唐鋼熱連軋機板形控制技術(shù)的研究與應(yīng)用－徐杰

1、唐鋼熱連軋機板形控制技術(shù)的研究與應(yīng)用,董和民唐山鋼鐵股份有限公司 2007.7,主 要 內(nèi) 容,1.前言 2.熱軋寬帶鋼軋機板形控制技術(shù)及運用的研究 3.唐鋼熱連軋生產(chǎn)線板形控制系統(tǒng)特點的分析 4.實際生產(chǎn)中產(chǎn)生板形不良原因的分析和板形優(yōu)化的實施方案 5.唐鋼1700生產(chǎn)線板形控制實踐6.結(jié)論,1. 前言,熱軋帶鋼成品質(zhì)量主要包括產(chǎn)品尺寸精度、板形、表面質(zhì)量、機械性能等，其中板形是板帶產(chǎn)品所特有的質(zhì)量指標(biāo)。熱軋帶鋼成品應(yīng)

2、用范圍廣，不同的用途對于成品的板形有不同的要求。為滿足市場眾多用戶的多層次的質(zhì)量要求，必須要求熱軋薄板生產(chǎn)線的軋鋼工藝、設(shè)備和控制系統(tǒng)具有靈活、可靠、穩(wěn)定、準(zhǔn)確的板形控制能力，生產(chǎn)出符合用戶板形質(zhì)量要求的熱軋帶鋼。,2.1 板形控制的思想理論基礎(chǔ)源自軋制時金屬的縱橫向流動比，其規(guī)律是隨著帶厚的減少，金屬的橫向流動量逐漸變小。因為在帶鋼較厚時金屬的橫向流動量較大，所以此時對 凸度的調(diào)整不會造成帶鋼橫向斷面內(nèi)各點縱向延伸的明

3、 顯差異而影響平直度。對凸度和平直度的控制效果可根 據(jù)金屬的縱橫向流動量按帶厚分為以下三個區(qū)域（見圖 1）：,熱軋寬帶鋼軋機板形控制技術(shù)及運用的研究,,,,,,,,,,,圖1 金屬流動與帶厚的關(guān)系曲線,C區(qū)：h﹥12, 在該區(qū)域內(nèi)，金屬的橫向流動量較 大，調(diào)整凸度不會造成帶鋼橫斷面內(nèi)各點縱向延 伸差使帶鋼產(chǎn)生浪形。因此在該區(qū)域可利用金屬 橫向流動量較大的特點，對帶鋼凸度進行較大的 調(diào)整而

4、不會對帶鋼的平直度造成不良的影響。故 該區(qū)域是帶鋼凸度控制區(qū)。B區(qū)：6﹤h≦12, 該區(qū)域為過渡區(qū)。在該區(qū)域內(nèi)， 調(diào)整凸度不會對帶鋼平直度造成較大影響，但對 帶鋼平直度的調(diào)整效果也不明顯。,A區(qū)：0﹤h≦6, 在該區(qū)域內(nèi)，金屬的橫向流動量較小，調(diào)整凸度會造成帶鋼橫斷面內(nèi)各點縱向延伸明顯的不一致，使帶鋼產(chǎn)生較大的浪形。因此在該區(qū)域內(nèi)應(yīng)遵守各架帶鋼比例凸度相等的原則，以確保帶鋼的平直度。但在該區(qū)域內(nèi)對工作輥交叉或橫移以及彎輥力

5、稍作調(diào)整就可利用金屬縱向流動比橫向流動大得多的特點使帶鋼橫斷面內(nèi)縱向延伸差產(chǎn)生較大的變化，從而可迅速地獲得良好的平直度控制效果。故該區(qū)域是帶鋼平直度控制區(qū)。,2.2凸度的影響因素及控制方法,帶鋼寬度、軋制力、工作輥和支撐輥直徑、工作輥彎輥以及軋輥熱膨脹等，如圖4所示。,圖4 軋制過程中影響板凸度的因素,帶鋼的基本中心凸度在很大程度上隨帶鋼的寬度變化而變化。對窄帶鋼來說帶鋼的寬度增加，中心凸度變大。但對寬帶鋼，帶鋼的寬度大約為軋輥輥身長

