熱卷箱設(shè)備的應(yīng)用和問(wèn)題分析

王 鵬

(山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司鋼鐵研究院，山東 日照 276805)

1 引言

為拓展產(chǎn)線品種結(jié)構(gòu)，提高附加值高的薄規(guī)格產(chǎn)品比例，山鋼集團(tuán)薄板廠熱軋產(chǎn)線進(jìn)行產(chǎn)線改造升級(jí)，在粗軋機(jī)與精軋機(jī)前的飛剪之間增設(shè)一臺(tái)熱卷箱設(shè)備。熱卷箱是一道中間工藝設(shè)備，它對(duì)粗軋過(guò)來(lái)的中間帶坯進(jìn)行無(wú)芯卷取后，再將中間坯開(kāi)卷以低速送入精軋機(jī)組。所有的鋼材產(chǎn)品，從超低碳鋼、硅鋼、高強(qiáng)低合金鋼以及奧氏體不銹鋼，都可以使用熱卷箱。熱卷箱具有降低中間坯的溫降速度、縮短延伸輥道長(zhǎng)度、實(shí)現(xiàn)精軋機(jī)組恒速軋制、進(jìn)一步消除中間帶坯氧化鐵皮等功能[1]。

2 熱卷箱設(shè)備工藝特點(diǎn)

2.1 工藝流程

熱卷箱安裝在粗軋機(jī)之后，切頭飛剪之前，它對(duì)粗軋中間坯進(jìn)行無(wú)芯卷取后，再打開(kāi)鋼卷送入精軋進(jìn)行軋制。在熱卷箱使用方式下，粗軋中間坯的尾部將轉(zhuǎn)變?yōu)轭^部進(jìn)入精軋機(jī)，所以使用熱卷箱的目的就是為了減少中間坯溫降、保持中間坯溫度均勻、使軋線布置緊湊。熱卷箱工藝布置見(jiàn)圖1。

熱卷箱按是否投用分為熱卷和直通兩種生產(chǎn)方式。其中熱卷方式生產(chǎn)過(guò)程可分為卷取和開(kāi)卷兩個(gè)階段，因而按照生產(chǎn)方式和生產(chǎn)階段的不同組合，可以形成不同的生產(chǎn)工藝。在直通方式下，中間坯不用進(jìn)入熱卷箱進(jìn)行卷取和開(kāi)卷，而直接把熱卷箱當(dāng)做運(yùn)輸輥道使用。

在實(shí)際生產(chǎn)中熱卷箱生產(chǎn)方式的選擇主要考慮設(shè)備能力和產(chǎn)品厚度。通常在熱軋成品厚度H>5.0 mm時(shí)，粗軋軋出的中間坯較厚變形抗力大，板坯溫度均勻性較易控制，因此適宜選擇直通方式；在生產(chǎn)特殊短坯料時(shí)，若選擇熱卷方式因卷徑較小熱卷區(qū)域信號(hào)難以跟蹤，因此也應(yīng)盡量選擇直通模式；除以上兩種情況其他產(chǎn)品都可以選擇熱卷方式，熱卷方式有利于板坯的溫度均勻性控制、精軋生產(chǎn)穩(wěn)定性的提高等。在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)不確定是否可使用熱卷箱，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)先采用小卷試生產(chǎn)后再確定生產(chǎn)方式。

2.2 設(shè)備主要構(gòu)成

熱卷箱設(shè)備主要組成部分見(jiàn)圖2，此外還有平臺(tái)欄桿、檢測(cè)元件支架、熱卷箱本體干油配管、電纜配管等其他輔助部件。

2.3 設(shè)備主要工藝參數(shù)

熱卷箱設(shè)備由中國(guó)第二重型機(jī)械集團(tuán)公司(簡(jiǎn)稱中國(guó)二重)自主設(shè)計(jì)制造，原創(chuàng)性強(qiáng)，技術(shù)水平較高，適應(yīng)山鋼薄板產(chǎn)線特點(diǎn)和使用要求，該套熱卷箱設(shè)備主要工藝參數(shù)見(jiàn)表1所示。

3 熱卷箱控制功能

3.1 熱卷箱運(yùn)行及操作模式

熱卷箱的工作模式分為軋制模式、模擬模式和標(biāo)定模式。其中在軋制模式下分直通方式和熱卷方式，熱卷方式下分卷取模式、開(kāi)卷模式，模擬模式分為全線模擬、連同粗軋區(qū)域模擬以及熱卷箱區(qū)域單獨(dú)模擬。

熱卷箱操作模式設(shè)有自動(dòng)、手動(dòng)兩種。其中自動(dòng)模式可分為直通自動(dòng)、卷取自動(dòng)、開(kāi)卷自動(dòng)、卷取/開(kāi)卷自動(dòng)，手動(dòng)操作分為機(jī)旁O(shè)PU手動(dòng)操作和遠(yuǎn)程操作臺(tái)手動(dòng)操作。

