二十輥軋機(jī)板型控制的思路與實(shí)踐

亓 萌

(山東泰嘉新材料科技有限公司，山東250000)

我公司20輥軋機(jī)采用森吉米爾整體式牌坊，設(shè)計(jì)寬幅4尺，成品厚度0.25～2.5 mm，機(jī)組設(shè)計(jì)張力500 kN，最大軋制力8000 kN，最高軋制速度800 m/min，具備200系，300系，400系不銹鋼生產(chǎn)能力。

1 二十輥軋機(jī)板型控制優(yōu)勢

軋機(jī)梅花孔牌坊為整體式機(jī)架，具有剛度大的優(yōu)勢，且軋制力呈放射狀，作用在機(jī)架的各個(gè)斷面上，使機(jī)架的變形量較小，受力均勻，相比較分體式牌坊控制精度更高。板形控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)有Asu凸度控制系統(tǒng)，中間輥有串輥控制，同時(shí)機(jī)組配備有BFI板型輥兩條，具備先進(jìn)的板型自動(dòng)控制系統(tǒng)，控制精度優(yōu)越。其次機(jī)組的壓下控制系統(tǒng)、偏心補(bǔ)償系統(tǒng)和軋制線調(diào)整系統(tǒng)都間接為板型調(diào)整提供補(bǔ)充，因此，二十輥軋機(jī)板型控制有獨(dú)特的控制優(yōu)勢。

2 板型控制的思路與優(yōu)化

我公司不銹鋼以生產(chǎn)400系不銹鋼產(chǎn)品為主，兼顧200系和300系不銹鋼的軋制，根據(jù)市場和客戶要求，以430鐵素體軋制作業(yè)品種為主，要求軋機(jī)軋制后具備優(yōu)良的板型條件，平直度、浪形類型及浪形大小都有具體要求，根據(jù)板型的最終控制要求，軋機(jī)重點(diǎn)從原料的把關(guān)、軋制工藝設(shè)計(jì)、板型控制系統(tǒng)優(yōu)化、中間輥錐度調(diào)整等進(jìn)行設(shè)計(jì)、優(yōu)化、控制，以滿足客戶及市場的最終需求。

2.1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

為有效提高軋機(jī)的板型控制精度，根據(jù)設(shè)計(jì)的板型曲線和軋制工藝，對軋制完成的15件厚度為1.0 mm和15件厚度為0.5 mm的四尺430不銹鋼卷進(jìn)行了下道工序跟蹤，確定板型控制方面的實(shí)際形態(tài)和狀況，經(jīng)過冷退火酸洗機(jī)組的開卷，發(fā)現(xiàn)軋后鋼卷單邊浪過大，檢測浪高15～20 mm，鋼卷中部存在明顯斜紋浪缺陷。

2.2 原因分析

(1)對壓下制度和張力改善板型的思路運(yùn)用不合理，道次軋制時(shí)采用的單位張力較小，未充分發(fā)揮設(shè)備的有效性能。

(2)板型輥曲線調(diào)整存在誤區(qū)，未能發(fā)揮出中浪和邊浪融合后的曲線控制效果。

(3)中間輥采用的錐度較小，對邊部減薄影響較大。

(4)檢測設(shè)備安裝精度、調(diào)試精度、檢測精度造成的誤差影響。

2.3 控制和優(yōu)化

根據(jù)以上板型不良原因的分析，針對軋機(jī)的板型控制進(jìn)行以下控制和優(yōu)化。

2.3.1 軋制原料的控制

冷軋軋制過程是對熱軋?jiān)系男迯?fù)過程，對于原料自身的浪形、凸度進(jìn)行減緩，通過在準(zhǔn)備機(jī)組對生產(chǎn)原料進(jìn)行數(shù)據(jù)測量和總結(jié)分析，形成對熱軋?jiān)系漠a(chǎn)品要求，單側(cè)浪高小于10 mm，帶材楔形小于帶材厚度的2%，帶材凸度小于帶材厚度的2%。

2.3.2 軋制工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化

針對冷軋的壓下機(jī)理，結(jié)合400系不銹鋼的軋制特性，對常用的微曲線壓下方式和直接壓下方式進(jìn)行試軋比較，兩者的區(qū)別在于前兩道次的壓下量設(shè)計(jì)，通過試驗(yàn)軋制，根據(jù)二十輥軋機(jī)輥徑小，多輥壓下的方式，同時(shí)為有效提高板面粗糙度的均勻性，最終確認(rèn)采用直接壓下方式，見圖1，此方式軋制穩(wěn)定性較好，軋制力較為均衡，操作調(diào)控方便，對板型質(zhì)量控制更加合理。壓下設(shè)計(jì)中前道次采用較大變形量，控制壓下率14%～25%，末道次采取較小變形量，控制壓下率≤7%。

