李繼瀏

昆鋼雙機架爐卷軋機生產(chǎn)的厚度≤4mm的冷軋原料鋼卷（寬度主要為1030mm和1275mm，卷重≤21噸/卷，鋼種為st12、spcc、Q195等），在投產(chǎn)時使用的工作輥型是美國TIPPINS公司設計的負凸度的拋物線輥型，其輥型參數(shù)為：-0.12mm×1950mm（最大凸度量×拋物線長度）。在試生產(chǎn)期間由于所軋制的規(guī)格厚度較厚（≥4mm）而且?guī)т摪迕鎸挾葐我?，生產(chǎn)出的帶鋼板型質(zhì)量問題不是十分突出。但是隨著市場對較薄規(guī)格和多種板面寬度的需求比重的增加，爐卷軋機生產(chǎn)的較薄規(guī)格的帶鋼上存在的邊浪和瓢曲等板型不良的矛盾逐漸突出。如在2006年6月板形質(zhì)量較差， 2006年上半年的帶鋼浪形高度≤20mm的比重平均為77.2%，浪形高度20＜h≤30的比重平均為13.85%，浪形高度＞30mm比重平均為8.95%。較差的原料板形質(zhì)量影響了酸洗、冷軋、退火等后工序的生產(chǎn)穩(wěn)定和產(chǎn)品質(zhì)量的提高，給公司造成了一定的經(jīng)濟損失。

為了進一步滿足冷軋等后道工序?qū)彳垘т摪逍钨|(zhì)量的技術要求，板帶廠相關工程技術、操作人員進行了大量的軋制參數(shù)分析、動態(tài)輥型變化規(guī)律摸索等實踐分析工作，通過不斷改進爐卷軋機工作輥原始輥型和優(yōu)化彎輥力控制制度，從而逐步改善了爐卷軋機的冷軋原料帶鋼的板形質(zhì)量。

軋輥作為軋鋼生產(chǎn)中的一種大型工具，性能與質(zhì)量直接決定著軋機產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，軋輥的使用與管理在冷連軋生產(chǎn)中至關重要。自2018年7月投產(chǎn)以來，在使用過程中軋輥頻繁出現(xiàn)爆輥(剝落)、斷輥、裂紋等事故。因此分析軋輥失效原因，采取相應的具體措施，提高軋輥使用和管理水平，降低軋輥事故率，對穩(wěn)定生產(chǎn)和降低生產(chǎn)成本具有重要的意義。

1 軋制工藝及原料質(zhì)量

昆鋼雙機架爐卷軋機生產(chǎn)的厚度≤4mm的冷軋原料鋼卷（寬度主要為1030mm和1275mm，卷重≤21噸/卷，鋼種為st12、spcc、Q195等），在投產(chǎn)時使用的工作輥型是美國TIPPINS公司設計的負凸度的拋物線輥型，其輥型參數(shù)為：-0.12mm×1950mm（最大凸度量×拋物線長度）。在試生產(chǎn)期間由于所軋制的規(guī)格厚度較厚（≥4mm）而且?guī)т摪迕鎸挾葐我唬a(chǎn)出的帶鋼板型質(zhì)量問題不是十分突出。但是隨著市場對較薄規(guī)格和多種板面寬度的需求比重的增加，爐卷軋機生產(chǎn)的較薄規(guī)格的帶鋼上存在的邊浪和瓢曲等板型不良的矛盾逐漸突出。如在2006年6月板形質(zhì)量較差， 2006年上半年的帶鋼浪形高度≤20mm的比重平均為77.2%，浪形高度20＜h≤30的比重平均為13.85%，浪形高度＞30mm比重平均為有8.95%。較差的原料板形質(zhì)量影響了酸洗、冷軋、退火等后工序的生產(chǎn)穩(wěn)定和產(chǎn)品質(zhì)量的提高，給公司造成了一定的經(jīng)濟損失。

為了進一步滿足冷軋等后道工序?qū)彳垘т摪逍钨|(zhì)量的技術要求，板帶廠相關工程技術、操作人員進行了大量的軋制參數(shù)分析、動態(tài)輥型變化規(guī)律摸索等實踐分析工作，通過不斷改進爐卷軋機工作輥原始輥型和優(yōu)化彎輥力控制制度，從而逐步改善了爐卷軋機的冷軋原料帶鋼的板形質(zhì)量。

軋輥作為軋鋼生產(chǎn)中的一種大型工具，性能與質(zhì)量直接決定著軋機產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，軋輥的使用與管理在冷連軋生產(chǎn)中至關重要。自2018年7月投產(chǎn)以來，在使用過程中軋輥頻繁出現(xiàn)爆輥(剝落)、斷輥、裂紋等事故。因此分析軋輥失效原因，采取相應的具體措施，提高軋輥使用和管理水平，降低軋輥事故率，對穩(wěn)定生產(chǎn)和降低生產(chǎn)成本具有重要的意義。

