馮敢　徐利軍

摘 要：分析方大九鋼低合金中厚板不平度超標(biāo)原因，總結(jié)了工作輥原始輥形、軋輥磨損和輥系熱凸度對(duì)不同寬度鋼板的板形影響規(guī)律。通過(guò)建立板形控制參數(shù)對(duì)應(yīng)表，動(dòng)態(tài)分配精軋階段軋制力，控制中間坯兩側(cè)厚度差，解決ACC層流冷卻及軋機(jī)除鱗異常，提高了鋼板平直度。

關(guān)鍵詞：中厚板；不平度；精軋階段負(fù)荷系數(shù)；中間坯兩側(cè)厚度差；ACC層流冷卻

FANGDA IRON AND STEEL 3 500 mm MEDIUM AND HEAVY PLATE UNEVENNESS PRACTICE

Feng Gan? ? Xu Lijun

（Fangda Steel Jiujiang Ping Steel Co.， Ltd.? ? Jiujiang? ? 332500， China）

Abstract：The reason for the unevenness of the medium and heavy plate of Fangda Jiugangs low alloy exceeds the standard is analyses， and the influence of original roll shape of the working roller， the wear of the roll and thermal convexity of the roller system on the plate shape of different widths is summarized. By establishing the corresponding table of plate shape control parameters， dynamically distributing the rolling force in the finishing rolling stage， controlling the thickness difference between the two sides of the intermediate billet， solving the ACC laminar flow colling and the scale removal abnormality of the rolling mill， and improving the straightness of the steel plate.

Key words： medium and heavy plate; unequitable; finishing rolling model load coefficient; the intermediate billet; laminar flow colling

0? ? 引? ? 言

中厚板主要應(yīng)用于建筑工程、機(jī)械制造、容器制造、造船和橋梁建造等，多數(shù)需要進(jìn)行再加工，當(dāng)前各類深加工設(shè)備對(duì)鋼板的板形和尺寸精度有著較高的要求，因此，中厚板生產(chǎn)廠家越來(lái)越關(guān)注中厚板的板形質(zhì)量，對(duì)中厚板板形問(wèn)題的研究也越來(lái)越重視[1-3]。方大九鋼3 500 mm 中厚板軋機(jī)生產(chǎn)線建于2010年，具備年生產(chǎn)能力180萬(wàn)t，生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了軋機(jī)模型系統(tǒng)控制和自動(dòng)物料跟蹤，并實(shí)施完善了MES和ERP等先進(jìn)的信息化管理系統(tǒng)，目前已經(jīng)是具有國(guó)際先進(jìn)水平的中厚板生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線由兩座加熱爐、兩套四輥可逆式軋機(jī)、一套熱矯直機(jī)、兩臺(tái)冷床、一條精整線及相關(guān)配套設(shè)施組成。目前生產(chǎn)的產(chǎn)品大綱包括船板鋼、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼、橋梁板、高層建筑用鋼、鍋爐和壓力容器用鋼、碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼等系列。隨著用戶對(duì)中厚板質(zhì)量要求越來(lái)越高，市場(chǎng)需要具有良好的平直度、極小內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)品，要求平直度達(dá)到3 mm/m 或2.5 mm/m。另外，隨著控軋控冷技術(shù)的應(yīng)用使得板形問(wèn)題也越來(lái)越突出。

1? ? 中厚板不平度缺陷分析

方大九鋼軋鋼廠中厚板采用3 500 mm雙機(jī)架四輥可逆式軋機(jī)，精軋機(jī)平衡缸彎輥力單側(cè)2 500 kN，彎輥力太小不能調(diào)節(jié)軋制輥縫來(lái)控制板形。受設(shè)備條件限制，軋鋼廠熱矯直機(jī)的實(shí)際矯直力不超過(guò)10 000 kN，無(wú)法通過(guò)大變形矯直方案消除低合金厚板內(nèi)應(yīng)力。在實(shí)際生產(chǎn)中，采用二級(jí)模型系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算軋制規(guī)程可以較好的控制鋼板的厚度精度，但是鋼板板型控制能力稍顯薄弱。鋼溫是影響鋼板內(nèi)應(yīng)力的重要因素，我廠普碳鋼板終軋溫度較高在840 ℃以上，較少出現(xiàn)瓢曲缺陷；而低合金鋼板終軋溫度較低在800 ℃左右，成品瓢曲較多。U型瓢曲示意如圖1、圖2所示。

