黃立新，郭懷兵

（南京鋼鐵股份有限公司，江蘇 南京 210000）

鋼鐵工業(yè)是我國國民經(jīng)濟中最重要的支柱產(chǎn)業(yè)之一，縱觀鋼鐵產(chǎn)業(yè)歷史，中厚板已經(jīng)有200多年的生產(chǎn)歷史，中厚板的需求量、生產(chǎn)數(shù)量以及生產(chǎn)水平已經(jīng)成為衡量綜合國力的重要指標。近年來，我國石油化工、橋梁建筑等行業(yè)發(fā)展迅速，不僅提高了中厚板的需求量，對其質(zhì)量和品質(zhì)也提出了更高的要求。中厚板被廣泛使用于復雜的環(huán)境中，其具有強韌性、耐腐蝕性以及耐高溫等特點，其已經(jīng)占據(jù)我國鋼材總產(chǎn)量的10%，其對推動國民經(jīng)濟發(fā)展和提升國家綜合實力有至關重要的作用。

1 中厚板軋線發(fā)展概況

新中國成立之前，我國只有一套三輥勞特式中厚板軋機，于1936年建成，其作為我國第一套鋼板軋機為當時我國的鋼鐵發(fā)展奠定了踏實的基礎。新中國成立后，得益于前蘇聯(lián)的幫助，我國以第一套軋機為基礎，先后建立了13套三輥勞特式軋機，彼時，我國中厚板的生產(chǎn)技術和加工工藝已經(jīng)突飛猛進，有了顯著的成績。70年代后，我國的綜合國力迅速提升，大型工程機械行業(yè)、船舶制藥業(yè)等迅速發(fā)展，以往的中厚板軋機已經(jīng)不能滿足當時的生產(chǎn)需求，因此1978我國自行設計制造了第一套4200mm的厚板軋機，同時也從國外引入了3300mm的二手寬厚板軋機設備，以滿足當時我國的工業(yè)生產(chǎn)需求。

另外，建國之初三輥勞特式軋機的制造工藝還存在諸多問題，如尺寸偏小、鋼板寬度窄、版型差以及能耗高等問題，在當時不僅影響制造工期同時這類設備的經(jīng)濟效益也極差，因此，20世紀80年代初，我國各類中厚板生產(chǎn)企業(yè)紛紛大力投入研究，并結(jié)合實際生產(chǎn)對三輥勞特式軋機進行不同程度的改造，改造后的三輥勞特式軋機不僅保留了原有的軋機產(chǎn)能，在制造工藝和生產(chǎn)技術水平上也有了極大提高，并具備了先進的電控設備、控軋控冷技術裝備和熱處理工藝。

總之，隨著我國綜合國力的提升中厚板軋機也再不斷的發(fā)展革新，從傳統(tǒng)的三輥勞特式軋機發(fā)展至今，中厚板制作更為精準和智能，且可以滿足各類工業(yè)生產(chǎn)需求。

2 寬厚板軋線相關情況

南鋼5m寬厚板廠設計年產(chǎn)160萬t鋼，產(chǎn)品規(guī)格5mm～250mm×4850mm×25000mm，生產(chǎn)的產(chǎn)品品種有：船體用結(jié)構(gòu)鋼、管線鋼、鍋爐和壓力容器用鋼板、碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、橋梁用結(jié)構(gòu)鋼、建筑結(jié)構(gòu)用鋼板、高強度結(jié)構(gòu)用調(diào)質(zhì)鋼板、工程機械用高強度耐磨鋼板、耐候結(jié)構(gòu)鋼等。

（1）工藝流程。寬厚板廠生產(chǎn)線的工藝流程為：連鑄板坯→步進式加熱爐→高壓水除鱗→5000mm軋機→預矯直機→控制冷卻→溫矯直機→剪切→噴印標識→(探傷→拋丸→熱處理→矯直)→檢驗→入庫→發(fā)貨。

