熱軋帶鋼寬度精度的控制

張明正（天津天鐵冶金集團熱軋板有限公司，河北涉縣056404）

0 引言

天鐵熱軋板公司1 750 mm軋機于2005年開始籌建，于2007年8月全線熱試成功。自投產(chǎn)以來，由于寬度問題，造成了大量的二級品。在當前嚴峻的鋼鐵市場形勢下，產(chǎn)品的質(zhì)量是贏得市場的重要因素。寬度是熱軋帶鋼質(zhì)量的一項重要指標，也是熱軋自動過程控制的主要指標之一，而粗軋出口寬度控制的準確與否直接決定了帶鋼成品的寬度精度。在實際生產(chǎn)過程中，通過分析二級品產(chǎn)生的原因，對影響帶鋼寬度的各種因素，如長時間停軋后恢復(fù)生產(chǎn)、來料板坯的形狀、軋制計劃編排、短行程功能等不斷優(yōu)化、改進，從而提高了成材率，提高了經(jīng)濟效益。

1 停軋對寬度的影響

天鐵1 750 mm熱連軋機組粗軋區(qū)由1臺粗軋機組成，包括立輥軋機和水平輥軋機，精軋由7個機架組成。寬度的控制主要集中在粗軋中間坯的寬展，精軋的自然寬展，以及寬度的自學(xué)習(xí)。中間坯寬展由立輥擠壓后進行軋制產(chǎn)生的寬展與水平輥軋制時產(chǎn)生的寬展組成；偶道次軋制時，立輥打開，只有水平輥軋制時產(chǎn)生的寬展。

停軋包括計劃內(nèi)停軋，如更換立輥、精軋工作輥，以及故障停軋，如精軋堆鋼等。當粗軋立輥和精軋軋輥軋制到一定公里數(shù)后，就必須更換磨削好的軋輥；當設(shè)備故障、處理堆鋼等需要的停機時間過長，再次恢復(fù)生產(chǎn)時，現(xiàn)場的工況已發(fā)生較大變化。此時L2數(shù)據(jù)庫中現(xiàn)存的寬度自學(xué)習(xí)系數(shù)不適合新?lián)Q輥和當前的現(xiàn)場狀態(tài)，停軋前的寬度自學(xué)習(xí)系數(shù)用在重新開軋的板坯計算中，會出現(xiàn)帶鋼整體超寬或超窄的現(xiàn)象，需要通過一段時間的軋制，寬度系數(shù)才能得到適合當前生產(chǎn)狀態(tài)的數(shù)據(jù)。正是由于這個原因，使得對寬度控制出現(xiàn)周期性變化。圖1為精軋換輥后開軋第一卷的寬度曲線。

通過對每次換輥后和故障停機恢復(fù)生產(chǎn)后的寬度質(zhì)量曲線和相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析，找到寬度變化的趨勢，分析寬度補償?shù)姆椒?，調(diào)整軋制規(guī)格來降低恢復(fù)生產(chǎn)的前幾塊帶鋼的寬度缺陷，減少二級品和廢鋼的數(shù)量。

2 板坯寬度的影響

圖1 精軋換輥后開軋第一卷的寬度曲線

在實際生產(chǎn)過程中，曾經(jīng)出現(xiàn)如圖2所示的寬度曲線。由于粗軋前沒有側(cè)寬儀，不能得到具體的板坯寬度數(shù)據(jù)，只能通過查看板坯在粗軋區(qū)域過程控制系統(tǒng)（簡稱L2模型）設(shè)定的立輥軋制力、側(cè)壓量、中間坯溫度數(shù)據(jù)，以及現(xiàn)場實際反饋數(shù)據(jù)，并將出現(xiàn)寬度異常的中間坯數(shù)據(jù)與粗軋軋制正常的數(shù)據(jù)進行反復(fù)對比分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)來料板坯的寬度不規(guī)則，波動較大，有的成楔形狀態(tài)。

圖2 處理精軋堆鋼后開軋第一塊的寬度曲線

為了降低庫存和成本，對出現(xiàn)的楔形坯進行試軋和分析，一方面加大對連鑄楔形坯的攻關(guān)，使得板坯同板寬度波動量減小，楔形坯的數(shù)量也明顯減少；另一方面，在楔形坯裝入加熱爐之前，對楔形坯的寬度數(shù)據(jù)進行合理的參數(shù)調(diào)整，同時發(fā)現(xiàn)裝爐時楔形坯的頭尾朝向也很重要。經(jīng)過生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析，寬度指標有所提升，但是模型的參數(shù)不是獨立存在的，長期修改將影響整個模型的穩(wěn)定性，仍需加強對來料板坯寬度的監(jiān)控。

