鍍鋅線光整斜紋原因分析及參數(shù)優(yōu)化

楊松坡，楊海水，祁國(guó)強(qiáng)

（河鋼集團(tuán)邯鋼公司邯寶冷軋廠鍍鋅車間，河北邯鄲056000）

1 引言

隨著熱鍍鋅板用途的不斷擴(kuò)大，在現(xiàn)代化帶鋼連續(xù)熱鍍鋅機(jī)組中，一般都配置了光整機(jī)，對(duì)熱鍍鋅薄板進(jìn)行光整，以達(dá)到如下目的[1]：

（1）提高薄板的平直度和平坦度。同時(shí)也可以把帶鋼表面的凸凹部分壓平，使帶鋼表面光滑，這對(duì)于以后的深沖和其他使用精度較高的場(chǎng)合都特別有用。

（2）使經(jīng)過(guò)光整的鍍鋅帶鋼表面就具有一定的粗糙度。它能提高涂層粘附力，還能儲(chǔ)存一定量的油脂，在深加工時(shí)，對(duì)沖模的潤(rùn)滑有益。

（3）通過(guò)光整，可使屈服平臺(tái)消失或不太明顯，能夠防止在以后作拉伸或深沖加工時(shí)出現(xiàn)滑移線。

但自鍍鋅機(jī)組投產(chǎn)以來(lái)，光整斜紋一直是困擾光整機(jī)使用的難題，造成多次批量質(zhì)量異議，月平均影響成品率近0.9%左右。光整斜紋缺陷的存在不僅影響到了光整機(jī)提高帶鋼表面質(zhì)量功能的充分發(fā)揮，也影響到了邯寶鍍鋅產(chǎn)品進(jìn)軍高檔家電板、汽車板市場(chǎng)的步伐。因此，找出光整斜紋產(chǎn)生原因并進(jìn)行解決，就顯得刻不容緩。

2 光整斜紋缺陷的原因分析

光整原理：對(duì)帶鋼施加張力和軋制力使帶鋼在長(zhǎng)度方向產(chǎn)生一定的變形（或延伸），從而獲得良好的板形，使用經(jīng)過(guò)毛化的工作輥后，在其表面還可獲得一定的粗糙度，便于深沖加工，同時(shí)還可消除屈服平臺(tái)，防止拉伸或深沖加工時(shí)出現(xiàn)滑移線。

如果在軋制過(guò)程中帶鋼所受的軋制壓力橫向分布不均勻，非常容易造成板帶的變形沿橫向分布不均勻，即產(chǎn)生光整斜紋缺陷，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。

根據(jù)金屬變形模型[2]可知，在軋制過(guò)程中，帶鋼的前后張力δ前、δ后分別為

式中：h為帶鋼出口厚度橫向分布值；H為帶鋼來(lái)料的厚度橫向分布值；L為來(lái)料板形的長(zhǎng)度橫向分布值；B為帶材的寬度；T后為平均后張力；T前為平均前張力。

同樣，根據(jù)板形理論中的輥系彈性變形模型[3]可知，軋后帶材的出口厚度分布值h為：

式中：H平均為帶材來(lái)料的平均厚度；ε為設(shè)定延伸率；S為彎輥力;ΔDwi、ΔDbi分別為工作輥及支撐輥的凸度分布值。

這樣，對(duì)于一個(gè)特定的光整軋制過(guò)程而言，帶材來(lái)料參數(shù)，如H平均、H、L、B等已知，若給定T后、T前、ε、S，聯(lián)立式（1）～式（3），即可將表征板形的前后張力橫向分布值δ前、δ后用一個(gè)以工作輥凸度ΔDwi和支撐輥凸度ΔDbi為自變量的函數(shù)來(lái)表示,即：

與此同時(shí)，根據(jù)相關(guān)軋制壓力模型[3]可知，軋制壓力橫向分布F可以用下式來(lái)表示：

綜合公式（1）～（6）可知，由于軋制壓力橫向分布不均勻而產(chǎn)生的光整斜紋（或稱為魚骨紋）主要有以下幾種原因：光整機(jī)前后張力不合適；光整機(jī)前來(lái)料帶鋼厚度橫向分布值不均勻；光整機(jī)工作輥和支撐輥凸度分布值不合適或者在使用過(guò)程中發(fā)生變化，超出了彎輥力的調(diào)整范圍。

