越窄，CVC板形的改變能力越弱，如圖2 所示。

圖2 CVC 調(diào)控能力與軋件寬度變化關(guān)系

2.2 彎輥力

在帶鋼軋制過(guò)程中，利用工作輥的彎輥抵消工作輥撓曲產(chǎn)生的帶鋼凸度，是控制板形和平直度最基本的方法。由于軋輥直徑直接影響軋機(jī)的剛度和工作輥的撓曲程度，同時(shí)單位寬度軋制力及壓下量的變化對(duì)工作輥彎輥力有較大的影響，因此，在建立彎輥力對(duì)帶鋼凸度影響率計(jì)算模型時(shí)，應(yīng)考慮軋輥直徑、單位寬度軋制力及壓下量對(duì)工作輥彎輥力影響率的綜合影響[5]。

軋制熱凸度隨彎輥力的增大而減小，末架彎輥力的調(diào)整范圍小于中游機(jī)架。F7 機(jī)架彎輥力減小到一定軋制力時(shí)會(huì)出現(xiàn)雙邊浪，增大到某個(gè)臨界值時(shí)會(huì)出現(xiàn)中間浪，一般調(diào)整范圍不大。軋制不同寬度軋件時(shí)彎輥力對(duì)板凸度的影響也較大，一般認(rèn)為，隨著軋件寬度的增大，彎輥力對(duì)板凸度的影響變大；當(dāng)軋件寬度相同時(shí)，彎輥力越大，板凸度越小，當(dāng)彎輥力增大到一定程度時(shí)，板凸度減小趨勢(shì)變緩。

有害接觸區(qū)是常規(guī)的四輥軋機(jī)中導(dǎo)致板形惡化和降低軋機(jī)抗板形干擾能力的直接原因。帶鋼寬度不同，輥間有害接觸區(qū)的長(zhǎng)度不同，其輥縫的橫向剛度也不同，有害接觸區(qū)的應(yīng)力尖峰使得板寬邊部區(qū)域的軋輥過(guò)度彎曲，使得邊部減薄增加，造成近邊部的高次斷面形狀問(wèn)題。

邊部應(yīng)力的增加同時(shí)使彎輥力的效力明顯減小，軋件寬度越寬，彎輥的調(diào)節(jié)能力越強(qiáng)，軋件寬度越窄，彎輥調(diào)節(jié)能力越弱，這也是窄斷面軋件凸度控制的難點(diǎn)之一。彎輥調(diào)節(jié)能力與寬度變化的關(guān)系如圖3 所示。

圖3 彎輥調(diào)節(jié)能力與寬度變化的關(guān)系

2.3 軋制計(jì)劃編排

軋制計(jì)劃主要影響軋輥的熱膨脹，一般一套新輥上機(jī)后，隨軋制的進(jìn)行，軋輥熱凸度逐漸形成。通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)：在軋制該產(chǎn)品時(shí)，開(kāi)軋前6 塊帶鋼各點(diǎn)的凸度值變化均較大，尤其是在軋制第1 塊帶鋼時(shí)，凸度值波動(dòng)較大；在第7～12塊帶鋼軋制中，除頭尾外，帶鋼各點(diǎn)凸度值的變化范圍減小；在軋制第13～15 塊帶鋼時(shí)，帶鋼的凸度值較小，說(shuō)明這個(gè)時(shí)候軋輥的熱凸度基本形成。軋制節(jié)奏也會(huì)影響軋輥的熱凸度，實(shí)際生產(chǎn)表明：在停軋停冷卻水的過(guò)程中，軋輥逐漸冷卻，熱凸度減小慢。因此，每次停軋后第1 塊帶鋼的凸度均較大，而后隨著軋制的進(jìn)行凸度逐漸減小。當(dāng)未停冷卻水時(shí)，軋輥冷卻較快，熱凸度減小快。

