1 780mm熱連軋厚規(guī)格窄斷面小凸度控制研究與實踐

萬國喜 陳 全 徐夏冰

（安陽鋼鐵集團有限責任公司）

0 引言

商用汽車行業(yè)發(fā)展的越來越快，隨之而來的市場競爭也更加嚴峻，汽車輕量化理念逐漸深入人心，為此對輕量化汽車板材專業(yè)化的需求也日趨增加，比如剎車鼓專用鋼、車輪專用鋼、橋殼專用鋼等，這也對生產(chǎn)汽車板的廠家在產(chǎn)品的尺寸外形、均勻性、成型性能、焊接性能等方面提出了較高的要求，也對操作人員的操作技能和控制水平提出了更高的要求，這些高標準的要求導致生產(chǎn)中凸顯出了一些制約生產(chǎn)和影響生產(chǎn)的因素，安鋼1 780 mm 熱連軋在生產(chǎn)10～16 mm 的1 200 mm 窄斷面制動鼓專用鋼時，帶鋼的凸度儀顯示波動較大（130～300 μm），發(fā)往用戶后實際測量的寬度方向上邊部和中間厚度的差值最大可到0.23 mm，造成制動鼓旋壓冷成型后拉伸高度不一致，嚴重影響了用戶的生產(chǎn)效率和成材率指標。目前，由于自由程序軋制技術(shù)及AGC 系統(tǒng)的不斷完善，板帶的縱向厚度控制精度越來越高，但仍存在橫向厚度問題[1]。

熱連軋機組具有軋制寬度范圍大、軋制規(guī)格品種多、軋制單位編排復雜等特點，同時板形調(diào)控方法對板形的影響不是完全的正相關(guān)性，也沒有唯一性，為軋機的板形控制帶來了難題[2]。針對這個問題，筆者主要從一般影響熱軋帶鋼凸度的主要因素，結(jié)合安鋼 1 780 mm 熱軋廠的實際生產(chǎn)情況，分析了橫向凸度大產(chǎn)生的主要原因，采取了優(yōu)化軋制計劃編排、精軋CVC 工作輥型和支撐輥輥型等有效控制措施，極大地改善了超厚規(guī)格窄斷面鋼卷的橫向凸度大的問題，為順利生產(chǎn)超厚規(guī)格窄斷面的制動鼓產(chǎn)品提供了有力的保障。

1 1 780 mm 熱連軋機機型配置

安鋼1780 產(chǎn)線熱連軋機的機型配置采用了國內(nèi)常用機型，即CVC ＋SFR 軋制模式（如圖1所示），可以根據(jù)需要選擇全機架CVC 軋制方法，也可以根據(jù)需要在精軋機的下游選擇常規(guī)輥形，以實現(xiàn)自由軋制的要求。目前，7 架連軋配置的是F1-F4 機架，采用CVC 輥型+竄輥負責斷面形狀控制，F(xiàn)5-F7 為常規(guī)輥型+竄輥的方式，負責帶鋼平直度控制。

圖1 1780 熱連軋機機型配置

2 影響熱軋板帶凸度的因素

作為板形橫向典型指標的板凸度和縱向典型指標的板平直度之間的關(guān)系密切，板平直度的控制最終還要歸結(jié)到板凸度的控制上，如何控制好板凸度是解決板形控制問題的關(guān)鍵，為獲得良好的板形，要求帶鋼橫向有均一的延伸，帶鋼軋前與軋后的斷面各處尺寸的比例恒定，即良好的板形條件為帶材軋前比例凸度必須等于軋后比例凸度[3]。但在熱軋生產(chǎn)中，由于軋件橫向流動的影響較大，即使來料的斷面形狀與承載輥縫不相匹配，也有可能不會導致軋后的板形缺陷，故而，在實際軋制時可以根據(jù)產(chǎn)品凸度方面的要求進行軋件凸度的修正，允許有一定程度的比例凸度變化。