1.1? ? 鋼板不平度超標(biāo)原因

如果不考慮鋼板在每道次軋制完成后所產(chǎn)生的彈性恢復(fù)，鋼板不平度超標(biāo)的產(chǎn)生原因是鋼板在軋制過(guò)程中沿寬度方向變形不均的結(jié)果，鋼板變形的地方表面積增大，但因受變形小的地方的限制而不能自由伸長(zhǎng)，從而隆起或凹陷成為板形非正品。

1.2? ? 軋機(jī)模型的影響

軋制模型是厚板軋制的核心技術(shù)，軋制模型預(yù)報(bào)的精度直接決定鋼板板形控制的穩(wěn)定性。其主要內(nèi)容包含：

1）軋制規(guī)程計(jì)算采用動(dòng)態(tài)方式進(jìn)行，分別設(shè)計(jì)有入爐模擬計(jì)算、出爐1次設(shè)定計(jì)算、2次設(shè)定計(jì)算、規(guī)程后計(jì)算、規(guī)程再計(jì)算、請(qǐng)求計(jì)算、自學(xué)習(xí)計(jì)算等功能，以此充分保證鋼板軋制過(guò)程中模型的計(jì)算精度，為基礎(chǔ)自動(dòng)化提供精確的參考數(shù)據(jù)，控制時(shí)序如圖3所示。

2）道次負(fù)荷分配考慮對(duì)板形的影響，在延伸階段采用良好板形約束條件，控制后3個(gè)道次的軋制力實(shí)現(xiàn)板形的良好控制。

3）在中厚板的軋制過(guò)程中，合理調(diào)整精軋階段各道次壓下負(fù)荷分配，制定合理的軋制規(guī)程是鋼板板形控制的重要手段。壓下負(fù)荷分配是通過(guò)調(diào)整各個(gè)道次的壓下量，引起各道次的軋制力相應(yīng)的改變，從而使各道次的輥縫形狀發(fā)生改變，鋼板的凸度也隨之發(fā)生改變[4]。

1.3? ? 設(shè)備狀態(tài)的影響

2019年3月份九鋼加熱爐檢修前，由于精軋機(jī)設(shè)備存在隱患，為保護(hù)設(shè)備安全限制了精軋機(jī)模型最大軋制力，規(guī)程計(jì)算最大軋制力不超過(guò)42 000 kN，生產(chǎn)過(guò)程中2 500 mm寬度低合金厚板出現(xiàn)批量倒U瓢曲，采用其他方法均無(wú)法解決板形問(wèn)題，恢復(fù)軋機(jī)模型的最大軋制力至55 000 kN后，低合金厚板板形恢復(fù)平整。

1.4? ? 中間坯兩側(cè)厚度差的影響

中間坯厚度參數(shù)是軋制規(guī)程設(shè)定的重要參數(shù)，中間坯兩側(cè)厚度差取決于粗軋機(jī)上下輥平行度。2021年5-6月份軋制35～50 mm低合金厚板期間，大量鋼板出現(xiàn)東側(cè)邊部不平度超標(biāo)現(xiàn)象，采用調(diào)整精軋機(jī)軋機(jī)負(fù)荷和矯直力等措施均無(wú)效果。檢查發(fā)現(xiàn)中間坯兩側(cè)厚度差超過(guò)2 mm。粗軋機(jī)單調(diào)輥縫和重新壓靠后，控制中間坯兩側(cè)厚度差小于2 mm，問(wèn)題得到徹底解決。

