合金板材加工中連續(xù)退火線平整缺陷分析與控制

張 濤

（唐山鋼鐵集團(tuán)高強(qiáng)汽車板有限公司，河北 唐山 063020）

平整機(jī)是連續(xù)退火生產(chǎn)線的關(guān)鍵設(shè)備。設(shè)備方面，平軋機(jī)軋制本質(zhì)上是一種小型變截面軋制。在退火爐中退火的帶鋼進(jìn)入平整機(jī)進(jìn)行處理，其主要作用是消除退火帶鋼的屈服平臺(tái)，提高帶鋼的屈服強(qiáng)度加工性能，調(diào)整帶鋼表面粗糙度，提高帶鋼表面粗糙度，在冷軋過(guò)程中，平整機(jī)軋制是非常重要的生產(chǎn)工藝對(duì)提高帶鋼產(chǎn)品質(zhì)量起著重要作用。

1 連續(xù)退火線發(fā)展歷程分析

冷軋鋼領(lǐng)域采用連續(xù)退火線可以將冷加工硬化程度明顯降低，并提高薄板成型性能。一般情況下超過(guò)再結(jié)晶溫度才可以進(jìn)行退火處理，這樣得到的冷軋鋼產(chǎn)品冷成型性能更強(qiáng)。冶金領(lǐng)域連續(xù)退火處理主要經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段，分別時(shí)日本制鋼公司研發(fā)的連續(xù)退火生產(chǎn)線、日本鋼管公司研發(fā)的鋼管連續(xù)退火線、日本川崎制鋼公司研發(fā)的多用途連續(xù)退火線以及比利時(shí)研發(fā)的熱水淬火法。以上四種退火方式區(qū)別最大的就是退火溫度開(kāi)始的冷卻方式。但是所有的連續(xù)退火方式都需要滿足帶鋼力學(xué)的性能，選擇中等溫度冷卻，隨后快速冷卻。在連續(xù)退火生產(chǎn)線中需要借助氣流噴射冷卻方式，隨后采用水霧和氣混合物的冷卻方式。新興的連續(xù)退火生產(chǎn)機(jī)組可以在冷卻錕的幫助下達(dá)到冷卻的目的。在鋼管連續(xù)退貨線中浸入水中的帶鋼溫度會(huì)在極短時(shí)間內(nèi)下降，此時(shí)水作為冷卻液可以加快帶鋼的冷卻速度。進(jìn)入水中的帶鋼如果產(chǎn)生激冷反應(yīng)，此時(shí)工作人員需要再次加熱帶鋼。多用途連續(xù)退火法可以將冷卻錕與氣體噴射冷卻方式結(jié)合在一起，在氣體中氫含量的影響下可以改變帶鋼的冷卻速度。熱水淬火法可以將帶鋼放置到沸騰的熱水中，此時(shí)帶鋼可以在中等速度下慢慢冷卻。此時(shí)熱水箱中帶鋼的停留時(shí)間直接影響帶鋼冷卻速度。帶鋼在水霧冷卻方式下在最短時(shí)間內(nèi)達(dá)到室溫。世界上第一條冷軋鋼立式連續(xù)退火線最先開(kāi)始于1972年，該條生產(chǎn)線一經(jīng)出現(xiàn)就受到了世界各個(gè)國(guó)家的高度關(guān)注。連續(xù)退火爐不僅可以生產(chǎn)一般級(jí)別的冷軋板，還可以生產(chǎn)超沖壓和超深沖的冷軋板、烤漆硬化鋼板、鍍錫鋼板、鍍錫原板等。

2 控制功能及技術(shù)

平整機(jī)控制主要包括自動(dòng)伸長(zhǎng)控制、張力控制、液壓輥縫控制、彎輥和移輥控制、軋制線調(diào)整、濕矯直控制、換輥控制、液壓潤(rùn)滑控制等，其中自動(dòng)伸長(zhǎng)控制，張力控制和液壓輥縫控制是平整機(jī)控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)。因此，下面描述相應(yīng)的控制技術(shù)。