在軋制過程中，軋制力使軋輥產(chǎn)生彈性變形，形成負載輥縫，帶鋼的斷面形狀取決于負載輥縫的形狀。影響負載輥縫的因素主要有軋制負荷、彎輥力、軋制計劃編制、軋輥磨損、帶鋼邊緣降、楔形也對板凸度有一定的影響[4]。

2.1 軋制負荷影

軋制負荷是影響板凸度的主要因素。軋制負荷與軋輥撓度具有線性關(guān)系，輥系變形隨軋制負荷的變化而變化，從而使板凸度發(fā)生變化。結(jié)合安鋼精軋機組F2～F7 機架負荷變化對板凸度的影響來看，最終板凸度隨F7、F3 機架負荷的增大而增大，隨F2、F4、F5、F6 及F7 機架負荷的增大而減小，且F5、F6 和F7 的負荷變化對板凸度的影響較大[4]。終軋溫度是指熱軋板帶離開最后一道精軋機時的溫度，其不僅對最終產(chǎn)品的晶粒尺寸和性能有較大影響，也同時對板凸度的控制影響也較大。從實際生產(chǎn)情況來看，隨著終軋溫度的升高，帶鋼的變形抗力下降，軋制力降低，同時AGC 上抬，F(xiàn)7 機架負荷降低，板凸度變小。通常來說，軋制同種鋼種同一規(guī)格時，軋制的產(chǎn)品規(guī)格寬度越寬，軋制負荷越大，但軋件寬度越寬，CVC 板形的改變能力越強，軋件寬度越窄，CVC板形的改變能力越弱，如圖2 所示。

圖2 CVC 調(diào)控能力與軋件寬度變化關(guān)系

2.2 彎輥力

在帶鋼軋制過程中，利用工作輥的彎輥抵消工作輥撓曲產(chǎn)生的帶鋼凸度，是控制板形和平直度最基本的方法。由于軋輥直徑直接影響軋機的剛度和工作輥的撓曲程度，同時單位寬度軋制力及壓下量的變化對工作輥彎輥力有較大的影響，因此，在建立彎輥力對帶鋼凸度影響率計算模型時，應考慮軋輥直徑、單位寬度軋制力及壓下量對工作輥彎輥力影響率的綜合影響[5]。

軋制熱凸度隨彎輥力的增大而減小，末架彎輥力的調(diào)整范圍小于中游機架。F7 機架彎輥力減小到一定軋制力時會出現(xiàn)雙邊浪，增大到某個臨界值時會出現(xiàn)中間浪，一般調(diào)整范圍不大。軋制不同寬度軋件時彎輥力對板凸度的影響也較大，一般認為，隨著軋件寬度的增大，彎輥力對板凸度的影響變大；當軋件寬度相同時，彎輥力越大，板凸度越小，當彎輥力增大到一定程度時，板凸度減小趨勢變緩。

有害接觸區(qū)是常規(guī)的四輥軋機中導致板形惡化和降低軋機抗板形干擾能力的直接原因。帶鋼寬度不同，輥間有害接觸區(qū)的長度不同，其輥縫的橫向剛度也不同，有害接觸區(qū)的應力尖峰使得板寬邊部區(qū)域的軋輥過度彎曲，使得邊部減薄增加，造成近邊部的高次斷面形狀問題。

邊部應力的增加同時使彎輥力的效力明顯減小，軋件寬度越寬，彎輥的調(diào)節(jié)能力越強，軋件寬度越窄，彎輥調(diào)節(jié)能力越弱，這也是窄斷面軋件凸度控制的難點之一。彎輥調(diào)節(jié)能力與寬度變化的關(guān)系如圖3 所示。

