熱連軋帶鋼斷面形狀檢測與控制技術改進

凌愛兵，付文鵬

（寶鋼股份上海梅山鋼鐵股份有限公司熱軋廠，江蘇 南京210039）

1 前 言

隨著智慧制造技術在鋼鐵行業的不斷應用，熱軋帶鋼斷面形狀的自動封鎖技術也在逐步實現并推廣。斷面形狀自動封鎖是由計算機根據一定規則自動判斷，對斷面形狀檢測精度提出了更高的要求。檢測不準會造成大量斷面自動封鎖，不但影響生產的連續化，還容易造成質量的批量事故。

熱軋1 780產線精軋機F1-F7配置彎輥與竄輥執行機構，工作輥采用CVC 輥形，對板形具有較強的控制能力。帶鋼斷面形狀檢測由橫向（寬度方向）實測厚度的離散點組成。離散點組成的橫斷面形狀曲線可以真實反映帶鋼的斷面輪廓形狀，但也容易因部分檢測噪點導致自動誤封鎖。擬合曲線雖能規避部分檢測噪點，但有時也會掩蓋部分真實的斷面缺陷。

因此，將離散點組成的斷面形狀曲線用于斷面自動封鎖，對儀表檢測斷面的精度提出了更高的要求。現有文獻分別從承載輥縫形狀、軋輥磨損、斷面形狀擬合、數據挖掘等方面對斷面形狀進行了分析和問題改進［1-4］。針對某熱連軋1 780 產線應用斷面自動封鎖技術后，對中部固定位置的“雙峰”進行了對比、分析，避免了此類誤檢測導致的大量自動封鎖，對防止真實的局部高點缺陷卷流入下游用戶具有重要意義。在此基礎上，進一步通過竄輥策略優化、“雙烏龜殼”計劃（即計劃按“窄-寬-窄-次寬-窄”原則編排）等措施，解決了超長軋制計劃末期的斷面中部高點和M形斷面問題，對延長軋制單位的公里數也具有重要意義。

2 問題分析

2.1 中部“雙峰”的特點

1 780產線帶鋼斷面形狀曲線中部“雙峰”的典型特點為：帶鋼頭部斷面曲線平滑正常，中尾部寬度中部位置有明顯厚度“雙峰”（如圖1和圖2所示，中尾部“雙峰”高度約9～13 μm，對同一卷帶鋼，此“雙峰”高度中尾部有略微增加趨勢）。“雙峰”在帶鋼橫向位置相對固定，不隨竄輥位置和帶鋼寬度變化而變化，且更換F1～F7工作輥無變化和改善。逐個空過精軋各個軋機也不能消除該中部“雙峰”，該雙峰易觸發大量斷面自動封鎖，存在質量風險。

圖1 頭部斷面(正常)

圖2 中尾部斷面(中部“雙峰”)

2.2 多功能儀橫移試驗

為明確此中部“雙峰”現象與多功能儀是否存在關聯，通過將多功能儀C形架沿寬度方向橫移一定距離，驗證此中部“雙峰”在寬度方向的相對位置是否發生變化。試驗證明：對同鋼種規格軋制，原來在寬度方向位置相對固定的“雙峰”，隨著多功能儀C形架移動方向，平移了60 mm的距離，如圖3和圖4 所示。將多功能儀C 形架移動60 mm 恢復原狀，此中部“雙峰”也回歸原來的固定位置，說明此中部“雙峰”與多功能儀C形架存在關聯性。

圖3 多功能儀C形架橫移前斷面

圖4 多功能儀C形架橫移后斷面

2.3 多功能儀C形架下臂溫度

由于帶鋼斷面在帶鋼頭部形狀正常，一卷帶鋼純軋時間一般在60～110 s左右，而中尾部中部“雙峰”的隆起高度有略微增加的趨勢。結合此現象，分析中部“雙峰”可能與多功能儀下臂存在不均勻熱變形有關。由于帶鋼經過多功能儀時的溫度一般在840～920 ℃，帶鋼通過熱輻射導致多功能儀下臂溫度上升。為驗證此結論，通過高溫計實測多功能儀下臂罩殼溫度，并與同類產線對比，見表1。某1 780 產線有鋼時多功能儀下臂罩殼溫度可達130 ℃，顯著高于同類產線有鋼時的溫度（90 ℃），而無鋼時多功能儀下臂罩殼溫度與同類產線接近。