2? ? 中厚板不平度的控制措施

2.1? ? 薄板浪形的控制方法

鋼板的厚度和寬度對(duì)臨界載荷的影響很大，鋼板越薄、寬度越寬越容易產(chǎn)生中浪和邊浪[5]。九鋼軋機(jī)模型系統(tǒng)通過(guò)調(diào)整精軋負(fù)荷系數(shù)，按比例控制精軋后幾道次軋制力，薄規(guī)格（≤16 mm）精軋機(jī)末三道次、中板（＞16～30 mm）精軋機(jī)末二道次、厚規(guī)格（＞30 mm）末道次。模型系統(tǒng)按厚度層別預(yù)設(shè)定精軋機(jī)負(fù)荷默認(rèn)系數(shù)（一般為0.83～0.87），操作工通過(guò)二級(jí)界面調(diào)整精軋負(fù)荷系數(shù)（范圍為0.8～1.2），軋機(jī)模型實(shí)際精軋負(fù)荷系數(shù)是這兩個(gè)系數(shù)的乘積。

軋制薄規(guī)格出現(xiàn)邊浪或中間浪時(shí)，通過(guò)調(diào)整精軋機(jī)負(fù)荷系數(shù)即可達(dá)到板形平直的目的，工作輥軋制里程初期，精軋負(fù)荷系數(shù)設(shè)定較大，通過(guò)增大精軋負(fù)荷抑制成品中浪、減小精軋負(fù)荷解決成品雙邊浪；隨著工作輥軋制里程增加，逐漸減小精軋負(fù)荷。

2.2? ? 中規(guī)格鋼板不平度的控制方法

九鋼中規(guī)格低合金鋼板的ACC返紅溫度在600 ℃左右，鋼板進(jìn)入矯直機(jī)時(shí)已完成珠光體、鐵素體相變，金相組織中存在少量貝氏體。實(shí)際生產(chǎn)中，鋼板冷卻時(shí)，很難達(dá)到鋼板各部分均勻冷卻的理想狀態(tài)。板形出現(xiàn)中間凸（倒U）可得出上表面冷卻慢于下表面冷速結(jié)論，為改善板形可減少水比，相反出現(xiàn)中間凹（正U）可增加水比[6]。當(dāng)氣溫水溫變化較大時(shí)，應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)提前調(diào)整ACC參數(shù)。通過(guò)優(yōu)化ACC模型系統(tǒng)，增加ACC水溫參數(shù)層別，按產(chǎn)品厚度和水溫，單獨(dú)設(shè)定ACC水比參數(shù)，中規(guī)格低合金鋼板板形得到較好控制。

2022年7-8月份期間，25、28mm規(guī)格鋼板經(jīng)常產(chǎn)生瓢曲非正品，通過(guò)一級(jí)二級(jí)系統(tǒng)后臺(tái)數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)鋼板在ACC層流冷卻內(nèi)運(yùn)行中存在速度突然降速，造成鋼板局部冷卻過(guò)度。分析原因是二級(jí)模型系統(tǒng)給定的ACC鋼板運(yùn)行速度波動(dòng)大，造成ACC與矯直機(jī)的生產(chǎn)節(jié)奏不匹配，前后兩塊鋼板間隔距離太短，自動(dòng)觸發(fā)了一級(jí)系統(tǒng)限速保護(hù)。通過(guò)優(yōu)化ACC模型程序，強(qiáng)制給定鋼板最小運(yùn)行速度后，該問(wèn)題得到徹底解決。

2022年10月份，為提高鋼板表面質(zhì)量，增加精軋機(jī)階段除鱗道次后，18、20 mm規(guī)格鋼板尾部2～3 m范圍鼓包、鋼板不平度超標(biāo)。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)跟蹤，發(fā)現(xiàn)精軋機(jī)末道次軋機(jī)除鱗異常，部分鋼板軋機(jī)除鱗存在提前停止噴射問(wèn)題。精軋末道次改用人工強(qiáng)制除鱗后，尾部鼓包問(wèn)題得到解決，通過(guò)優(yōu)化末道次除鱗控制程序后，該問(wèn)題得到徹底解決。