3.2 速度控制

在熱卷箱穿帶時(shí)，機(jī)前E7輥道速度較粗軋機(jī)速度有0～10%的超前率；穿帶完成后，彎曲輥、1號(hào)托卷輥較粗軋機(jī)速度有0～10%的超前率；在帶尾離開(kāi)粗軋機(jī)時(shí)，下彎曲輥較帶鋼速度有0～10%的超前率；在開(kāi)卷時(shí)，當(dāng)帶鋼進(jìn)入精軋機(jī)后，1號(hào)、2號(hào)托卷輥較精軋機(jī)速度有0～5%的滯后率；卷取過(guò)程中，上下彎曲輥的速度匹配，保證中間坯的順利卷取。

3.3 卷取卷徑測(cè)量

在熱卷箱卷取時(shí)，根據(jù)已卷取的帶卷長(zhǎng)度和帶坯厚度計(jì)算卷徑。計(jì)算公式如下：

(πR2-πr2)×P=L×g

(1)

D=2R=2 [L×g/(πP)+r2]1/2

(2)

式中：L—帶卷長(zhǎng)度，mm；

g—帶卷厚度，mm；

P—填充系數(shù)，0～1，模型計(jì)算；

D—帶卷外徑，mm；

R—帶卷外半徑，mm；

r—帶卷內(nèi)半徑，mm。

卷取圈數(shù)計(jì)算：在帶卷形成后，跟蹤帶鋼長(zhǎng)度，當(dāng)長(zhǎng)度每增加πD時(shí)，卷取圈數(shù)增加1。

4 熱卷箱使用中存在的問(wèn)題及解決辦法

4.1 對(duì)某些產(chǎn)品質(zhì)量的不利影響

熱卷箱在中間坯的卷取、開(kāi)卷過(guò)程中可能對(duì)部分產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。(1)表面劃傷：主要針對(duì)強(qiáng)度較低的“軟鋼”，例如生產(chǎn)IF鋼就需要考慮這方面的問(wèn)題；(2)邊部裂紋：主要針對(duì)裂紋比較敏感的鋼種，如高碳鋼、馬氏體不銹鋼、高牌號(hào)無(wú)取向硅鋼、取向硅鋼等。

在生產(chǎn)此類(lèi)鋼種時(shí)應(yīng)編排好生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行批量集中生產(chǎn)，生產(chǎn)時(shí)可選擇熱卷箱直通方式。若因溫度控制等要求需選擇熱卷箱熱卷方式，則應(yīng)加大對(duì)產(chǎn)品表面質(zhì)量的檢查頻率和力度，確認(rèn)無(wú)問(wèn)題后再繼續(xù)進(jìn)行生產(chǎn)，避免熱卷箱的不當(dāng)投用產(chǎn)生批量質(zhì)量缺陷卷。

4.2 精軋出口產(chǎn)品厚度異常

在生產(chǎn)中多次出現(xiàn)精軋出口成品厚度異常的情況，經(jīng)過(guò)分析主要是由于熱卷箱投入使用后，生產(chǎn)節(jié)奏及精軋一次設(shè)定下發(fā)時(shí)序變化導(dǎo)致。由于控制系統(tǒng)沒(méi)有考慮數(shù)據(jù)緩存變化，導(dǎo)致精軋部分?jǐn)?shù)據(jù)生產(chǎn)過(guò)程中更新沖突，從而出現(xiàn)設(shè)定執(zhí)行錯(cuò)誤精軋出口厚度異常的情況(見(jiàn)圖3)。

為此在連續(xù)生產(chǎn)時(shí)，我們將讀取精軋一次設(shè)定的時(shí)序延遲到前一卷鋼精軋末機(jī)架拋鋼后，避免數(shù)據(jù)接收沖突的問(wèn)題。即如果精軋機(jī)處于軋制過(guò)程中，則不接收一次設(shè)定，在軋機(jī)拋鋼后再執(zhí)行一次設(shè)定數(shù)據(jù)；而在精軋機(jī)處于非軋制狀態(tài)下，則直接執(zhí)行一次設(shè)定數(shù)據(jù)。

4.3 熱卷卷形不良

熱卷箱卷取過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)內(nèi)徑減小、橢圓卷、松卷等卷形不良的現(xiàn)象，鋼卷的內(nèi)徑和形狀主要通過(guò)彎曲輥來(lái)控制，這些問(wèn)題主要是由于彎曲輥使用磨損和輥縫精度低造成的。熱卷箱的輥縫是指熱卷箱上彎曲輥和下彎曲輥之間的距離，主要通過(guò)調(diào)整上彎曲輥來(lái)實(shí)現(xiàn)輥縫調(diào)節(jié)[2]，卷取的內(nèi)徑、卷形直接關(guān)系到帶卷能否卷取成功，因此在生產(chǎn)過(guò)程中必須重點(diǎn)進(jìn)行跟蹤和控制。