圖3 彎輥調(diào)節(jié)能力與寬度變化的關(guān)系

2.3 軋制計劃編排

軋制計劃主要影響軋輥的熱膨脹，一般一套新輥上機后，隨軋制的進行，軋輥熱凸度逐漸形成。通過觀察發(fā)現(xiàn)：在軋制該產(chǎn)品時，開軋前6 塊帶鋼各點的凸度值變化均較大，尤其是在軋制第1 塊帶鋼時，凸度值波動較大；在第7～12塊帶鋼軋制中，除頭尾外，帶鋼各點凸度值的變化范圍減小；在軋制第13～15 塊帶鋼時，帶鋼的凸度值較小，說明這個時候軋輥的熱凸度基本形成。軋制節(jié)奏也會影響軋輥的熱凸度，實際生產(chǎn)表明：在停軋停冷卻水的過程中，軋輥逐漸冷卻，熱凸度減小慢。因此，每次停軋后第1 塊帶鋼的凸度均較大，而后隨著軋制的進行凸度逐漸減小。當未停冷卻水時，軋輥冷卻較快，熱凸度減小快。

2.4 軋輥磨損

軋制時，工作輥與軋件、工作輥與支撐輥之間均存在磨損，且隨著軋制公里數(shù)的增加，軋輥磨損和不均磨損程度均會加重。根據(jù)西巴金等的研究[2]，在熱軋帶鋼軋機上難以建立帶鋼凸度和軋輥磨損間的直接關(guān)系，但軋輥磨損嚴重影響著帶鋼的凸度和邊部減薄。由此可見，軋輥磨損量隨著軋制公里數(shù)的增加而變大，沿輥身方向磨損不均勻且出現(xiàn)偏磨現(xiàn)象。與軋件邊部接觸的輥身磨損量大于中部，且出現(xiàn)明顯不規(guī)則磨損，直接影響軋件邊部形狀。

2.5 帶鋼邊緣降及楔形

帶鋼邊緣降和楔形的大小直接決定其橫斷面形狀，從而影響板凸度。板凸度隨著邊緣降的減小而減小，隨著楔形絕對值的減小而減小。

3 采取的措施

3.1 軋制計劃編排

生產(chǎn)10～16 mm 規(guī)格的制動鼓和車輪產(chǎn)品時，一是要求坯料盡可能采用直熱裝工藝，以降低在坯料短時快速加熱條件下的厚度方向、長度方向的溫度差，為后續(xù)降低軋制力波動奠定基礎；二是這些產(chǎn)品需要排在軋制計劃的第15～50 塊之間，保持軋輥的熱凸度的相對一致性；三是遇到短時的軋制事故時采用關(guān)閉機架冷卻水的方式，以此來減小熱凸度的變化。

3.2 CVC 輥型的改進

斷面形狀在對稱狀況下，一般可解析為二次方、高次方形狀。斷面形狀的解析如圖4 所示，帶鋼斷面形狀用有載輥縫減去其二次分量得到有載輥縫的高次分量，將其最高點與中點的差值定義為有載輥縫的高次方斷面形狀。熱連軋機的板廓控制問題，在采用有效板形控制理論、模型和軋輥形狀等方面，最終均反映在帶鋼的板形控制狀況上面，而輥形的控制與使用的機型、設定的軋制負荷和彎輥的正確與否直接相關(guān)。

圖4 斷面形狀的解析

CVC 輥型設計是根據(jù)產(chǎn)線設備參數(shù)和產(chǎn)品生產(chǎn)需要設計的，隨著生產(chǎn)實踐和產(chǎn)品拓展需要不斷實時修改，因此不存在一條曲線終身受用的情況。國內(nèi)多數(shù)廠家由于受限于技術(shù)能力，在發(fā)現(xiàn)CVC 設計問題后常常束手無策，成為制約生產(chǎn)的瓶頸問題。通過對安鋼改進前的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，CVC 竄輥位置的直方圖分布表現(xiàn)出明顯的凸度控制能力不足，如圖5 所示。F2—F4 機架竄輥分布整體偏正向，且在正向最大位有一定數(shù)量分布，這表明CVC 正向凸度控制能力不足。

從圖5 可以看出，正向竄輥極限位置的鋼種規(guī)格正是厚規(guī)格窄斷面冷成型鋼，由于CVC 凸度調(diào)控能力隨著寬度變窄而銳減。因此，需要對CVC 輥型進行改進，而且要考慮所有的軋制規(guī)格和品種均適用。經(jīng)過分析，制定了凸度控制中心點偏移+增加幅度的改進方案，具體如圖6、圖7 所示。