3 光整機(jī)參數(shù)優(yōu)化

3.1 工作輥、支撐輥輥型參數(shù)優(yōu)化

軋件進(jìn)入輥縫被壓下后，由于軋制力的反作用，工作輥必定會(huì)產(chǎn)生彈性撓曲和壓扁變形。前者影響工作輥的橫向形狀，后者影響接觸區(qū)的橫向和厚向尺寸，兩者都直接影響到作用在帶鋼表面的軋制壓力橫向分布。當(dāng)該變形區(qū)域的軋制壓力橫向分布不均勻時(shí)，就出現(xiàn)了光整斜紋。

當(dāng)工作輥產(chǎn)生的彈性壓扁變形小于工作輥的凸度及彈性撓曲，且超出正彎輥的調(diào)整范圍時(shí)，工作輥就會(huì)將支撐輥凸度破壞，造成支撐輥中部磨損；當(dāng)工作輥產(chǎn)生的彈性壓扁變形大于工作輥的凸度及彈性撓曲，且超出負(fù)彎輥的調(diào)整范圍時(shí)，就會(huì)造成支撐輥邊部磨損。不管支撐輥中部還是邊部磨損，都會(huì)導(dǎo)致支撐輥凸度的變化，反之，支撐輥凸度變化又引起了工作輥凸度變化，進(jìn)而導(dǎo)致作用于帶鋼表面的軋制壓力橫向分布不均勻，從而導(dǎo)致光整斜紋的產(chǎn)生。因此，只有當(dāng)工作輥產(chǎn)生的彈性壓扁變形和工作輥的凸度及彈性撓曲，在正彎輥的可調(diào)范圍內(nèi)保持平衡時(shí)，工作輥和支撐輥才能均勻磨損，將光整機(jī)良好的工作狀態(tài)保持下去。

同時(shí)，由于鋼種及帶鋼規(guī)格的變化，為了保證其物理性能能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，這就要求光整機(jī)施加不同的軋制力。軋制力的變化，勢(shì)必為引起工作輥受力時(shí)彈性壓扁和彈性撓曲的變化。因此，工作輥凸度參數(shù)必須進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化，才能滿足不同鋼種及規(guī)格的生產(chǎn)需要。

在機(jī)組投產(chǎn)初期，光整機(jī)工作輥凸度保持不變，一直為0.07m m，彎輥力經(jīng)常為負(fù)值，在軋制帶鋼時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)光整斜紋，支撐輥磨損也較嚴(yán)重。為了使支撐輥得到均勻磨損，我們對(duì)工作輥凸度進(jìn)行了摸索優(yōu)化，并對(duì)下線的支撐輥凸度進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)舊支撐輥反饋的凸度信息，又對(duì)優(yōu)化的工作輥凸度進(jìn)行修正。

目前，工作輥凸度根據(jù)所生產(chǎn)鋼種及規(guī)格采用不同的凸度參數(shù)。一般來(lái)講，生產(chǎn)軟鋼及窄幅帶鋼時(shí)，采用平輥或小凸度工作輥；生產(chǎn)普板及中間規(guī)格帶鋼時(shí)，采用小凸度工作輥；生產(chǎn)高強(qiáng)鋼及寬幅帶鋼時(shí)，采用大凸度工作輥。光整機(jī)調(diào)整時(shí)也由原來(lái)的負(fù)彎變成了正彎。在線使用半年，效果良好，對(duì)改善光整斜紋也起到了重要作用。

另外，工作輥與支撐輥的軸向接觸長(zhǎng)度大于帶鋼寬度。這樣以來(lái)，在沒有帶鋼區(qū)域，尤其是輥?zhàn)舆叢?，形成了不良接觸區(qū)。不良接觸區(qū)的存在，容易引起作用于帶鋼表面的軋制壓力橫向分布不均勻，從而產(chǎn)生了光整斜紋缺陷。為此，我們對(duì)支撐輥輥型進(jìn)行了優(yōu)化。優(yōu)化后的支撐輥輥型見圖3。

