熱軋平整機(jī)組平整工藝研究

熱軋平整機(jī)組平整工藝研究 唐云峰 （ 攀 鋼 釩 熱軋板廠 ） 摘 要 ： 介紹了攀鋼熱軋平整機(jī)組的產(chǎn)品定位、機(jī)組功能、輥型優(yōu)化和平整模型建立，并進(jìn)行了平整工藝對(duì)帶鋼力學(xué)性能影響的研究，認(rèn)為：平整延伸率控制在 為適宜，平整后帶鋼上下屈服點(diǎn)波動(dòng)范圍減小，基本可以消除屈服伸長，抗拉強(qiáng)度略有增加，延伸率略有下降，幅度均不大。平整延伸率過小（ ，對(duì)帶鋼性能影響很小或根本沒有影響，過大（ 則出現(xiàn)了明顯的加工硬化，很大程度上惡化了帶鋼的綜合性能 。 關(guān)鍵詞 ： 熱軋； 平整 ； 輥型 ；延伸率； 平整模型 熱軋平整的目的是改善熱軋產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高帶鋼板形質(zhì)量，增強(qiáng)熱軋產(chǎn)品的市場競爭能力。攀鋼熱軋平整機(jī)組 于 2003 年建成投產(chǎn)， 年平整和分卷能力為 80 萬 t，其中平整、分卷各占 50%。機(jī)組采用了先進(jìn)、適用的技術(shù)和裝備，在常溫下對(duì)熱軋?zhí)妓劁摷暗秃辖痄摼磉M(jìn)行平整，提高帶鋼表面質(zhì)量和板形 ， 改善 力學(xué) 性能，也可作為鋼卷分切線使用。在平整機(jī)組建設(shè)調(diào)試、生產(chǎn)過程中，相應(yīng)開展了 平整工藝研究。經(jīng)過幾年的努力，熱軋平整工藝研究經(jīng)歷了平整產(chǎn)品定位分析、機(jī)組選型；平整機(jī)功能完善；平整機(jī)組技術(shù)規(guī)程及操作規(guī)程編寫；平整機(jī)組平整模型 建立等階段 ； 進(jìn)行 了平整工藝對(duì)帶鋼性能的影響研究及平整機(jī)輥型優(yōu)化研究。 筆者對(duì)此進(jìn)行了總結(jié)。 1 平整機(jī)組產(chǎn)品定位及設(shè)備選型 整機(jī)組產(chǎn)品定位分析 通過市場需求 調(diào)查，結(jié)合 熱軋工藝、平整工藝發(fā)展的趨勢， 攀鋼 平整機(jī)組產(chǎn)品定位除了擴(kuò)大薄規(guī)格產(chǎn)品產(chǎn)量外，還需大力發(fā)展汽車車輪鋼、集裝箱用耐候鋼、熱軋酸洗板等高附加值產(chǎn)品。結(jié)合熱軋線實(shí)際情況及分卷需要，平整機(jī)組成品參數(shù)確定為： 鋼 種：碳鋼、低合金鋼等 ； 帶鋼抗拉強(qiáng)度： 50 帶鋼屈服強(qiáng)度： 00 平整帶鋼厚度： 分卷帶鋼 厚度： 12.0 鋼卷重量： 7 23 t ； 鋼卷放置方式：臥式或立式 。 整機(jī)組生產(chǎn)工藝流程確定及主要設(shè)備選型 熱軋平整機(jī)組在具備基本的功能外， 還 力求軋制線短，工序少，既降低出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量缺陷的概率，又減少操作人員數(shù)量。 攀鋼 平整線開卷機(jī)到卷取機(jī)卷筒中心線只有 18 m，達(dá)到了軋制線短的要求。同時(shí)為了提高生產(chǎn)作業(yè)率及方便鋼帶表面質(zhì)量檢查，在入口 1 、 2 步進(jìn)梁之間增設(shè)鋼卷準(zhǔn)備站，將帶鋼頭部不規(guī)則部分切除，在橫切剪后設(shè)鋼卷表面檢查位置，進(jìn)行帶鋼表面質(zhì)量檢查。 平整機(jī)組設(shè)備選型在滿足工藝要求， 產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平的基礎(chǔ)上，力求投資省，裝備水平較高，便于維護(hù)。