韶钢宽板轧机板形控制实践

总第155期2007年4月 南　方　金　属

S OUT HERN MET ALS

Su m.155Ap ril 2007　

　收稿日期:2006-09-18

　作者简介:郭同铀(1970-),男,1993年毕业于中南工业大学压力加工专业,工程师.

　文章编号:1009-9700(2007)02-0031-04

韶钢宽板轧机板形控制实践

郭同铀1

,周　成1

,罗祯伟2

,江业泰

2

(1.北京科技大学,北京100083;2.广东省韶关钢铁集团有限公司,广东韶关512123)

摘　要:板形控制技术是中厚板生产的关键技术和难点技术,密切关系着生产的稳定性、产品质量和主要技经指标.韶钢宽板轧机生产线的板形控制实践,充分发挥了板形控制工艺设备技术的功能,取得了较好的实物产品质量和较高的技经指标.

关键词:宽板轧机;板形控制;实践

中图分类号:TG 335.5 文献标识码:B

Prof ile con trol for the w i de pl a te m ill a t S I SG

G UO Tong 2you,LUO Zhen 2wei,J I A NG Ye 2tai

(Shaoguan Ir on &Steel Gr oup Co .,L td .,Shaoguan 512123,Guangdong )

Abstract:Being crucial for mediu m p late p r oducti on,p r ofile contr ol is of significance in ensuring p r oducti on steadiness,p r oduct quality and the main technical and econom ic indices .The p ractice with SI SG’s wide p late m ill,in which a full use was made of the equi pments and p r ocesses ass ociated with the p r ofile contr ol,showed that a good p r oduct quality,as well as satisfact ory technical and econom ic indices were obtained .Key words:wide p late m ill;p r ofile contr ol technique;p ractice

1　前言

广东省韶关钢铁集团有限公司(以下简称“韶钢”)3450宽板轧机是韶钢“十五”建设的重点项目,按炉卷轧机进行设计,采用短流程生产工艺,分两期建设.现建成的一期全部生产钢板,年生产能力100万t,产品规格9～40×1500～3250×6000～12000mm ,钢种主要有普碳板、优碳板、低合金系列、造船用板、锅炉容器板等.该生产线在设计定位时,结合产品大纲,合理配置了较为完善的板形控制功能,提高了钢板板形控制水平,取得了较好的产品质量和成材率等关键技经指标.

2　板形的概念

板形通常指钢板的平直度,常见的板形不良缺陷表现为浪形(单边浪、双边浪、中浪等)、瓢曲和镰刀弯.钢板板形不良的本质是变形不均匀产生的内部应力,当内应力大到一定程度且轧件厚度薄到一

定程度时,轧件以波浪、瓢曲、镰刀弯等形式释放应力,称作宏观板型不良,如果内应力较小且钢板有足够的刚度抵抗内应力引起的变形趋势,一般称作“潜在板型不良”.潜在板型不良的钢板在经过时效、后续加工或某些使用工况诱导下,很可能会转变为宏观板型不良.

钢板的板凸度和楔形度是影响板形的关键,因此控制板形就是要控制好有载辊缝形状,导致有载辊缝形状不良的因素很多,除辊系原始凸度、辊系的磨损、辊系热凸度、辊系横向冷却不均、两侧辊缝偏差、轧制负荷分配不当等因素外,坯料的横断面矩形度、坯料横向加热不均和侧导板对中精度也是影响板形的重要因素.

3　板形控制的工艺设备技术

3.1　板形控制的坯料保证

3.1.1　板坯的横向凸度和楔形度保证

由于板坯的横向凸度和楔形度对钢板板形具有

遗传性,必须保证板形横断面矩形度.宽板坯连铸机可控制板坯的横向凸度小于2mm ,楔形度小于2mm ,满足质量要求.3.1.2　板坯的加热质量保证

步进式加热炉设计具有足够的加热能力(250t/h )、优化的分区段加热和烧嘴布置、踏步功能以及计算机操作和监控,提高了加热质量,板坯加热温差值可以控制在30℃以内.3.2　四辊轧机的板形控制技术3.2.1　HAGC 厚度控制技术

HAGC 技术对板形控制所起的作用,主要是消

除钢板的楔形度,HAGC 可实现自动辊缝压靠,压靠

力为1500t (最大可达4500t ),压靠过程不仅消除机械影响,同时在两个液压缸的压靠力达到平衡时,二级模型自动记录两个AGC 缸位置传感器的位置数据,并将该传感器位置数据作为辊缝调节基准值,压靠时轧机刚度曲线记录保存在数据库中.