3 模型對寬度的影響

熱軋過程控制系統(tǒng)（簡稱L2模型）中的自學(xué)習(xí)功能會對實際寬度與L2模型計算的寬度進行比較，進行自學(xué)習(xí)計算，用新的自學(xué)習(xí)系數(shù)對模型進行修正，保存在L2數(shù)據(jù)庫中，用于下一塊板坯的軋制計算。如此反復(fù)，模型精度越來越高，從而實現(xiàn)寬度指標的達標。

保存在L2數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)表中的寬度自學(xué)習(xí)系數(shù)，如表1所示。該表是根據(jù)鋼種和寬度規(guī)格而創(chuàng)建的。在實際生產(chǎn)過程中存在3種情況：等寬軋制，即目標控制寬度與板坯寬度相等；減寬軋制，即目標控制寬度小于板坯寬度，一般減寬量為10、15、20 mm等；增寬軋制，即目標控制寬度大于板坯寬度，一般增寬量為5、10 mm等。但是L2數(shù)據(jù)庫中不區(qū)分這3種軋制情況，在實際生產(chǎn)中使用的是相同寬度自學(xué)習(xí)系數(shù)表對帶鋼進行控制。

表1 各鋼種的寬度系數(shù)表

例如在軋制Q355B時，先軋制規(guī)格為減寬20 mm，目標值為1 500 mm×11.75 mm，在生產(chǎn)的過程中，寬度自學(xué)習(xí)系數(shù)隨著每一塊帶鋼的軋制情況不斷學(xué)習(xí)、修正，并保存在數(shù)據(jù)庫中，并用于下一塊同鋼種、同寬度規(guī)格范圍的帶鋼計算。之后再次生產(chǎn)Q355B時，為等寬軋制，目標值為1 500 mm×9.75 mm。此時生產(chǎn)使用的寬度自學(xué)習(xí)系數(shù)為上次減寬軋制Q355B最后一塊帶鋼后的系數(shù)，這樣就造成寬度超窄，需要經(jīng)過多塊帶鋼軋制，自學(xué)習(xí)系數(shù)才能達到適應(yīng)當前生產(chǎn)狀態(tài)值，由此產(chǎn)生多塊寬度缺陷的二級品。

L2模型已經(jīng)封裝，對其進行優(yōu)化的空間受限。通過對相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)和寬度曲線多次的觀察和分析，增加手動修改寬度自學(xué)習(xí)系數(shù)的畫面，由操作人員根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)情況手動微調(diào)該參數(shù)，縮短學(xué)習(xí)時間。

在投產(chǎn)初期，軋制的鋼種牌號和規(guī)格有限，數(shù)據(jù)庫中對寬度自學(xué)習(xí)系數(shù)的劃分比較粗略。隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大，為了滿足新品種鋼的開發(fā)和客戶對不同寬度規(guī)格的需求，經(jīng)過分析和數(shù)據(jù)準備，在軋線的年修期間對各鋼種的寬度系數(shù)進行整理和詳細細化。表1為Q355B細化后的數(shù)據(jù)，寬度間隔10 mm為一檔，從而減少寬度自學(xué)習(xí)系數(shù)相互干擾，提高了寬度的控制精度，為軋制計劃的編排提供了空間，擴展了不同寬度規(guī)格的生產(chǎn)能力，提高了成材率。

通過對軋制計劃編排進行優(yōu)化，尤其是同鋼種、同規(guī)格進行等寬和減寬軋制相互轉(zhuǎn)換軋制時，適當編排過度材的規(guī)格，避免規(guī)格轉(zhuǎn)化跨度過大，給寬度自學(xué)習(xí)系數(shù)必要的調(diào)整時間，減少成品出現(xiàn)寬度方面的質(zhì)量異議。