圖3 優(yōu)化后的支撐輥輥型

新的輥型設(shè)計(jì)在鍍鋅線經(jīng)過(guò)半年多時(shí)間使用，效果明顯，光整斜紋缺陷大幅度減少。

3.2 光整機(jī)前后張力優(yōu)化

在鍍鋅機(jī)組投產(chǎn)以后，光整機(jī)前后張力參數(shù)全部來(lái)自于VAI-CLACIM提供的張力參數(shù)表（該參數(shù)表來(lái)自于阿賽洛鋼鐵公司），經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的摸索使用后，并結(jié)合鍍鋅機(jī)組實(shí)際生產(chǎn)情況對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化。使用優(yōu)化的張力參數(shù)后兩年來(lái)，產(chǎn)線運(yùn)行正常，無(wú)任何異常情況出現(xiàn)，光整斜紋也得到了明顯改觀。

3.3 減少來(lái)料帶鋼厚度橫向分布不均勻影響，改善光整斜紋

鍍鋅機(jī)組投產(chǎn)以來(lái)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，50%以上的光整斜紋出現(xiàn)在帶鋼的頭尾約100m范圍內(nèi)，由此可以看出，來(lái)料頭尾部厚度波動(dòng)對(duì)光整斜紋的出現(xiàn)影響很大。但由于鍍鋅機(jī)組光整機(jī)前后沒有板型儀，無(wú)法對(duì)來(lái)料帶鋼厚度進(jìn)行監(jiān)控，并對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。因此，我們只能從光整機(jī)控制入手，在控制程序上下工夫，在帶鋼頭尾部分自動(dòng)將光整機(jī)軋制力減半，使用該程序時(shí)可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定軋制力減半的長(zhǎng)度，還可以選擇是否使用該程序。該程序投入使用以來(lái)，帶頭帶尾出現(xiàn)的光整斜紋減少了95%以上，有效地控制了光整斜紋的出現(xiàn)頻率。

3.4 抗皺輥位置參數(shù)優(yōu)化

通過(guò)調(diào)整工作輥后抗皺輥位置，可以改變帶鋼軋制時(shí)變形區(qū)域，影響到軋制壓力橫向分布，因而抗皺輥參數(shù)設(shè)定對(duì)光整斜紋的產(chǎn)生有著重大影響。

一般來(lái)講，帶鋼較薄時(shí)，抗皺輥位置稍高些，帶鋼較厚時(shí)，抗皺輥位置稍低些。同時(shí)，為了保證抗皺輥位置控制精度，要求定期對(duì)其計(jì)數(shù)系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定。經(jīng)過(guò)近一年的使用，摸索出來(lái)的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)使用效果良好，對(duì)減少光整斜紋的發(fā)生也發(fā)揮了重要作用。

4 結(jié)論

光整斜紋缺陷的產(chǎn)生與光整機(jī)前后張力、軋輥輥型以及原料厚度均勻性有很大關(guān)系。結(jié)合邯鋼二冷軋廠投產(chǎn)初期的實(shí)際生產(chǎn)情況，通過(guò)優(yōu)化光整機(jī)工作輥、支撐輥輥型，改進(jìn)其前后張力控制，調(diào)整抗皺輥位置控制模式以及編寫自動(dòng)控制程序等方法，困擾光整機(jī)投用的斜紋缺陷得到了基本控制，鍍鋅產(chǎn)品的表面質(zhì)量也得到了明顯改觀，且對(duì)新投產(chǎn)鍍鋅線的光整機(jī)良好投入使用也有一定的借鑒意義。

[1]李九嶺.帶鋼連續(xù)熱鍍鋅 [M].北京：冶金工業(yè)出版社，2010：362-370.

[2]連家創(chuàng)，劉宏民.板厚板形控制[M].北京：兵器工業(yè)出版社，1995.

[3]連家創(chuàng).冷軋薄板軋制壓力和極限厚度的計(jì)算 [J].重型機(jī)械，1979（2）：20-37.