轧制过程中,HM I 显示两个液压缸位置偏差△H,实际钢板两边的厚度偏差△h 可用等式计算:△h =B /L ×△H,B 为轧件宽度,L 为两个AGC 缸中心矩(4940mm ).操作工可以根据△H 或△h 进行动态辊缝调平,调整板形,如果△H 达到0150mm 或轧制力偏差超过250t,系统会自动显示报警,操作人员进行干预,纠正轧件横向厚度偏差,防止大的镰刀弯或刮框事故.

3.2.2　工作辊液压正弯辊控制技术

工作辊液压正弯辊是最常见板形控制方法之一,即通过弯辊缸对工作辊两端的轴承座施加弯辊力,改变辊缝形状,降低钢板的板凸度,实现板形的连续控制.工作辊液压正弯辊原理见图1

.

图1　工作辊液压正弯辊原理

提供弯辊力的弯辊缸共有16个缸,分装在4个“Mae W est ”块上,如图2所示,每个“Mae W est ”块上下侧各安装两个缸,分别给上下工作辊轴承座提供弯辊力,每个轴承座4个液压缸提供的弯辊合力正好作用在辊子轴承的中心.弯辊系统的油压为280bar,每个轴承座上弯辊力为250t

.

图2　弯辊缸布置示意

弯辊系统要实现钢板凸度和平直度的目标板形控制,其控制过程完全由轧机RFS 设置模型完成,

模型在设置每个道次(指精轧道次)的弯辊力时,首先要通过道次轧制力、钢板厚度、钢板宽度、工作辊和支撑辊辊型、辊子的热凸度、辊子的磨损等参数计算辊缝凸度修正量,从修正量计算道次弯辊力的大小.以10×2750mm Q345钢板的轧制为例,模型的弯辊力给定及钢板凸度控制情况见下图3

.

图3　液压弯辊控制策略及效果

1-中浪临界曲线;2-边浪临界曲线;3-目标凸度值;

4-自然凸度;5-弯辊力

从图3中可以看出:凸度值控制曲线1和曲线2以内,钢板板形良好,否则出现中浪或边浪,工作

辊弯辊的投入,可实现目标凸度控制在0103mm ,平直度达到30I -Unit 的水平.31213　RTC 工作辊热凸度控制技术

RT C 工作辊热凸度控制是DAN I E L I 的专利技

术,其工作原理就是改变轧辊辊身中间和两端的冷却效率,得到不同的轧辊热凸度,进而控制板形.RT C

的原理结构为:每条工作辊入口、出口各有一根冷却集管,集管上的喷嘴呈圆弧线布置,在液压缸驱动下冷却集管在±30°范围内旋转,使喷射角度变化,进而改变冷却效率.当集管中间的喷嘴正对喷射辊面时,轧辊中部的冷却效果大于两端,热凸度为最小值,当集管两端的喷嘴正对喷射辊面时,轧辊中部的冷却效果小于两端,热凸度为最大值.如图4所示.

2

3南　方　金　属S OUTHERN M ET ALS

2007年第2期

图4　RT C 轧辊热凸度控制示意

不同喷射角度下的RTC 轧辊热凸度控制效果见图5

.

图5　RT C 轧辊热凸度控制效果

通过RTC 补偿轧辊热凸度的功能,可以配合有效地提升液压弯辊的作用,表现在:在一个换辊周期内,RTC 的效率是随轧辊磨损逐步增大的,期间充分发挥弯辊对板形的控制作用,只有当轧辊磨损达到一定程度且弯辊已满足凸度控制要求时,RT C 的热凸度控制能力才发挥最大,此过程是通过模型计算和控制的.除此之外,采用RTC 可以快速提升辊子热凸度,使换辊或复轧后轧辊尽快达到所需的热凸度,达到稳定板形的目的,如图6所示,若热凸度要达到0155mm ,RT C 需要30m in,无RTC 则需要约100m in,并在轧辊达到所需热凸度之后,冷却集管喷射角度调整到以前轧钢状态下的位置

.

图6　RT C 的工作辊热凸度响应时间

3.2.4　四辊轧机的板形设置模型(UUS )

板形设置模型(UUS )是轧机设置模型(RFS )的

一个集成模块,其功能主要是优化轧制道次压下量(负荷)的分配,提供合适的液压弯辊和RTC 设定值,得到期望的钢板平直度和凸度.该模型主要有以下特点:

1)在计算轧制负荷(压下量分配)设定值时,板形设置模型考虑的约束条件主要有轧制力、轧制扭距以及钢板凸度目标值,轧制力遵循弹道轨迹的

分布方式,如图7所示,轧制初期道次受轧制扭矩限制,一般在第3道次以后,负荷分配过渡到由轧制力约束,精轧道次为恒定凸度比例限制,并且道次负荷呈近似线性下降

.