4 短行程控制的優(yōu)化

4.1 短行程控制原理

短行程控制（SSC）是寬度控制的一項重要功能，是提高帶鋼成材率的一項先進技術(shù)。短行程原理如圖3所示。SSC為了克服立輥軋變時出現(xiàn)的頭尾失寬的現(xiàn)象，需要通過動態(tài)改變立輥輥縫，通過減少對軋件頭尾部的壓下量來對失寬量加以補償。對軋件頭部而言，立輥的短行程控制是在軋件進入立輥之前，先按照預(yù)設(shè)定的模型把立輥輥縫開口度加大，當軋件咬入立輥后隨著軋入長度的增加，沿設(shè)定的短行程曲線逐步減小立輥的開口度到正常值。當軋到軋件的尾部時于此相反，立輥開口度由正常值逐步打開到短行程曲線的目標值。立輥短行程控制的效果是補償頭尾失寬，保證最終產(chǎn)品有較高的寬度精度。

圖3 短行程控制原理圖

短行程模型計算必須的參數(shù)如下：短行程長度、短行程深度及Shape系數(shù)。

頭尾短行程曲線參數(shù)A0，S，K，L的說明如下：A0為短行程曲線在0位的值；L為短行程曲線長度；K分別為最大和最小導(dǎo)數(shù)的位置；S為短行程曲線在K點的值。

決定參數(shù)A0、S、K、L的影響因素有：板坯寬度寬度壓下、板坯化學(xué)成分。

短行程曲線頭尾部分分別對應(yīng)兩個連接的多項式。第一個多項式最大次數(shù)為2，第一個多項式最大次數(shù)為3。

多項式P1（x）用于0到K對應(yīng)弧計算，P2（x）用于K到L對應(yīng)弧計算。ai和bi是分別是0到K對應(yīng)弧的系數(shù)和K到L對應(yīng)弧的系數(shù)。

4.2 短行程的優(yōu)化措施

在投產(chǎn)的初期，短行程的控制功能并未得到充分的發(fā)揮，以致生產(chǎn)的帶鋼頭尾寬度超差嚴重，二級品較多。為了充分發(fā)揮短行程的控制功能，多次對常用鋼種進行測試，結(jié)合短行程控制原理，分別對測試帶鋼的中間坯頭部和尾部進行相應(yīng)測量，確定短行程參數(shù)A0、S、K、L，通過數(shù)據(jù)分析和研究，得到適合某鋼種和板坯規(guī)格的短行程參數(shù)，并存在數(shù)據(jù)庫中。表2為SS400三個寬度區(qū)間上頭尾A0、L K、S的值。

在L2的操作界面上增加短行程參數(shù)的調(diào)整界面，操作人員和相關(guān)技術(shù)人員可以對參數(shù)進行微調(diào)。取得效果后，逐步對其他鋼種的短行程參數(shù)開展調(diào)試，逐漸減少因帶鋼頭尾超差而產(chǎn)生的二級品。圖4為SPHC（1 500 mm×4.75）短行程參數(shù)優(yōu)化前后的對比曲線。

通過對短行程功能的優(yōu)化，操作人員可以根據(jù)實際生產(chǎn)情況在線調(diào)整短行程參數(shù)來改善帶鋼頭尾形狀，降低缺陷卷的發(fā)生率，減少在精軋入口處的切頭、切尾損失，提高成材率。

5 其他影響因素

天鐵熱軋采用兩座不同廠家設(shè)計的加熱爐，兩座爐子的燒嘴位置、煤氣流量等不相同，直接導(dǎo)致加熱性能不同。加熱爐生產(chǎn)時多為兩座爐子交替出鋼，所出板坯溫度相差20℃左右，對寬度控制模型的穩(wěn)定計算產(chǎn)生一定的影響，自學(xué)習(xí)系數(shù)波動較大，影響寬度控制的精度。

表2 數(shù)據(jù)庫中的短行程參數(shù)

圖4 短行程參數(shù)優(yōu)化前后帶鋼寬度對比

影響寬度精度的因素還與軋制速度、機架間冷卻、中間坯溫度、卷取張力、機架間帶鋼張力等有關(guān)，各因素之間相互作用。因此要保證每個環(huán)節(jié)的正常運行，監(jiān)控每個影響因素，并及時采取措施，減少帶鋼全長寬度的偏差，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

6 結(jié)語

在鋼鐵行業(yè)市場競爭激烈的今天，產(chǎn)品的質(zhì)量是企業(yè)生存和發(fā)展的動力。通過對上述問題的分析和優(yōu)化，使熱軋帶鋼的寬度精度得到了顯著提高?，F(xiàn)場的生產(chǎn)工況是不斷變化的，對于出現(xiàn)的新問題，還要不斷探索、優(yōu)化，提高帶鋼寬度控制的精度和成材率，實現(xiàn)降本增效。