6、度的70%---80%時，中心凸度達(dá)到最大值，當(dāng)寬度繼續(xù)增加時，中心凸度卻趨于減小。在寬帶軋機上，帶鋼的基本中心凸度要大一些。帶鋼基本中心凸度隨帶鋼模量的增大而減小。,2.2.1 帶鋼寬度對帶鋼凸度的影響,帶鋼寬度對帶鋼凸度的影響如圖5所示,帶鋼凸度,帶鋼寬度,圖5 帶鋼寬度對帶鋼凸度的影響,2.2.2 軋制力對帶鋼凸度的影響,軋制力的增大總是會增加支撐輥的撓曲，從而導(dǎo)致更大的帶鋼凸度。鋼板凸度一般與軋制力成正比。,2.2.3

7、工作輥直徑對帶鋼凸度的影響,當(dāng)工作輥直徑增大，輥系在軋制力作用下抵抗撓曲的能力增強，從而使帶鋼的凸度減小。,2.2.4 支撐輥直徑對帶鋼凸度的影響,支撐輥的直徑增大，帶鋼的凸度減少。,2.2.5 工作輥彎輥對帶鋼凸度的影響,工作輥彎輥對帶鋼凸度的影響規(guī)律是：正彎輥使板凸度減少，負(fù)彎輥使板凸度增大。,2.2.6 軋輥熱膨脹對帶材凸度的影響,熱軋機組的精軋機換上新輥后的一個軋制周期內(nèi)（在常規(guī)軋制中頭20—30卷帶時），帶鋼的中心凸度減小

8、很快。工作輥的初始輥型在軋制的初始階段（30－60min）影響帶材中心凸度大，隨后其影響就很小。軋機的時滯會產(chǎn)生達(dá)0.09 mm 的帶材中心凸度的增量。 觀察熱軋帶鋼軋機在一個軋制周期內(nèi)帶材中心凸度的變化時，工作輥的熱影響是凸度產(chǎn)生較大變化的主要原因。,2.3 平直度控制,如果入口比例凸度與出口比例凸度相等，就表明完全幾何相似，則寬度方向各條縱向纖維的壓縮和延伸都是均勻的，軋出的帶鋼就完全平坦。,2.3.1 平直度不良的成因,寬帶

9、鋼由于中部和邊部受力不均，導(dǎo)致縱向的延伸率在橫向上分布不同，這樣就造成帶鋼中部、邊部的前進速度產(chǎn)生差異，從而導(dǎo)致了板形不良，平直度不好。平直度不良最常見的有浪形和鐮刀彎。圖6集中反映了幾種不良板形的表現(xiàn)形式和導(dǎo)致邊浪與中浪形成的直接原因。,浪形產(chǎn)生的機理是：不均勻的壓縮變形，導(dǎo)致相對延伸不均，延伸大的受壓，延伸小的受拉，其結(jié)果就是表面不平，出現(xiàn)浪形。鐮刀彎產(chǎn)生的機理是：鋼板偏移了軋制中心線，造成軋輥兩端軸承上所受的力不相等，加之機械本

10、身的彈跳也不相等，這樣軸承的軸線也就不平行，壓下量不相等的鋼板厚度也不相等，壓下較大的一邊出輥速度較大而入輥速度較小這樣鋼帶向壓下小的一邊偏移，造成鐮刀彎。因此，為了保持板形的平直度，必須均勻變形或板的比例凸度一定的原則。,2.3.2 平直度控制策略----保持比例凸度不變,設(shè)軋制前板帶邊緣的厚度為H，中間厚度為H + CH，即軋前厚度差或稱板凸量為CH；軋制后鋼板相應(yīng)的橫斷面上的厚度分別為h 和 h + Ch ，即軋后厚度差或稱板

11、凸量為 Ch。,定義CH / H及 Ch / h為比例凸度。 為了保證平直度相等，則鋼板沿寬度上壓縮率相等或鋼板邊緣和中部延伸率相等，即：,,由此可得:,,或,,所以要保持板形良好，則必須使比例凸度相等。,2.3.3 凸度控制和平直度控制的耦合關(guān)系,凸度控制是達(dá)到凸度目標(biāo)的控制手段，而比例凸度控制又是達(dá)到平直度目標(biāo)的控制手段。凸度控制在各個單機架上實現(xiàn)，而平直度控制則取決于幾個機架之間的比例凸度控制的協(xié)調(diào)一致。,為

