鞍鋼1580 mm熱軋線寬度精度研究

賀亮，李秋鶴，王存，何士國，王杰，王剛

（1.鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧 營口115007；2.營口理工學(xué)院機(jī)械與動力工程系，遼寧 營口115014）

近年來熱軋產(chǎn)品日趨完善，產(chǎn)品規(guī)格和品種不斷擴(kuò)展，產(chǎn)品競爭愈演愈烈，對寬度精度的要求也越來越高[1]。熱軋產(chǎn)品寬度精度對產(chǎn)線成材率和下游用戶的原料利用率都有較大影響，也是影響產(chǎn)線成本和客戶滿意度的重要指標(biāo)。國內(nèi)大部分熱軋產(chǎn)線沒有原料板坯寬度檢測設(shè)備，當(dāng)連鑄機(jī)調(diào)寬或拉速發(fā)生變化時(shí)，無法保證板坯寬度在公差范圍內(nèi)，造成板坯出現(xiàn)超寬、窄尺、楔形坯等問題，影響產(chǎn)品寬度精度。為消除板坯寬度尺寸異常的影響，需要對板坯寬度進(jìn)行實(shí)際測量，增加測寬設(shè)備。鞍鋼股份有限公司鲅魚圈1580熱連軋生產(chǎn)線于2008年9 月投產(chǎn)，配有定寬壓力機(jī) SP（Sizing Press）、立輥軋機(jī) E1（Edger Mill 1）、立輥軋機(jī) E2（Edger Mill 2）以及精軋機(jī)前立輥軋機(jī)F1E（Front Edger Mill of F1 Finishing Mill）4套控寬設(shè)備。在十年的生產(chǎn)過程中，雖然工藝技術(shù)水平不斷提高，但時(shí)常出現(xiàn)寬度精度異常現(xiàn)象，導(dǎo)致產(chǎn)線工序成本增加。因此，針對鞍鋼1580熱連軋生產(chǎn)線出現(xiàn)的寬度精度問題，進(jìn)行分析研究，并提出相應(yīng)的解決辦法。

1 寬度精度異常的原因分析

1.1 整卷寬度異常

整卷寬度異常通常為成品鋼卷縱向超寬或窄尺，該現(xiàn)象在寬度異常中占47%，主要發(fā)生在SP定寬壓力機(jī)不投入使用的情況下。產(chǎn)生的原因主要有：

（1）來料板坯尺寸超標(biāo)。來料的外形尺寸直接影響產(chǎn)品的寬度精度[2],當(dāng)成品寬度與原料寬度相差小于50 mm時(shí)，立輥軋機(jī)的工作能力可以滿足減寬量的要求；當(dāng)成品寬度與原料寬度相差大于50 mm時(shí)，SP定寬壓力機(jī)不投入使用，起不到對來料重新定尺的作用，生產(chǎn)時(shí)因上道工序規(guī)格調(diào)寬、性能改判、精度超差等原因出現(xiàn)楔形坯、改判坯、調(diào)寬坯等問題，導(dǎo)致來料板坯尺寸超標(biāo)，直接影響成品寬度。通過立輥軋機(jī)的負(fù)荷和電流可以觀察來料板坯狀態(tài)，從而對成品進(jìn)行反向追溯。

（2）設(shè)備精度不足。在某一特定時(shí)期內(nèi)設(shè)備精度會保持相對穩(wěn)定，此時(shí)，應(yīng)給予相應(yīng)的給定補(bǔ)償或間隙補(bǔ)償，從而保證設(shè)備精度的可控性。但相比于水平軋機(jī)的自動偏差校核，1580線立輥軋機(jī)標(biāo)定采取的是測量延伸條中心點(diǎn)到軋輥輥面距離的方法，需要人工作業(yè)，人為誤差較大，精度不足。

1.2 頭部寬度異常

頭部寬度異常主要體現(xiàn)在頭部窄尺，在寬度異常中占26%，該現(xiàn)象多發(fā)于薄材和難軋材。軋制薄材或難軋材時(shí)精軋機(jī)需要有一定的張力以保證能夠穩(wěn)定穿帶[3]，因板型控制、側(cè)彎控制及趨勢控制不合理等原因時(shí)而造成穿帶不穩(wěn)定，此時(shí)通過干預(yù)活套的方式進(jìn)行控制，秒流量相等原則被破壞，從而造成頭部窄尺。

