熱連軋高效工藝控制技術及應用

徐 寧，韓陶然

（天津市新天鋼聯合特鋼有限公司，天津 301500）

1 前 言

熱軋帶鋼是國家基礎建設的重要材料之一，具有韌性好、強度高、且易于成型等性能。部分熱軋帶鋼直接進行卷管、冷彎、沖壓等使用，其余則需要冷軋、熱處理等深加工，進一步提高帶鋼的尺寸和性能，具有廣泛地開發和利用價值。600 mm 以下帶鋼作為熱軋帶鋼的組成部分，是獨特的和不可替代的產品，相較于中寬帶，其不僅存在價格優勢，而且在裁剪過程中能節約部分物料，面對整個行業競爭日益激烈的局面，能為企業降低生產成本和提高效益。

600 mm 以下帶鋼主要生產群體為民營、混合所有制企業，全國產線60 多條，主要分布在天津、河北、山西、遼寧、云南，陜西、福建等地區。經調研，存在以下技術問題：（1）生產效率比較低下，帶鋼軋制速度9.0～16 m/s，日產量從2 000 t到6 500 t不等，沒有優化生產工藝充分發揮裝備潛能，不能高效化生產。（2）較低的尺寸精度，厚度差0～0.20 mm，寬度差0～8 mm，影響了后續帶鋼加工的質量，易造成下游客戶成材率偏低，如焊管時寬度不均，造成焊縫不齊或焊接不實等情況。（3）軋后冷卻裝置設置不合理，氧化鐵皮不能完全去除，致使下游廠家酸洗困難、成本上升等，力學性能不穩定，致使下游客戶的成本性能波動較大，出現不合格品。（4）加熱爐設備相對老舊，加熱能力有限且加熱質量較差，同時燃料消耗及污染物排放量也與先進設備存在較大差距。

2 全流程熱連軋高效工藝技術

2.1 高效除磷及控溫控軋技術

（1）在軋制過程，整個生產線首先需要經歷3次除鱗。首先為爐后除鱗裝置，然后為粗軋除鱗，最后為精軋除鱗。爐后除鱗壓力≥14 MPa，粗、精除鱗壓力≥8 MPa，保證氧化鐵皮有效去除[1］。

（2）控溫控軋技術。在正常生產過程中，控溫控軋的主要目的是獲得細小的奧氏體晶粒，從而提高鋼材各項性能指標。為了防止奧氏體晶粒長大，得到細小的珠光體、鐵素體組織，需要嚴格控制軋制溫度、各道次壓下量和軋制時間[2］。

2.2 粗軋過程的組織控制技術

粗軋包括E1-E3 三道次立輥和R1-R5 五道平輥。粗軋在奧氏體區進行軋制，奧氏體反復再結晶從而達到細化晶粒的目的。在生產條件允許的情況下，采用單道次、大壓下的方式，將對細化晶粒、提高性能起到重要推動作用。粗軋的開軋溫度為1 100～1 220 ℃，為保證高效化生產，粗軋R5 終軋速度控制在2.2～2.3 m/s。為保證高溫大壓下滲透到鑄坯心部，同時考慮精軋機組軋制力，粗軋累積壓下率80%～85%，中間坯尺寸控制在28～35 mm。

2.3 中間坯保溫技術

中間坯保溫可使中間坯在輥道上行走減少溫降，經測量，溫降小于20 ℃左右。該技術可減少電機負荷和電耗，降低精軋的軋制力，減少精軋軋制事故，同時鋼坯通條均勻的溫度分布，將提高生產效率的整體質量。保溫罩設置在粗軋出口處，保護罩內側設有耐熱鋼板，耐熱鋼板與保護罩外殼之間設有硅酸鋁纖維氈制成的保溫材料，耐高溫的硅酸鋁纖維，耐熱溫度能達到1 350 ℃左右；同時隔熱性能好，硅酸鋁材料比其他保溫制品導熱率低25%以上[3］。