因此，機(jī)組速度選擇了三檔速度范圍，達(dá)到速度與張力的最佳匹配；平整機(jī)選擇四輥液壓平整機(jī)，帶彎輥及液壓壓下系統(tǒng)；卷取機(jī)選擇四斜楔液壓脹縮式卷取機(jī)，便于快速更換舌板，且卸卷容易，卷形保證能力高。 2 平整機(jī)組功能設(shè)置及完善 進(jìn)梁鋼卷寬度對(duì)中功能 由于鋼卷上料時(shí)不能完全對(duì)中，相對(duì)于放置標(biāo)記有誤差，地輥站剪刃長度有限，為保證帶鋼頭部順利切除，鋼卷位置誤差可借助位移傳感器和光電管組成的調(diào)整裝置來補(bǔ)償。 卷機(jī)鋼卷寬度自動(dòng)對(duì)中功能（ 能） 平整線開卷機(jī)設(shè)有鋼卷寬度自動(dòng)控制功能，防止鋼卷在開卷過程中跑偏，鋼卷寬度自動(dòng)對(duì)中功能分檢測部分和控制部分。 即 開卷機(jī)出口帶鋼運(yùn)行下部安裝高頻光源，上部安裝高頻光接受裝置，高頻光源發(fā)射出平行光，接受裝置通過接受光的情況來判斷帶鋼的寬度及位置。開卷機(jī)卷筒懸臂軸和傳動(dòng)減速齒輪軸用滾動(dòng)軸承安裝在活動(dòng)機(jī)架中，整個(gè)機(jī)架可沿卷筒軸線方向在開卷機(jī)底座上進(jìn)行滑動(dòng)。生產(chǎn)時(shí)，根據(jù)檢測的帶鋼位置，活動(dòng)機(jī)架由帶鋼對(duì)中控制裝置操縱機(jī)架移動(dòng)油缸動(dòng)作，以對(duì)正和調(diào)整帶鋼在機(jī)組寬度方向上的位置，保證帶鋼對(duì)中。 能調(diào)節(jié)范圍為 150 卷取張力控制 平整分卷機(jī)組在生產(chǎn)過程中，無論是平整或是重卷，均要求保持穩(wěn)定的帶鋼張力，使帶鋼卷取緊密、抑制塔形，同時(shí)，使帶鋼運(yùn)行平穩(wěn)，為平整機(jī)的軋制力控制、延伸率控制等提供基礎(chǔ)。 卷取機(jī)的張力控制方式可分為閉環(huán)張力控制和開環(huán)張力控制兩大類。開環(huán)張力控制具有張力平穩(wěn)、控制靈活的優(yōu)點(diǎn)，攀鋼熱軋平整機(jī)組采用開環(huán)方式進(jìn)行張力控制，通過控制張力設(shè)備（開卷機(jī)、卷取機(jī)等）電機(jī)轉(zhuǎn)矩的方式實(shí)現(xiàn)?；纠碚摴綖椋?T = 2 式 中 ， T 為 帶鋼張力 ； M 為 電機(jī)轉(zhuǎn)矩 ； 速 機(jī)的減速比 ； D 為 鋼卷直徑 。 根據(jù)當(dāng)前的鋼卷直徑，調(diào)節(jié)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，即可控制帶鋼張力。 平整機(jī)位置控制（ 平整機(jī)在穿帶、甩尾、停車及分卷作業(yè)時(shí)，為防止軋輥的碰撞，液壓壓下系統(tǒng)處于輥縫控制方式。輥縫控制通過位置閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)，位置反饋來自安裝在壓下液壓缸上的位置傳感器。 平整機(jī)恒壓力控制 恒壓力控制可消除軋輥偏心的影響，提高產(chǎn)品的平直度，并且對(duì)帶鋼的表面光潔度和帶鋼的機(jī)械性能也有一定的改善。恒壓力控制為閉環(huán)控制，壓力反饋來自液壓壓下系統(tǒng)的壓力傳感器。通過閉環(huán)控制，對(duì)液壓缸內(nèi)的壓力進(jìn)行調(diào) 節(jié)，以達(dá)到控制的目的。 平整機(jī)液壓彎輥控制 在平整機(jī)上，工作輥和支承輥之間安裝有彎輥缸，正、負(fù)彎輥缸均采用比例閥控制其彎輥力的大小，每個(gè)比例閥都帶一個(gè)壓力傳感器，以形成正、負(fù)彎輥力的閉環(huán)控制。