板形控制技術在萊鋼4300mm寬厚板生產中的創新與應用

摘 要：介紹萊鋼銀山型鋼有限公司4 300 mm產線板材板形控制技術的經驗及應用，板帶產品板形問題直接影響后工序及用戶生產，是軋制領域關注的重點問題。鋼板軋制過程中主要產生鐮刀彎、邊浪、中浪、厚規格翹頭尾、桶形等問題，通過采取一系列控制技術，提出了解決產線板形各種問題的措施，效果明顯。

關鍵詞：中厚板;板形;鐮刀彎;浪形

Abstract：This article introduces the experience and application of plate shape control technology on the 4300mm production line of Laigang Yinshan Steel Co.， Ltd. The plate shape problem of plate and strip products directly affects the subsequent process and user production， and is a key issue of concern in the rolling field. During the steel plate rolling process， problems such as sickle bending， edge waves， middle waves， thick gauge warping， and barrel shape are mainly generated. Through a series of control technologies， measures have been proposed to solve various problems in the shape of the production line， and the results are obvious.

Key words： medium thick plate;plate shape;camber;wave shaped

0 前 言

萊鋼銀山型鋼公司板帶廠中厚板產線是國內裝備技術水平領先的寬厚板生產線。主體設備和技術從奧鋼聯、西門子引進，生產線采用國際領先的設計理念和裝備技術、世界最先進的除鱗系統、高精度自動厚度控制技術、平面形狀控制技術、MULPIC加速冷卻技術，年設計生產能力150萬 t，熱處理能力36萬t/a，產品規格（6 ～ 140）mm×（1 500 ～ 4 100）mm×（3 000 ～ 24 000）mm。主要設備及工藝流程如圖1。

設備自動化程度高，關鍵工藝技術水平有：

1）加熱爐最佳化燃燒控制模型，確保鑄坯溫度均勻性控制在±15 ℃以內。

2）除鱗壓力達到32 MPa，為目前世界范圍內最高壓力水平，確保了高表面質量鋼板生產。

3）高精度和快速動態響應的液壓自動厚度控制、PVPC平面形狀控制、工作輥彎輥系統等技術，確保良好的板形及厚度精度控制，50mm以下厚度規格鋼板厚度精度控制在±0.1mm以內達95%以上。

4）MULPIC水凸度控制、頭尾遮擋、邊部遮擋等技術得到應用，確保了鋼板冷卻均勻性。

5）擁有國內最為齊全的寬厚板熱處理設備，采用凈化除塵脫硫焦爐煤氣熱值穩定，氮氣保護無氧化輻射管式加熱方式，鋼板溫度均勻性控制在±3 ℃以內，確保了良好的產品均勻性 。

6）板帶廠建設有寬厚板物理試驗室，占地面積7 000 m2，2006年通過了國家認可委員會（CNAS）的認可，成為國家級實驗室，主要檢驗項目有常規拉伸、高溫拉伸、Z向拉伸、常規沖擊、時效變形沖擊、彎曲、落錘、硬度、金相組織等十余種。

1 存在問題

萊鋼4 300 mm寬厚板生產線雖然整體裝備水平較較高，由于實際生產經驗不足，鋼板板形與先進廠家相比存在一定差距，板形控制主要是凸度和平直度的控制，板帶產品板形問題直接影響后工序及用戶生產，是軋制領域關注的重點問題。產線品種多，強度及性能差異大，現場對各產品板形缺陷產生的機理不明，單純的軋制工藝改進不能有效發揮作用，因此板形質量問題較為嚴重，用戶質量投訴及異議較多，現已成為突出的質量問題。板形差導致切邊量大，平直度問題主要是薄規格鐮刀彎、浪形以及厚規格頭尾翹等，這些板形問題將影響生產線成材率提高。

2 原因分析及控制方法

鋼板軋制過程中主要產生鐮刀彎、邊浪、中浪、厚規格翹頭尾、桶形等形狀，針對這些問題找出相應的原因并制訂相應的措施。

2.1 溫度的影響

坯料溫度加熱不均，變形抗力不一致，在后序的軋制過程中鋼板變形不均勻，導致鋼板板形不良。采取的措施是：首先，加熱爐采用二級模式燒鋼，保證軋件出爐溫度的均勻性，并每日檢查溫度情況，形成合理的制度，其次，在軋制過程中上工作輥冷卻水漏到鋼板表面，造成溫降快，對板形影響較大。針對此情況對擋水設施時行攻關，更改初始設計，使減小軋輥冷卻水流到鋼板上。