2.4 精軋組織控制和軋制節奏優化

粗軋包括E4-E5 兩道次立輥和F1-F9 九道平輥；F1和F2為二輥軋機，F3-F9為四輥軋機。根據鋼種的不同，控制精軋溫度或終軋溫度有所不同，終軋溫度對各項性能的影響很大。終軋溫度高，晶粒細化不是很明顯，且易出現異常的組織；終軋溫度低，帶鋼的強度有所提高，但延伸性能會受到影響。精軋壓下率分配主要保證鋼帶尺寸和板形，二輥軋機在負荷和工藝運行范圍內，采用較大的壓下率。

為了提高測控精度，在精軋機后面配置了測厚儀和側寬儀，在軋制過程中實施反饋控制。

為實現高效軋制，常規產品終軋速度由12～14 m/s提升到16～18 m/s，同時優化軋制節奏，實現精軋兩支鋼間隔最小距離軋制。同時設置防追尾報警系統，進E1 前兩支中間坯頭尾間距約1.5 m，防止節奏過快追尾。

優化后帶鋼精軋系統速度匹配合理，軋制力和電流負荷完全滿足高效化生產的要求，軋制速度和軋制節奏在同行業650軋線達到較高水平[4］。

2.5 軋輥渦流探傷技術

軋輥是軋機上的重要工藝件，軋輥在使用后會出現不同程度的裂紋等表面缺陷，這些缺陷嚴重地影響著軋輥的安全使用，甚至造成嚴重的事故隱患。因此在軋輥檢測和車磨時使用軋輥渦流探傷技術，及時消除表面和內部缺陷。

在磨輥間現場環境和正常使用條件下，RE-2600 系列軋輥自動探傷設備質量可靠、運行穩定，連續使用壽命大于5 a。RE-2600B 結構示意圖如圖1所示。

檢測前的準備工作：操作者應按計算機人機對話檢測菜單（中文）的提示，在液晶觸摸屏上輸入每支被檢軋輥的有關參數，建立起軋輥檔案數據庫。以后在軋輥的每次磨削和檢測時，除了輸入當時該軋輥的磨削加工等參數外，其他數據也會自動提供、顯示，并保持各種數據的連續性。在軋輥檢測時，當表面和內部缺陷信號超過設定值時，設備發出報警指示且儀器面板顯示缺陷位置和大小。檢測完成后，檢測探頭自動返回原始位置，儀器以二維坐標和直方圖的兩種方式顯示裂紋與軟點的級別及其所處位置的分布，并自動存儲所有檢測結果，可供查詢、追溯或打印輸出。

操作人員使用系統狀態校驗裝置定期對檢測設備實施動態校驗（時間間隔以1 個月為準）。假如兩次校驗之間的間隔時間超過1個月，儀器會自動在顯示屏上顯示應及時進行校驗的提醒。通過校驗，可監控檢測系統狀態的穩定性，提高檢測結果的可靠性。每次校驗的時間都在此后的檢測報告中得到記錄與顯示，并在新的校驗之后予以刷新。校驗報告中有對標準傷的校驗值、應該達到的標稱值。

應用軋輥渦流探傷技術可確定磨輥后輥面裂紋和軟點缺陷位置、深度，對磨削量、換輥頻次、軋輥冷卻工藝、軋輥質量起到良好的科學指導作用。應用后隨機抽取1個月軋輥渦流探傷記錄，工作輥每月磨輥次數約650次，深度＞0.5 mm有5次，缺陷比例占0.77%，發現后放入帶處理區重新進行車磨。如果在生產中未發現磨輥缺陷，極大可能造成軋輥掉快、壓痕印缺陷，嚴重影響產品質量和生產效率。

2.6 ACC層流冷卻的優化控制技術

層流冷卻布置在精軋機組之后、地下卷取機組之前，用來將帶鋼由終軋溫度按一定冷卻制度冷卻到卷取溫度，以改善帶鋼的性能和表面質量。冷卻區段共有11 個區，其中2 個為精調區，9 個為粗調區。粗調區中則含上集管和下集管，每個粗調區含有上集管4根，下集管12根。精調區同樣含有上集管和下集管，每個精調區含有上集管8 根，下集管16 根。冷卻區有效長度45 m，總水量2 900 m3/h。在各冷卻區段、粗調區出口和精調區出口，全部都設有水嘴，并交叉布置各處，冷卻效率得以提高。