（2）設備組成。其核心設備，軋機裝置采用單機架整體結(jié)構(gòu)，牌坊單片重量400t，最大軋制力130000kN，軋機剛度為9500kN/mm，軋機開口度650mm，主電機功率為2×10000kW，最大軋制力矩為2×4244kN·m，最大軋制速度為6.35m/s，如圖1所示。

圖1 軋機裝置布置

3 寬薄規(guī)格鋼板生產(chǎn)問題

3.1 溫降快

溫降過快會導致鋼板翹曲變形，而中厚板軋機生產(chǎn)的鋼板溫降低在每秒10℃～15℃，因此應盡量減小每次軋機制造的時間間隔，以防止溫江過快導致的鋼板板形不良問題。在實際生產(chǎn)中，鋼板軋制溫度一般設置為80℃以上。

3.2 板形控制困難

鋼板的軋制與多方因素相關，且多因素之間相互影響，這使得板形難以控制，外部翹曲、邊浪以及中浪等是寬薄板生產(chǎn)中最常出現(xiàn)的問題，良好板形的生產(chǎn)不僅需要使用常規(guī)標準的軋輥輥型也需要將末道次的壓下量控制在合理范圍，以防止壓下量過大產(chǎn)生鋼板內(nèi)部受力不均勻的問題。另外，加熱爐也是影響板形的重要因素，同一批次的鋼板在不同加熱爐作用下產(chǎn)生的效果也不盡相同，甚者需要對其進行多次加熱才能生產(chǎn)完成，如下圖2所示。

圖2 鋼板軋制過程

3.3 操作難度大

鋼板制作并不僅依賴于軋機，對操作員也有較高的要求。10mm以下厚度規(guī)格鋼板的制作極為復雜，尤其是進入末道次時其形態(tài)已經(jīng)很薄，且此時一但溫差過大必然導致翹曲或下扣現(xiàn)象。另外，薄板不同于中厚板，其薄厚度更容易進入軋機間隙，輕者導致鋼板作廢重者可能引發(fā)生產(chǎn)事故。因此，實際生產(chǎn)中，鋼板生產(chǎn)操作難度極大，需要經(jīng)驗豐富的操作員，其可以預先對預判危險并迅速做出合理調(diào)整，將損失降到最低。

3.4 輥型和厚度均勻性問題

寬薄規(guī)格鋼板軋制過程，最難控制的問題即軋制厚度，其主要影響因素是輥型和熱凸度，如何合理控制熱凸度使其與輥型完美結(jié)合是操作員最為關注的問題，且軋制過程中，軋輥與軋件接觸時必然出現(xiàn)磨損現(xiàn)象，因此若不將其控制在合理范圍內(nèi)必然出現(xiàn)板形不良等現(xiàn)象。

4 寬薄規(guī)格鋼板板形控制優(yōu)化

4.1 板形控制的基礎理論

鋼板軋制過程的實質(zhì)是指在重型機械旋轉(zhuǎn)軋輥的碾壓作用下發(fā)生形變的過程，即將一定形狀的鋼鐵進行高溫、重力碾壓后其會向發(fā)生外部延伸和內(nèi)部流動的變化過程，最終制造成能夠滿足生產(chǎn)需求的成品。而板形則是指板帶延伸至外部的形狀和翹曲程度，不良板形產(chǎn)生的原因是鋼板內(nèi)部受力或殘余應力不均勻?qū)е碌?。板形不良分為潛在不良和外顯不良，潛在不良指板帶內(nèi)部應力不良產(chǎn)生的翹曲現(xiàn)象，反之則稱為外顯不良。板形的衡量指標包含有板凸度、斷面形狀以及板帶的板平直度等，如圖3所示。各項指標有獨立的評判標準但又相互影響，精準的指標不僅可以定量板形，也是研究板形問題和實現(xiàn)板形自動控制的基礎。