2.2 壓下率的影響

合理分配軋制道次，確保末道次平直。根據軋制力與板形密切相關的理論，根據現有的工藝條件，通過合理分配道次負荷即可保證板形。制訂“精軋最少道次數”、“末道次最大軋制力”、“平整道次最大壓下量” 功能的使用規定，并優化壓化量參數。

2.3 輥型對板形造成的影響

通過研究軋輥磨損曲線以及輥型對凸度的影響，采用在線輥型優化，改善板形。目前四輥軋機的浪形控制手段，主要通過竄輥改善軋型，當竄輥滿足不了軋型需要時，板形則無法進行調整。為實現通過改善軋輥在線的輥型來改鋼板凸度情況，研究修改軋輥冷卻水模型，即將軋輥冷卻水分為三段，通過SV進行調節軋輥三側的冷卻水量，通過冷卻水量的大小來改善輥型，中間3 m及兩側使之能夠產生水冠形狀，從而可以有效的控制成品板形。

2.4 牌坊間隙對板形的影響

由于支承輥更換周期較長，給油量明顯不足，生銹現象嚴重，造成滑板磨損嚴重，實測間隙值大于設定間隙，并且經長時間的跟蹤發現設計間隙偏大，導致輥系處于不穩定狀態，在更換了埤坊滑板后，間隙達到了設定隙，但鐮刀彎并沒有大的改善，且變化仍無規律，給調整帶來很大的難度，后經長期的跟蹤和攻關，發現此輥系間隙設定偏大，由于輥系重量較大，轉動過程中存在著較大的慣性，工作輥兩端前后移動是非同步的，導致軋制過程中軋件兩側受力也是非同步的頻繁波動，進而對輥系產生沖擊，加劇了輥系的不穩定性。工作輥在前后移動的同時，也存在著上下位移，形成軋件的厚差波動，尤其軋高強度鋼難度更大，就要控制好鐮刀彎，提高整體板形，一定要確保輥系的穩定性。我們通過在軸承座加墊子的方法，來減小埤坊與軸承座的間隙，保證滑板間隙理論值工作輥位置在1.5 mm左右，支撐輥位置在2 mm左右，通過滑板間隙的調整鐮刀大大減少。軋輥傾斜是消除板材軋制過程中鐮刀彎的常用手段[1]，對此也進行了調試研究，效果良好。

2.5 PVPC技術對板形的影響

受原料的影響，寬厚板廠軋制的坯料很多情況下是展寬比較大，但此種情況帶來的問題是鋼板頭尾窄 ，經測量展寬比大于2的鋼板，頭尾能窄70 mm以上，這種鋼板頭尾兩個子板經常切不出來，只能改尺，造成較大的浪費。研究PVPC（平面形狀控制）原理，即PVPC是指在成形或展寬前一道次將鋼板長度方向厚度軋制成帶梯度的，轉鋼后厚度方向上的不均勻補償寬度方向的缺失。PVPC控制模式一般分為自動模式和人工模式，在自動模式下，PVPC模型根據板坯、成品規格及模型設定參數自動計算出板坯軋制方向上的板厚分布曲線，由轉鋼厚度計算展寬完成的鋼板長度和寬度方向上的邊部形狀（不考慮用PVPC 效果），根據計算出的邊部形狀來計算最后道次軋制方向的板厚分布，從而確定PVPC厚度曲線。但是自動PVPC滿足不了現場需要，我們著手研究人工PVPC的應用， 手動模式下，根據HMI設定，驗證二級計算的內部長度和外部長度比例。壓下量選擇：-0.5 mm，相同規格的3支原料，分別設定成型階段內、外部長度比例為60%、85%；70%、90%和80%、90%。根據二級計算的7個點的位置，人工計算的比例與設定比例相同。針對此情況增加成型階段的壓下量，以此來提高成型階段軋制力；降低成型階段軋制速度，使液壓缸能有充足的時間打開輥縫；保持粗軋機兩側輥縫平行；保證板坯厚度PDI數值的準確性。根據上述研究，制定了PVPC關鍵參數的設定要求，以防止出現軋前轉鋼。同時還發現在手動模式下，單閥HGC跟隨能力不夠，也會導到尾部窄的情況，原因是由于HGC液壓缸是單向傳動，在板坯頭部壓下階段時，由液壓進行傳動，HGC跟隨性能較好。而在板坯尾部抬起階段，液壓缸靠自身重力及實際軋制力打開輥縫，速度較慢，跟隨性較差，造成成型階段尾部厚度比設定值薄，會造成尾部寬展量不足。針對此情況規定在軋制展寬比大的鋼板，要降低粗軋速度，并同時使作2個閥，這樣HGC即可以有足夠的時間來調整，還可以增加調整速度。