1.3 尾部寬度異常

尾部寬度異常主要體現(xiàn)在尾部超寬，在寬度異常中占18%，該現(xiàn)象多發(fā)于寬度小于1 m的窄規(guī)格品種。由于受板坯坯型限制，窄規(guī)格品種多使用1 060 mm或960 mm的板坯，在軋制時(shí)，SP定寬機(jī)給定側(cè)壓量較大，板坯滲透性不好，易使變形不均勻；而立輥軋機(jī)軋制時(shí)出現(xiàn)尾部單側(cè)上翹，造成尾部側(cè)壓失效，經(jīng)水平軋機(jī)軋制后變成有效寬展。

1.4 其他

其他寬度異常問題占9%，分析后為測寬儀故障、控制系統(tǒng)故障、人為操作失誤等偶發(fā)性問題，這里不做討論。

2 寬度精度控制的優(yōu)化措施

2.1 增加SP定寬機(jī)導(dǎo)位寬度校驗(yàn)程序

SP定寬機(jī)導(dǎo)位位于爐后除鱗箱后，一般在板坯變形前對來料原有尺寸進(jìn)行校驗(yàn)，且SP定寬機(jī)導(dǎo)位結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便。原設(shè)計(jì)SP定寬機(jī)導(dǎo)位只起到板坯對中作用，將板坯夾持到對中位置后，打開至設(shè)定位置，但并不能起測寬作用。因此，為了使SP定寬機(jī)具有測寬功能，建立了邏輯判斷程序，反饋SP定寬機(jī)的導(dǎo)位開口度B1，與二級計(jì)算機(jī)給定的設(shè)定板坯寬度B2進(jìn)行差值計(jì)算，若差值ΔB在20～25 mm，可認(rèn)定為板坯熱狀態(tài)和冷狀態(tài)尺寸差；若差值超過此范圍，判斷為板坯尺寸異常。SP定寬機(jī)導(dǎo)位寬度測量流程如圖1所示。

圖1 SP定寬機(jī)導(dǎo)位寬度測量流程Fig.1 Measurement Flow for Guide Width of SP

SP定寬機(jī)導(dǎo)位寬度測量操作臺畫面如圖2所示。在操作臺畫面中增加超差原料的紅色報(bào)警（！BAR WIDE ANNORMALL），報(bào)警時(shí)閃爍顯示，并作為SP定寬機(jī)的進(jìn)鋼條件。當(dāng)判斷為“是”時(shí)，超差原料在SP定寬機(jī)前循環(huán)擺動，限制SP定寬機(jī)進(jìn)鋼，現(xiàn)場作業(yè)人員對照軋制數(shù)據(jù)，確認(rèn)板坯寬度異常后停止軋制，將板坯送回至板坯庫，可有效避免異常寬度原料的生產(chǎn)軋制及因?qū)挾犬惓．a(chǎn)生的成品寬度封鎖。

通過提高SP定寬機(jī)導(dǎo)位對中夾持力，保證板坯被平行夾持，導(dǎo)位夾持在最小位置保持1 s，達(dá)到夾持力反饋值后，將導(dǎo)位磁尺檢測的導(dǎo)位開口度作為板坯熱尺的實(shí)際寬度值。SP定寬機(jī)導(dǎo)位寬度測量的行程曲線如圖3所示。

圖2 SP定寬機(jī)導(dǎo)位寬度測量操作臺畫面Fig.2 Console Screen for Width Measurements on SP

圖3 改進(jìn)前后SP定寬機(jī)導(dǎo)位寬度測量的行程曲線Fig.3 Stroke Curves of Guide Width Measurements of SP before and after Improvement