2.3? ? 厚板不平度的控制方法

如果厚板內(nèi)部存在很大的殘余應(yīng)力或熱應(yīng)力，即使矯后鋼板是平整的，但在冷卻到室溫的過(guò)程中仍然會(huì)產(chǎn)生不平度超標(biāo)[7-8]。九鋼厚度＞30 mm的低合金厚板的ACC返紅溫度為670 ℃左右，鋼板矯直時(shí)珠光體相變尚未完成。生產(chǎn)時(shí)操作工現(xiàn)場(chǎng)觀察ACC出口或矯直機(jī)前后板形，并不能準(zhǔn)確預(yù)判低合金厚板的最終板形。軋制規(guī)程不合理造成厚板內(nèi)部殘余應(yīng)力過(guò)大。軋制負(fù)荷的變化導(dǎo)致了輥縫凸度的變化，為了保證鋼板板形良好，生產(chǎn)中必須首先對(duì)軋機(jī)各道次的負(fù)荷進(jìn)行合理的分配[9]。如軋制成品板形不良，經(jīng)過(guò)ACC層流加速冷卻后，低合金厚板板形加劇惡化。

在軋制前， 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和理論采用的綜合負(fù)荷分配法制定的規(guī)程是一個(gè)預(yù)計(jì)算規(guī)程。在實(shí)際軋制過(guò)程中， 現(xiàn)場(chǎng)因素的復(fù)雜性往往使得預(yù)計(jì)算的軋件板形、板凸度同實(shí)際的板形、板凸度存在一定的誤差， 如軋輥的磨損凸度和熱膨脹凸度、軋件溫度的波動(dòng)都會(huì)對(duì)軋件的橫向流動(dòng)和板形產(chǎn)生較大的影響， 而這些影響很難通過(guò)精確的數(shù)學(xué)模型估計(jì)[10]。

2022年通過(guò)采集整理現(xiàn)場(chǎng)工藝參數(shù)數(shù)據(jù)，建立了九鋼低合金厚板板形與工作輥磨損（初始輥形和軋輥里程）的對(duì)應(yīng)工藝參數(shù)表，優(yōu)化各厚度、寬度規(guī)格中間坯厚度，逐漸完善各規(guī)格工藝參數(shù)方案如下：

軋制成品寬度2 000、2 200 mm鋼板時(shí)，工作輥使用初期（軋制里程5 000 m以內(nèi)）減少精軋負(fù)荷，精軋負(fù)荷系數(shù)用0.9～0.95；工作輥使用中期（軋輥里程5 000～40 000 m）精軋負(fù)荷系數(shù)用1.0～1.03，工作輥使用后期（軋輥里程40 000 m以上）后期精軋負(fù)荷系數(shù)用1.05～1.07。

軋制成品寬度2 400、2 500 mm鋼板時(shí)，工作輥使用初期精軋負(fù)荷系數(shù)用0.98～1.0，工作輥使用中期精軋負(fù)荷系數(shù)用1.03～1.05，工作輥使用后期精軋負(fù)荷系數(shù)用1.08～1.10。

九鋼中厚板工作輥輥型：一般凸度值為0.05 mm，支承輥軋制噸位100 000 t以上時(shí)，工作輥原始凸度增加至0.10 mm；集中軋制薄板期間，改用凸度值為0 mm工作輥。

3? ? 結(jié)? ? 論

方大九鋼建立完善各厚度寬度規(guī)格、軋輥原始輥型、軋輥里程、精軋負(fù)荷參數(shù)對(duì)應(yīng)表。依托現(xiàn)有軋機(jī)模型系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)設(shè)定精軋負(fù)荷系數(shù)，控制中間坯兩側(cè)厚度差，消除ACC冷卻異常和精軋機(jī)除鱗異常，提高了鋼板平直度。通過(guò)實(shí)施上述措施，2022年方大九鋼低合金瓢曲非正品率降至0.10%。

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