鞍鋼1580 熱軋線粗軋機(jī)自由軋制生產(chǎn)實(shí)踐

王存，賀亮，劉旺臣，李江委，王啟鵬

（鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧 營(yíng)口 115007）

熱軋帶鋼常規(guī)生產(chǎn)線有半連軋機(jī)組、3/4 連軋機(jī)組和全連軋機(jī)組，短流程生產(chǎn)線有爐卷軋機(jī)機(jī)組、薄板坯連鑄連軋機(jī)組和薄帶鑄軋機(jī)組等，而常規(guī)生產(chǎn)線中的半連軋機(jī)組因技術(shù)成熟、 產(chǎn)線長(zhǎng)度適中、產(chǎn)量較高、品種覆蓋面廣、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，仍是目前主流的熱軋帶鋼產(chǎn)線類型。 鞍鋼1580 熱連軋生產(chǎn)線為常規(guī)熱軋產(chǎn)線，采用以冷裝或熱裝方式將板坯裝入加熱爐進(jìn)行加熱，然后經(jīng)粗軋機(jī)組和精軋機(jī)組軋制成帶鋼的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝[1]。 常規(guī)熱軋生產(chǎn)線在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，要想實(shí)現(xiàn)效率最大、消耗最低的高效生產(chǎn)[2]，其關(guān)鍵指標(biāo)就是在有效作業(yè)時(shí)間內(nèi)小時(shí)產(chǎn)能的高低，小時(shí)產(chǎn)能主要是由軋制節(jié)奏決定的，軋制節(jié)奏越快，小時(shí)產(chǎn)能越高，而軋制節(jié)奏受品種結(jié)構(gòu)、 軋機(jī)能力、工序銜接等因素影響，難以發(fā)揮至極致。 本文結(jié)合鞍鋼1580 熱軋線粗軋機(jī)組軋機(jī)裝備和軋制工藝實(shí)際，本著充分發(fā)揮設(shè)備能力，穩(wěn)定生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品，使工藝和設(shè)備特點(diǎn)緊密結(jié)合的原則[3]，對(duì)粗軋機(jī)組控制程序進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，提高粗軋機(jī)組軋制自由度。

1 1580 熱軋線簡(jiǎn)介

鞍鋼股份1580 熱連軋生產(chǎn)線于2008 年10月7 日正式投產(chǎn)，設(shè)計(jì)年產(chǎn)量390 萬(wàn)t。 板坯厚度為170～230 mm，寬度為750～1 450 mm。 產(chǎn)品厚度為1.2～12.7 mm，寬度為700～1 430 mm，主要生產(chǎn)低碳、超低碳鋼、普碳、中高碳鋼、硅鋼、集裝箱板、汽車結(jié)構(gòu)鋼、低合金鋼等。軋線工序配備的主要設(shè)備包括：3 座步進(jìn)式加熱爐、1 臺(tái)定寬壓力機(jī)（SP）、1 臺(tái)帶立輥的二輥式粗軋機(jī) （E1/R1）、1 臺(tái)帶立輥的四輥式粗軋機(jī)（E2/R2）、1 臺(tái)熱卷箱、7 機(jī)架帶小立輥的精軋機(jī)組和3 臺(tái)地下卷取機(jī)。 其中粗軋機(jī)組是由定寬壓力機(jī)（SP）、二輥可逆粗軋機(jī)（E1/R1）和四輥可逆粗軋機(jī)（E2/R2）組成。