2 冷軋原料板形不良的原因分析

針對冷軋原料帶鋼雙邊浪、中浪和復合浪均有存在的現(xiàn)象，對現(xiàn)場的各種浪形帶鋼的斷面厚度進行跟蹤測量發(fā)現(xiàn)，中浪帶鋼的斷面主要是邊部比中部厚度較厚，邊浪帶鋼的斷面主要是邊部比中部厚度較薄，較好的4mm厚度規(guī)格的帶鋼板形斷面的邊部比中部厚度薄0.06mm左右。冷軋原材料剪切時，帶鋼邊絲沒有剪切清潔,進入軋機時會使邊絲在帶鋼邊部軋裂最后導致帶鋼斷帶；設定參數(shù)不符合工藝規(guī)程,軋機參數(shù)波動較大,會引起軋制波動導致帶鋼斷帶。由此可以確定，導致冷軋原料鋼卷板形不良的主要問題是因帶鋼凸度比例值（帶鋼斷面中部與邊部厚度差與邊部厚度的百分比）不穩(wěn)定所造成。因此如何穩(wěn)定地控制帶鋼凸度比例值就成為能否改善板形質(zhì)量的關鍵所在。

由于帶鋼是從軋輥輥縫中軋出來的，輥縫的大小和形狀決定了帶鋼的縱向和橫向厚度的變化（直接影響到板形）。在軋制中——軋制力、軋輥的凸度、彈性變形、軋件溫度的變化等因素都會使軋輥輥縫形狀（輥型）發(fā)生不斷變化，從而使每套工作輥的輥型發(fā)生相應的動態(tài)變化（每套正常軋制的工作輥型可分為前、中、后期輥型）。主要影響輥型變化的熱膨脹、磨損、軋輥變形及彎輥力有以下特征：

①熱膨脹：軋輥在軋制中與帶鋼接觸的輥身會因受高溫作用熱膨脹后產(chǎn)生的凸度，稱為“熱凸度”。在生產(chǎn)中軋件傳遞給軋輥的熱量及在軋輥與軋件接觸弧處發(fā)生的塑性變性功和摩擦產(chǎn)生的熱量將使軋輥溫度上升。而軋輥冷卻水及將輥身中部的熱量傳給軋輥軸承座和支撐輥的熱傳導將使軋輥溫度下降。再加上軋制的規(guī)格、軋速、節(jié)奏等因素的變化更使得熱凸度處于一種復雜的動態(tài)變化狀態(tài)?？傮w來說與帶鋼接觸的軋輥輥身中部溫度高而沿輥身兩端方向溫度逐漸降低。且軋制速度和軋制節(jié)奏與軋輥的熱凸度成正比關系。

②磨損：由于在正常軋制中，軋輥受周期性載荷作用，受軋件的周期性加熱和水冷卻、軋輥與軋件和支撐輥的壓力接觸及腐蝕作用引起我們熱軋過程中軋輥的疲勞磨損、研磨和化學磨損。我車間的兩機架爐卷可逆式軋機，正常情況下往返軋制帶鋼7道次成卷。既是粗軋又是精軋，軋輥的工作狀態(tài)使軋輥既受到初始道次中軋件溫度高、熱力學疲勞磨損較大的狀況又受到精軋道次時軋件硬度高、軋速快引起的更大的機械疲勞和研磨磨損狀況的相互疊加，其結果是軋輥的磨損較熱連軋情況更嚴重。

③軋輥變形：軋制過程中軋件在兩輥間產(chǎn)生塑性變形的同時，工作輥與支撐輥因受到反作用力將產(chǎn)生撓曲和彈性壓扁。彈性壓扁發(fā)生在工作輥與軋件的塑變接觸和與支撐輥的壓力接觸區(qū)。軋制中的彈性壓扁和彈性撓度將給帶鋼產(chǎn)生正凸度，且隨軋制壓力的增加而增大。因此在生產(chǎn)中針對不同鋼種、規(guī)格的產(chǎn)品，在不同道次（軋制壓力不同）軋輥變形無時無刻的發(fā)生著動態(tài)變化。

