熱軋帶鋼生產(chǎn)中翹曲變形行為研究

魯劍龍

（河鋼股份有限公司承德分公司，河北 承德 067000）

隨著鋼鐵行業(yè)國內(nèi)外市場競爭的加劇，采用熱軋帶鋼代替部分冷軋帶鋼，即“以熱帶冷”，是鋼鐵企業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，降本增效的主要措施之一。我國熱軋帶鋼生產(chǎn)用軋輥采用磨削技術(shù)，但這種技術(shù)已經(jīng)不能滿足多變的軋制情況，尤其是對產(chǎn)品凸度控制后，熱軋帶鋼生產(chǎn)非常容易出現(xiàn)翹曲變形行為。目前，對熱軋帶剛生產(chǎn)中翹曲變形的行為已有部分研究，研究表明主要存在溫度分布不均勻的情況，但是在我國學(xué)術(shù)界，對于翹曲變形的行為并沒有深入進行研究，但是在熱軋帶鋼生產(chǎn)流程中，因技術(shù)復(fù)雜性極高，對模型精確度也非常高，所以，結(jié)合熱軋帶鋼生產(chǎn)中存在的問題，構(gòu)建多種變量的模型，而以往針對此方面的研究中，由于未結(jié)合精準(zhǔn)的計算公式，導(dǎo)致其得出的研究結(jié)果精度低，無法為熱軋帶鋼生產(chǎn)中質(zhì)量控制提供真實、可靠的數(shù)據(jù)。為彌補傳統(tǒng)研究中存在的不足，本文提出熱軋帶鋼生產(chǎn)中翹曲變形行為研究，希望能夠通過研究翹曲變形行為，結(jié)合精準(zhǔn)的計算，為提高熱軋帶鋼生產(chǎn)質(zhì)量提供技術(shù)支持。

1 熱軋帶鋼生產(chǎn)中翹曲變形影響因素

1.1 明確翹曲變形原因變量

根據(jù)現(xiàn)場采集到熱軋帶鋼生產(chǎn)基礎(chǔ)信息來看，由于熱軋帶鋼生產(chǎn)線的軋機為普通CVC四輥軋機，并配合彎輥調(diào)節(jié)控制手段，=有利于軋制產(chǎn)品板形控制。經(jīng)過現(xiàn)場實踐摸索，軋輥的不均勻磨損依舊存在，產(chǎn)生翹曲變形與軋輥不均勻消耗相關(guān)，軋輥耐磨性不夠，導(dǎo)致接觸作用力弱，對熱軋帶鋼就易產(chǎn)生翹曲變形的原因，同時也導(dǎo)致熱軋帶鋼不均衡生產(chǎn)。通過輥型優(yōu)化設(shè)計及改善軋制工藝的方法，提高軋機板形控制能力，并消除翹曲變形缺陷的發(fā)生，提高熱軋帶鋼質(zhì)量。

生產(chǎn)中，普通四輥軋機工作輥局部瞬間受熱，導(dǎo)致其內(nèi)外溫差較大，也會在一定程度上導(dǎo)致熱軋帶鋼材料受熱不均勻。此外，在熱循環(huán)過程中，板坯在爐中溫度不均時產(chǎn)生熱應(yīng)力，隨著熱應(yīng)力的增加，則會導(dǎo)致熱軋帶鋼出現(xiàn)翹曲變形行為，對熱軋帶鋼的生產(chǎn)質(zhì)量及效果產(chǎn)生影響[2]。

通過上述示意表1來看，對熱軋帶鋼翹曲變形的原因我們提取了六種原因，其中五種原因?qū)彳垘т摰穆N曲變形行為影響皆為高。材料孔隙率過大、軋輥消耗過大、鋼材料受熱不均勻以及爐內(nèi)干燥，對熱軋帶鋼生產(chǎn)中翹曲變形行為有重要影響，所以在熱軋帶鋼的生產(chǎn)中，需重點注意這五種原因變量。坯料尺寸不均勻?qū)τ跓彳垘т摰穆N曲變形的影響程度為中，也需要崗位人員在前期準(zhǔn)備上多多注意，避免坯料尺寸不均勻的情況出現(xiàn)。