2 粗軋軋制工藝實(shí)踐

2.1 R1 軋機(jī)無(wú)間歇軋制工藝

目前，1580 熱軋線粗軋機(jī)組的軋制工藝主要采用“3+3”軋制（E1/R1 軋機(jī)軋3 道次，E2/R2 軋機(jī)軋3 道次），在“3+3”原軋制工藝狀態(tài)下，如圖1 所示，R1 軋機(jī)和R2 軋機(jī)都需要使用G 組輥道，為了防止R1 軋機(jī)和R2 軋機(jī)軋制的中間坯發(fā)生干涉和碰撞，在軋機(jī)的一級(jí)聯(lián)鎖控制條件中，在其中一架軋機(jī)使用G 輥道時(shí)，另一架軋機(jī)禁止進(jìn)鋼，且在工藝上設(shè)定R2 軋機(jī)優(yōu)先軋制，因此R2 軋機(jī)使用G 輥道時(shí)R1 軋機(jī)禁止進(jìn)鋼，R1 軋機(jī)只能等R2 第三道次軋完后才允許R1 軋機(jī)進(jìn)鋼，這樣就造成R1 軋機(jī)空轉(zhuǎn)待機(jī)，軋機(jī)利用率下降，軋線出鋼間隔時(shí)間長(zhǎng)，軋制節(jié)奏較慢[4]。

圖1 粗軋機(jī)組輥道和軋機(jī)分布圖Fig. 1 Distribution Diagram for Roller Table and Rolling Mill of Rough Rolling Unit

為解決R1 軋機(jī)與R2 軋機(jī)相互干涉問題，研究開發(fā)R1 軋機(jī)無(wú)間歇軋制工藝。通過測(cè)算，G組輥道總長(zhǎng)度為77.6 m，而通過對(duì)板坯壓下變形后的長(zhǎng)度計(jì)算，R1 軋完第一道次中間坯長(zhǎng)度LR1-1=16.786 m，R2 軋完第二道次中間坯長(zhǎng)度LR2-2=47.560 m，考慮二塊中間坯分別有5 m 的拋鋼距離，G 輥道同時(shí)存放二塊中間坯的長(zhǎng)度需求距離為74.346 m，因此輥道長(zhǎng)度在理論上滿足R1 軋機(jī)第一、二道次和R2 軋機(jī)第一、二道次同時(shí)進(jìn)行要求。 為了解決R1 軋機(jī)受R2 軋機(jī)軋制道次影響的問題，對(duì)R1 軋機(jī)與R2 軋機(jī)的一級(jí)進(jìn)鋼聯(lián)鎖條件進(jìn)行優(yōu)化，修改R1 軋機(jī)第一道次和R2 軋機(jī)第二道次對(duì)G 組輥道的使用條件，修改對(duì)相鄰軋機(jī)的軋制狀態(tài)判斷條件，同時(shí)將G4 輥道拆分成G4-1 和G4-2 二段控制，G4-1輥道供R1 使用，G4-2 輥道供R2 使用[3]，一級(jí)聯(lián)鎖允許二架軋機(jī)同時(shí)軋鋼，這樣就解決了二架軋機(jī)無(wú)法同時(shí)軋鋼的限制，實(shí)現(xiàn)了R1 軋機(jī)無(wú)間歇軋制。

2.2 粗軋“1+3”軋制工藝

如圖1 粗軋機(jī)組輥道和軋機(jī)分布圖所示，由于SP 軋機(jī)與R1 軋機(jī)距離較近，為防止SP 軋機(jī)和R1 軋機(jī)軋件發(fā)生相撞和干涉，在R1 軋機(jī)軋制第一、二道次時(shí)禁止SP 軋機(jī)進(jìn)鋼，而由于R1 軋機(jī)采用可逆式三道次軋制工藝，造成板坯在SP軋機(jī)入口等待R1 軋機(jī)的問題，且板坯在粗軋區(qū)域停留時(shí)間過長(zhǎng)，也會(huì)造成熱損失增加，造成能源浪費(fèi)。 為解決SP 軋機(jī)和R1 軋機(jī)干涉問題，研究開發(fā)粗軋“1+3”軋制工藝（R1 軋機(jī)軋1 道次，R2 軋機(jī)軋3 道次），減少R1 軋機(jī)2 個(gè)軋制道次，將減少的壓下量分配到R1 第一道次和R2 軋機(jī)三個(gè)道次，這樣可以大幅減少板坯在SP 軋機(jī)前的等待時(shí)間，同時(shí)也可以減少R1 軋機(jī)軋制時(shí)間，不僅可以提高生產(chǎn)效率，還可以達(dá)到減少板坯熱損失、節(jié)約能源的效果。