2.2 優(yōu)化立輥軋機(jī)標(biāo)定方法

粗軋立輥軋機(jī)的初始輥縫和校驗(yàn)輥縫對成品寬度有決定性影響。

立輥軋機(jī)標(biāo)定方式示意圖見圖4。

原立輥軋機(jī)標(biāo)定方法，立輥標(biāo)定輥縫測量值SD為：

式中，SD為立輥標(biāo)定輥縫測量值；d1為延伸條測量值；d2為延伸條與立輥輥面的最小值；D為立輥輥徑。

原立輥軋機(jī)標(biāo)定方式將輥面至延伸條的測量值作為標(biāo)定值，立輥軋機(jī)孔型槽底的磨損最為嚴(yán)重，如果軋輥材質(zhì)中組織不均勻，那么磨損的程度也會出現(xiàn)較大的差別[4]，從而存在明顯缺陷，導(dǎo)致尋找延伸條與輥面的最小值的人為誤差大，同時(shí)設(shè)備磨損也會造成初始輥縫偏差較大。

優(yōu)化后的立輥軋機(jī)標(biāo)定方法，立輥標(biāo)定輥縫測量值SD為：

式中，d3為延伸條中心線與立輥中心的測量值。

通過對設(shè)備的考量評估，在軸承上找到立輥中心線，通過輔助工具即可完成對數(shù)值的測量，且測量方便，數(shù)值準(zhǔn)確，安全系數(shù)高。

圖4 立輥軋機(jī)標(biāo)定方式示意圖Fig.4 Schematic Diagram of Calibration Method for Vertical Rolling Mill

2.3 優(yōu)化二級程序控制

（1）統(tǒng)一帶鋼寬度控制標(biāo)準(zhǔn)。立輥使用過程中由于磨損，其表面狀態(tài)、輥徑和輥槽寬度不斷變化[5]，可通過手動修正寬度余量解決。原有標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)鋼種要求設(shè)置了不同的寬度余量，控制中需要人為不斷地改變控制余量。通過區(qū)分鋼種規(guī)格，修改系統(tǒng)余量，固定操作人員的控制余量，避免發(fā)生人為錯(cuò)誤，二級系統(tǒng)寬度控制優(yōu)化表如表1所示。

表1 二級系統(tǒng)寬度控制優(yōu)化表Table 1 Optimization Table for Width Control by Level 2 System

（2）優(yōu)化粗軋二級寬度數(shù)學(xué)模型。考慮到精 軋機(jī)在軋制薄材、難軋材時(shí)的張力控制情況，優(yōu)化粗軋立輥E1/E2階躍響應(yīng)速度、頭尾短行程量。測量現(xiàn)場實(shí)際帶鋼窄尺位置、長度后，按照體積不變定律L1*B1*H1=L2*B2*H2，計(jì)算板坯粗軋立輥軋制時(shí)各道次咬入前的頭部窄尺位置，根據(jù)PDA曲線分析立輥頭尾短行程階躍響應(yīng)的速度及短行程的動作量，依據(jù)計(jì)算出的頭部窄尺位置優(yōu)化立輥階躍響應(yīng)速度、頭部短行程量，保證精軋頭部軋制時(shí)有足夠的寬度余量，降低因頭部拉鋼造成的寬度拉窄量。例如，根據(jù)原理反推Q235B鋼種頭部窄尺情況如圖5所示，根據(jù)成品寬度實(shí)際測量值推算生產(chǎn)時(shí)寬度余量與時(shí)間的模型如圖5（a），大致分為-8 mm、-5 mm、-5 mm、-2 mm四個(gè)拉鋼階段，針對4個(gè)階段對AWC（自動寬度控制）進(jìn)行控制，1點(diǎn)余量為18 mm，2點(diǎn)余量為15 mm，3點(diǎn)余量15 mm，4點(diǎn)余量12 mm直至正常寬度余量10 mm，如圖 5（b）。

圖5 Q235B頭部窄尺余量控制情況Fig.5 Narrow-gauge Margin Control of Q235B Head

（3）優(yōu)化精軋前滑二級數(shù)學(xué)模型。根據(jù)一級、二級實(shí)時(shí)反饋數(shù)據(jù)分析各機(jī)架間穿帶時(shí)活套角度的變化，發(fā)現(xiàn)帶鋼頭部的相應(yīng)位置出現(xiàn)窄尺的原因是由于某機(jī)架間的張力過大，活套角度過低造成拉鋼。根據(jù)不同的支撐輥和工作輥周期的數(shù)據(jù)，適當(dāng)調(diào)整前滑的二級模型學(xué)習(xí)值，在保證軋制穩(wěn)定的前提下，減小機(jī)架間張力,減少穿帶時(shí)因秒流量不匹配造成的拉窄風(fēng)險(xiǎn)[6]。例如軋制Q235B薄材時(shí)穿帶速度較快，易發(fā)生活套挑套的風(fēng)險(xiǎn)，將前滑值降低約0.2%，可避免帶鋼頭部拉鋼造成的窄尺問題。