彎輥力：在軋制過程中，通過液壓系統(tǒng)控制油缸對工作輥兩側(cè)的軸承座施加力矩，使工作輥中心線在垂直方向上發(fā)生一定幅度的彎曲，起到改變上下工作輥縫形狀的控制力。如使上下工作輥中部輥縫減小的彎輥力為正彎輥，使上下工作輥中部輥縫增大的彎輥力為負彎輥。影響彎輥的主要參數(shù)有：工作輥直徑、支撐輥直徑、工作輥凸度、工作輥輥身長度、工作輥單軸承間距、軋輥接觸長度、彎輥系統(tǒng)承載度等。

3 改板形質(zhì)量的主要措施

綜上所述，要穩(wěn)定地控制帶鋼凸度，必須通過加強對這套軋機在軋制中的熱膨脹、磨損和彈變等諸多因素的摸索的前提下，針對軋機設備參數(shù)不變（軋機軋制壓力≤3600t，速度≤763m/min，工作輥直徑Φ760—810mm×1950mm、支撐輥直徑Φ1600—1730mm×1725mm、軋輥冷卻水壓力0.7Mp、流量320m3/h），產(chǎn)品大綱不變（板坯原料尺寸為200—230mm×950—1550×9000—10200 mm，產(chǎn)品是寬幅為950—1550mm、厚度2.0—20mm、單重16—28噸/卷），在換輥周期不變（每套工作輥軋制軋件的累積長度≤30km）等特定條件，結合爐卷軋機正彎輥力控制可進行0—250噸范圍人工調(diào)整的特點，修訂更加理想的輥型曲線，使軋輥原始輥型（凸度及曲線）與彎輥力合理控制搭配使用，得到我們所需要的理想板凸度比例值，才能使冷軋原料帶鋼板形得到進一步的改善。軋制軋件過程中設專人目視檢查帶鋼缺點，如:折疊、大邊裂、孔洞等，發(fā)現(xiàn)后將缺點部位及時通知軋機主操，采取低速軋制或許穿帶通過。

3.1 計算冷軋原料帶鋼所需的理論原始輥型中凸量

在爐卷軋機的生產(chǎn)過程中，經(jīng)過大量的實踐摸索和對帶鋼浪形跟蹤的數(shù)據(jù)分析后發(fā)現(xiàn)：①帶鋼斷面的板凸度比例≥1.5%時，在其冷卻后開卷過程中存在著中部（寬度斷面的中部）鼓起、兩邊部向上下起伏的雙邊浪情況；②帶鋼斷面的板凸度比例在0%～1.5%范圍內(nèi)時，在其冷卻后開卷過程中一般沒有浪形，而且板形較好；③帶鋼斷面的板凸度比例＜0時，斷面呈中部薄、兩邊較厚的中凹形狀的帶鋼，在其冷卻后開卷過程中存在著中浪情況，而且負比例凸度越大其邊浪越嚴重。

而且軋制≤4mm以下的冷軋原料帶鋼時，由于軋制中軋件厚度薄、軋制時間長，較大的溫降導致輥身直徑熱膨脹速度相對軋制＞4mm以上的規(guī)格較慢；另外，由于軋制中軋件與軋輥的接觸時間長、軋速快，導致軋輥磨損相對軋制＞4mm以上的規(guī)格較快、且愈薄愈明顯的特點，我們將板凸度比例1.5%作為在雙機架爐卷軋機上生產(chǎn)常見的1030mm和1275mm兩種寬度帶鋼的理想板形的最大凸度比例值。由此根據(jù)板凸度比例公式可計算出帶鋼的中凸量：k=δ÷h平均×100%δ=k×h÷100%。

式中：k——是板凸度比例值；δ——是鋼板的中凸量，δ=h中部-h平均；h平均——是鋼板的平均厚度。

δ=k×h÷100%=1.5%×4÷100%=0.06mm。 由 此 可得出4mm厚度以下帶鋼理想的帶鋼板形的中凸量范圍是0mm～0.06mm之間。

3.2 根據(jù)原始輥型中凸量和實際生產(chǎn)條件確定原始輥型

通過相關人員的不斷深入摸索、抓住核心問題研究影響板形質(zhì)量的關鍵，不斷改進工作輥輥型和新的軋制工藝，經(jīng)過多次計算、實踐使用對比后，對1030mm的帶鋼逐步嘗試過的原始輥型W1值的范圍內(nèi)（最大凸度量×拋物線長度）：-0.08mm×1250mm、-0.12mm×1250mm、-0.14mm×1250mm、-0.16mm×1250mm、-0.18mm×1250mm；對1275mm的帶鋼嘗試過的原始輥型W2值的范圍內(nèi)（最大凸度量×拋物線長度）：-0.12mm×1950mm、-0.10mm×1950mm、-0.16mm×1950mm、-0.13mm×1510mm、-0.16mm×1510mm、-0.18mm×1510mm、-0.20mm×1510mm。

