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莱钢1500mm六辊可逆式冷轧机的板形控制技术马静，黄景冬，商玉华，刘文松（莱芜钢铁集团有限公司板带厂，山东莱芜271126）摘要：介绍了莱钢1500mm六辊可逆式冷轧机在板形控制上采用的液压弯辊技术、轧辊分段冷却控制技术、轧辊轴向横移技术等，以及板形仪的使用和目标曲线的选取。通过板形控制，断带次数明显减少，轧机工序成材率达到97.36%，钢板的平直度良好。关键词：板形控制；凸度；平直度；液压弯辊；分段冷却中图分类号：TF321.4文献标识码：B文章编号：1004-4620（2008）01-0036-03ControllingShapeTechnologyofLaiwuSteel’s1500mmSixReversibleColdRollingMillMAJing,HUANGJing-dong,SHANGYu-hua，LIUWen-song(TheSheetStripPlantofLaiwuIronandSteelGroupCorporation,Laiwu271126,China)Abstract:Thisarticleintroducedtheflatnesscontroltechnologiessuchashydraulicrollbending,rollcontrolsub-cooling,rollaxialshifting,etc.,whichusedinLaiwuSteel’s1500mmsixreversiblecoldrollingmill,aswellastheuseofshapemeterandgoalcurveselection.Therefore,throughshapecontrol,thetimesofstripbreakingwasreducedmarkedly;therollingyieldreached97.36percentandtheflatnesswascontrolledwell.Keywords:shapecontrol;protrusion;flatness;hydraulicbendingroll;gradualcooling1前言莱钢板带厂冷轧生产线始建于2006年1月，同年6月份投产，该生产线主要是1台单机架六辊可逆式冷轧机，年设计能力20万t。为了减少断带，提高产品质量，对主要板形控制技术进行了分析。2主要板形控制技术2.1液压弯辊技术液压弯辊技术分为工作辊液压弯辊和中间辊液压弯辊，工作辊弯辊有液压正弯和液压负弯，弯辊力为-360～+720kN；中间辊只有液压正弯，弯辊力为0～+360kN。在轧辊凸度不足或磨损情况下可以采用正弯，增大轧辊凸度，防止带钢边浪，而负弯可以减少轧辊有效凸度，防止带钢中间浪。2.2轧辊分段冷却控制技术分段冷却控制技术通过调整冷却液的分段流量，改变轧辊的局部热膨胀变形，是轧制薄带材昀有效的板形控制手段。高速冷轧带钢生产中轧辊的温度较高，生产中必然出现热凸度，而在轧辊辊身上的温度分布极不均匀，故辊身上的热凸度也必然出现不均现象，从而造成带钢的局部缺陷，如复合波、二次谐波等缺陷。轧件进入辊缝之前，在轧件表面喷涂冷却物质，可起到减轻热凸度的作用[1]。轧辊分段冷却控制就是根据每个测量段上与带钢应力相对应的轧辊分段冷却分量，按数学模型计算出每个冷却区的冷却设定值，来推动相应的冷却控制阀门，即决定哪些阀门应打开，打开多大，哪些阀门应关闭等，同时在轧制过程中轧辊在任何时候都有一个基本冷却量，该基本冷却量约为昀大冷却量的1/3。这两个冷却量迭加后作为每个冷却区实际的冷却输出给下级控制轧制装置，并由控制装置打开和关闭相应的控制阀，达到对板形控制的目的。