熱軋生產(chǎn)線粗軋R1軋機自由軋制技術的研發(fā)和應用

賀亮，王存，劉旺臣，王杰，李江委

（鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧 營口 115007）

鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司1580熱連軋生產(chǎn)線（以下簡稱“1580熱軋線”）于2008年9月投產(chǎn)，主要由加熱爐、粗軋機組、精軋機組和卷取機組等設備組成。其中，粗軋機組壓下變形量最大，采用多道次可逆軋制生產(chǎn)工藝。產(chǎn)線品種規(guī)格繁多，生產(chǎn)瓶頸各不相同，粗軋軋機單一的生產(chǎn)方式明顯呈現(xiàn)出了生產(chǎn)瓶頸，限制了精軋機發(fā)揮最大效能。通過對設備布局和控制時序的研究，開發(fā)出針對偏小單重、節(jié)奏限制不明顯的低碳、普碳商用產(chǎn)品的R1自由軋制生產(chǎn)工藝，對熱軋帶鋼質量提升和節(jié)能降耗起到積極有效的作用。

1 粗軋區(qū)域軋制工藝和存在的問題

1.1 粗軋區(qū)域軋制工藝

1580熱軋線粗軋機組主要設備及參數(shù)見表1。

表1 1580熱軋線粗軋區(qū)域主要設備及參數(shù)Table 1 Main Equipment in Roughing Zone of 1580 Hot Rolling Line and Corresponding Parameters

1580熱軋生產(chǎn)線粗軋區(qū)域主要采取 “3+3”軋制工藝，即R1軋機和R2軋機分別進行三道次可逆軋制。在“3+3”軋制工藝中，也可分為平行軋制和相對軋制兩種比較規(guī)范的軋制方法。

粗軋區(qū)域“3+3”平行軋制示意圖如圖1所示，該軋制工藝的特點為第一、三道次，以R2軋機為優(yōu)先原則，第二道次以R1優(yōu)先為原則；這種軋制工藝可以忽略中間輥道長度的限制，作業(yè)規(guī)范性明顯提升，但SP定寬機軋制速度、單架軋機軋制能力和邏輯條件對軋制效率影響較大。

圖1 粗軋區(qū)域“3+3”平行軋制示意圖Fig.1 Schematic Diagram for“3+3” Parallel Rolling in Rough Rolling Zone

粗軋區(qū)域“3+3”相對軋制示意圖如圖2所示，該軋制工藝的特點為 R2軋機領先R1軋機一個道次，以R1軋機為優(yōu)先原則；這種軋制工藝的優(yōu)點是錯開兩架軋機作業(yè)的高峰期，相對減少精軋限制對粗軋的影響，但粗軋區(qū)域兩架軋機之間的限制條件影響較為突出。

圖2 粗軋區(qū)域“3+3”相對軋制示意圖Fig.2 Schematic Diagram for“3+3” Relative Rolling in Rough Rolling Zone

1.2 粗軋區(qū)生產(chǎn)存在的問題

1580熱軋線投產(chǎn)以來，根據(jù)自身軋制條件，對平行軋制和相對軋制都有所涉獵。在軋制薄材、難軋材時，板坯單重小，搬運速度快，SP定寬機不參與軋制，一般采用平行軋制的工藝，但是精軋限制明顯突出；在軋制常規(guī)規(guī)格時，SP定寬機參與軋制，中間輥道限制條件較少，一般采用相對軋制的工藝，但相對效率較低。由于條件的限制，粗軋區(qū)域溫降較大，降幅達到180～200℃，影響了精軋軋制穩(wěn)定性，事故較多。因此研究提高粗軋軋制效率，減少粗軋溫降，降低煤氣能耗，是生產(chǎn)的迫切需求，也是提高企業(yè)效益的重要舉措。

2 粗軋區(qū)域R1自由軋制工藝的研發(fā)

1580熱軋線薄材占比較多，且精軋機組純軋時間長，精軋機組的限制條件是客觀存在的。所以，R1自由軋制工藝的研發(fā)是以R2軋機效率最大化為前提，解除R1軋機與R2軋機之間的進鋼連鎖限制，在保證板坯安全距離的情況下，將R1軋機的效率提升到最大。

2.1 R1自由軋制工藝方案可行性論證

根據(jù)原料板坯尺寸、軋制壓下制度及R1、R2軋機間輥道長度驗證工藝方案可行性。

粗軋區(qū)域R1～R2軋機中間輥道分布圖見圖3，粗軋區(qū)域G組中間輥道數(shù)量及輥距見表2。粗軋區(qū)域R1～R2軋機中間分布G1～G10共10組輥道、98根運輸輥，輥道間距為0.8 m，計算R1、R2之間輥道總長度Ls=97×0.8 m=77.6 m。

圖3 粗軋區(qū)域R1～R2軋機中間輥道分布圖Fig.3 Distribution Map for Intermediate Tables between R1 Rolling Mill and R2 Rolling Mill in Rough Rolling Zone

表2 粗軋區(qū)域G組中間輥道數(shù)量及輥距Table 2 Number of Intermediate Tables and Their Roller Spacing for G Group in Rough Rolling Zone

最大板坯尺寸:寬度B=1.45 m，厚度H=0.2 m，長度L=12.3 m，成品寬度1.25 m。按照1580熱軋線粗軋軋制制度，R1第一道次、R2第二道次達到最大壓下量的中間坯厚度分別為146.55 mm和 51.72 mm。根據(jù)體積不變定律 B×H×L=B×H×L計算得出：R1軋完第一道次中間坯長度L=16.786 m；R2軋完第二道次中間坯長度L=47.560 m。