2.4 軋輥磨損

軋制時(shí)，工作輥與軋件、工作輥與支撐輥之間均存在磨損，且隨著軋制公里數(shù)的增加，軋輥磨損和不均磨損程度均會(huì)加重。根據(jù)西巴金等的研究[2]，在熱軋帶鋼軋機(jī)上難以建立帶鋼凸度和軋輥磨損間的直接關(guān)系，但軋輥磨損嚴(yán)重影響著帶鋼的凸度和邊部減薄。由此可見(jiàn)，軋輥磨損量隨著軋制公里數(shù)的增加而變大，沿輥身方向磨損不均勻且出現(xiàn)偏磨現(xiàn)象。與軋件邊部接觸的輥身磨損量大于中部，且出現(xiàn)明顯不規(guī)則磨損，直接影響軋件邊部形狀。

2.5 帶鋼邊緣降及楔形

帶鋼邊緣降和楔形的大小直接決定其橫斷面形狀，從而影響板凸度。板凸度隨著邊緣降的減小而減小，隨著楔形絕對(duì)值的減小而減小。

3 采取的措施

3.1 軋制計(jì)劃編排

生產(chǎn)10～16 mm 規(guī)格的制動(dòng)鼓和車輪產(chǎn)品時(shí)，一是要求坯料盡可能采用直熱裝工藝，以降低在坯料短時(shí)快速加熱條件下的厚度方向、長(zhǎng)度方向的溫度差，為后續(xù)降低軋制力波動(dòng)奠定基礎(chǔ)；二是這些產(chǎn)品需要排在軋制計(jì)劃的第15～50 塊之間，保持軋輥的熱凸度的相對(duì)一致性；三是遇到短時(shí)的軋制事故時(shí)采用關(guān)閉機(jī)架冷卻水的方式，以此來(lái)減小熱凸度的變化。

3.2 CVC 輥型的改進(jìn)

斷面形狀在對(duì)稱狀況下，一般可解析為二次方、高次方形狀。斷面形狀的解析如圖4 所示，帶鋼斷面形狀用有載輥縫減去其二次分量得到有載輥縫的高次分量，將其最高點(diǎn)與中點(diǎn)的差值定義為有載輥縫的高次方斷面形狀。熱連軋機(jī)的板廓控制問(wèn)題，在采用有效板形控制理論、模型和軋輥形狀等方面，最終均反映在帶鋼的板形控制狀況上面，而輥形的控制與使用的機(jī)型、設(shè)定的軋制負(fù)荷和彎輥的正確與否直接相關(guān)。

圖4 斷面形狀的解析

CVC 輥型設(shè)計(jì)是根據(jù)產(chǎn)線設(shè)備參數(shù)和產(chǎn)品生產(chǎn)需要設(shè)計(jì)的，隨著生產(chǎn)實(shí)踐和產(chǎn)品拓展需要不斷實(shí)時(shí)修改，因此不存在一條曲線終身受用的情況。國(guó)內(nèi)多數(shù)廠家由于受限于技術(shù)能力，在發(fā)現(xiàn)CVC 設(shè)計(jì)問(wèn)題后常常束手無(wú)策，成為制約生產(chǎn)的瓶頸問(wèn)題。通過(guò)對(duì)安鋼改進(jìn)前的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，CVC 竄輥位置的直方圖分布表現(xiàn)出明顯的凸度控制能力不足，如圖5 所示。F2—F4 機(jī)架竄輥分布整體偏正向，且在正向最大位有一定數(shù)量分布，這表明CVC 正向凸度控制能力不足。

從圖5 可以看出，正向竄輥極限位置的鋼種規(guī)格正是厚規(guī)格窄斷面冷成型鋼，由于CVC 凸度調(diào)控能力隨著寬度變窄而銳減。因此，需要對(duì)CVC 輥型進(jìn)行改進(jìn)，而且要考慮所有的軋制規(guī)格和品種均適用。經(jīng)過(guò)分析，制定了凸度控制中心點(diǎn)偏移+增加幅度的改進(jìn)方案，具體如圖6、圖7 所示。

圖5 CVC 改進(jìn)前F2、F3、F4 的竄輥分布情況

圖6 精軋機(jī)工作輥CVC 曲線

圖7 CVC 竄輥位置/寬度控制凸度能力分布

對(duì)改進(jìn)后一個(gè)月內(nèi)所有規(guī)格和鋼種的竄輥位置進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖8 所示。機(jī)架竄輥在正向和負(fù)向兩個(gè)極限位置已經(jīng)基本沒(méi)有分布，表明竄輥位置不再受限竄輥能力得到顯著改善。

