冷軋基板軋制頭部拉窄問題及改進措施

張繼國 呂苗苗

（河北鋼鐵集團唐鋼公司）

0 前言

熱軋產品的寬度精度是熱軋帶鋼質量的重要指標，精準的寬度控制不僅可以提高產品的成材率，而且將給熱軋下游客戶及后道工序創造更好的生產條件，目前唐鋼1 580 mm熱軋機生產線在生產薄規格帶鋼過程中存在帶鋼頭部拉窄質量問題，導致下游客戶增加切損，毛邊切不凈，成材率降低，增加了客戶的生產成本。筆者介紹了唐鋼1 580 mm熱軋生產線卷取區域針對帶鋼頭部拉窄質量問題展開的技術攻關，使帶鋼頭部寬度精度得到顯著提高，保證了公司的產品質量信譽。

1 1580軋線設備組成及產品缺陷介紹

1 580 mm熱軋帶鋼生產線于2008年8月建成投產，主要由2座步進式加熱爐、1架帶立輥的4輥可逆粗軋機組、1套熱卷箱、1套轉鼓式飛剪、7機架4輥不可逆式精軋機組、2臺地下式卷取機等裝備組成，軋線配有粗軋后測寬儀、精軋后測厚儀、凸度儀、平直度儀和表檢儀等大型儀表。主軋線設備及大型儀表布置如圖1所示。

圖1 1580熱軋帶鋼生產線設備布置

1 580 mm熱軋生產線產品結構以普通碳素鋼、冷軋基板、低合金鋼以及汽車鋼為主，其中冷軋基板占比35%左右。近期在生產薄規格冷軋罩退鋼產品時，發現帶鋼成卷后在帶鋼頭部100～120 m處有不同程度的寬度拉窄現象（如圖2所示），拉窄范圍一般在5～20 mm左右，嚴重時可拉窄20 mm以上。冷軋基板帶鋼頭部局部產生拉窄，不僅影響了產品的寬度控制精度，而且會造成下游客戶帶鋼切邊量增加、成材率降低、毛邊切不凈等問題，導致在冷軋后續生產過程中會出現卡阻或斷帶等情況，嚴重影響客戶的生產效率[1]。

圖2 冷軋鋼卷端面情況

客戶針對帶鋼拉窄質量問題曾多次提出質量異議，因此產生了大額的質量異議索賠。為了有效改善帶鋼頭部拉窄的情況，通過增加控制目標寬度的方法，保證了用戶切邊切凈，但卻進一步增加了客戶的切邊量，降低了客戶的成材率，客戶對此方法意見較大。因此，必須對帶鋼頭部產生拉窄的原因和影響因素進行全面分析排查，并制定相應有效的控制措施，徹底解決了寬度拉窄問題，提高了產品的寬度控制精度。

2 帶鋼拉窄現象

2.1 帶鋼拉窄位置

通過客戶反饋及現場跟蹤調查，確定在距離帶鋼頭部位置100～120 m處有拉窄問題，不同的卷取機卷取的帶鋼頭部拉窄位置有一定差別，且在精軋出口的寬度儀檢測曲線中沒有體現。因此，根據實測拉窄位置及現場設備位置布置進行推算，最終確定在層流冷卻的第二組集管前后出現拉窄，所以儀表檢查不出來。TDR-3BA材質，2.5 mm×943 mm規格的帶鋼實際測量寬度曲線如圖3所示。

圖3 拉窄實測帶鋼寬度曲線

2.2 帶鋼頭部產生拉窄的原因分析

帶鋼在卷取區域產生拉窄的主要原因是帶鋼穿帶過程中，在卷取機的卷筒建立張力的瞬間，卷取區域提供的張力達到了使帶鋼發生塑性變形的張力值，使帶鋼在層冷的高溫區產生局部拉窄問題。因此，可以把優化拉窄鋼種的層流冷卻模式和卷取張力的控制模式作為改進帶鋼頭部拉窄問題的分析方向。

2.2.1 層冷冷卻模式

從帶鋼頭部拉窄的原因分析來看，增加帶鋼的高溫區長度會減輕帶鋼拉窄的程度，帶鋼的高溫區是指層流冷卻模式的起始冷卻位置至F7出口大型儀表后的位置，因此，在保證卷取溫度的情況下，可試驗將拉窄鋼種層流冷卻模式的起始冷卻位置向后移，即可增加了帶鋼的高溫區長度。

2.2.2 卷取張力

帶鋼卷取過程中受到的總張力主要由三部分組成，包括夾送輥提供給帶鋼的正向張力、卷筒提供給帶鋼的正向張力和助卷輥提供給帶鋼的正向張力，即：T＝T夾＋T助＋T卷筒，帶鋼卷取過程的建張示意圖如圖4所示。

圖4 帶鋼卷取過程建張示意圖

由于助卷輥提供給帶鋼的張力很小，可忽略不計，夾送輥提供給帶鋼的張力主要是跟夾送輥的超前率和設定壓力有關，因此帶鋼所受到的張力主要來自于卷筒張力，所以要減小帶鋼受到的總張力主要是要減小卷筒給帶鋼提供的張力，可直接通過降低卷筒張力或者是將卷筒和夾送輥之間的張力進行轉移來降低卷筒給帶鋼提供的張力。因此，確定以降低卷筒張力為中心的方案來進行卷取控制參數的優化，從而達到控制卷取區域帶鋼拉窄的目的。卷筒張力參數的優化主要是優化卷取機卷筒的張力提升模式、適當降低卷筒超前率、優化卷取帶鋼頭部張力系數和適當降低夾送輥超前率，同時在保證帶鋼卷取過程穩定、帶鋼不起套的情況下，適當增大夾送輥的設定壓力[1]。