可逆式冷轧机的分段冷却示意图见图1。图1轧机分段冷却示意图2.3轧辊轴向横移技术莱钢1500mm六辊可逆式冷轧机属于HC轧机，是六个轧辊垂直排列、中间辊可轴向移动的高精度板形控制轧机。中间辊移动距离与弯辊力的昀佳配合，一定程度上减少了普通四辊轧机板宽范围外支承辊与工作辊间的接触压力形成的有害弯矩，具有很强的板形控制能力；可实现轧机横向刚度无限大，使轧辊辊型不受轧制力变化的影响，减少带钢边部减薄量和裂边，保证带材有良好的板形；可以轧制高精度的薄带钢，并具有大压下量、提高生产率、节约能源、减少辊耗、提高成材率等优点。图2为莱钢冷轧机液压弯辊示意图，图中Fb为工作辊正负弯辊力，Fa为中间辊正弯力，P为厚度自动控制力。图2冷轧机液压弯辊示意图2.4板形仪目前莱钢1500mm可逆冷轧机使用接触式板形仪，是板型仪中比较常用的一种，由多段组成的测量辊代替一般的驮辊。带钢的延伸不均反映为横向张力的分布不均，每一段测量出与之相接触的一小段带材（宽25～50mm）中的张应力，据此反推板形并进行控制。板形仪控制是一种典型的过程控制，包括预设定、板形闭环控制、执行机构随动控制、板形检测仪表等，控制框图见图3[2]。图3板形控制框图2.4.1板形自动控制系统包括ASEA板形测量辊及信号处理装置，板形控制计算机，板形调节机构、带材应力分布和板形曲线显示器。其中板形调节机构主要功能：轧辊倾斜，用以消除非对称带钢断面形状引起的板形缺陷，如楔形断面、单边浪；弯辊和中间辊轴向位移，用以消除对称带钢断面引起的抛物线形板形缺陷，如中间浪、两边浪；乳化液流量分段控制，用以消除其他断面的板形缺陷，如复合浪、两肋浪[2]。2.4.2板形标准曲线也称板形目标曲线或板形参考曲线，是轧后带材内部残余应力沿宽度方向的分布曲线，代表轧后带材的板形状况。1）板形标准曲线的作用。①补偿板形的测量误差。板形测量辊在进行带材张应力横向分布检测时，造成的机械系统误差，如：卷取机与测量辊轴线不平行、测量辊挠曲变形等，会引起板形测量方面的误差。②补偿在线板形离线后发生的变化。生产实践表明，在线板形与离线实际板形之间总有一定的差别，引起这种变化的主要原因是：轧后带材温度横向分布不均匀、带卷外廓的形状等。如：轧后带材温度的横向分布大多是不均匀的，越是宽的带材，这种不均匀性越明显。一般是带材中部温度高，两边温度低，也有相反情况。冷却至室温后，温差将转化为带材内部的应力差，导致出现双边浪的应力缺陷。为了消除温度分布对板形的影响，在线控制目标就应该选择如图4所示的板形标准曲线[3]。图4板形标准曲线③控制板凸度。当来料和其它条件一定时，一定形式的板形标准曲线也是衡量昀终产品质量的一个重要指标。张力不同，分布的板形标准曲线也就对应着不同的轧后带材断面形状，因此根据来料凸度的大小，采用相应的板形标准曲线进行轧制，不仅实现了带材平直度的控制，而且同时也实现了板凸度的控制。一般而言，在轧制的前一两道次进行板凸度控制比较有效，因为这时带材较厚，不易出现轧后屈曲变形，而且此时带材在辊缝中相对流动也明显些。④满足轧制及后部工序对板形的要求。轧制过程防止带材在线产生较大的翘曲变形。轧前波浪过大可能造成带材折叠进入辊缝，发生事故。轧后波浪过大又可能使带材与控制辊之间不能有效接触，无法给出实测的张力值。此外，在轧制薄带材时，为避免大多源于带材边部的断带现象，常要求轧后带材具有倾向于微双边浪形。例如，罩式退火炉希望来料带卷具有对应微双边浪的板形状态，主要是防止带卷黏结；连续退火炉希望得到对应微中浪的板形应力状态。在轧制生产中，利用不同的板形标准曲线就可以满足对带材板形的不同要求。2）选取板形标准曲线的原则。