冷軋帶鋼頭尾厚度跳躍的改進

陳 光 ,黃佩杰

(寶山鋼鐵股份有限公司 1.制造管理部; 2.冷軋廠,上海 201900)

1 概述

厚度精度是評價冷軋帶鋼質(zhì)量的重要指標(biāo)之一,也是用戶極為關(guān)心的質(zhì)量問題,因為它決定著加工產(chǎn)品的質(zhì)量和成本,同時也決定著后續(xù)加工性能。帶鋼由厚到薄的控制是現(xiàn)代化冷軋薄板生產(chǎn)中實現(xiàn)高精度軋制的重要手段。隨著汽車、家電、建筑行業(yè)對產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提高,高厚度精度冷軋帶鋼已成為現(xiàn)代化板帶生產(chǎn)中不可缺少的組成部分。本文結(jié)合帶鋼冷軋基本理論,針對冷軋五機架連軋機帶鋼頭尾厚度精度控制問題進行了調(diào)查分析。通過優(yōu)化連軋機過焊縫厚度控制策略和模式,有效降低了冷軋帶鋼的頭尾厚度超差比例,減少了返修,實現(xiàn)了降本提效。

帶鋼在軋制環(huán)節(jié)主要有2個重要指標(biāo):一是帶鋼的板形精度,二是帶鋼的厚度精度[1]。若經(jīng)過軋制后的帶鋼沿軋制方向(長度方向)有較大的厚度波動,則會引起一系列的帶鋼質(zhì)量問題,甚至引發(fā)在冷軋軋制過程中開裂[1]和斷帶。通常采用輥縫厚度自動控制系統(tǒng)(Auto-Gage-Control,簡稱AGC) 對帶鋼厚度波動情況進行控制。當(dāng)AGC系統(tǒng)因某些原因不能夠?qū)т摵穸瓤刂圃诤细竦牟▌臃秶鷥?nèi)時,就會產(chǎn)生相應(yīng)的厚度波動[2-3]。

2 影響冷軋帶鋼厚度精度的因素

引起冷連軋機厚度偏差的因素,可以分為熱軋工序影響因素和冷軋工序影響因素兩種。

熱軋工序影響因素主要有:熱卷斷面形狀(凸度、楔形)、熱卷頭尾的無張力卷取、熱卷頭尾的溫度偏差,以及熱軋在冷卻過程中的溫度和組織不均勻性。其中后三種都將造成熱卷強度和組織的變化,并且直接影響冷軋的厚度控制[4]。

冷軋工序影響因素主要有:支撐輥油膜軸承、軋輥熱量、機架的彈性變形、軋輥的偏心造成的輥縫波動[5],加減速過程中潤滑變化、帶鋼板形造成的輥縫變化等。冷連軋機本身的張力控制精度、傳動調(diào)速性能、壓下控制響應(yīng)性能等也會對帶鋼的厚度精度產(chǎn)生影響。此外,板坯的化學(xué)成分波動、冷軋軋機生產(chǎn)計劃編制(鋼種和規(guī)格過渡)等因素也對厚度精度有一定影響。

3 冷軋帶鋼頭尾厚度跳躍的主要表現(xiàn)形式和原因

冷軋帶鋼頭尾厚度跳躍是最常見的厚度失效模式之一,其主要表現(xiàn)為軋硬卷或者退火卷的帶鋼頭或(和)尾存在短距離的厚度跳躍式突變(圖1)。具體表現(xiàn)為軋硬卷或者退火卷的帶鋼頭或(和)尾100 m甚至50 m長度范圍內(nèi),厚度從最小值跳躍到最大值,或者從最大值跳躍到最小值。冷軋帶鋼頭尾厚度跳躍往往導(dǎo)致1～2個單點厚度超差(超上限或者超下限)。這種厚度失效模式常見于冷軋高強鋼、軟鋼等鋼種。大于等于80 kg級的冷軋超高強鋼由于存在其他的厚度失效模式,因此,頭尾厚度跳躍情況并不十分明顯。