圖1 直接壓下方式Figure 1 Direct screwdown mode

軋制過程中張力能夠起到改善板型，防止跑偏，降低軋制力的作用，有利于帶鋼的壓下變形和能耗降低，張力設(shè)置的合理性將直接影響帶鋼是否順利軋制，需綜合考慮設(shè)備的性能、帶鋼的加工硬化狀態(tài)及鋼種的差異。帶鋼的張力與板型相輔相成，帶鋼出現(xiàn)邊部浪形較大時(shí)，單位張力可以設(shè)置較大而不會(huì)被拉斷，當(dāng)帶鋼邊部浪形較小或沒有邊浪時(shí)，過大的單位張力會(huì)造成帶鋼邊部龜裂、邊裂，造成軋制帶鋼斷帶，因此帶鋼張力對軋制過程尤為關(guān)鍵。

2.3.3 板形控制方式的控制功能與優(yōu)化

2.3.3.1 ASU凸度控制調(diào)整功能

ASU凸度控制系統(tǒng)見圖2，控制軋機(jī)的BC背襯輥，20輥軋機(jī)BC輥系設(shè)計(jì)有7個(gè)凸度調(diào)整控制齒條，通過位移傳感器精確控制7個(gè)油缸齒條的伸縮對BC輥系的偏心套進(jìn)行調(diào)整，完成對背襯軸承輥形的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)力的傳遞，最終作用在工作輥上，實(shí)現(xiàn)軋輥局部凸度的控制，通過單區(qū)域的受力大小完成有效的局部板型控制，其控制原理與六輥軋機(jī)的工作輥彎輥系統(tǒng)相似。

圖2 ASU凸度控制系統(tǒng)Figure 2 ASU crown control system

2.3.3.2 中間輥串輥功能

20輥軋機(jī)中間輥串輥功能為一中間輥串輥見圖3，控制方式為推推式，軋機(jī)的前門和后門各有一對液壓系統(tǒng)參與控制，采用位移傳感器控制移動(dòng)精度，控制方式與推拉式相比穩(wěn)定性和精確性更高，對板型的調(diào)整精度更好。機(jī)組設(shè)計(jì)中間輥4支，上下輥系各兩支，用于將軋制壓力和二中間輥的傳動(dòng)扭矩傳遞給工作輥，同時(shí)進(jìn)行軸向串動(dòng)達(dá)到改善和控制板型的目的。中間輥采用錐度輥，目的為改善工作輥受力撓度變形，對板型的調(diào)整范圍主要作用于帶鋼的1/4處和邊部，通過對中間輥錐度的測試、調(diào)整、優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)在軸向串動(dòng)的條件下輥形對板面的有效覆蓋，減小工作輥產(chǎn)生的彎曲變形不良而產(chǎn)生的邊浪，有效控制邊部減薄，改善邊部和肋部板型。

圖3 中間輥串輥Figure 3 Intermediate rolls shifting

2.3.3.3 板型儀系統(tǒng)的投用與優(yōu)化

20輥軋機(jī)在出入口各配備有一根板型輥，通過輥體配置的壓磁傳感器進(jìn)行帶材受力大小的檢測，并通過HMI畫面進(jìn)行直觀展現(xiàn)，給操作人員提供可視化的板形控制圖像。板形控制系統(tǒng)通過修改各道次板型曲線策略，完成不同材質(zhì)的曲線設(shè)計(jì)，策略的選擇通過二級系統(tǒng)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)自動(dòng)配置完成。軋制過程中控制系統(tǒng)通過設(shè)定的板型曲線對控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行凸度調(diào)整和串輥調(diào)整，使軋制的出口板型與設(shè)計(jì)板型實(shí)現(xiàn)吻合。