2.1 延伸率控制

延伸率是平整機(jī)控制非常重要的工藝參數(shù)。通過(guò)自動(dòng)延伸率控制可以消除帶鋼屈服平臺(tái)，改善帶鋼產(chǎn)品沖壓成型性能。由于平整機(jī)壓下量很小J，帶鋼厚度變化非常小，很難測(cè)量，所以一般通過(guò)安裝在平整機(jī)入出口的脈沖編碼器測(cè)量人口、出口帶鋼長(zhǎng)度，進(jìn)而計(jì)算帶鋼延伸率。平整過(guò)程中，延伸率控制可通過(guò)軋制力控制、軋制力和帶鋼張力控制、秒流量控制這3種模式實(shí)現(xiàn)。每種控制模式的軋制力和帶鋼張力給定值能夠預(yù)先設(shè)定，并可依據(jù)帶鋼截面大小進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整依據(jù)為：帶鋼截面小，張力對(duì)延伸率控制的影響大；帶鋼截面大，軋制力對(duì)延伸率控制的影響大。軋制力對(duì)消除帶鋼屈服平臺(tái)和調(diào)整表面粗糙度影響比較大，在調(diào)節(jié)延伸率中起主要作用，張力調(diào)節(jié)起輔助作用。對(duì)于連續(xù)退火線平整機(jī)的延伸率控制，可以采用軋制力控制，軋制力和帶鋼張力控制這2種模式。

2.2 張力控制

平整機(jī)人口和出口的張力穩(wěn)定是平整機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的重要條件，直接影響延伸率控制精度和板形控制效果。平整機(jī)張力控制采用直接張力閉環(huán)控制方式，在平整機(jī)的入口和出口分別安裝了張力計(jì)進(jìn)行實(shí)際張力測(cè)量作為張力反饋，通過(guò)2個(gè)張力調(diào)節(jié)器分別調(diào)整平整機(jī)人口和出口張力。入口張力輥工作在速度模式下，是平整段的主速度輥即平整段的速度以入口張力輥速度為基準(zhǔn)。平整機(jī)有不投入運(yùn)行(輥縫打開(kāi))和投入運(yùn)行2種工作模式：①當(dāng)平整機(jī)不投入運(yùn)行時(shí)非正常生產(chǎn)情況)，只需調(diào)節(jié)平整機(jī)出口張力，出口張力調(diào)節(jié)器參與工作。張力調(diào)節(jié)器將平整機(jī)出口張力設(shè)定一與反饋。相比較進(jìn)行張力閉環(huán)控制，張力偏差經(jīng)過(guò)一系列的算法和處理后轉(zhuǎn)化為一個(gè)小的速度偏差，作為出口張力輥的速度補(bǔ)償，通過(guò)補(bǔ)償出口張力輥組的速度使平整機(jī)出口張力達(dá)到設(shè)定值。②當(dāng)平整機(jī)投入運(yùn)行后(正常生產(chǎn))，平整機(jī)張力分為機(jī)前和機(jī)后2個(gè)張力段，2個(gè)張力段會(huì)出現(xiàn)張力差，需要通過(guò)平整機(jī)張力差調(diào)節(jié)器使平整機(jī)前后張力差達(dá)到設(shè)定張力差值。出口與人口張力設(shè)定值差值為張力差調(diào)節(jié)器的給定，出口與入口張力實(shí)際值差值為張力差調(diào)節(jié)器的反饋。。張力差調(diào)節(jié)器輸出的速度偏差疊加到平整機(jī)主傳動(dòng)的速度給定上，通過(guò)微調(diào)平機(jī)主傳動(dòng)的速度實(shí)現(xiàn)張力差控制，最終實(shí)現(xiàn)平整機(jī)的入口和出口的張力平穩(wěn)可控。