圖1 冷軋帶鋼頭尾厚度跳躍Fig.1 Head and tail thickness variation of cold steel strip

對于帶鋼頭尾厚度跳躍導(dǎo)致的厚度超差,通常以計算機系統(tǒng)信息傳遞的方式告知下游退火或者精整機組,在下游機組的入口進行切除。考慮到退火機組生產(chǎn)效率,對于厚度跳躍長度超過30 m以上的軋硬卷,則必須上精整機組返修切除頭尾厚度超差部位后,才能進行退火或者熱鍍鋅,這樣就導(dǎo)致了冷軋頭尾切損和精整返修的上升。經(jīng)過現(xiàn)場跟蹤發(fā)現(xiàn),此類“頭尾厚度跳躍”的鋼卷占全部厚度超差鋼卷的比例超過60%。

冷軋帶鋼頭尾厚度跳躍的主要原因:①軋硬卷受前行熱卷尾部厚度影響;②軋硬卷因機組停機啟動造成頭部厚度跳躍;③冷軋軋機規(guī)格過渡造成的頭尾厚度跳躍。本文主要對第一種情況進行分析改進。

4 主要改進措施

4.1 減少熱卷頭尾厚度波動對軋硬卷頭尾厚度跳躍的影響

冷軋軋機前行卷的熱軋帶尾厚度波動會對當(dāng)前卷的頭部厚度控制產(chǎn)生一定影響,因AGC響應(yīng)滯后,會導(dǎo)致厚度跳躍的距離長、幅度大。因此將1#機架入口AGC前饋補償量提前到1#機架出口適當(dāng)位置提前清零,以減少AGC調(diào)整滯后導(dǎo)致的冷軋帶鋼頭尾厚度跳躍(圖2)。根據(jù)帶鋼的不同規(guī)格和來料厚度波動程度,提前量為1～4 m。

4.2 調(diào)整1#機架出口AGC反饋

根據(jù)帶鋼在1#機架出口測量的頭尾厚度波動,通過入口張力輥及1#機架進行補償。為更有效控制帶頭厚度,將控制1#機架出口的厚度偏差的AGC反饋控制的啟動點從帶鋼焊縫過2#機架后提前到進入2#機架前(圖3)。根據(jù)帶鋼的不同規(guī)格提前量為1～4 m。

圖2 1#機架入口AGC前饋調(diào)整Fig.2 1# AGC feedforward adjustment at rack inlet

圖3 1#機架出口AGC反饋調(diào)整Fig.3 1#AGC feedback adjustment

4.3 調(diào)整1#機架出口AGC前饋放大倍數(shù)

將1#機架出口AGC前饋放大倍數(shù)提高20%,1#機架速度和2#機架壓下的補償量同時提高20%,增大前饋效率,以減少頭尾厚度跳躍幅度(圖4)。

4.4 調(diào)整5#機架恒軋制力模式

5#機架恒軋制力模式張力由機架速度進行調(diào)整,軋制力不受4#、5#機架張力偏差的影響。只要保持5#機架出口速度不變,在秒流量相等的原則下即可實現(xiàn)5#機架出口厚度不變。在焊縫過機架任何時刻一直采用4#、5#機架張力偏差通過4#機架速度進行閉環(huán)(圖5),不采用張力偏差通過5#機架速度進行閉環(huán)的模式(圖6),避免5#機架出口速度變化造成出口厚度的同步波動。

圖4 1#機架出口AGC前饋控制圖Fig.4 AGC feed-forward control chart of 1# frame outlet

圖6 4#、5#機架間張力控制5#機架控制簡圖Fig.6 Tension control between 4 #、5 # frames 5# frame control diagram

5 改進效果

上述措施實施后,由于冷軋帶鋼頭尾厚度跳躍導(dǎo)致的返修率明顯下降,從原3.8%降低為1.0%(圖7)。

圖7 冷軋帶鋼頭尾厚度跳躍返修率Fig.7 Repair rate of head and tail thickness out of tolerance for cold rolled strip

6 結(jié)論

(1) 冷軋帶鋼頭尾厚度跳躍是最常見的厚度失效模式之一,其主要表現(xiàn)為軋硬卷或者退火卷的帶鋼頭或(和)尾存在短距離的厚度跳躍式突變。此類“頭尾厚度跳躍”的鋼卷占全部厚度超差鋼卷的比例超過60%。

(2) 通過減少熱卷頭尾厚度波動對軋硬卷頭尾厚度跳躍的影響,調(diào)整1#機架出口AGC反饋、1#機架出口AGC前饋放大倍數(shù)、5#機架恒軋制力模式下張力由機架速度進行調(diào)整等措施,可以有效改進頭尾厚度跳躍導(dǎo)致的冷軋帶鋼厚度超差。