圖8 改進(jìn)后F2，F(xiàn)3，F(xiàn)4 的CVC 竄輥位置分布情況

3.3 支承輥輥型的改進(jìn)

CVC 改進(jìn)前后的橫斷面形狀均包含二次斷面形狀和高次斷面形狀，在CVC 能力擴(kuò)展后，二次斷面形狀得到控制，但高次斷面形狀未有明顯改善，高次板形缺陷仍會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)，總的凸度仍然較大。高次橫向厚差主要集中在距端部100 mm 左右位置，也即通常意義上的邊部降問(wèn)題。通過(guò)對(duì)支撐輥輥型進(jìn)行了優(yōu)化可以有效改善高次板形缺陷問(wèn)題，支撐輥輥型改進(jìn)方式如圖9 所示。通過(guò)優(yōu)化改進(jìn)支承輥輥型可以提高下游機(jī)架輥縫柔性及剛性，減少有害接觸區(qū)，彎輥力調(diào)節(jié)斷面形狀的能力，同時(shí)提高輥縫的柔性，減少因板寬變化造成的邊部高次斷面形狀變化，改善高次斷面形狀。

圖9 BCR 輥型設(shè)計(jì)

通過(guò)不同寬度下的凸度變化狀況，可以對(duì)軋機(jī)的輥縫剛性進(jìn)行評(píng)價(jià)。分別選取改進(jìn)前后的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，通過(guò)不同寬度斷面下的厚度平均值觀察對(duì)應(yīng)規(guī)律。改進(jìn)前、后鋼卷凸度隨寬度的變化規(guī)律以及改進(jìn)BCR 前后彎輥調(diào)節(jié)能力對(duì)比分別如圖10 和圖11 所示。

從圖10 和圖11 可以看出，（1）改進(jìn)前軋件凸度隨著軋制寬度的增加而急劇減小，改進(jìn)后軋件凸度和寬度的負(fù)相關(guān)對(duì)應(yīng)關(guān)系已經(jīng)大幅弱化，輥型改進(jìn)后軋機(jī)剛度得到大幅提高。（2）改進(jìn)后F5—F7機(jī)架的彎輥力分布頻率比改進(jìn)前的高出近一倍，集中度顯著提高，明顯呈現(xiàn)收斂狀態(tài)，這表明支承輥改進(jìn)后使得彎輥力效力大大改善。

圖10 鋼卷凸度隨寬度的變化規(guī)律

圖11 改進(jìn)BCR 前后彎輥調(diào)節(jié)能力對(duì)比

4 結(jié)論

（1）控制好板凸度是解決板形控制問(wèn)題的關(guān)鍵，即要求帶鋼橫向有均一的延伸，帶鋼的軋前與軋后斷面各處尺寸比例恒定。

（2）軋制不同寬度軋件時(shí)，彎輥力對(duì)板凸度的影響會(huì)隨著軋件寬度的增大而變大；當(dāng)軋件寬度相同時(shí)，彎輥力越大，板凸度越小，當(dāng)彎輥力增大到一定程度時(shí)，板凸度的減小趨勢(shì)變緩。

（3）有害接觸區(qū)是常規(guī)的四輥軋機(jī)中導(dǎo)致板形惡化和降低軋機(jī)抗板形干擾能力的直接原因。有害接觸區(qū)的應(yīng)力尖峰使得板寬邊部區(qū)域的軋輥過(guò)度彎曲，使得邊部減薄增加，造成近邊部的高次斷面形狀問(wèn)題。

（4）如果只對(duì)F2—F4 的CVC 改進(jìn)，在二次凸度得到控制后高次板形缺陷問(wèn)題會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)，為此需要對(duì)相應(yīng)的支承輥輥型進(jìn)行優(yōu)化。

（5）通過(guò)采用直熱裝、軋制里程的限制在50塊以內(nèi)、故障時(shí)關(guān)閉精軋機(jī)架冷卻水、改進(jìn)F2—F4 的CVC 輥型、優(yōu)化支承輥輥型等措施的聯(lián)合實(shí)施可以降低厚規(guī)格窄斷面的橫向凸度波動(dòng)。