3 匯總并分析平整機(jī)產(chǎn)品表面缺陷及原因

3.1 平整斜紋缺陷

平整后板帶表面會(huì)出現(xiàn)平整斜紋，平整斜紋方向與板帶運(yùn)行方向構(gòu)成一個(gè)夾角，整個(gè)板寬都會(huì)布滿平整斜紋。在生產(chǎn)軟鋼或者厚帶鋼時(shí)容易出現(xiàn)平整斜紋，尤其是鋼種時(shí)焊縫前后會(huì)出現(xiàn)平整斜紋。帶鋼寬度方向軋制力不均勻分布是引起平整斜紋的主要原因[1，2]。

3.2 浪型缺陷

帶鋼平整后沿著軋制的方向會(huì)出現(xiàn)波浪紋，但是波浪紋沒(méi)有延伸到整個(gè)板帶寬度。邊浪和中浪是常見(jiàn)的浪型。一般情況下在較薄且寬度較大的帶鋼上會(huì)出現(xiàn)邊浪。邊浪通常出現(xiàn)在焊縫處。其原因是較薄且寬度較大的帶鋼焊縫處質(zhì)量與卷中質(zhì)量存在較大差距，焊縫通過(guò)平整機(jī)時(shí)沒(méi)有時(shí)間調(diào)整版型儀，此時(shí)焊縫前后會(huì)一定距離就會(huì)出現(xiàn)浪型。硬度較大的帶鋼上會(huì)出現(xiàn)中浪，分析中浪產(chǎn)生的原因主要如下，在生產(chǎn)硬度較大的帶鋼時(shí)需要較高的延伸率，軋制力也較大，以上要求導(dǎo)致硬度較大的帶鋼生產(chǎn)時(shí)容易出現(xiàn)中浪。

3.3 平整液殘留缺陷

平整液殘留分為兩種，一種是邊部吹掃系統(tǒng)效果不好導(dǎo)致大量水存留在帶鋼邊部，此時(shí)的平整液殘留會(huì)出現(xiàn)在帶鋼上下表面；二是平整液殘留出現(xiàn)在帶鋼上表面，此時(shí)帶鋼上表面會(huì)出現(xiàn)規(guī)則不一的小斑跡。分析平整液殘留出現(xiàn)的原因較多，原因之一平整機(jī)噴嘴位置、數(shù)量以及角度設(shè)計(jì)不合理。平整機(jī)吹掃系統(tǒng)存在設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致平整液殘留在邊部；原因之二平整機(jī)氣刀空氣過(guò)濾器堵塞，此時(shí)平整液會(huì)殘留在板帶上表面。因?yàn)檫^(guò)濾器被堵塞后，氣流流通不暢通，氣刀發(fā)揮不出原本的作用。平整機(jī)緩慢降速的過(guò)程中，工作錕錕面上的平整液會(huì)向帶鋼上表面流動(dòng)，此時(shí)也會(huì)出現(xiàn)平整液殘留問(wèn)題；原因之三平整機(jī)內(nèi)防濺板有間隙，平整機(jī)在運(yùn)行速度較高的情況下會(huì)出現(xiàn)平整液殘留，防濺板安裝過(guò)程中存在間隙，高速拉套中的平整機(jī)，在中間錕的旋轉(zhuǎn)作用下使得更多的平整液甩進(jìn)防濺板間隙中。此時(shí)防濺板間隙中的平整液會(huì)向帶鋼表面流動(dòng)出現(xiàn)殘留。

3.4 邊皺缺陷

與帶鋼運(yùn)行方向垂直的條狀折印出現(xiàn)在了帶鋼邊部，這種條狀折印有時(shí)在帶鋼兩側(cè)，有時(shí)在一側(cè)，且條狀折印的長(zhǎng)短不固定，最長(zhǎng)的條狀折印可達(dá)2cm～8cm，最短的條狀折印可達(dá)0.1cm～0.2cm。