表1 熱軋帶鋼生產(chǎn)中翹曲變形原因影響程度示意表

控制熱軋帶鋼翹曲變形的方法因軋機的技術(shù)裝備水平不同而不同，可將其總結(jié)為以下幾種方式：

（1）對工作輥輥型進行優(yōu)化，軋輥因長期磨損、壓扁、彈性彎曲，實際輥縫形狀與設(shè)計形狀存在較大差異，也直接造成帶鋼形狀無法控制，為了解決這一因素對帶鋼生產(chǎn)的影響，對工作輥輥型設(shè)計采用了輥型曲線。軋輥保持一定形狀，輥縫的形狀也得到有效控制，另外可以根據(jù)實際生產(chǎn)情況調(diào)整輥型曲線。

（2）軋輥磨削參數(shù)調(diào)節(jié)。由于熱軋平整過程中產(chǎn)生的工作輥不均勻磨損會嚴(yán)重影響平整后帶鋼翹曲變形情況，為保證熱軋帶鋼板形質(zhì)量，不僅要保證初始磨削工作輥輥形時的平整后帶鋼板形質(zhì)量最優(yōu)，而且還要保證不同磨削階段工作輥輥形時的平整后帶鋼板形質(zhì)量最優(yōu)。為了保證彎輥力在熱軋平整過程中有足夠的上下調(diào)節(jié)范圍，將初始磨削工作輥輥形時的彎輥力設(shè)置一個標(biāo)準(zhǔn)值，此時彎輥力有正有負，取其調(diào)節(jié)范圍的平均值；當(dāng)工作輥為不同磨削階段輥形時，為了補償由于不均勻磨損引起的局部輥縫凸度過小，此階段主要采用負彎輥力，此時彎輥力取負彎輥力調(diào)節(jié)范圍的平均值。

1.2 構(gòu)建翹曲變形模型

為了研究熱軋帶鋼生產(chǎn)中翹曲變形行為，我們要結(jié)合多種變量構(gòu)建翹曲變形模型。其中，不考慮工作人員的問題，也就是在構(gòu)建翹曲變形模型時，坯料尺寸均勻以及爐內(nèi)都保持干燥，對其材料孔隙率過大、軋輥消耗過大和鋼材料受熱不均進行首先考慮因素。首先，我們要確定在翹曲變形的狀態(tài)下的兩組作用力，一種是彎曲載荷的中面力，第二種是翹曲產(chǎn)生微彎變形的彎曲力，其物理方程如下列式子（1）和式子（2）所示。

其中，P1代表為彎曲荷載的中面力；P2代表為翹曲產(chǎn)生微彎變形的彎曲力；E代表軋輥消耗程度；b代表總彈性模量；a代表為橫向彈性模量；x代表為彎曲變形引起的收縮比；i代表為臨界荷載值。根據(jù)公式（1）和公式（2）我們加入溫度和其他影響因素的變量，確定熱軋帶鋼的翹曲變形模型。如下列式子（3）所示。

其中，P表示為熱軋帶鋼翹曲變形程度；T代表溫度；β代表其他影響分子。從公式（3）中我們可以看出，溫度的穩(wěn)定程度影響熱軋帶鋼的翹曲變形程度，其他影響因素變量越大，翹曲變形程度越大。至此，翹曲變形模型構(gòu)建完成。

