宽厚板生产板形控制

宽厚板生产中的板形控制
王朝明
沙钢集团宽厚板二车间
摘要：针对沙钢宽厚板二车间5000mm宽厚板生产产品的品种多、产品规格多的情况，分析了轧制规程分配和弯辊力等对板形、板凸度控制的影响，结合现场实际生产操作情况，提出了相应的板形、板凸度自适应政策，经济有效地提高轧机的板形控制能力。

关键词：5000mm宽厚板轧机板形控制板凸度弯辊
1 前言
板形精度是宽厚钢板的一项重要质量指标，也是决定其市场竞争力的重要因素。

衡量板形精度的指标是板形和平直度，其控制精度对确保产品实物质量和提高成材率及其重要。

近年来，液压系统的投入有效地降低了宽板厚尺寸的偏差，大大提高了宽厚板的纵向尺寸精度，基本满足了用户的需求。

然而在宽厚板的横向厚度差，即板凸度和板形的控制上，由于板形控制手段较少，很难满足用户对板形质量的要求。

厚板轧机薄规格产品的轧制是衡量一个厚板厂板形控制水平的指标之一。

文中针对沙钢宽厚板二车间的5000mm宽厚板轧机在生产10mm及以下规格钢板时，轧制过程中稳定性差，对生产组织和操作带来一定的难度，现针对5000mm轧机轧制规格生产存在的主要问题，结合实际生产情况，分析了宽厚板板形、板凸度控制的几种方法——轧制力调整（压下负荷分配）、工作辊和支承辊初始辊形设计和液压弯辊调整等。

力求在现有轧机装备基础上，经济有效地提高轧机的板形控制能力，生产出板形优良的高附加值的宽厚板产品。

2宽厚板轧机板形控制工艺研究
钢板的板形就是指钢板轧后所产生的波浪和瓢曲，即指钢板的翘曲程度。

目前板形控制技术已经由初期的烫辊及加大轧辊直径等方法，发展到增加轧机刚度、完善辊系、减小轧辊挠度，进而到弯辊装置、PC轧机及CVC轧机等板形控制技术。

宽厚板方面的板形控制，普遍采用的是工作辊及支承辊弯辊技术。

沙钢宽厚板二车间5000mm宽厚板轧机广泛采用了当代厚板生产领域的新技术和先进设
备。

板形的影响因素是板形控制研究的关键。

板形、板凸度控制的核心是辊缝控制，承载辊缝的形状决定了轧件的断面形状，只有从本质上充分地研究轧机的辊系变形，才能准确地预测一定工艺条件下的轧件成品的断面分布。

由于宽厚板的轧制过程是一个非常复杂的金属形成过程，板形、板凸度受多种因素的影响，如轧辊原始凸度、轧辊偏心、轧辊磨损的不均匀性、轧件的温度差弯辊力等等。

宽厚板板形控制方法是通过控制精轧道次的钢板凸度比例遵循比例凸度（凸度/出口厚度）恒定的原则来实现。

由设定模型根据成品钢板的目标凸度和厚度，推算出各道次的压下量、工作辊弯辊量等关键参数。

并且还可以利用上道次板厚、板凸度及平直度的实际测量值，修正更为合适的弯辊力，实施板形的最优控制。

板形的控制方法可以分为工艺方法和设备方法两大类，主要有以下的特点。

2.1 工艺方法
2.1.1 轧制计划编排
生产薄规格钢板要求采用的板坯厚度规格偏低，目标出钢温度较高，要求在加热过程中必须保证足够的加热时间来达到较高的钢板出炉温度。

因此在轧制计划中必须安排相近的出钢温度一同加热。

以保证轧制过程的连续稳定。

目前，宽厚板二车间在生产10mm及以上规格产品时大多使用的是220mm的坯料厚度，在生产10mm以下产品多使用的是130mm的开坯料，以保证在轧制过程中有较高的出炉温度和防止温降过快而使终轧温度过低。

另外，由于厚板轧机的换辊周期较长，在轧辊使用后期轧机辊型磨损严重。

因此通过摸索轧辊辊型的使用特点，在安排薄规格钢板计划时避免安排在轧辊使用后期安排轧制。

2.1.2 温度的控制
沙钢宽厚板二车间采用的是单机架四辊可逆式轧机，轧制过程中钢板的温度跨度较大，在1100~800℃区间内轧制。

而对于薄规格产品在钢板轧制温度过低时，钢板较薄，温降速度大，同时在钢板长度和宽度方向上温度偏差大，同样对于轧制过程中的板形控制不利。

钢板目标厚度越小，钢板的温降越快。

因此提高钢板终轧温度是宽厚板轧机控制板形的关键。

根据实际生产经验，提高终轧温度的途
径有提高加热温度，减少轧制过程中的温降，其中以控制轧制过程中的温降最为重要。

通过增加轧机的咬钢速度、提高轧制加速度的以及轧机水系统的优化，将钢板的终轧温度控制在较高的区间，大大改进了板形质量。

2.1.3 考虑板形的最优轧制规程
宽厚板轧机的轧机设定模型采用了Siemens VAI的最新研究成果，在负荷分配、轧制力计算等方面有相比热轧有了很大的改善。

由于厚板生产的特点是多规格和多钢种，所以轧制每道次都可以利用实测数据对后续道次进行修正，从而轧制过程中的道次设定计算精度相对比较高，最终道次的轧制力精度都与设定值保持得比较好。