图7　轧制道次负荷分配关系

2)板形设置模型在轧制进程中分节点进行计算,保证设定值达到板凸度和平直度的控制要求.模型的计算过程从二级接收初始数据的预计算开始,之后根据轧制不同节点的轧件实测参数进行修正计算,使计算值逐步精确化,计算充分考虑初始辊型、生产计划编排、轧辊磨损,热凸度等因素的影响.

3)形状设置模型在无法同时得到期望的平直度和板凸度的情形下,将替代一个新的目标凸度,优先保证平直度.

4)轧制进程中,因轧制出现异常或计算偏差造成轧制负荷超限,形状设置模型将自动增加轧制道次,增加的道次分配在轧制初期,避免增加在精轧阶段造成过大的温降,酿成钢板平直度缺陷.3.3　钢板的轧后冷却

钢板轧制完成后进入层流冷却系统进行冷却,冷却控制模型根据规格和冷却工艺要求生成冷却策略,保证冷却温度的准确性和均匀性.层流冷却系统全长54m ,分粗冷段和精调段,精调段可实施合理的冷却速度,降低冷却应力,同时层流系统配置了钢板边部遮蔽装置、侧喷和出口空气吹扫,可有效防

止冷却时钢板的边部过冷,降低冷却水在钢板上表面滞留造成过大的上下表面温差,消除横向起拱现象,为矫直提供较好的原始板形.

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3　总第155期

郭同铀等:韶钢宽板轧机板形控制实践

3.4　钢板的矫直控制

钢板矫直采用全液压九辊热矫直机,矫直力2500t,通过矫直模型可实现液压APC 辊缝调节、

液压正负弯辊、倾动、倾斜及出入口下矫直边辊高度调节等功能,主要功能见图8

.

图8　矫直机主要功能图示

不同的板形如单边浪、双边浪、镰刀弯等可采用不同的矫直功能进行矫直,或采取几种功能联合进行矫直,达到目标平直度,如板凸度大的双边浪钢板采用正弯辊,中间浪采用负弯辊,单边浪采用倾斜功能等,而倾动功能则可以调整使入口的变形比率达到最大,出口变形为最小,在保证矫直板形的前提下,最大限度地降低矫直残余应力.3.5　板形控制的辅助措施3.5.1　侧导板的合理设置

轧机前后侧导板采取了3+3的配置,即轧机机前机后侧导板各3个,最近的侧导板装在牌坊上,最大程度提高喂钢对中度,并约束轧件甩尾,最远的侧导板距轧辊中心线25m ,确保了长轧件的对中,侧导板均为液压控制,配置了位置传感器和压力传感器,实现自动控制,接触对中精度可达±5mm.3.5.2　轧辊辊身的均匀冷却

冷却不均会引起轧辊辊身热膨胀量差异,造成轧制时辊缝不对称,尽管轧制前进行辊缝压靠调平,但轧制时辊缝会产生变化,影响板形,因此要保证轧辊冷却均匀,将轧辊两端温差控制在5℃以内.3.5.3　高精度的轧辊磨削

采用德国HERK ULES 提供的W S 1100×9000CNC 重型万能轧辊磨床,能够磨削包括正弦曲线在

内的各种辊形,CNC 控制系统实现轧辊辊形磨削和

测量的全过程自动控制,圆度可达012μm ,辊型精度达2μm /011mm ,提供高精度的辊型.3.5.4　合理的辊型配置

合理的辊型配置是保证板形的关键,根据实践经验,本轧机的支撑辊采用平辊,更换周期的产量为15～20万t,在支撑辊换辊周期内,随着支撑辊磨损

的增大,工作辊的辊型可在0～+0120mm 范围变化,使辊型配置最佳.

4　结束语

板形控制技术是中厚板生产的关键技术和难点技术,密切关系着生产稳定性和产品质量,韶钢宽板轧机生产线的板形控制实践,发挥了板形控制功能的作用,同时也在模型设置和配辊方案方面进行了优化,积累了经验,在保证板形的条件下可以稳定轧制60～70m 长的钢板,使成材率达到93%以上,处于同类生产线的较好水平.

?标　题　新　闻?

韶钢1号120吨转炉炉龄突破18000炉大关,并有望迈上2万

炉的台阶.

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3南　方　金　属S OUTHERN M ET ALS

2007年第2期