3 帶鋼頭部拉窄的控制改進

3.1 優化層冷冷卻模式

1 580 mm熱連軋生產線的層流冷卻系統的前3組層冷集管為超快冷卻段，中間4～15組層冷集管為稀疏冷卻，后3組層冷集管為精密冷卻。由于前3組層冷集管為超快冷卻段，所以帶鋼的冷卻速度快。因此，為減少其影響，在保證卷取溫度的情況下，可以將前7組層冷集管關閉，試驗使用第7組層冷集管以后的層冷水進行冷卻，利用中段集管稀疏冷卻，后端精密冷卻可利用中段7～15組集管層冷水，每間隔1組投入，后段集管精密冷卻進行卷取溫度準確調整。通過對SPHC-S系列和MRT系列鋼種進行試驗后，厚度2.75 mm以上規格的寬度明顯改善，拉窄從約120 m減少到100 m左右，但厚度2.75 mm以下規格的寬度改善不明顯。統計了同一卷取機軋制各厚度規格時，采用中段集管稀疏冷卻，后段精密冷卻后的寬度變化情況，具體見表1。

表1 試驗優化各厚度規格層冷冷卻模式對帶鋼頭部拉窄的對比

從表1可以看出，增加帶鋼的高溫區長度可以減少帶鋼拉窄的程度。

3.2 優化卷取相應參數，降低卷筒張力

參數優化前，卷取機卷筒的超前率和夾送輥的超前率設定值偏差較小，在卷取機卷筒建張時，卷筒產生的張力作用到帶鋼上較大。因此，把卷取機夾送輥的超前率適當減小，使其小于卷筒超前率，這樣在卷筒建張瞬間由卷筒產生的沖擊張力，絕大部分由夾送輥承受，從而達到了在卷取機卷筒和夾送輥之間進行張力轉移的目的[2]。

在不影響鋼卷卷形和帶鋼卷取過程穩定性的原則下，對卷取的工藝參數進行優化并分步實施，以達到降低卷筒張力的目的。通過試驗和摸索，對卷取區域的參數進行了優化，具體優化內容見表2。

表2 卷取工藝參數的優化

3.3 優化卷取機卷筒的張力提升模式

帶鋼在卷取機卷筒上建張瞬間產生的沖擊張力是導致帶鋼產生拉窄的主要原因。在卷筒建張的過程中，卷取的張力主要由卷筒的轉矩提供。因此，在帶鋼建張過程中將卷筒咬鋼前3圈時的轉矩降低到原設定值的50%，咬鋼三圈后再恢復到原設定值；將卷取機的卷筒轉矩設定為階梯形逐步增加模式，并適當優化張力提升的坡度，這樣既可以減小帶鋼頭部張力，又可以避免由于整卷張力小而造成松卷等卷形缺陷，并達到減緩建張瞬間對帶鋼的拉伸作用，解決帶鋼的拉窄問題[3]。

通過調查分析，在不影響帶鋼卷取穿帶過程的穩定性和鋼卷卷形質量的原則下，對卷筒建張過程的張力提升模式進行優化，并分步優化張力提升的坡度，以達到減少卷筒瞬間建張產生的沖擊力對帶鋼造成的拉窄問題。通過試驗和摸索，將卷取機卷筒的轉矩設定一個50%的臺階，當卷筒達到設定的50%轉矩后再進行轉矩提升，并將卷筒建張過程張力提升的時間由0.7 s增加到0.85 s，減緩張力提升的坡度，優化前后卷取卷筒建張過程的轉矩提升曲線如圖5所示。

圖5 優化卷取機卷筒轉矩控制模式前后的對比

3.4 對卷取操作人員培訓

除了對卷取機的工藝 控制參數、一級控制程序進行優化，固化和減少人工操作干預外，還需要針對帶鋼頭部拉窄制定卷取參數調整的反應計劃，并對崗位操作人員進行培訓，提高操作人員的寬度控制意識和能力，讓操作人員知道出現帶鋼拉窄現象時該如何處理。根據現場生產情況，在卷取區設備精度及穩定性不好、超低碳鋼生產、冷軋基板的碳成分波動較大等情況下都可能出現帶鋼頭部拉窄的問題。因此，卷取崗位操作人員如果能夠及時根據經驗對卷取機的控制參數進行調整，可以避免批量性帶鋼頭部拉窄問題鋼卷的產生。

4 拉窄問題控制的效果

通過優化卷取機的工藝控制參數、冷軋基板的層冷冷卻模式、卷取機的一級控制程序，提高崗位操作人員控制拉窄的能力，帶鋼的寬度尺寸精度得到了有效控制，解決了冷軋基板帶鋼頭部拉窄的質量問題。通過對下游客戶的質量跟蹤以及現場測量帶鋼頭部的實際寬度尺寸，均未發現拉窄的情況，現場測量優化前后TDR-2.5S鋼種、厚度2.0 mm×941 mm規格帶鋼的實際寬度控制情況，結果如圖6所示。

5 結語

通過對卷取區域產生冷軋基板頭部拉窄問題原因的調查研究，確定了冷軋基板產生帶鋼頭部拉窄的主要原因，并采取了優化冷軋基板的層冷冷卻模式，降低卷筒張力和提高操作人員控制拉窄能力等有效控制措施，完善了卷取崗位人員對發現產品出現異常問題的反應計劃，提升崗位人員的操作技能，有效改善了冷軋基板頭部寬度拉窄的質量問題，滿足了客戶對寬度尺寸精度的要求，提升了公司產品的寬度控制能力，保證了公司的產品質量信譽。

圖6 優化前后帶鋼的實際寬度控制情況