通過對(duì)“3+3”軋制工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在生產(chǎn)低碳、超低碳鋼等低強(qiáng)度鋼種時(shí)，粗軋R1、R2 軋機(jī)的軋制力和電機(jī)負(fù)載均大幅低于額定值80%，尤其是生產(chǎn)厚度2.5 mm 以上、 寬度1 300 mm 以下的低碳鋼時(shí)軋機(jī)負(fù)載低于額定值60%，設(shè)備能力存在大量空余，因此研究對(duì)低碳和超低碳鋼使用粗軋“1+3”軋制工藝。

為了驗(yàn)證粗軋“1+3”軋制工藝能否可行，利用二級(jí)模型系統(tǒng)重新分配粗軋機(jī)壓下率，并對(duì)粗軋機(jī)軋制力和功率進(jìn)行計(jì)算預(yù)測(cè)，如表1 所示，采用粗軋“1+3”軋制工藝時(shí)粗軋機(jī)組的軋制力和功率均不超過額定負(fù)荷，設(shè)備能力滿足粗軋“1+3”軋制工藝需求。

表1 粗軋?jiān)O(shè)備性能軋制工藝參數(shù)Table 1 Roughing Equipment Performance and Rolling Process Parameters

為防止“1+3”軋制時(shí)主傳動(dòng)負(fù)荷過大，選擇軋制力較小的鋼種和規(guī)格投入“1+3”軋制，在二級(jí)模型中將成品厚度＞2.5 mm、成品寬度＜1 300 mm 的低碳鋼、超低碳鋼、普碳鋼三類鋼種、規(guī)格單獨(dú)劃分?jǐn)?shù)據(jù)層別，將該層別的粗軋軋制道次設(shè)定為“1+3”，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行逐步試驗(yàn)，實(shí)施后軋制工藝穩(wěn)定性正常。 在粗軋機(jī)組實(shí)施“1+3”軋制工藝后，成功解決了“3+3”軋制模式時(shí)SP 軋機(jī)與R1 軋機(jī)相干涉的問題。

2.3 粗軋“5+0”軋制工藝

在原軋制工藝模型中，如粗軋R2 軋機(jī)發(fā)生故障，軋線無(wú)法生產(chǎn)軋鋼，為了提高粗軋機(jī)組軋制自由度，研究在開發(fā)粗軋R2 軋機(jī)故障狀態(tài)下的粗軋“5+0” 軋制工藝，即粗軋R1 軋機(jī)軋制5 個(gè)道次、R2 軋機(jī)空過。 由于原工藝模型中無(wú)R1 軋機(jī)軋制5 道次的數(shù)據(jù)模型，為實(shí)現(xiàn)粗軋“5+0”軋制工藝，首先依據(jù)軋機(jī)設(shè)備能力對(duì)R1 軋機(jī)各道次壓下率和軋制速度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，并根據(jù)各道次中間坯長(zhǎng)度計(jì)算中間坯位置。通過測(cè)算，對(duì)于板坯長(zhǎng)度小于9 m、成品厚度大于3.0 mm 的低碳鋼，粗軋軋制過程中的中間坯長(zhǎng)度和軋制力能夠滿足R1 區(qū)域設(shè)備能力和輥道距離。為防止投入“5+0”軋制工藝時(shí)爐后除鱗箱和SP 軋機(jī)區(qū)域HMD 檢測(cè)到中間坯時(shí)設(shè)備發(fā)生異常動(dòng)作，重新設(shè)計(jì)一級(jí)控制程序，主要是調(diào)整爐后除鱗箱噴射時(shí)序、SP 軋機(jī)側(cè)導(dǎo)衛(wèi)和模塊的控制邏輯，在R1 軋機(jī)軋制道次處于第二到第五道次時(shí)，爐后除鱗箱禁止噴射，SP 軋機(jī)主傳動(dòng)設(shè)定為停止?fàn)顟B(tài)。同時(shí)SP 模塊開口度擺到最大位置，這樣就可以防止除鱗水和SP 模塊的誤動(dòng)作，并能夠預(yù)防中間坯撞擊模塊的事故。