針對(duì)卷形不良的問(wèn)題，要合理調(diào)整彎曲輥輥縫，我們根據(jù)設(shè)備特點(diǎn)改進(jìn)了彎曲輥標(biāo)定工具(見(jiàn)圖4)，將標(biāo)定塊上下表面由原平面結(jié)構(gòu)改進(jìn)為弧形結(jié)構(gòu)，標(biāo)定塊圓弧半徑R與彎曲輥半徑R1相同，使其輪廓與彎曲輥表面一致。改進(jìn)后的弧形標(biāo)定工具能夠確保標(biāo)定塊與上下輥面的快速貼合不偏移，準(zhǔn)確找到上下彎曲輥間的中心位置，提高輥縫標(biāo)定精度和效率。同時(shí)定期檢查彎曲輥和導(dǎo)板狀態(tài)，對(duì)于磨損超標(biāo)的部件及時(shí)進(jìn)行更換和再標(biāo)定。

4.4 熱卷卷取過(guò)程失敗

在熱卷箱使用過(guò)程中偶爾會(huì)出現(xiàn)卷取失敗的情況，經(jīng)分析是由軋線信號(hào)跟蹤錯(cuò)誤造成的。熱卷箱動(dòng)作采用模擬計(jì)算和熱金屬檢測(cè)儀HMD檢測(cè)相結(jié)合來(lái)控制，由于HMD工作環(huán)境較為惡劣，會(huì)出現(xiàn)HMD故障信號(hào)跟蹤錯(cuò)誤的問(wèn)題，從而影響正常熱卷過(guò)程。

日常設(shè)備維護(hù)人員要加強(qiáng)對(duì)軋線HMD的點(diǎn)檢和維護(hù)，提高檢測(cè)精度，保證HMD工作良好；同時(shí)根據(jù)彎曲輥、1號(hào)托卷輥、成形輥工作狀態(tài)設(shè)定手動(dòng)卷取功能，形成手動(dòng)開(kāi)卷預(yù)案，在異常情況下人工進(jìn)行卷取干預(yù)，避免廢卷。

4.5 熱卷開(kāi)卷過(guò)程異常

由于卷取尾部定位不準(zhǔn)確，開(kāi)卷大臂下落位置、小臂壓力設(shè)定不合理，托卷輥位置異常等，在生產(chǎn)過(guò)程中都可能會(huì)造成開(kāi)卷失敗；此外開(kāi)卷過(guò)程中由于

信號(hào)跟蹤失誤等原因?qū)е戮韽接?jì)算錯(cuò)誤，會(huì)造成開(kāi)尾銷(xiāo)動(dòng)作時(shí)序異常，無(wú)法正常插入卷芯內(nèi)拉平帶尾造成軋廢。

需要定期標(biāo)定托卷輥和開(kāi)卷臂位置，根據(jù)帶鋼厚度優(yōu)化小臂開(kāi)卷壓力和尾部定位計(jì)算；優(yōu)化帶卷卷徑計(jì)算、HMD跟蹤，短坯料生產(chǎn)時(shí)加大開(kāi)尾銷(xiāo)動(dòng)作卷徑值，提前開(kāi)尾銷(xiāo)插入時(shí)序；同時(shí)開(kāi)發(fā)開(kāi)尾銷(xiāo)手動(dòng)插入功能，保證異常情況下可手動(dòng)正常開(kāi)卷。

5 結(jié)語(yǔ)

熱卷箱設(shè)備的投用，對(duì)山鋼薄板廠生產(chǎn)各方面產(chǎn)生了重要影響，尤其是對(duì)熱軋品種規(guī)格的拓展、薄規(guī)格的批量穩(wěn)定生產(chǎn)以及現(xiàn)場(chǎng)事故的快速處理各方面起到了積極的推動(dòng)作用。雖然其在使用過(guò)程中仍存在著一些問(wèn)題，但隨著生產(chǎn)工藝的成熟，通過(guò)對(duì)應(yīng)的方法和措施可以有效揚(yáng)長(zhǎng)避短，更大地發(fā)揮熱卷箱的設(shè)備潛能和正面作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳應(yīng)耀，琚豐，王偉光，等.熱卷箱是提高熱連軋線競(jìng)爭(zhēng)能力的最佳選擇[J].軋鋼，2007，24(5)：1-4.

[2]許玉芳.熱卷箱技術(shù)在梅鋼的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2008(4)：59-60.