12、了同時命中凸度目標(biāo)和平直度目標(biāo)：,,在上游機架實現(xiàn)凸度控制----在上游出口達(dá)到比例凸度 目標(biāo)值。在下游機架實現(xiàn)平直度控制----下游各機架保持比例凸 度相等，均等于比例凸度目標(biāo)值。,對末架軋機而言，從F4 開始就應(yīng)控制平直度。假設(shè)F4 架軋機的出口厚度為6.0 mm , 則F4軋機的凸度為 6.0 × 0.02 = 0.12 mm 。 過大會產(chǎn)生邊浪，過小會產(chǎn)生中浪。如圖7：,圖7 凸度控制和平直度控制的耦

13、合關(guān)系,唐鋼熱連軋生產(chǎn)線板形控制系統(tǒng)特點的分析,3.1簡介 唐鋼1810和1700熱連軋機組采用的PC技術(shù)，為國內(nèi)外廣泛應(yīng)用的板形控制系統(tǒng)。 唐鋼1810和1700熱連軋機組在薄規(guī)格軋制時，隨著軋制力的增加和軋輥熱凸度的增加，調(diào)整輥縫凸度；在常規(guī)軋制時，由于坯料長，軋制時間長，軋輥的熱凸度將會大幅度提高，為保證帶鋼凸度和板形穩(wěn)定，需要在軋制過程中動態(tài)調(diào)整輥縫凸度，根據(jù)以上情況要求PC系統(tǒng)具備較大范圍和一定的凸度

14、調(diào)整能力。,唐鋼1810薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線和1700生產(chǎn)線精軋機組都是采用三菱PC技術(shù)。如圖8：,圖8 軋輥交叉布置形式,3.2 板形控制功能：,板形設(shè)定模型（SAU）：根據(jù)軋制產(chǎn)品的不同鋼種、厚度、寬度、溫度、軋輥條件、軋制節(jié)奏、軋制力能等參數(shù)，使用SAU（板形設(shè)定模型）對PC角度、彎輥力進行預(yù)設(shè)定；由精軋出口多功能板形儀連續(xù)測量成品帶鋼的實際板形參數(shù)，與目標(biāo)值進行比較，并通過自學(xué)習(xí)功能修改設(shè)定值，使成品板形指標(biāo)達(dá)到目

15、標(biāo)值。 SAU模型包括 ：,,熱軋輥熱凸度模型：根據(jù)軋制條件對軋輥的熱凸度進行計算，用于修正設(shè)定輥縫凸度。軋輥磨損模型： 根據(jù)軋輥材質(zhì)和軋制條件計算軋輥表面的磨損量，用于修正設(shè)定 輥縫凸度。 帶鋼凸度、板形模型： 根據(jù)軋制條件和設(shè)定輥縫凸度計算成品的凸度和板形。PC角度和彎輥力設(shè)定模型： 根據(jù)計算的設(shè)定輥縫凸度和板形目標(biāo)設(shè)定PC角度和彎輥力。 板形自學(xué)習(xí)模型：根據(jù)實測板形對板形設(shè)定值進行修改。 靜態(tài)凸度控

16、制（SDC）： 在軋制過程中，根據(jù)實測板形靜態(tài)設(shè)定輥縫凸度。自動板形控制（ASC）：根據(jù)實測板板形調(diào)整彎輥力，調(diào)整板形。,實際生產(chǎn)中產(chǎn)生板形不良原因的分析和板形優(yōu)化的實施方案,4.1 分析實際生產(chǎn)中出現(xiàn)板形問題的主要原因4.1.1 帶鋼的不均勻受熱或冷卻帶鋼加熱或冷卻不均 時會在 內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)其值超過極限就會出現(xiàn)板形問題。在 寬度方向上出現(xiàn)應(yīng)力不均時會產(chǎn)生邊浪或小邊浪。4.1.2 坯料尺寸

17、不合如果坯料尺寸不合規(guī)格，斷面厚薄不均， 則會造成帶材寬度方向延伸不均。4.1.3 輥縫設(shè)置不合理如果輥縫設(shè)置不均勻，單邊差較大，則 會導(dǎo)致帶材延伸不一致。,4.1.4軋輥問題,,在軋制過程中，軋輥因受較大軋制力、熱凸度、磨損等 影響，會出現(xiàn)一段有害變形區(qū)。由于軋輥材質(zhì)或鑄造問題，使用中會出現(xiàn)較大磨損；意 外事故也會導(dǎo)致軋輥端部剝落，使帶材受力嚴(yán)重不均， 出現(xiàn)側(cè)彎。軋輥導(dǎo)衛(wèi)固定