3.5 橘皮缺陷

平整后板帶表面橘皮缺陷看不到，但是沖壓成型后橘皮缺陷可以看到。帶鋼焊縫通過(guò)平整機(jī)，軋制力下降到1000KN，此時(shí)板帶延伸率不滿足要求，且板帶表面質(zhì)量也不達(dá)標(biāo)，不合理性能的帶鋼在飛剪處沒(méi)有被切除，在后續(xù)沖壓過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)橘皮缺陷[3，4]。

3.6 錕印缺陷

周期性亮斑或者不同形狀的印跡出現(xiàn)在了板帶表面，且周期性與工作錕錕身周長(zhǎng)是一樣的，這就是錕印缺陷。分析錕印缺陷產(chǎn)生的原因主要如下。一是換錕時(shí)換錕軌道出現(xiàn)損壞，軸承座上的銅質(zhì)滑塊被軌道啃下來(lái)，并掉落在錕面，此時(shí)錕面出現(xiàn)缺陷；二是生產(chǎn)過(guò)程中板帶表現(xiàn)出現(xiàn)缺陷，印跡印在錕面上，并復(fù)制在了板帶表面，產(chǎn)生了錕印。

3.7 橫彎缺陷

橫彎缺陷為板帶弓形，主要出現(xiàn)在板帶寬度方向上。分析橫彎缺陷產(chǎn)生的原因主要是因?yàn)榭拱欏K參數(shù)設(shè)定不滿足要求所致。

4 平整機(jī)產(chǎn)品表面缺陷的控制對(duì)策分析

4.1 改造吹掃和相關(guān)設(shè)備

一是更改乳化液噴嘴的大小。噴口較大、流量較大的噴嘴，不會(huì)噴出來(lái)霧狀的乳化液，因此起到的吹掃效果也不好。結(jié)合之前的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)可以更換新的噴嘴，換上噴口較小的噴嘴。改進(jìn)后的噴嘴噴出來(lái)的乳化液為霧狀；二是更改吹掃系統(tǒng)噴嘴數(shù)量。結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙需要將12個(gè)吹掃噴嘴設(shè)置在帶鋼上下表面，并確保噴嘴之間不出現(xiàn)間隔。這樣改進(jìn)后的吹掃系統(tǒng)依然不滿足生產(chǎn)2080mm寬度帶鋼的要求。對(duì)此又將12個(gè)噴嘴增加到18個(gè)，并在相應(yīng)的位置留出一定間隔，這樣可以將寬度范圍擴(kuò)大，達(dá)到生產(chǎn)要求；三是更改吹到系統(tǒng)噴嘴位置。按照設(shè)計(jì)圖紙，帶鋼上表面噴嘴角度僅可以左右調(diào)整，自由度較小，多次調(diào)整后達(dá)到的效果依然不好。觀察后可以將上部噴嘴自由度進(jìn)行更改，將之前的自由度改為2，更改后的噴嘴位置可以左右、上下調(diào)整。更改后可以達(dá)到很好的效果；四是更改吹掃系統(tǒng)噴嘴角度。一般情況下噴嘴角度一般在60°，此標(biāo)準(zhǔn)下吹掃效果不佳，因此可將之前的噴嘴角度改為45度，此時(shí)可以達(dá)到較小的吹掃效果；五是對(duì)濾芯型號(hào)進(jìn)行更換，氣刀過(guò)濾器堵塞現(xiàn)象較為常見(jiàn)，因此需要嚴(yán)格按照規(guī)定定期清理過(guò)濾器。設(shè)計(jì)人員可以將之前的過(guò)濾器濾芯型號(hào)進(jìn)行調(diào)整，放大一倍過(guò)濾器濾眼，這樣可以延長(zhǎng)過(guò)濾器清理周期；六是不斷改進(jìn)防濺板。針對(duì)防濺板間隙問(wèn)題，可設(shè)置擋水裝置，將一塊鋼板焊接在每?jī)蓧K防濺板之間，并在焊接位置將全部的縫隙用玻璃膠擋住。這樣集水槽中會(huì)匯集所有的液體，最終所有的液體會(huì)全部落到機(jī)架的收集盤中，該措施可以將連續(xù)退火線表面缺陷從根本上得到解決。