（4）優(yōu)化精軋各機(jī)架軋制力計(jì)算參數(shù)。機(jī)架間活套角度取決于軋機(jī)速度和本架軋機(jī)的出口厚度，二級數(shù)模設(shè)定的輥縫精度決定了各機(jī)架的出口厚度精度。二級數(shù)模軋制力的計(jì)算值直接影響軋機(jī)輥縫的設(shè)定，提高軋制力二級數(shù)模的計(jì)算精度，也就相應(yīng)的提高了軋機(jī)輥縫設(shè)定的精確度，保證機(jī)架間活套的角度，降低拉鋼風(fēng)險(xiǎn)。

（5）優(yōu)化粗軋區(qū)域立輥E1、E2寬度模型。將E1第一道次的壓下率減小5%，能夠防止立輥壓下量過大造成的尾部上翹問題，再將減小的壓下率分?jǐn)偟紼1第三道次3%、E2第一道次和第三道次各1%，以減少尾部超寬缺陷。

2.4 優(yōu)化生產(chǎn)組織模式和設(shè)備狀態(tài)

（1）優(yōu)化窄規(guī)格的生產(chǎn)計(jì)劃。當(dāng)成品寬度小于950 mm時(shí)，SP定寬機(jī)測壓量不大于150 mm，以防止側(cè)壓后因板坯變形不滲透造成的板坯尾部變形不均勻，減少尾部超寬缺陷。鞍鋼1580熱軋線窄規(guī)格原料計(jì)劃匹配模型如表2所示。

表2 鞍鋼1580 mm熱軋線窄規(guī)格計(jì)劃匹配模型Table 2 Narrow Gauge Plan Matching Model for Ansteel 1580 mm Hot-rolling Line

（2）優(yōu)化設(shè)備功能投入狀態(tài)。原設(shè)計(jì)的SP定寬機(jī)上導(dǎo)向輥在SP定寬壓力機(jī)側(cè)壓量小于150 mm時(shí)不投入使用。在軋制成品寬度小于950 mm時(shí)，為了控制窄規(guī)格后半部上翹問題，并將這一限制解除，將導(dǎo)向輥的壓力值由原設(shè)計(jì)時(shí)10MPa增加到12MPa，并保持恒定，以防板坯尾部變形不均，造成上翹現(xiàn) 象，SP定寬機(jī)測壓量調(diào)整前后對比如圖6所示。

圖6 SP定寬機(jī)測壓量調(diào)整前后對比Fig.6 Comparison of Pressure Measurements of SP before and after Adjustment

3 優(yōu)化后取得的效果

優(yōu)化后的技術(shù)措施在鞍鋼1580熱連軋生產(chǎn)線上投入使用后，取得了良好的效果。寬度問題及采用措施的前后效果對比如表3所示，從表中可以看出，產(chǎn)品寬度精度總封鎖率由1.9%下降至0.505%。

表3 寬度問題及采用措施的前后效果對比Table 3 Fault in Width and Effect Comparison before and after Adoption of Measures

4 結(jié)論

（1）影響鞍鋼1580熱軋生產(chǎn)線寬度精度的主要問題是：整卷超寬或超窄、頭部窄尺和尾部超寬。主要影響因素是：來料尺寸精度、設(shè)備標(biāo)定精度、二級數(shù)據(jù)模型和生產(chǎn)組織模式。

（2）通過研發(fā)SP定寬機(jī)導(dǎo)位寬度校驗(yàn)程序、優(yōu)化立輥軋機(jī)標(biāo)定方式、調(diào)整二級數(shù)學(xué)模型、優(yōu)化生產(chǎn)組織模式和設(shè)備狀態(tài)，有效解決了鞍鋼1580熱軋生產(chǎn)線生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的寬度精度異常問題。

（3）通過對寬度精度進(jìn)行優(yōu)化，產(chǎn)品寬度精度封鎖率由1.9%下降至0.505%，產(chǎn)線寬度精度得到了很大提升，降低了產(chǎn)線成本。