18、不牢，軋輥軸承座和機架窗口間隙大，也 會引起軋輥橫向竄動。,4.2采取控制板形優(yōu)化的實施方案,4.2.2強化鑄坯檢驗 保證坯料表面質(zhì)量和尺寸精度裝爐前要對坯料進行表面檢查，及時清除表面缺陷，并保證尺寸精度。,4.2.3制訂合理軋制規(guī)程 合理設(shè)置輥縫根據(jù)軋制規(guī)程合理調(diào)整各道次壓下量，軋制速度必須與壓下量相適應(yīng)。軋制過程中精軋機組保持小套量微張力軋制，1810生產(chǎn)線粗、精軋機組之間保持無張力微堆軋制。粗軋單

19、邊差不大于0.5ｍｍ，精軋單邊差不大于0. 03ｍｍ。,4.2.1嚴(yán)格執(zhí)行加熱制度 保證加熱質(zhì)量生產(chǎn)中必須嚴(yán)格執(zhí)行加熱制度、停軋降溫制度。要根據(jù)軋制節(jié)奏需要，合理控制各段爐溫，保證開軋溫度，并使坯料加熱均勻。,4.2采取控制板形優(yōu)化的實施方案,4.2.5確定合理的軋輥使用制度 制訂合理的換輥制度，及時更換軋輥是避免軋輥過度磨損的有效手段。我們根據(jù)所軋制的鋼種、規(guī)格制定出合理的換輥支數(shù)。保證軋輥在未出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p傷前及

20、時更換。,4.2.4正確選擇軋輥材質(zhì) 合理設(shè)計軋輥輥型根據(jù)軋制過程中出現(xiàn)的軋輥有害變形區(qū)大小，計算支撐輥的彎曲撓度，合理設(shè)計輥型。將支撐輥兩端改為階梯形過度。另外，應(yīng)合理選擇軋輥材質(zhì)，減少軋輥表面磨損，并盡可能減少有害變形區(qū)。,4.3軋制負(fù)荷的分配優(yōu)化,對于唐鋼1810和1700熱連軋機組而言，主要通過板形控制設(shè)備、強化磨輥與換輥管理以及優(yōu)化負(fù)荷分配方法。,在只考慮軋制力的前提下，1700熱軋機負(fù)荷分配采取的辦法是：

21、 輥縫方程可寫成：c=p/kp 設(shè)各架軋機的橫向剛度系數(shù)相等，即Kp1=Kp2則有： -80kp(h2/w)<(p1/h1-p2/h2)<40kp(h2/w)b 由理想板形方程可知， 當(dāng)Δ(p/h)=0時為理想的負(fù)荷分配。,優(yōu)化負(fù)荷分配如圖9：,4.4 最佳彎輥力的確定,最佳彎輥力預(yù)設(shè)定的原則輥縫中金屬橫向流動的研究表明，軋件厚度較大時金屬易于橫向流動，具有較大的斷面凸

22、度調(diào)節(jié)性能；對熱帶鋼連軋機，當(dāng)厚度小于6～8mm時，過大地改變相對凸度，會導(dǎo)致寬度上延伸不均，從而引起板形缺陷。 因此，控制熱帶鋼連軋機精軋機組凸度和平直度的原則是：在厚度較大時，應(yīng)盡可能利用金屬易于橫向流動，具有較大凸度調(diào)節(jié)能力的特性，最大限度地降低板凸度，然后在以后的機架中，使軋制前后相對凸度差基本保持不變，轉(zhuǎn)入以控制平直度為主。,唐鋼1700六機架熱連軋精軋機組，工作輥彎輥裝置是板凸度和板形的重要控制手段。根據(jù)上述

23、熱連軋機板凸度和平直度控制原則，最佳彎輥力的預(yù)設(shè)定原則是：考慮到咬入穩(wěn)定性，F(xiàn)4在調(diào)節(jié)板凸度的同時兼顧平直度，以防止橫向張力差過大，導(dǎo)致不良板形進入后續(xù)機架，對以后的平直度控制產(chǎn)生不利影響；對F5、F6兩個末道次機架，則主要控制平直度，盡可能使這兩個機架的前張力分布均勻，尤其是最后一個機架。在各道次彎輥力預(yù)設(shè)定值的優(yōu)化計算中，最終的目標(biāo)是在保證成品機架 。 在選定F2和F3的彎輥力預(yù)設(shè)定值時，一是要考慮到彎輥力在軋制過程中