4.2 調(diào)整傾斜值、焊縫

一是對(duì)傾斜值進(jìn)行調(diào)整。較厚或者較軟帶鋼生產(chǎn)時(shí)，需要對(duì)傾斜值及時(shí)調(diào)整，哪邊有斜紋，則要提高哪邊傾斜值；二是對(duì)焊縫通過(guò)平整機(jī)的速度進(jìn)行調(diào)整。生產(chǎn)時(shí)更換鋼種，焊縫爬行通過(guò)時(shí)要結(jié)合實(shí)際情況對(duì)傾斜值進(jìn)行調(diào)整。確認(rèn)無(wú)問(wèn)題后可以將速度慢慢提高，避免斜紋出現(xiàn)，導(dǎo)致錕面損傷；三是傾斜值的調(diào)整可以采取手動(dòng)方式。特種鋼生產(chǎn)時(shí)，在較高速度下盡可能不使用平直度儀傾斜自動(dòng)控制系統(tǒng)，將自動(dòng)控制系統(tǒng)換為手動(dòng)，根據(jù)板型實(shí)際情況和現(xiàn)場(chǎng)軋制力差值大小手動(dòng)調(diào)整，避免斜紋突然間產(chǎn)生[5，6]。

4.3 降低彎錕力大小

降低彎錕力大小主要是解決邊皺缺陷。對(duì)彎錕力大小及時(shí)調(diào)整，減小彎錕力數(shù)值可消除邊皺缺陷。

4.4 調(diào)整彎錕力參數(shù)

一是對(duì)彎錕力參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，改變控制速度。薄帶鋼經(jīng)過(guò)平整機(jī)時(shí)，可采用改善操作消除浪型缺陷。較薄帶鋼生產(chǎn)時(shí)焊縫沒(méi)有到達(dá)平整之前，操作人員可以對(duì)板型儀設(shè)定的曲線進(jìn)行調(diào)整，以此改變彎錕力的大小，降低彎錕力值。在確保板型前提下可以將彎錕力降到20%，此時(shí)焊縫經(jīng)過(guò)平整機(jī)可以增大二級(jí)值彎錕力和實(shí)際彎錕力之間的數(shù)值差距，這樣可有效避免浪型缺陷的發(fā)生；二是對(duì)平整機(jī)前后的張力進(jìn)行調(diào)整，在生產(chǎn)高強(qiáng)度的鋼板帶時(shí)如果出現(xiàn)浪型缺陷可以采取這一措施。高強(qiáng)度鋼生產(chǎn)時(shí)，平整機(jī)拉套速度盡可能要小。操作人員可將平整機(jī)前后的張力適當(dāng)提高，提高幅度可以在20%～30%。采用手動(dòng)模式控制板型，負(fù)彎模式控制挖錕力[7，8]。

4.5 切除飛剪處不合格品

焊縫經(jīng)過(guò)平整機(jī)時(shí)，此時(shí)平整機(jī)軋制力會(huì)主動(dòng)降低。因此該環(huán)節(jié)的板帶性能是不滿足要求的，需要在出口飛剪處將性能不達(dá)標(biāo)的板帶切除[9]。

4.6 優(yōu)化抗皺錕工藝參數(shù)

抗皺錕工藝參數(shù)沒(méi)有優(yōu)化之前平整機(jī)抗皺錕入口數(shù)值要高于出口數(shù)值，生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)遇到橫彎問(wèn)題[10，11]。因此借助技術(shù)攻關(guān)，發(fā)現(xiàn)出口抗皺錕數(shù)值低于入口，此時(shí)橫彎現(xiàn)象則會(huì)減輕乃至消除。優(yōu)化后的抗皺錕工藝參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 優(yōu)化后的抗皺錕工藝參數(shù)

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，以上就是本文對(duì)連續(xù)退火線平整缺陷相關(guān)內(nèi)容的分析，希望對(duì)該領(lǐng)域研究有一定幫助。