表1 多功能儀下臂罩殼溫度對比 ℃

2.4 同卷鋼頭尾多功能儀標準化對比

由于多功能儀在軋機進鋼前會自動進行一次標定（無鋼時），消除環境誤差帶來的影響。為進一步驗證多功能儀在有鋼時C 形架下臂罩殼溫度顯著上升帶來的影響，研究團隊通過在同一卷帶鋼尾部離開多功能儀的瞬間，手動強制進行一次標準化。與帶鋼頭部到達多功能儀前的標準化曲線對比，發現尾部離開多功能儀瞬間的標準化曲線存在12 μm 左右的相對波動。由于尾部帶鋼離開多功能儀的瞬間，多功能儀C形架下臂罩殼溫度來不及下降，此時的多功能儀標準化曲線相對波動幅度反映了多功能儀C 形架下臂罩殼存在不均勻熱變形的嚴重程度。

3 “雙峰”問題解決方法

3.1 中部“雙峰”產生的機理及解決方法

結合上述多功能儀橫移試驗、C形架下臂罩殼溫度試驗、頭尾多功能儀標準化曲線等對比試驗，可以證明多功能儀下臂罩殼在有鋼時溫度上升了80 ℃，多功能儀下臂不均勻熱變形達到12 μm 左右，導致帶鋼在寬度方向固定位置出現中部“雙峰”的根本原因。明確了該中部“雙峰”產生的機理后，通過在多功能儀下臂旁邊增加一排氣霧冷卻，有效解決了該問題，使多功能儀檢測精度得到顯著提升。

3.2 中部高點的分析與改進

在多功能儀檢測精度提升的基礎上，可以更加清楚地看到真實的局部高點，如圖5所示。此類真實的局部高點在帶鋼全長均能看到，一般發生在軋制計劃的中后期。通過對比試驗，此類局部高點與前段軋機F1～F4 竄輥長時間在小范圍內竄動有關，導致工作輥局部出現熱膨脹和磨損不均勻，特別是同寬軋制時此現象較明顯。通過在板形模型開發同寬識別模型，且每間隔3～4 塊使F1～F4 竄輥往正竄或負竄，可有效規避此類局部高點，圖6是開發此功能后，軋制單位第90～100 km 左右斷面形狀仍平滑，無明顯局部高點。

圖5 中部局部高點

圖6 中部局部高點消失

3.3 M形斷面的分析與改進

熱軋1 780產線因窄薄規格酸洗和合金鋼比例較高，為保證生產質量穩定，一般需要置于計劃前中期。在計劃中后期寬度反跳軋制寬規格冷軋材，違反傳統“烏龜殼”計劃編排原則，易導致計劃中后期冷軋材出現M形異常斷面。如圖7所示，生產實踐表明，此類M形斷面與計劃前中期窄薄規格編排塊數過多有關，特別是窄規格帶鋼邊部不均勻磨損程度變重影響較大。通過對計劃規程進行優化，允許一定程度的自由軋制，即“雙烏龜殼”軋制計劃，計劃中后期需要軋制寬度＞1 450 mm 以上的寬規格帶鋼時，對前面第一個“烏龜殼”窄薄規格塊數進行限制，一般要求塊數＜20 塊。計劃規程優化后，M形異常斷面得到有效控制，見圖8，計劃中后期生產寬規格冷軋材，未出現M形異常斷面。

圖7 計劃中后期寬板M形斷面

圖8 計劃中后期寬板斷面(控制前中期窄板塊數)

4 結 語

通過多功能儀C 形架橫移、C 形架下臂罩殼溫度測量、頭尾多功能儀標準化曲線等對比試驗，明確了某熱連軋1 780產線斷面中部“雙峰”產生的機理：多功能儀下臂罩殼在有鋼時溫度上升了80 ℃，導致多功能儀下臂不均勻熱變形達到12 μm左右。并通過在多功能儀C形架附近增加氣霧冷卻，解決了斷面誤檢測中部“雙峰”問題，提升了多功能儀斷面檢測精度。

通過在板形模型開發同寬識別模型，且每間隔3～4 塊使F1～F4 竄輥往正竄或負竄，有效控制了計劃中后期局部高點問題，軋制單位第90～100 km左右斷面形狀仍平滑，無明顯局部高點。

針對計劃規程進行優化，使M形異常斷面得到有效控制，計劃中后期生產寬規格冷軋材，未出現M形異常斷面。通過上述試驗和改進，使某熱連軋1 780產線斷面形狀降級量從月均243 t降至51 t。