24、還需要隨著軋制壓力的波動而進行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，應(yīng)留有一定的調(diào)節(jié)余度，二是要盡可能避免使用最大的彎輥力，以提高工作輥軸承的使用壽命。,5 唐鋼1700生產(chǎn)線板形控制實踐,5.1唐鋼1700熱軋薄板生產(chǎn)線板形控制系統(tǒng)主要工藝 設(shè)備參數(shù)和功能,5.1.1軋機設(shè)備主要參數(shù)：,5.1.2主電機參數(shù),5.2 1700精軋機組控制板形采取的措施,結(jié)合1700線試生產(chǎn)過程，對熱軋帶鋼板形控制系統(tǒng)進行了測試和并根據(jù)實際結(jié)果對模型參數(shù)進行了調(diào)整和完善

25、。,在試生產(chǎn)過程中進行了一下研究和調(diào)整： 首先對PROFILE CONTROL軟件功能進行了全面的確 認(rèn)，保證各項功能正常投入。 在試生產(chǎn)過程中對軟件功能進行了驗證和參數(shù)調(diào)整。,對軋輥的原始輥形及實際熱凸度磨損量進行實際測量， 驗證軋輥熱凸度模型和軋輥磨損模型，調(diào)整模型參數(shù)。,在試生產(chǎn)過程中對帶鋼板凸度、板形模型進行測試和參數(shù) 調(diào)整。針對不同規(guī)格，改變目標(biāo)凸度值，進行補償系數(shù)的 調(diào)整。,,在試生產(chǎn)過程中，根據(jù)實際板

26、形和操作情況，調(diào)整PC角度 上下限值和彎輥上下限值，綜合保證穿帶穩(wěn)定性和成品板 形。根據(jù)實際板形設(shè)定調(diào)整的響應(yīng)程度，修改自學(xué)習(xí)模型的增 益值。根據(jù)實際穿帶、軋制情況以及板形情況對各架軋輥的原始 輥形進行修改。合理優(yōu)化張力，配合改善板形狀態(tài)。,5.3實施效果,通過板形控制的優(yōu)化，使成品凸度、平直度有了大幅度的提高，目標(biāo)符合精度要求。在生產(chǎn)中提高了穿帶、軋制過程的穩(wěn)定性，為薄規(guī)格的生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。,板形控制系統(tǒng)優(yōu)化后，

27、進一步提高了帶鋼穿帶穩(wěn)定性和軋制過程的穩(wěn)定性，并最終實現(xiàn)了150mm鑄坯生產(chǎn)1.8mm冷軋用鋼SPHC成品和2.5mm中碳結(jié)構(gòu)鋼SS400成品的成功軋制，并且各規(guī)格成品的凸度均符合目標(biāo)控制范圍，平坦度良好。,6 結(jié)論,通過對唐鋼1810和1700熱連軋機組板形控制系統(tǒng)的優(yōu)化，進行了測試和并根據(jù)實際結(jié)果對模型參數(shù)進行了調(diào)整和完善。以凸度控制為中心，實測板形參數(shù)和工藝參數(shù)，結(jié)合操作人員的現(xiàn)場實際情況，積累經(jīng)驗，對板形控制模型參數(shù)，進行不斷

28、的修改和完善，通過互動，達(dá)到人機完美結(jié)合，使二級模型得到完善和優(yōu)化，一級功能得到靈活應(yīng)用。 優(yōu)化后的熱軋帶鋼板形控制系統(tǒng)的投入使用后，控制系統(tǒng)可根據(jù)軋制產(chǎn)品的不同鋼種、厚度、寬度、溫度、軋輥條件、軋制節(jié)奏、軋制力能等參數(shù)，使用SAU（板形設(shè)定模型）對PC角度、彎輥力進行設(shè)定，由精軋出口多功能板形儀連續(xù)測量成品帶鋼的實際板形參數(shù)，與目標(biāo)值進行比較，并通過自學(xué)習(xí)功能修改設(shè)定值，使成品板形指標(biāo)達(dá)到目標(biāo)值。,投入使用以來，1700生產(chǎn)線