轧机设定精度关系到板形设定的准确性，一旦道次中轧制力偏差过大将造成钢板板形控制和实际轧制负荷不匹配，钢板板形将严重失控。

因此在控制系统中，SVAI方面优化了轧机的轧制模型，在轧机模型中增加了板形的动态调整和板凸度的自适应控制。

但是由于轧件的实际轧制过程中，现场因素的复杂性往往使得预计算的轧件板形同实际板形存在一定的误差，如轧辊的磨损凸度和热膨胀凸度、轧件的温度波动都会对板形产生很大的影响，这些影响很难通过精确地数学模型估计。

我们只能靠对轧制规程的动态调整，调整方法是对最后道次的轧制力进行修改，如果轧件的最终道次出现边浪，则降低最后道次轧制力。

如果出现中浪，则相应的增加最后道次轧制力。

这种方法是对人工调整轧制规程方法的总结，实践证明这种方法的实用性很强，比较灵活。

2.2 设备方法
2.2.1 轧辊的使用
工作辊与支撑辊的初始辊型是宽厚板精轧机最重要的板形控制方法。

合理的辊型设计能够提高宽厚板轧机板凸度和板形控制能力。

宽厚板二车间采用都带有CVC曲线的支承辊和工作辊，有较强的凸度和平直度控制能力。

可以控制工作辊在磨削中需要保证辊型的偏差和圆度，以保证辊型精度。

为了得到稳定的轧辊热凸度和磨损凸度，在心工作辊上机以后，需要通过轧制一定数量的厚规格钢板进行烫辊。

这样可以保证轧辊具有良好的表面氧化膜，这样有利于在轧制薄规格时轧机的辊缝精度和CVC辊型精度也处于较好的水平。

2.2.2 弯辊力的控制
轧制过程中由于轧制力是动态变化的，为了补偿在轧制过程中轧制力变化导致的辊凸度的变化，系统中采用弯辊力来补偿辊凸度。

由于钢板在轧制过程中弯辊力为动态控制，一旦轧制过程中轧制力存在偏差，弯辊力将对辊凸度进行补偿。

因此，在厚板系统的设定中轧制力和弯辊力的匹配控制，可以保证钢板的动态板形的自动调节能力，通过实际的调试应用，5000mm宽厚板轧机的动态弯辊设定对于宽度在3m以上的钢板控制效果是非常明显的。

2.2.3 轧辊分段冷却
在宽厚板的轧制过程中，轧辊同轧件接触而产生热膨胀，产生热凸度。

热凸度的出现造成轧件的不均匀变形，有时产生难以控制的板形缺陷。

轧辊分段冷却控制就是通过向轧辊分区段地喷射冷却水，使轧辊具有理想的热凸度，达到改善轧件板形的目的。

其作用是使轧辊的热凸度按规程的要求而改变，使得轧辊热凸度得到有效控制。

2.2.4 镰刀弯控制
由于镰刀弯的影响因素较多，目前宽厚板二车间镰刀弯控制技术尚未成熟。

其中包括轧机两侧牌坊的弹跳性差异、钢板轧制过程中的对中、轧辊两侧辊缝的控制精度以及钢板两侧的温度不均匀性都对镰刀弯有较大的影响。

目前镰刀弯的调节以人工干预两侧辊缝偏差调整为主。

在薄规格产品的轧制过程中，经常出现镰刀弯现象，即使操作人员在轧制过程中反复调节轧辊两侧辊缝偏差量,但这种调节在某些情况下不是一直有效。

特别是两侧都弯的时候，方向判断困难，容易造成误调节，使镰刀弯加剧。

造成板形不好和尺寸精度变差。

3 结论
沙钢宽厚板二车间5000mm轧机投产一年来，厚板板形控制工艺经过不断地调试和操作人员的不断摸索改进，形成了一套完整的控制工艺体系。

通过调试和试生产积累了很多经验，并能稳定生产8mm左右的钢板。

但是对于薄规格产品的生产，特别是8mm以下的产品，目前虽能轧制7mm的产品，但是在生产的稳定性和板形控制上与国内一些厂家还有着一定的差距。

相信后期通过对设备和技术的不断改进以及操作水平的提高，将大大提高厚板轧机的板形控制水平。

参考文献
1 王国栋. 板形控制和板形理论. 北京：冶金工业出版社，1986
2 胡贤磊.中厚板轧机过程控制模型的研究：博士学位论文. 沈阳：东北大学，2002
3 姜正连,刘相华,王国栋.中厚板轧机的板形控制.轧钢,1996
4 徐建忠．四辊轧机轧辊弹性变形解析模块的开发．轧钢，2003，20(3)：8～ ll。