因為如果輥型的負凸度量過大后，雖然換輥周期得到延長、機時產(chǎn)量增加，但會因超出正彎輥的最大補償能力（250t）后，所軋制的帶鋼板凸度較大造成板形較差；而如果輥型的負凸度量過小后，會因沒有負彎輥功能導致所軋制的帶鋼板凸度偏小，換輥周期將明顯縮短（不及時換輥將產(chǎn)生負凸度板形）、機時產(chǎn)量也會因換輥等生產(chǎn)準備時間的增加而受到影響。所以通過長期對不同寬度帶鋼的各種輥型的反復試用、對比和分析，最后綜合考慮板凸度量和換輥周期的平衡點來確定適合的原始輥型值，到2006年8月份起逐步確定生產(chǎn)冷軋原料帶鋼1030mm、1275mm兩種寬度帶鋼的適用輥型。

3.3 根據(jù)每個軋制行程（每套工作輥的每次上機的軋制長度）中帶鋼凸度的變化合理控制彎輥力

昆鋼爐卷軋機的彎輥控制系統(tǒng)是通過位于出口卷取爐之后的板形儀測量采集到最后道次的帶鋼板凸度數(shù)據(jù)后反饋到二級機數(shù)學模型，二級計算機模型通過對軋件的鋼種、溫度、軋制壓力、目標厚度、板寬、工作輥軋制長度等參數(shù)計算出下一卷帶鋼的彎輥力設定值，通過后饋方式輸入到下一卷帶鋼的軋制程序并在第6、7道次使用。由于在實際生產(chǎn)過程中的軋制節(jié)奏、軋輥冷卻條件、軋件溫度等影響輥型凸度變化的因素變化頻繁，導致計算機模型理論計算設定的彎輥力對板凸度的控制存在一定滯后和偏差。因此，軋機操作人員通過長期的經(jīng)驗積累，根據(jù)軋制過程中板形儀顯示的每次凸度測量值及時對彎輥力進行人工增減，彌補了程序彎輥力的滯后缺陷，使得帶鋼凸度控制更加均衡和精確。具體控制措施如下：

（1）每次更換工作輥后的初期輥時，因該階段的輥溫較低、熱凸度較小，此時的動態(tài)輥型凸度較大，因而在第6、7到此時操作人員手動調(diào)整1#和2#軋機的彎輥力在210t～250t之間。

（2）中期輥時，因該階段的輥溫升高、熱凸度增大，此時的動態(tài)輥型凸度減小，因而操作人員手動調(diào)整1#和2#軋機的彎輥力在130t～210t之間。

（3）后期輥時，因該階段的輥溫較高，此時的動態(tài)輥型凸度偏小，因而操作人員調(diào)整軋機的彎輥力在0t～130t之間。

（4）當最后道次的帶鋼頭尾段因溫降大，較大的軋制變形抗力導致軋輥撓度和彈性變形增加（相對帶鋼中段而言）后板凸度增大出現(xiàn)明顯雙邊浪時，有針對性地加大頭尾段彎輥力。

（5）當最后道次的帶鋼中部段因溫降較高，沒有出現(xiàn)雙邊浪時，及時減小帶鋼中部段彎輥力。

4 改進后的效果

經(jīng)過較長時間的工藝優(yōu)化和摸索，昆鋼板帶廠對爐卷軋機軋制冷軋原料帶鋼產(chǎn)品的輥型工藝控制方案進行了重要的優(yōu)化改進后，帶鋼板形情況逐步發(fā)生了較大改善：在酸洗線實測的帶鋼浪形高度≤20mm的比重從原來（2006年7月以前）的平均77.2%躍升到平均95.91%；浪形高度＞30mm的比重從平均8.95%下降到平均1.1%，板形質(zhì)量和帶鋼斷面尺寸得到了明顯提高和改善。為昆鋼冷軋工序提供了大量的質(zhì)優(yōu)價廉原料和冷軋產(chǎn)品等級率的大幅度提升奠定了扎實的基礎。

5 結語

針對昆鋼爐卷軋機冷軋原料帶鋼板形質(zhì)量問題，分析了影響輥型變化的主要原因即：熱膨脹、磨損、軋輥變形及彎輥力。為提高鋼爐卷軋機生產(chǎn)質(zhì)量控制能力,對爐卷軋機軋制冷軋原料帶鋼產(chǎn)品的輥型工藝控制方案進行了優(yōu)化。新的鋼板控制工藝技術在生產(chǎn)中使用穩(wěn)定，從根本上提高了軋機板形控制能力，板形控制精度得到了有效提升,軋輥磨損得到明顯改善，應用效果顯著。