①在开始道次,采用何种标准曲线进行轧制对成品板凸度有一定的影响，而对昀终产品的板形好坏影响不大。开始道次主要是为了充分利用带材在变形区中横向流动较明显及带材较厚不易产生波浪的特点以尽快减小板凸度，使之尽快达到成品所要求的精度范围。②在中间道次轧制时，一般情况下，只要保证带材比例凸度相等即可。可在中间道次采取逐渐降低板凸度的方案，即逐道次降低板形标准曲线的张应力偏差值；同时在中间道次注意不要造成较大的板形缺陷，特别是在成品道次之前，要保证较好的板形状况。因此，在中间道次轧制时，应综合板凸度和板形两方面的要求，对板形标准曲线进行选择。③板形测量方面的误差原则上应在所有道次上予以补偿。对于检测辊刚性良好的板形仪，如ASEA压磁式检测辊，只需要补偿卷取机卷筒与检测辊轴线不平行引起的误差，即采用倾斜直线的一次补偿函数。④成品道次是板形控制的关键道次，成品道次中在线实测的张应力横向分布与昀终实际板形有更直接的关系。板形标准曲线的选择应主要考虑补偿在线板形离线后发生的变化和轧制及后步工序对板形的要求。因此，成品道次需要采用一次、二次以及高次等多项函数的组合，并且要跟踪温度和卷径的变化，不断改变标准曲线设定值，以获得昀终良好的板形。3应用情况经过近半年的摸索和尝试，莱钢冷轧薄板的板形质量得到明显改善，重卷工序跑偏、塔卷现象基本杜绝，轧机跑偏断带次数由年初的平均每月30次降为低于10次，轧机工序成材率提升到97.36%，而昀低月份的成材率仅为90.25%。2007年3～12月份轧机工序的成材率见图5。图52007年3～12月轧机工序成材率为更确切地表示板形质量变化情况，需对钢板的平直度进行测量。平直度用来定量表示钢板的不平坦程度，用板形单位I表示，1I=1mm/m=10-5，无量纲，平直度=△L／L，其中L是所取基准点的轧后长度，△L是各相应点相对于基准点的轧后长度差，这样以I单位表示的板形数量值为相对长度差的105倍，I值越小，说明浪形越小，板形越好。图6是生产初期和目前应用板形控制技术后不同规格产品的平直度比较。010203040506070abcdefghi规格/mm平直度I应用前应用后a－0.35×1000；b－0.40×1000；c－0.45×1000；d－0.50×1000；e－0.60×1000；f－0.35×1200；g－0.37×1200；h－0.40×1200；i－0.50×1200。图6采用板形控制技术前后的平直度比较4存在的问题及解决措施1）由于板形辊、挤干辊和轧辊之间存在机械误差，且误差无法精确测量，使得板形辊的测量误差无法进行补偿。因此，经常出现显示曲线与实际曲线存在小偏差现象，在轧制0.4mm以下的薄料时偏差更加明显。对于此种情况，操作人员应采取不用板形仪闭环控制，而只将其作为参考，人为设定目标曲线进行控制的方式。2）由于所生产的产品大多为薄规格、大压下量的产品，使得成品道次的板形不易控制，经常出现荷叶边和锯齿形边的波浪，即使弯辊力加到极限也很难避免。经过多方面尝试和摸索，通过将轧制规程优化和前几道次板形控制结合起来，即成品道次要给定一定的压下量，并不是越小越好，同时前几道次要掌控好弯辊力的大小，避免出现中间浪等方式进行控制，取得了一定效果。实际生产中所遇到的问题十分复杂，无论哪一种方法自身都不可能会完全满足生产要求，需采用多种控制方法于一体的综合板形控制技术。参考文献：[1]王筱强，初国君，赵海民.板形控制技术在板带轧制过程中的应用[J].河北冶金，2004，(4):7-10.[2]周坚刚，李山青，许健勇.冷轧带钢板形自动控制概况[J].世界钢铁，2006，（2）：1-4.[3]张景进.板带冷轧生产[M].北京：冶金工业出版社，2006.