中厚板坯料生產(chǎn)設(shè)計(jì)中提高成材率的技術(shù)措施研究

王如江，趙 巖，沈錫罡

（河北鋼鐵集團(tuán)邯鋼有限責(zé)任公司，河北 邯鄲 056015）

中厚板產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于船舶、機(jī)械制造等領(lǐng)域，具有廣闊的市場(chǎng)前景，在制造業(yè)快速發(fā)展的當(dāng)下，其市場(chǎng)需求量是比較可觀的。中厚板生產(chǎn)具有規(guī)格多、批量小的特點(diǎn)，因此對(duì)于坯料的質(zhì)量特別是外觀尺寸質(zhì)量的要求非常嚴(yán)格。如果中厚板坯料尺寸設(shè)計(jì)不合理，與客戶要求相差較大，這樣不僅會(huì)增加坯料的切割損失或是造成鋼板尺寸改判，而且還影響生產(chǎn)效率，降低與客戶合同的兌現(xiàn)率。這對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)無(wú)疑會(huì)帶來(lái)比較大的經(jīng)濟(jì)損失以及客戶的流失。本文從中厚板坯料的生產(chǎn)環(huán)節(jié)入手，通過(guò)對(duì)相關(guān)參數(shù)的研究和設(shè)定，對(duì)提高中厚板坯料成材率的技術(shù)措施進(jìn)行了研究。

1 中厚板坯料尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)的必要性

中厚板產(chǎn)品的成材率直接關(guān)系到企業(yè)的原材料成本和經(jīng)濟(jì)效益。中厚板產(chǎn)品普遍具有訂單雜、規(guī)格多、品種繁的特點(diǎn)，產(chǎn)品規(guī)格甚至達(dá)到了上萬(wàn)種。如果只是套用幾個(gè)簡(jiǎn)單的規(guī)格去生產(chǎn)，勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生大量的非計(jì)劃板，造成大量的坯料浪費(fèi)。為了適應(yīng)中厚板產(chǎn)品的生產(chǎn)特點(diǎn)，達(dá)到鑄坯單重與不同規(guī)格子板的最佳匹配，目前我國(guó)企業(yè)在坯料生產(chǎn)中已普遍采用自動(dòng)化控制。雖產(chǎn)品成材率較過(guò)去的人工方式有了很大提高，但由于一些關(guān)鍵性的技術(shù)參數(shù)不夠優(yōu)化，因此坯料成材率與國(guó)外高水平中厚板生產(chǎn)還存在一定的差距。繼而導(dǎo)致產(chǎn)品生產(chǎn)成本的增加和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的下降，因此有必要對(duì)中厚板坯料尺寸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)以提高成材率。按每年減少萬(wàn)噸坯料損失來(lái)計(jì)算，可至少為企業(yè)帶來(lái)3000萬(wàn)元以上的經(jīng)濟(jì)效益。

2 中厚板坯料生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的材料體積損失分析

中厚板生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)均會(huì)造成坯料體積的損失，主要包括加熱損失、剪切損失、厚度損失等。

2.1 加熱燒損

坯料在加熱的時(shí)候，表面的鐵會(huì)與外部氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成氧化鐵皮繼而形成氧化燒損。氧化燒損的計(jì)算有理論計(jì)算和實(shí)測(cè)計(jì)算兩種方法，其中理論計(jì)算法是在爐溫恒定，加熱狀態(tài)穩(wěn)定的理想狀態(tài)下對(duì)氧化鐵皮生長(zhǎng)和板坯燒損體積的計(jì)算。計(jì)算公式如下：

V＝2A（HB＋HL＋BL）W/100/109/pf

式中：A-氧化鐵皮鐵含量比例系數(shù)；pf-鋼鐵的密度；H-坯料厚度（mm）；B-坯料寬度（mm）；L-坯料長(zhǎng)度（mm）。

在實(shí)際加熱過(guò)程中，由于坯料外部氧化鐵皮的生成對(duì)氧化反應(yīng)有一定的影響，氧化動(dòng)力系數(shù)并不穩(wěn)定，因此理論方法計(jì)算并不準(zhǔn)確。因此多采用實(shí)測(cè)計(jì)算予以校正。實(shí)測(cè)計(jì)算首先需要計(jì)算給定尺寸坯料的重量W1，然后對(duì)出鋼除鱗后收集的氧化鐵皮W3和除鱗后的坯料重量W2進(jìn)行稱量，估算燒損量為W＝W1－W2≈W3×A。折算燒損體積V＝W/pf。

2.2 切邊損失

中厚板成品通常要求四邊齊整，因此需要對(duì)軋制后的板坯進(jìn)行切邊，造成切邊損失，這也是中厚板生產(chǎn)中難以避免的。正常切邊量與產(chǎn)品品種、規(guī)格和剪切設(shè)備條件等密切相關(guān)，實(shí)際生產(chǎn)中通常根據(jù)以上參數(shù)確定固定值。此外，非正常的切邊量主要與坯料的展寬比有關(guān)，展寬比的不同必然會(huì)使軋件邊部產(chǎn)生凹凸，這些凹凸部分也需要進(jìn)行剪切使切邊損失增加。

2.3 厚度損失

坯料厚度目標(biāo)值與產(chǎn)品標(biāo)稱規(guī)格通常存在一定差值，坯料設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)將這部分差值進(jìn)行考慮。通常選取厚度目標(biāo)值時(shí)要充分考慮到厚度的控制精度，盡量減少目標(biāo)值與標(biāo)稱厚度差所帶來(lái)的體積變化。