彎輥力控制可改善平整帶鋼板形以及補(bǔ)償由于軋制力變化而引起的有載輥縫變化。 平整機(jī)延伸率控制 延伸率定義為平整后的帶鋼長度與平整前的帶鋼長度之差與平整前的帶鋼長度之比 。 改變帶鋼的延伸率，可采用控制張力和控制軋制力兩種基本方式。 前者 適用于一定厚度以下的薄帶鋼，帶鋼越薄，張力調(diào)節(jié)延伸率的控制效果越好；后者 則適用于處理較厚的帶鋼。 卷取機(jī)帶鋼邊部控制功能（ 能） 卷取機(jī)鋼卷邊部控制功能也稱 要目的是防止鋼卷在卷取過程中產(chǎn)生塔形， 鋼寬度方向位置檢測裝置是在卷取機(jī)入口帶鋼運(yùn)行下部安裝高頻光源，帶鋼運(yùn)行上部安裝高頻光接受裝置，高頻光源發(fā)射出平行光，接受裝置通過接受光的情況來判斷帶鋼的寬度及位置。卷取機(jī)卷筒懸臂軸和傳動(dòng)減速齒輪軸用滾動(dòng)軸承安裝在活動(dòng)機(jī)架中，整個(gè)機(jī)架可沿卷筒軸線方向在開卷機(jī)底座上進(jìn)行滑動(dòng)。生產(chǎn)時(shí)，根據(jù)檢測的帶鋼位置，活動(dòng)機(jī)架由帶鋼對(duì)中控制裝置操縱機(jī)架 移動(dòng)油缸動(dòng)作，以對(duì)正和調(diào)整帶鋼在機(jī)組寬度方向上的位置，保證帶鋼對(duì)中。通過檢測裝置檢測鋼帶實(shí)時(shí)位置與初始位置比較來控制卷取機(jī)軸向浮動(dòng)，保證鋼卷卷形整齊。投入 能后鋼卷塔形可控制在 15 內(nèi)。 3 平整機(jī)輥型研究 平整輥輥型主要 影響 因素 軋輥熱膨脹對(duì)輥縫形狀的影響 在平整過程中，因變形、摩擦和高溫帶鋼產(chǎn)生的熱量都會(huì)使軋輥中部溫度升高，而軋輥兩端溫度較低，導(dǎo)致軋輥產(chǎn)生熱凸度 輥熱凸度可按公式計(jì)算： t 式中 t軋輥輥身中 部和邊部表面溫度差 ， D 軋輥輥身直徑 ， a 熱 膨 脹 系 數(shù) ， 對(duì) 于 鋼 軋 輥 ，a= m考慮軋輥心部與表面溫度不均勻的系數(shù)，可取 m= 實(shí)際生產(chǎn)中，來料溫度大致分為兩個(gè)區(qū)間，一是室溫 60 二是 60 120 兩溫度區(qū)間內(nèi)分別平整 10 卷帶鋼實(shí)測軋輥溫度見表 1。 軋輥直徑取極大值 (520 極小值 (470 代入公式可得 表 2。表 1 平整輥實(shí)測溫度 來料溫度 / 制卷數(shù) /卷 軋輥中部平均溫 度 /輥 邊部平均溫度 / t/溫 60 10 28 25 3 60 120 10 40 30 10 表 2 平整輥熱凸度 輥身表面溫度差 t/ 輥直徑 /膨脹系數(shù) a 不均勻系數(shù) m 熱凸度 D/ 470 20 0 470 20 表 2 可見，當(dāng)軋輥初始輥型為平輥，軋輥溫升達(dá)到一定溫度時(shí)，輥型就由平輥?zhàn)兂闪送馆?，輥凸?16 60 m 不等。此時(shí) 若不考慮軋制力和彎輥力作用的軋輥彎曲撓度，則輥縫形狀為中部小于兩端，平整后的帶鋼將產(chǎn)生中間浪。 軋輥的磨損對(duì)輥縫形狀的影響 工作輥與軋件以及工作輥與支承輥的相互摩擦均會(huì)使軋輥產(chǎn)生磨損。影響軋輥磨損的因素較多，主要有軋制壓力的大小及分布、軋制速度、軋輥表面硬度、帶鋼表面氧化鐵皮、支撐輥與工作輥的接觸狀況等。因?yàn)檐堓伳p較復(fù)雜，建立模型計(jì)算磨損量難度較大，但可以實(shí)測下機(jī)軋輥輥徑計(jì)算磨損量，通過改變軋輥接觸狀況來改善軋輥的磨損。就攀鋼熱軋平整機(jī)工作輥下機(jī)輥型磨損曲線看，輥身 中部約 500 600 損較均勻，兩端距端部約 300 ，呈溝痕狀磨損，且磨損深度大于中部約 30 40m（見圖 1）。