圖3 軋鋼板形控制

4.2 板形控制的技術手段

鋼板的發(fā)展過程中涌現(xiàn)了許多的板形控制技術，其中最為常用且最具代表的當屬彎輥、竄輥、軋輥分段冷卻以及液壓膨脹輥等技術。彎輥技術于1965年提出，真正使用于1970年，其作為最早的板形控制技術雖然存在諸多不許但依然是當年使用最為廣泛的板形控制技術。其工作原理是借助彎輥裝置增加或減小軋輥平衡力，以此改變其內(nèi)部壓力分布和軋輥彎曲變形程度。

竄輥技術主要由德國西馬克和日本日立兩家公司研發(fā)的兩種技術，分別是CVC和HC技術，當然的分別適用于CVC和HC系列軋機。CVC系列軋機于1982年發(fā)明，其主要裝置是反對稱布置的S型上下移位輥，移位輥的輥身曲線滿足高次多項式，以此為計算公式設置軋機參數(shù)，通過調(diào)整位移輥的移動參數(shù)實現(xiàn)凸度的連續(xù)變化。

重力軋制作用下，鋼板內(nèi)部會產(chǎn)生熱效應變化，在內(nèi)部熱量平衡后不均勻的受力可能導致軋輥產(chǎn)生凸度。軋輥的熱凸度也是不良板形的體現(xiàn)，因此需要對其進行溫度分布控制，從而平衡軋輥的熱凸度，即軋輥分段冷卻技術。此技術雖然可以提高板形的控制能力，但因為其長久的熱慣性等缺點使其很難被實時控制。

5 寬薄規(guī)格鋼板厚度控制研究

5.1 厚度控制的基礎理論

中厚板軋機厚度控制需要結(jié)合數(shù)學模型計算出既定目標，并合理設置輥縫參數(shù)，模型計算過程在二級操作，計算完成后將預定參數(shù)傳輸至一級。實際上，一級是自動化系統(tǒng)，主要工作原理是利用傳感器或測厚儀設備實時監(jiān)測鋼板厚度，進而在傳感器內(nèi)部將實際測量厚度與二級模型中的計算結(jié)果進行比對，結(jié)合對比結(jié)果通過液壓缸控制鋼板厚度，如此反復操作，最終制作出滿足生產(chǎn)需求厚度的鋼板。

5.2 厚度自動控制技術

中厚板的發(fā)展變化過程中先后出現(xiàn)了多種自動控制技術，即AGC技術。首先，是BISRA-AGC技術，其工作原理是以實際測量的鋼板厚度作為基準厚度，實際軋制過程中，借助于檢測出口的軋制力和輥縫的信號量來約束鋼板厚度，進而將鋼板的整體厚度控制在預設范圍內(nèi)，如此軋制出符合生產(chǎn)要求厚度的鋼板。其次是動態(tài)設定AGC，動態(tài)設定的原理是基于泰勒公式，利用泰勒級數(shù)法推導出鋼板厚度。其實，軋制力增加的過程中，有一部分力量來源于位置調(diào)節(jié)，位置調(diào)節(jié)會增加軋機的軋制力，因此需要將這部分軋制力扣除，進而計算出單獨由擾動引起的軋制力增量，最后根據(jù)擾動引起的軋制力增量與扣除厚度差所需的位置調(diào)節(jié)各因素之間的關系，最終軋制出符合生產(chǎn)需要厚度的鋼板。最后，是厚度計型AGC，其也是BISRA-AGC技術的升級版，在原來的基礎上增加了軋機壓力下效率的補償工作，主要為了提高系統(tǒng)的動態(tài)響應。主要原理是結(jié)合軋制力和輥縫值，計算出軋件出后厚度，從而獲取測量值與目標差值，之后與BISRA-AGC技術類似，理論上該控制方式是可以實現(xiàn)高精度厚度的鋼板。

6 結(jié)語

本文主要闡述了軋制薄規(guī)格板過程的控制與應用，軋制薄規(guī)格板對我國鋼板廠的生存和發(fā)展具有非常重要的意義。然而寬薄板軋制時比例凸度較大的特點，易導致軋制狀態(tài)不穩(wěn)定。因此，制定和優(yōu)化寬薄鋼板的穩(wěn)定化軋制工藝成為寬厚板廠急需攻克的難題。