2 熱軋帶鋼生產(chǎn)中翹曲變形行為研究

我國熱軋帶鋼的技術(shù)雖有進步，但質(zhì)量與產(chǎn)量均存在問題，熱軋帶鋼的生產(chǎn)中翹曲變形行為非常嚴(yán)重。在前文中提到，熱軋帶鋼生產(chǎn)過程中影響其翹曲變形行為的，主要存在五點問題，下面對這五點進行分析研究。一是材料孔隙過大，材料孔隙過大會導(dǎo)致材料單邊差值相對較大[1]。在此種情況下，熱軋帶鋼平整過程，無對板型整體無法進行有效控制，則會出現(xiàn)翹曲變形行為。其中，需要重視的是自身材料質(zhì)量不過關(guān)，孔隙率太大，在熱軋帶鋼平整過程中必然會出現(xiàn)側(cè)彎，此現(xiàn)象是無法通過控制技術(shù)進行修復(fù)的，所以在帶鋼生產(chǎn)中，選擇合適的材料極為重要[3]。二是軋輥消耗問題，軋輥消耗問題主要是指在材料熱軋時，軋輥因會受到極大的軋制力，導(dǎo)致板型出現(xiàn)凸起、磨損嚴(yán)重等現(xiàn)象，致使出現(xiàn)翹曲變形行為[4]。三是帶鋼受熱冷卻不均勻，熱軋帶鋼連續(xù)冷卻時，溫度梯度較大，成品受熱和冷卻不均勻會產(chǎn)生大量的熱應(yīng)力，若其熱應(yīng)力超出標(biāo)準(zhǔn)值，即熱應(yīng)力比鋼材料結(jié)合強度大時，產(chǎn)生基板脫離，對熱軋帶鋼板型的平整度產(chǎn)生影響，從而引發(fā)熱軋帶鋼的翹曲變形行為。但這類現(xiàn)象只能分析其溫度的影響，并不能確定哪個過程，哪個階段，也無法確定熱軋帶鋼中哪個生產(chǎn)環(huán)節(jié)容易發(fā)生翹曲變形[5]。在生產(chǎn)初期，熱軋帶鋼不間斷的向空間進行熱輻射，帶鋼與軋輥、輥道通過接觸產(chǎn)生熱傳導(dǎo)現(xiàn)象，軋件與空氣發(fā)生對流傳熱現(xiàn)象，這些導(dǎo)致熱軋帶鋼的熱量降低；帶鋼塑性變形，外界做功使熱軋帶鋼能量增加，帶鋼與軋輥等發(fā)生摩擦導(dǎo)致熱能增加。當(dāng)加熱爐內(nèi)溫度較穩(wěn)定時，翹曲變形的行為也變少。四是坯料尺寸不規(guī)范，坯料尺寸不規(guī)范主要會影響斷層的厚度，降低板型控制時寬度方向的延伸性，影響控制精度，導(dǎo)致出現(xiàn)翹曲變形行為。五是爐內(nèi)存在硫化物雜質(zhì)物質(zhì)，在熱軋帶鋼的生產(chǎn)過程中，需要先向加熱爐內(nèi)投入鋼坯，加熱爐內(nèi)存在部分雜質(zhì)物質(zhì)，鋼材料會在加工過程中與雜質(zhì)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，在反應(yīng)中熱應(yīng)力持續(xù)增加，鋼材的結(jié)合程度變差，孔隙率增加，鋼材無法承受熱應(yīng)力，導(dǎo)致發(fā)生翹曲變形。在這過程中，若出現(xiàn)其他雜質(zhì)類顆粒被加入進加熱爐中，其他雜質(zhì)類顆粒也會與溶液及水分發(fā)生反應(yīng)，且與加熱爐中的鋼材也發(fā)生反應(yīng)，更會進一步加熱軋帶鋼的翹曲彎曲[6]。

3 結(jié)語

本文通過研究熱軋帶鋼生產(chǎn)中翹曲變形行為，證明了研究在實際應(yīng)用中的適用性，以此為依據(jù)，證明此次研究的必要性。因此，有理由相信通過本文研究，能夠解決傳統(tǒng)熱軋帶鋼生產(chǎn)中的翹曲變形行為。但本文同樣存在不足之處，主要表現(xiàn)為未考慮本次研究方法的復(fù)雜性，這一點，在未來針對此方面的研究中可以加以補足。與此同時，還需要對熱軋帶鋼生產(chǎn)中翹曲變形行為控制方法的優(yōu)化設(shè)計提出深入研究，以此為提高熱軋帶鋼生產(chǎn)質(zhì)量提供建議。