圖5 CVC 改進前F2、F3、F4 的竄輥分布情況

圖6 精軋機工作輥CVC 曲線

圖7 CVC 竄輥位置/寬度控制凸度能力分布

對改進后一個月內(nèi)所有規(guī)格和鋼種的竄輥位置進行統(tǒng)計，結(jié)果如圖8 所示。機架竄輥在正向和負向兩個極限位置已經(jīng)基本沒有分布，表明竄輥位置不再受限竄輥能力得到顯著改善。

圖8 改進后F2，F(xiàn)3，F(xiàn)4 的CVC 竄輥位置分布情況

3.3 支承輥輥型的改進

CVC 改進前后的橫斷面形狀均包含二次斷面形狀和高次斷面形狀，在CVC 能力擴展后，二次斷面形狀得到控制，但高次斷面形狀未有明顯改善，高次板形缺陷仍會顯現(xiàn)出來，總的凸度仍然較大。高次橫向厚差主要集中在距端部100 mm 左右位置，也即通常意義上的邊部降問題。通過對支撐輥輥型進行了優(yōu)化可以有效改善高次板形缺陷問題，支撐輥輥型改進方式如圖9 所示。通過優(yōu)化改進支承輥輥型可以提高下游機架輥縫柔性及剛性，減少有害接觸區(qū)，彎輥力調(diào)節(jié)斷面形狀的能力，同時提高輥縫的柔性，減少因板寬變化造成的邊部高次斷面形狀變化，改善高次斷面形狀。

圖9 BCR 輥型設計

通過不同寬度下的凸度變化狀況，可以對軋機的輥縫剛性進行評價。分別選取改進前后的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，通過不同寬度斷面下的厚度平均值觀察對應規(guī)律。改進前、后鋼卷凸度隨寬度的變化規(guī)律以及改進BCR 前后彎輥調(diào)節(jié)能力對比分別如圖10 和圖11 所示。

從圖10 和圖11 可以看出，（1）改進前軋件凸度隨著軋制寬度的增加而急劇減小，改進后軋件凸度和寬度的負相關(guān)對應關(guān)系已經(jīng)大幅弱化，輥型改進后軋機剛度得到大幅提高。（2）改進后F5—F7機架的彎輥力分布頻率比改進前的高出近一倍，集中度顯著提高，明顯呈現(xiàn)收斂狀態(tài)，這表明支承輥改進后使得彎輥力效力大大改善。

圖10 鋼卷凸度隨寬度的變化規(guī)律

圖11 改進BCR 前后彎輥調(diào)節(jié)能力對比

4 結(jié)論

（1）控制好板凸度是解決板形控制問題的關(guān)鍵，即要求帶鋼橫向有均一的延伸，帶鋼的軋前與軋后斷面各處尺寸比例恒定。

（2）軋制不同寬度軋件時，彎輥力對板凸度的影響會隨著軋件寬度的增大而變大；當軋件寬度相同時，彎輥力越大，板凸度越小，當彎輥力增大到一定程度時，板凸度的減小趨勢變緩。

（3）有害接觸區(qū)是常規(guī)的四輥軋機中導致板形惡化和降低軋機抗板形干擾能力的直接原因。有害接觸區(qū)的應力尖峰使得板寬邊部區(qū)域的軋輥過度彎曲，使得邊部減薄增加，造成近邊部的高次斷面形狀問題。

（4）如果只對F2—F4 的CVC 改進，在二次凸度得到控制后高次板形缺陷問題會顯現(xiàn)出來，為此需要對相應的支承輥輥型進行優(yōu)化。

（5）通過采用直熱裝、軋制里程的限制在50塊以內(nèi)、故障時關(guān)閉精軋機架冷卻水、改進F2—F4 的CVC 輥型、優(yōu)化支承輥輥型等措施的聯(lián)合實施可以降低厚規(guī)格窄斷面的橫向凸度波動。