2.6 厚板扣翹頭原理

合理調節SKI值，通過改變上下輥速差來控制頭尾翹曲。SKI為雪橇軋制，即調整上下輥輥速差來控制鋼板的翹頭扣頭。從理論上講，異速軋制能有效改善頭部形狀。我廠主電機采用單獨傳動，如果V上＞V下，則SKI值為負值，避免鋼板翹頭；如果V下＞V上，則SKI值為正值，使鋼板翹頭。根據現場工藝情況委托自動化將SKI可調節的長度做了修改，即每道次都可選擇可調節長度，SKI調節根據現場實際鋼板形狀來調節。

3 操作技巧

在鋼板軋制過程中，根據輥縫設定、負荷分配、板形狀況、軋輥狀況和軋制的穩定性等實際情況，總結操作技巧，實施模型工藝參數快速調整，保證軋制出板形合格的鋼板。

3.1 調整負荷分配方法

根據模型計算的各道次軋制力大小，通過調整末道次最大軋制力、最少軋制道次數、拋鋼方向選擇和道次負荷修訂等參數，來實現最佳的負荷分配。薄規格末道軋制力一般控制在3 500 ～ 4 200 t，軋制道次6 ～ 8道，拋鋼方向正常為上游拋鋼。通過這些調整來保證各道次負荷分配合理，軋制穩定。

3.2 浪形調整方法

根據所軋鋼板浪形情況做如下調整：出現中間浪時，適當增加末道次軋制負荷，取末道次軋制負荷上限，將末道軋制力控制在4 500 t左右，同時可以適當增加軋輥中心區冷卻水量，將水壓控制在9 bar左右；出現雙邊浪時，適當減小末道次軋制負荷，取末道次軋制負荷下限，將軋制力控制在3 200 t左右，同時可以適當減小軋輥中心區冷卻水量，將水壓控制在7 bar左右；出現單邊浪時，根據所軋制鋼板厚度和實際偏斜情況，適時快速、準確地進行輥縫單邊調整，目前一般調整最后兩個道次，原則勤調，少調。

3.3 推床開口度調整

鋼板在軋制過程中，控制有鋼板側推床離鋼板距離適中，恰當好處，以保證鋼板對中性，一般將入口推床設為50 ～ 80 mm，拋鋼側推床設為500 ～ 600 mm。

3.4 相關參數的調整

竄輥和彎輥選擇自動，入口、出口拋鋼距離的調整，入口一般選擇2 m，出口選擇1.5 m。輥道和軋機速度匹配比率調整，一般選擇1.1。薄規格精軋區輥道和導疏冷卻水選擇關閉，精軋除鱗選擇第一道次除磷。

4 結 語

通過各種板形控制策略的實施，萊鋼4 300 mm寬厚板生產線板形不合造成的改尺率大幅下降，板形得到大的改善，因板形不合造成的改尺率由以前的0.70%降低到0.20%。厚規格翹頭尾的廢判支數大為減少。厚規格頭尾翹曲變形極大改善，實現了零判廢的目標。

參考文獻

[1] 祝夫文，李月英.中厚板軋制過程中鐮刀彎自動檢測及控制數學模型[J].寬厚板，2023，29（2）：45-48.

第一作者：李子高，男，50歲，高級技師

收稿日期：2024-06-18