考慮各道次軋機拋鋼距離和兩塊中間坯間隔距離，設計安全附加長度L=10 m，則在G組輥道擺放2塊板坯需用輥道最大長度L=L+L+L=16.786 m+47.560 m+10 m=74.346 m。對比實際輥道長度 L和理論計算需用長度 L得出，L＞L，輥道長度可以滿足自由軋制工藝方案。

2.2 R1自由軋制工藝方案設計與實施

在軋線初始工藝設計中，為防止中間坯在G輥道發(fā)生碰撞，當R1、R2其中一架軋機正在使用G輥道時，另一架軋機將無法同時工作，中間坯在機前強制擺動，其邏輯判斷如圖4所示。

圖4 初始粗軋機進鋼聯(lián)鎖條件邏輯判斷簡圖Fig.4 Logical Judgment Diagram for Interlocking Conditions for Feeding Steel by Initial Rough Rolling Mill

根據(jù)本方案可行性論證階段的計算，G輥道長度可以滿足R1第一道次和R2第二道次同時軋鋼。實現(xiàn)這個方案需要進行以下三步工作：

（1）將G4輥道以中間一根輥子為界，分解為G4-1、G4-2 兩組，G1～G4-1 輥道供 R1 第一道次使用，G4-2～G10輥道供R2第二道次使用。

（2）修改粗軋機進鋼聯(lián)鎖的邏輯判斷條件，將G1～G4-1輥道是否有鋼作為R1軋機第一道次進鋼聯(lián)鎖的邏輯判斷條件，將G4-2～G10輥道是否有鋼作為R2軋機第二道次進鋼聯(lián)鎖的邏輯判斷條件，改進后粗軋機進鋼聯(lián)鎖條件邏輯判斷簡圖如圖5所示。

圖5 改進后粗軋機進鋼聯(lián)鎖條件邏輯判斷簡圖Fig.5 Logical Judgment Diagram for Interlocking Conditions Improved for Feeding Steel by Initial Rough Rolling Mill

（3）為防止R2軋機在未軋完的情況下R1軋機第三道次進鋼可能發(fā)生中間坯相撞事故，設立G組輥道正向聯(lián)鎖、H組輥道正向聯(lián)鎖、R1反向道次聯(lián)鎖和R2反向道次聯(lián)鎖，建立D組輥道、G組輥道、R1、R2以及H組輥道軋制順序流等連鎖條件，在R1軋機第三道次進鋼聯(lián)鎖條件中增加R2軋機第三道次拋鋼完成的邏輯判斷，并對R1、R2軋制順序設置為以R2軋機優(yōu)先。

為進一步提高程序改進后的生產(chǎn)安全性，在二級軋制模型中加入R1、R2軋機軋制中間坯長度計算判斷、壓下率自動優(yōu)化及中間坯超長自動封鎖等邏輯判斷和功能，二級系統(tǒng)中間長度自動控制優(yōu)化程序圖如圖6所示。二級系統(tǒng)根據(jù)原料規(guī)格、成品規(guī)格和軋制模型等數(shù)據(jù)庫參數(shù)，對R1、R2軋機壓下率進行預設定計算。當R2軋機第二道次中間坯長度和下一塊R1軋機第一道次中間坯長度合計值超出極限值時，二級系統(tǒng)自動在限幅區(qū)間內對各道次壓下率進行調整，進行第二次中間坯長度計算；如果長度滿足條件，按第二次計算結果向一級系統(tǒng)傳輸軋制數(shù)據(jù)；如果在壓下率限幅區(qū)間內中間坯長度計算超限，二級系統(tǒng)則以板坯最快通過R2軋機為原則進行第三次計算，向一級系統(tǒng)傳輸軋制數(shù)據(jù)和中間坯長度超限報警，一級系統(tǒng)對軋制時序進行自動限制，防止發(fā)生中間坯相撞的事故。

圖6 二級系統(tǒng)中間長度自動控制優(yōu)化程序圖Fig.6 Automatic Control Optimization Program Diagram for Intermediate Length in Secondary System

3 應用效果

R1軋機自由軋制技術在1580熱連軋生產(chǎn)線投入使用，得到了很好的效果。通過對軋機聯(lián)鎖條件和控制時序的修改和對試驗進行驗證，1580線粗軋軋制節(jié)奏大幅提升，解決了原來R1、R2軋機共同軋鋼時進鋼聯(lián)鎖條件相互干涉造成中間坯擺動的問題，粗軋機生產(chǎn)效率有了明顯提升，生產(chǎn)厚度在3.0 mm以上的Q235B、SPA-H時不限節(jié)奏，鋼種每小時平均軋制塊數(shù)從28塊提高到30塊，小時生產(chǎn)能力提高40 t，同時減少中間坯擺動，粗軋區(qū)域溫降減少13℃，出爐溫度降低30℃，年可創(chuàng)效637萬元，R1自由軋制投入效果見圖7所示。

圖7 R1自由軋制投入效果圖Fig.7 Operation Illustration for R1 Free Rolling

4 結語

在熱軋生產(chǎn)過程中，不同的品種、規(guī)格在生產(chǎn)過程中所表現(xiàn)出的生產(chǎn)瓶頸是有差異的，根據(jù)粗軋區(qū)域生產(chǎn)瓶頸問題選擇不同的軋制工藝，可有效提升單品種的生產(chǎn)能力。針對規(guī)格偏厚、中間坯短小、表面質量控制簡易的品種，可通過對設備布局和控制時序的研究開發(fā)出一種R1自由軋制工藝技術，從而有效解決部分品種粗軋生產(chǎn)瓶頸問題，粗軋區(qū)域中間坯溫降減少13℃，小時能力提高40 t，出爐溫度降低30℃，對熱軋帶鋼質量提升和節(jié)能降耗起到積極有效的作用。