此時(shí)輥縫呈 “ ”形，這就是工作輥使用到末期增加軋制力，負(fù)彎輥力調(diào)整到最大，也無法消除中間浪的原因所在，同時(shí)造成支撐輥啃肩掉肉。 平整機(jī)輥型優(yōu)化曲線 由于平整機(jī)的延伸率較小， 3%，因此需要一個(gè)不同的軋制壓力模型去描述平整軋制過程 。 建立模型 時(shí) 不但要考慮軋輥的彈性變形，而且要考慮軋件的彈性變形 。具體說，即在計(jì)算過程中不僅考慮軋輥彈性壓扁的塑性變形區(qū)長度，而且要考慮軋件出入口彈性變形區(qū)長度，并計(jì)算與之對(duì)應(yīng)的塑性變形區(qū)單位壓力及彈性變形區(qū)單位壓力，從而建立適合于平整機(jī)軋制的較準(zhǔn)確的軋制壓力模型。 同時(shí)，由于被平整帶鋼的原始凸度大小分布波動(dòng)范圍比較大，0 73 146 220 293 366 439 512 586 659 732 805 878 952 1025 1098 1171 1244 1318 1391 1464 1 軋輥下機(jī)后的磨損曲線 小凸度和大凸度、寬料與窄料、厚料與薄料等情況，建立相關(guān)輥型優(yōu)化模型。 根據(jù)優(yōu)化 結(jié)果 ，工作輥采用如圖 2 所示輥型曲線： 工作輥輥型曲線示意 輥型曲線方程寫成： )/2(c o s 1)( 支撐輥采用如圖 3所示輥型即可滿足要求 ： L 支承輥輥身長； D 支承輥直徑； 輥型優(yōu)化后支承輥削肩長度與深度 圖 3 支承輥輥型曲線示意 輥型曲線方程可以寫成： )2(|)2(|(2)2(|)(整輥輥型優(yōu)化運(yùn)用及效果 通過試驗(yàn)分析，影響板形的主要原因是工作輥及支撐輥的不均勻磨損，造成不均勻磨損的原因是應(yīng)力集中，為此運(yùn)用輥型曲線方程對(duì)支撐輥的兩端進(jìn)行了長 150 倒角（見圖 4），防止軋制過程中因應(yīng)力集中造成支承輥的邊裂、邊部掉肉缺陷及工作輥的不均勻磨損。 一般情況下，常軋規(guī)格帶鋼邊部接觸處工作輥磨損最嚴(yán)重。攀鋼熱軋平整機(jī)工作輥輥型優(yōu)化經(jīng)歷了三個(gè)階段：最初工作輥采用 余弦曲線輥型 (見圖 5)，在實(shí)際生產(chǎn)中由于原料板凸度較大和 軋輥溫升較高，軋輥熱凸度較大，同時(shí)彎輥調(diào)整范圍較小，帶鋼平整后出現(xiàn)中浪。在原料有橫折缺陷時(shí)，為了保證帶鋼表面質(zhì)量良好，平整過程中需用較大的軋制力和彎輥力，這樣軋輥的磨損愈發(fā)嚴(yán)重，磨損也更不均勻，影響了軋輥的使用周期。同時(shí)彎輥調(diào)整范圍小（ 0 工作輥使用周期短，帶鋼軋制長度只有 28 采用 余弦曲線輥型后，彎輥調(diào)整范圍有所提高，達(dá)到 +25 作輥使用周期延長，帶鋼軋制長度達(dá)到 49 是工作輥不均勻磨損仍然存在，使用周期仍然達(dá)不到要求。 為此，進(jìn)一步 加大工作輥負(fù)凸度，采用凸度 型曲線，在使用過程中彎輥的調(diào)節(jié)范圍大大提高，達(dá)到 +490 鋼軋制長度提高到 79 右，達(dá)到設(shè)計(jì)的使用周期。同時(shí)軋輥磨損均勻（見圖 6），降低了軋輥消耗，mm/少到 mm/ 圖 4 支撐輥倒角曲線 y x O L D y x D 0 70 140 210 280 350 420 490 560 630 700 770 840 910 980 1050 1120 1190 1260 1330 1400 4 平整工藝對(duì)帶鋼性能影響研究 為明確 平整 工藝 對(duì) 帶鋼 組織性能 和使用 的影響，進(jìn)行了 相關(guān) 試驗(yàn)研究。