2.3.3.4 壓下、偏心補(bǔ)償、軋制線調(diào)整的輔助控制

除以上三種較為直接的板型控制功能，軋機(jī)系統(tǒng)自身的壓下、偏心補(bǔ)償和軋制線調(diào)整都是輔助調(diào)整板型的一些手段。通過傾斜調(diào)整控制板材兩邊部的受力偏差，其控制原理與六輥軋機(jī)的傾斜調(diào)整一致。通過偏心補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)輥徑變化引起的輥系位置變化，保證軋輥在機(jī)架內(nèi)位置正確不偏移，穩(wěn)定調(diào)整方式。軋制線的調(diào)整可有效控制帶鋼作用力的大小，通過與輥徑的合理搭配在同等工藝狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)對軋件受力的有效干預(yù)，間接的干預(yù)板型的調(diào)整和控制。

2.4 軋制板型的調(diào)整、實(shí)踐、檢測

通過對軋機(jī)板型控制方面的深入理解，結(jié)合問題點(diǎn)和原因分析，對軋制機(jī)組板形控制做如下調(diào)整和優(yōu)化：

(1)對設(shè)備的精度進(jìn)行測量，對影響軋制穩(wěn)定性的接觸輥系和主體設(shè)備對照安裝規(guī)范和精度進(jìn)行測量、調(diào)整、緊固。同時(shí)對板型輥、張力機(jī)、編碼器等測量裝置的準(zhǔn)確性進(jìn)行測試判斷，采用靜壓力測試和生產(chǎn)實(shí)際測試兩種方法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析，保證設(shè)備的安裝精度和測量精度，消除精度誤差影響。

(2)對板型曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)優(yōu)化，根據(jù)原料狀況將策略的中間浪、邊浪進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，保證曲線的平直度和軋后板型的I值，通過板型輥數(shù)據(jù)檢測自動(dòng)控制軋制產(chǎn)品的板型平直度，保證帶鋼橫向應(yīng)力的均勻。同時(shí)加強(qiáng)人工干預(yù)，通過干預(yù)板型輥的調(diào)整幅度及帶頭尾軋制的調(diào)整值完成板型的快速調(diào)整，并根據(jù)帶鋼卷形進(jìn)行預(yù)判調(diào)整。

(3)為減輕鋼卷中部板型控制能力較弱的情況，軋制時(shí)采用輥型預(yù)設(shè)定方式，彌補(bǔ)板型控制機(jī)構(gòu)能力的不足，將兩中間輥惰輥改為凸度輥，設(shè)定凸度0.3～0.4 mm，ASU齒條在軋機(jī)啟車前進(jìn)行預(yù)設(shè)定，使設(shè)計(jì)凸度與帶鋼軋制成品板型一致。

(4)優(yōu)化軋制工藝，提高軋制帶鋼的單位張力，采用大張力進(jìn)行軋制，根據(jù)不同鋼種及加工硬化程度的不同，單位張力設(shè)置為帶鋼屈服強(qiáng)度的30%～55%，即有效輔助帶鋼進(jìn)行軋制變形，又能最大限度地防止帶鋼張力分布不均產(chǎn)生拉伸變形，同時(shí)對帶鋼邊裂和邊部龜裂起到較好的抑制作用。

(5)完善一中間輥錐度設(shè)置，在原有錐度的狀況下，將錐高增加，總錐高控制在0.57 mm，消除錐高較小對一中間輥串輥的影響，有效控制邊部減薄，實(shí)現(xiàn)對板型的覆蓋控制。

(6)通過以上調(diào)整方法的實(shí)施，對厚度0.5 mm和0.8 mm的四尺帶鋼各軋制20卷進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集，通過冷退火酸洗工序開卷查看，所軋制鋼卷整體板型狀況有較大改善，單側(cè)浪形明顯減小呈現(xiàn)微單邊浪，0.5 mm斜紋浪形明顯減緩，厚規(guī)格斜紋浪形消除。優(yōu)化前后對比見圖4。

通過數(shù)據(jù)的采集優(yōu)化和二級系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)功能，板型儀控制系統(tǒng)和二級系統(tǒng)逐步完善，板型曲線趨于穩(wěn)定。針對存在的問題進(jìn)一步對中間輥錐度和輥形進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，進(jìn)一步減幅單邊浪形和斜紋浪。

3 結(jié)語

二十輥軋機(jī)具有自身獨(dú)特優(yōu)勢和板型控制手段，但同樣存在板型控制的弊端即1/4浪，通俗稱為肋浪，為達(dá)到較好的板型控制效果，需要各個(gè)工序統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，提供合格基料，根據(jù)原料狀況綜合分析，將軋制速度、道次張力、壓下工藝、輥形配置、板型儀曲線設(shè)置進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，保持軋制的穩(wěn)定性，達(dá)到最優(yōu)的板型控制目的。