酸軋機組薄料軋制速度提升技術(shù)研究

樊志強，汪 峰

（寶鋼集團(tuán) 梅山鋼鐵股份有限公司，江蘇 南京 210039）

0 引言

近年來，隨著市場競爭的不斷加劇，下游制罐企業(yè)對帶鋼厚度減薄的需求不斷強烈，要求鋼鐵企業(yè)提供更薄的產(chǎn)品。梅鋼酸軋機組作為國內(nèi)第一條依靠自己的力量進(jìn)行自主集成的冷連軋生產(chǎn)線，其生產(chǎn)規(guī)模為年產(chǎn)85萬噸，其成品帶鋼厚度為0.18mm～1.2mm。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研，梅鋼酸軋機組在薄規(guī)格帶材的軋制過程中振動現(xiàn)象較為明顯，機組振動發(fā)生的情況有兩種，一種發(fā)生在升速過程中，一種發(fā)生在高速穩(wěn)態(tài)過程中。由于振動現(xiàn)象的存在，導(dǎo)致機組薄料軋制速度低，出口帶鋼表面質(zhì)量差，給企業(yè)經(jīng)濟效益帶來了較大的影響。根據(jù)文獻(xiàn)［1］～［3］，軋機振動的研究不僅涉及到軋制理論、摩擦潤滑理論、振動理論、復(fù)雜大系統(tǒng)理論、控制理論、信號處理以及非線性理論等幾大領(lǐng)域，并且需要從軋制工藝、工藝潤滑等多個方面的相互耦合來考慮造成振動的原因。為此，如何通過優(yōu)化軋制規(guī)程和工藝潤滑制度來解決冷連軋機組薄帶軋制過程中的振動以及缺陷發(fā)生率偏高的問題，從而提高薄料的軋制速度依然是現(xiàn)場技術(shù)攻關(guān)的焦點。

1 梅鋼酸軋機組薄料速度提升技術(shù)的開發(fā)

通過大量的現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，梅鋼酸軋機組薄料軋制速度偏低主要是由于高速軋制時軋制缺陷（主要包括振動紋、劃痕、熱滑傷）發(fā)生概率偏高，導(dǎo)致成品帶鋼表面質(zhì)量達(dá)不到用戶要求，殘次品率偏高，極大地影響了機組的生產(chǎn)效率。另外，結(jié)合冷連軋過程的相關(guān)理論可以知道，機架的前后張力、出入口厚度以及工藝潤滑制度（主要是指乳化液的流量、乳化液的濃度、乳化液的初始溫度）對薄料軋制過程中的軋機振動、劃痕以及熱滑傷缺陷有著重要的影響。這就是說，可以通過優(yōu)化軋制規(guī)程和工藝潤滑制度來降低相關(guān)軋制缺陷發(fā)生的概率，進(jìn)而間接提高薄料的軋制速度。

根據(jù)冷軋過程中的相關(guān)數(shù)學(xué)模型可以知道，在帶材的入口厚度h0、初始變形抗力σs0、帶鋼的寬度B、末機架出口速度V5和出口厚度h5已知的情況下，1～4機架帶材的出口厚度、軋制速度可以用式（1）來表示：

其中：i為機架號；hi為第i機架軋機的出口厚度；Vi為第i機架軋機的出口速度；εi為第i機架軋機的壓下率。

此外，對于特定的六輥冷連軋機組而言，在帶材的初始變形抗力、成品帶鋼厚度以及出口軋制速度給定的前提下，各機架的軋制壓力Pi、軋制功率Fi、振動系數(shù)φi（表征軋機產(chǎn)生振動的概率）、打滑因子φi（表征打滑缺陷發(fā)生的概率）、滑傷指數(shù)ψi（表征熱滑傷缺陷的發(fā)生概率）僅僅只與該工況下的軋制規(guī)程和工藝潤滑制度有關(guān)［4］，可表示為：

其中：Ti為各機架的出口張力；Wi為各機架的乳化液流量；C為乳化液的配比濃度；Tc為乳化液的初始溫度。

與此同時，根據(jù)輥系彈性變形模型以及金屬塑性變形模型可以知道，在來料帶材參數(shù)（如入口厚度分布、入口板形分布）以及輥系參數(shù)（如彎輥力、竄輥量、各軋輥輥型分布）等皆已知的情況下，用于表征出口板形的出口前張力橫向分布值σ1ij可表示為［5］：

其中：j為條元數(shù)。

對冷軋薄帶而言，其出口板形分布與表面質(zhì)量處于同等重要的位置，因此在優(yōu)化過程中需要對出口板形和表面質(zhì)量進(jìn)行綜合防治，因此，優(yōu)化過程中其目標(biāo)函數(shù)可表示為：

這樣，根據(jù)成品帶鋼表面質(zhì)量的約束條件，薄帶軋制過程速度提升的優(yōu)化計算模型可表示為：

其中：Pimax為第i機架的許用最大軋制壓力；Fimax為第i機架的許用最大軋制功率；η為安全系數(shù)，一般η＝0.85～0.95；σ＊為許可最大板形值。

這樣使得上述優(yōu)化模型中目標(biāo)函數(shù)取得最小值的軋制規(guī)程和工藝潤滑制度即為最佳的軋制規(guī)程和工藝潤滑制度。需要說明的是，上述模型中的優(yōu)化目標(biāo)是使得某一軋制速度下，相關(guān)缺陷發(fā)生概率最小，成品帶鋼的板形質(zhì)量和表面質(zhì)量最佳，這就給機組提高薄帶的軋制速度提供了空間，所以建立模型的實質(zhì)是為了提高薄帶的軋制速度，降低高速軋制過程中的缺陷發(fā)生率。

2 梅鋼酸軋機組薄料速度提升技術(shù)的應(yīng)用效果分析

為了解決薄帶軋制過程速度偏低的問題，緩解高速軋制過程中機組的振動現(xiàn)象，將本文所述相關(guān)技術(shù)直接應(yīng)用于薄料的生產(chǎn)實踐，使用后效果非常明顯。根據(jù)6個多月的現(xiàn)場跟蹤與統(tǒng)計，薄規(guī)格帶鋼平均軋制速度從1 350m／min提高至1 550m／min，由于軋機振動造成的振動紋缺陷由項目開展前的36t／月降低至10t／月，極大地提高了機組的生產(chǎn)效率和成品帶鋼的表面質(zhì)量。目前，該技術(shù)已經(jīng)被作為一貫制生產(chǎn)工藝用于薄規(guī)格帶材的生產(chǎn)過程。

［1］ Guo R M，Andre C U，Jerry H，et al.Analysis of chatter vibration phenomena of rolling mills using finite element methods［J］.Iron and Steel Engineer，1993，70（7）：29－39.

［2］ 楊旭，童朝南.板帶軋機振動問題研究［J］.鋼鐵研究學(xué)報，2009，21（11）：1－4.

［3］ 鄒家祥，徐樂江.冷連軋機系統(tǒng)振動控制［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2006.

［4］ 白振華.冷連軋機高速生產(chǎn)過程核心數(shù)學(xué)模型［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2009.

［5］ 連家創(chuàng)，劉宏民.板厚板形控制［M］.北京：兵器工業(yè)出版社，1995.