根據操作方式的不同，層流冷卻共有3 種方式：全自動方式（無人工干預）、半自動方式（計算機設定、人工動態調整）和手動操作方式。按照各種產品冷卻要求不同，可以有不同的冷卻策略。冷卻策略通過計算機進行設定，分別可設定前段冷卻、中間冷卻、間隔冷卻、后段冷卻和頭尾不冷卻等，分別適應不同級別、不同金相組織的鋼種。層冷出口溫度與熱軋帶鋼的性能有著密切關系，其優劣的體現也主要是控制系統對出口溫度的把控。

操作工既可以通過人機界面輸入相關參數后自動獲取典型規格的冷卻規程，還可以保存和調用冷卻規程。監控及操作站（上位計算機）采用DELL工業計算機，人機界面基于SIEMENS 監控軟件WINCC7.0搭建。層冷基礎自動化PLC與層冷過程自動化、精軋區PLC、卷取區PLC 通過工業以太網進行通訊，并預留與其他控制區域通訊的接口。

在自動化系統的控制下，根據加熱情況、軋制溫度、速度等各項工藝和設備參數，經過各種模型精確運算，控制各段冷卻設備的集管組形態，實現對帶鋼層冷出口溫度的控制，具備后續品種開發所需的各項手段。

2.7 高效卷取控制技術

卷取是帶鋼生產主要工序最后一個工序，影響軋制效率高低和卷形的質量兩個方面，而且這兩個方面互相矛盾，卷取速度越高，卷型越差。在高效化生產前期，為滿足高效化生產，終軋速度在16～18 m/s，卷取速度控制在最大5.5～6.5 m/s，時常發生卷型扁卷、塌卷的問題，帶卷對角線差達到120～160 mm，運輸帶鋼時容易造成散包和磕傷。另外對客戶放卷加工造成一定的困難。為此，攻關組對張力五輥進行改造，輥徑由350 mm 改為250 mm，輥間距由20 mm 提高至40 mm。使帶鋼在五輥夾緊時帶鋼彎曲角度達到35°，較改造前提升了10°，達到提高帶鋼在卷取機與五輥之間形成的張力。

優化后，對厚度≤2.5 mm 規格各種寬度產品橫、豎向對角線差隨機抽檢中均在35 mm 之內，明顯縮小。解決了高速卷取技術瓶頸后，高效化生產得以滿足，卷取質量得到了保證。

2.8 機器人打碼技術

機器人激光打碼機器人工作原理是由機器人帶動激光器運動到鋼卷合適的位置上進行激光刻印，把二維碼、條碼、生產規格、牌號等內容打到鋼卷表面。系統采用激光打碼，可以在熱軋帶鋼卷表面打印二維碼及條形碼。通過上位系統可以自動完成更改打碼內容、發送開始打碼等信號，系統檢測到打碼完成后進行后續程序操作，如圖2 所示。通過精整設置多維度激光機器人系統，該系統可取代人工，接受來自MES 系統發送的卷號、卷重等信息，通過控制激光打碼機運動完成打碼作業。同時，應用成品掃描系統，在國內鋼帶生產中首次實現了通過二維碼、條碼識別技術，讀取鋼帶的全流程生產工藝、性能參數、物流跟蹤等信息的功能，便于售后跟蹤和質量追溯。機器人打碼參數：牌號，日期、班次、標準、規格、廠名、二維碼信息、每次打包時間。

圖2 激光打碼機器人工作過程

3 結 語

在技術升級改造方面，結合現有裝備和工藝模型，在兩條產線上集中開發了多項核心關鍵技術和工藝，帶鋼生產效率得到大幅提高，同時產品質量和客戶滿意度也得到顯著提高。在產品開發方面，應用上述核心關鍵技術后，可以通過優化工藝的方法調整產品的尺寸精度和力學性能，從而以低成本的方式生產高品質的精品帶鋼系列產品，進一步提升了產品的附加值以及市場競爭力。