3 應(yīng)用效果

（1）生產(chǎn)工序銜接緊湊

R1 軋機(jī)無(wú)間歇軋制工藝的開發(fā)，解決了粗軋“3+3” 軋制工藝R1、R2 軋機(jī)中間坯干涉和碰撞問題，使R1 軋機(jī)與R2 軋機(jī)之間工序銜接緊湊，實(shí)現(xiàn)了共同軋鋼。 生產(chǎn)Q235B、SPA-H 厚度在3.0 mm以上不限節(jié)奏鋼種平均軋制塊數(shù)從28 塊/h 提高到30 塊/h。 改進(jìn)后R1 軋機(jī)與R2 軋機(jī)共同軋鋼時(shí)在G 輥道同時(shí)擺放二塊中間坯，圖2 為R1 無(wú)間歇軋制現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果圖。

圖2 R1 無(wú)間歇軋制現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果圖Fig. 2 Effect Diagram for On-site Implementation of R1 Non-intermittent Rolling

（2）節(jié)能高效軋制

采用粗軋“1+3”軋制工藝后，實(shí)現(xiàn)了粗軋機(jī)組根據(jù)軋制品種自由轉(zhuǎn)換軋制工藝技術(shù)，徹底解決了常規(guī)熱軋產(chǎn)線上SP 軋機(jī)投入時(shí)受R1 軋機(jī)限制、 等待的共性問題，在品種工藝匹配上取得突破。 兩種軋制工藝軋制時(shí)間對(duì)比如圖3 所示。

圖3 兩種軋制工藝軋制時(shí)間對(duì)比Fig. 3 Comparison of Rolling Time for Two Kinds of Rolling Processes

板坯在粗軋區(qū)域總軋制時(shí)間從295 s 減少到252 s，粗軋用時(shí)減少43 s。而且減少了板坯在粗軋區(qū)域的溫降，兩種軋制工藝中間坯溫度對(duì)比如圖4所示。 投入“1+3”軋制工藝后粗軋區(qū)域溫降減少60 ℃，同時(shí)中間坯橫向溫差減少44 ℃。

圖4 兩種軋制工藝中間坯溫度對(duì)比Table 4 Comparison of Intermediate Billet Temperatures of Two Kinds of Rolling Processes

（3）軋線生產(chǎn)自由度提高

在R2 軋機(jī)發(fā)生嚴(yán)重故障停機(jī)事故時(shí)，投入了粗軋“5+0”軋制工藝，運(yùn)行后生產(chǎn)成品厚度為3.0～5.0 mm 規(guī)格的低碳鋼軋制正常，實(shí)現(xiàn)了粗軋R2軋機(jī)發(fā)生故障時(shí)利用R1 軋機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)的功能，極大提高了軋線的生產(chǎn)自由程度。

4 結(jié)論

（1）在粗軋區(qū)“3+3”軋制工藝時(shí)，通過研究應(yīng)用R1 軋機(jī)無(wú)間歇軋制工藝，解決了R1、R2 軋機(jī)同時(shí)軋鋼時(shí)相互干涉造成中間坯擺動(dòng)的問題，提高了粗軋區(qū)生產(chǎn)效率。

（2）對(duì)于軋制力較小的品種規(guī)格投入“1+3”軋制工藝，可以解決SP 軋機(jī)與R1 軋機(jī)相互干涉的問題，不僅提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)還減少了軋制過程中的溫降。

（3）對(duì)成品厚度大于3.0 mm 的低碳鋼應(yīng)用粗軋“5+0”軋制工藝，可以避免因R2 軋機(jī)故障造成的軋線停機(jī)，實(shí)現(xiàn)了R2 軋機(jī)故障時(shí)利用R1 軋制進(jìn)行省產(chǎn)的功能，提高了軋線作業(yè)率。