2.4 橫向同板厚度差

為了減少軋件橫向厚度差，保證軋件的穩(wěn)定，軋件會(huì)保持一定的凸度，使軋件邊部厚度與斷面中間厚度產(chǎn)生微小的差值。因橫向同板厚度差造成的體積損失可用公式：V＝2/3×△hbl表示。

3 提高成材率的技術(shù)措施

3.1 坯料尺寸設(shè)計(jì)

進(jìn)行坯料尺寸設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮壓縮比和展寬比這兩個(gè)條件。通常為保證鋼板的機(jī)械性能，必須考慮合適的壓縮比。對(duì)于連鑄坯來(lái)說(shuō)一般壓縮比為6～8較為合適，以此數(shù)據(jù)來(lái)確定所需坯料厚度的下限值。同時(shí)在考慮坯料厚度上限值時(shí)也不能過(guò)厚，否則會(huì)增加軋制道次，溫度下降，變形抗力增加，軋制變得困難。展寬軋制時(shí)，展寬比在1.4時(shí)展寬變化量最小；小于1.4時(shí)鋼板中間成凹形，大于1.4時(shí)鋼板中間呈鼓形，為了使軋后鋼板成矩形，切邊量小，通常在坯料尺寸設(shè)計(jì)時(shí)展寬比為1.4左右，根據(jù)實(shí)際情況1.4～1.7為宜。根據(jù)體積不變?cè)砜梢缘贸鲋泻癜迮髁嫌?jì)算公式 ：l=(h+△h-a)×(w+△w)×(l×b+△l)/(h’×b’)。l……坯料實(shí)際長(zhǎng)度；h……名義成品厚度；w……名義成品寬度值；l……名義成品板子板長(zhǎng)；h……厚度放尺量；a…………厚度負(fù)偏差；w……寬度放尺量；l……長(zhǎng)度放尺量(包括切頭尾和試樣)；b………… 成品倍尺數(shù)；h’……坯料實(shí)際厚度；b’………坯料實(shí)際寬度由上式可知：減少厚度公差△h，切邊量△w，切頭尾量△l對(duì)提高成材率具有重要意義。其中減少厚度公差實(shí)現(xiàn)負(fù)偏差軋制對(duì)40mm厚度以下薄規(guī)格的板材影響明顯；而切邊量，切頭尾量則隨著板厚的增大對(duì)板材成材率影響逐漸增大。

根據(jù)邯鋼中厚板實(shí)際數(shù)據(jù)測(cè)量情況得出結(jié)論成品厚度（mm）成品厚度放尺量（mm）14≥h＞60.34 24≥h＞14 0.35；34≥h＞24 0.35；80≥h＞34 0.5；120≥h＞80 0.6 h＞120 0.7。

3.2 單定尺板坯料設(shè)計(jì)

為了提高中厚板產(chǎn)品成材率，減少坯料切割損失和鋼板尺寸改判，需對(duì)坯料尺寸進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。考慮到中厚板產(chǎn)品品種多、規(guī)格雜的特點(diǎn)，目前邯鋼公司多采用“子板組合”的生產(chǎn)方式，即一張母板可剪切多張單倍尺板。此種生產(chǎn)方式下坯料設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，只對(duì)產(chǎn)品寬度進(jìn)行定尺，而長(zhǎng)度則可在符合合同交貨條件下盡可能長(zhǎng)一些。設(shè)備一定時(shí)，坯料體積范圍、單倍尺板長(zhǎng)度范圍、毛邊最大長(zhǎng)度和因邊部凹凸造成的切損即可確定。由此可計(jì)算出軋件長(zhǎng)度和成品鋼板長(zhǎng)度，達(dá)到最佳投入產(chǎn)出比。

3.3 雙定尺板坯料設(shè)計(jì)

雙定尺板的長(zhǎng)度和寬度尺寸都需要根據(jù)客戶要求進(jìn)行嚴(yán)格的定尺剪切，設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮軋制過(guò)程中的各種體積損失。在設(shè)備一定的條件下，假設(shè)設(shè)備允許軋件毛邊最大長(zhǎng)度為L(zhǎng)MAX，不同坯料斷面尺寸對(duì)應(yīng)加熱爐允許的坯料體積范圍為（Vimin，Vimax），i＝1、2、3……。

設(shè)計(jì)思路是首先在設(shè)備程序內(nèi)輸入目標(biāo)厚度和單倍尺產(chǎn)品標(biāo)稱尺寸，根據(jù)冷床寬度、輥道長(zhǎng)度等設(shè)備參數(shù)，計(jì)算可能的最大倍尺數(shù)；然后按照倍尺由大到小的順序計(jì)算各種體積損失之和以及成品母板體積是否滿足各板坯斷面加熱爐允許坯料體積范圍；最后對(duì)各種斷面坯料的成材率進(jìn)行比較，以確定最優(yōu)化的坯料尺寸設(shè)計(jì)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)坯料體積的優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少了坯料加工中的各種剪切損失，雙定尺板成材率提高0.8%以上，并且坯料尺寸計(jì)算速度大大提升。不僅滿足了中厚板小批量、多規(guī)格的生產(chǎn)要求，也為企業(yè)節(jié)省了一筆可觀的成本費(fèi)用，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。