根據(jù)熱軋平整機(jī)組產(chǎn)品大綱要求，重點(diǎn)考慮的鋼種有：低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼、普通碳素鋼、汽車車輪鋼、焊接氣瓶用鋼、集裝箱用鋼以及部分低合金高強(qiáng)度鋼；平整帶鋼厚度為： 大延伸率為： 4%。 將機(jī)加工后的標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，測試其上屈服點(diǎn) 屈服點(diǎn) 拉強(qiáng)度 伸率 A，并計(jì)算平整前后的屈服點(diǎn)差值、抗拉強(qiáng)度和延伸率的變化情況，具體結(jié)果見表 3。 表 3 力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果 鋼質(zhì) 規(guī)格 /伸率 /% m A 屈服平臺(tái) 050 0 387 352 17 +5 31 有減小 未消除 88 350 422 29 000 0 325 300 +25 380 +20 除 25 325 400 235B 000 0 392 360 83 +5 31 除 40 338 488 27 120 0 382 347 73 +9 39 除 28 338 482 33 155 0 377 355 85 +5 34 0 未變化 40 342 490 34 250 0 368 338 +2 449 +4 37 0 未變化 67 340 453 37 050 0 405 380 +65 505 +15 除 45 445 520 ：表中延伸率為 0 是指未平整。 0 76 151 226 302 378 453 528 604 680 755 830 906 982 1057 1132 1208 1284 1359 1434 1510 5 余弦輥型曲線 0 76 151 226 302 378 453 528 604 680 755 830 906 982 1057 1132 1208 1284 1359 1434 1510 6 優(yōu)化輥型使用后磨損曲線 由 表 3 可見， 帶鋼平整后性能變化主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)特點(diǎn)： (1)當(dāng)延伸率小于 ，平整工藝對(duì)帶鋼性能的影響很小，或者說沒有影響。帶鋼平整后，上下屈服點(diǎn)波動(dòng)范圍較大，屈服平臺(tái)仍然存在，延伸率沒有變化。 (2)當(dāng)延伸率控制在 ，平整工藝對(duì)帶鋼性能有一定的影響。帶鋼平整后，上下屈服點(diǎn)波動(dòng)范圍仍然較大，但屈服點(diǎn)伸長減小，帶鋼的抗拉強(qiáng)度略有增加，延伸率略有降低，幅度均不大。 (3)當(dāng)試樣的延伸率控制在 間，帶鋼力學(xué)性能得到了改善。帶鋼平整后 ，上下屈服點(diǎn)波動(dòng)范圍減小，基本可以消除屈服點(diǎn)伸長，帶鋼的抗拉強(qiáng)度略有增加，延伸率略有降低，幅度均不大。 (4)當(dāng)延伸率大于 ，完全可以消除屈服點(diǎn)伸長。但帶鋼出現(xiàn)了明顯的加工硬化現(xiàn)象，抗拉強(qiáng)度有較大幅度的增加，延伸率有較大降低，很大程度上惡化了帶鋼的綜合性能。 （ 5）平整后抗拉強(qiáng)度均有所升高；延伸率均有所降低；延伸率小于 屈服強(qiáng)度有所降低， 延伸率大于 屈服強(qiáng)度升高。 5 平整模型研究 平整規(guī)程研究 為建立平整模型，提高帶鋼平整質(zhì)量，需要對(duì)平整的各規(guī)格制訂平整規(guī)程。通過平整機(jī)調(diào)試及長時(shí)間的生產(chǎn)，在支撐輥、工作輥各個(gè)時(shí)期的不同規(guī)格形成了相對(duì)固定的平整工藝參數(shù)。經(jīng)過長期的