熱軋線花紋卷扁卷問題的研究

張曉勇，鞠 科，嚴穎云

（廣西柳州鋼鐵集團有限公司，廣西 柳州 545002）

熱連軋生產線生產花紋板的特點是精軋前機架均使用平輥，僅末機架上的工作輥為花紋輥。在薄規格花紋卷的實際生產過程和運輸過程中，產品質量主要受豆高系數、工藝溫度、張力參數、卷徑變化以及外部其他等因素的影響。除了鋼卷在卷取過程中自然產生的扁卷外，從卷取機卷筒卸卷出來后，鋼卷受本身的自重影響，在臥卷運輸過程中也容易出現扁卷問題，嚴重時會因無法平整而產生廢品，對產品質量帶來不利影響。

1 花紋卷扁卷的主要原因分析

1.1 溫度因素

薄規格花紋卷在卷取過程中，層流冷卻目標溫度越高，花紋豆越容易產生擠壓而發生變形，從而產生間隙，隨著帶卷數越來越多，累計起來的層間隙也越來越大，扁卷也會更加明顯。取同樣厚度規格的花紋卷在不同溫度條件下進行實驗對比，產生扁卷的數量如表1所示。

表1 溫度實驗數據統計

1.2 受力因素

花紋卷在卷取過程中，因花紋豆的存在，層與層之間不可避免地存在間隙，特別是在內圈卸卷脫離卷筒后及外圈卸卷接卷過程中高度過低時，會加大間隙產生扁卷。同時，如果帶鋼實際張力達不到單位卷取張力時，層間隙也會相應增加，尤其是在薄規格花紋卷上表現得更加明顯。

1.3 豆型因素

原始花紋豆型主要考慮豆高問題，若設計的豆寬較窄、豆深較大、豆邊角度較小，軋制薄規格花紋板時易出現軋破甩尾等情況，異常軋制還會造成應力集中，從而出現裂紋、崩豆等缺陷，由于崩豆后產生的裂紋較深，將導致花紋輥直接報廢，造成較大損失。

1.4 卷徑因素

鋼卷在卷取完成前，卸卷小車會在預定高度等待，但是在軋制花紋板時，由于二級模型只有光板的鋼卷直徑，導致軋制花紋板時小車的預定高度與實際偏差較大。實際鋼卷大時，鋼卷會提前壓在小車托輥上，引起小車托輥粘肉或者壓偏鋼卷外圈發生溢邊；實際鋼卷小時，鋼卷定尾完成后仍接觸不到小車，會引起鋼卷松圈后間隙變大，在鋼卷運輸過程中產生扁卷情況。

2 花紋卷扁卷的改善措施

2.1 優化卷取目標溫度

將卷取目標溫度由原來的610℃優化至560℃。通過降低目標溫度，花紋卷的扁卷問題得到大幅改善，因扁卷產生的廢品率大大降低。

2.2 優化層流冷卻

由于薄規格花紋板軋制速度快，帶鋼上表面因花紋豆的存在很容易產生積水問題，導致卷取溫度波動大，出現局部溫度高于目標值的情況，從而產生扁卷問題。

2.2.1 優化層流水閥選擇

增加頭部強冷功能，因薄規格花紋板溫降較快，通常只選擇1組強冷組數（上下排對稱開啟），而后根據二級模型自動設定僅開下排水進行調節。頭部強冷功能既能起到冷卻的目的，又可以對末機架的頭部進行壓頭控制；之后的模型調節僅開下排水的目的是減少上排水量；通過改變上下表溫差來減少頭部飛翹情況，同時也可減少上表過多積水問題。

2.2.2 改造層流側噴水

通過對軋制過程進行觀察發現，帶鋼上表面的積水除了上排集管水以外，還有帶鋼的兩側冒上來的下排水以及側噴水的積水，特別是精調之后只有單側的一個側吹水，帶鋼表面的積水很難吹掃干凈，于是決定在精調末段增加頂吹水，并在側面增加氣吹裝置，這樣就大幅減少了帶鋼上表的積水問題。頂吹水改造情況圖1所示。

圖1 改造后的頂吹水

2.3 優化張力參數

帶鋼實際張力與單位帶鋼卷取的設定張力不一致，主要是由于卷筒電動機力矩的設定值（電機輸出力矩）與帶鋼卷取力矩設定值偏差引起的。卷筒電動機力矩設定值的計算方法：

式中：TREF為卷筒電動機力矩設定值，%；TMAX為卷筒電動機最大力矩（固定值），N·m；TM為卷取機機械摩擦力矩，速度一定時，其值為固定值，N·m；TF為卷筒電動機張力力矩，N·m；TB為卷筒電動機彎曲補償力矩，N·m；TI為卷筒電動機慣性補償力矩，N·m。

通過力矩公式可以看出，影響卷筒電動機力矩設定值的變化量有：張力力矩、彎曲補償力矩和慣性補償力矩，而張力力矩為過程可調參數，因此，通過調節卷取張力可改善扁卷問題。但是考慮到張力對成品寬度、卷形的影響，結合寬度、卷形在不同張力情況下的變化情況（見表2），并通過整理實驗數據，最終選擇最優張力在60~70 kN之間。

表2 張力實驗數據統計

2.4 優化豆型設計

針對前期出現的花紋輥豆型尖銳、容易被擠壓變形而產生的扁卷問題，在原有基礎上對豆型進行了優化，在后續的生產中豆型損傷問題得到徹底解決，扁卷問題得到有效改善，具體優化如圖2所示。

從圖2可知，豆型寬度從原來的5.5 mm加寬到9 mm；豆深從原來的4 mm降到3.5 mm；豆邊夾角從原來的70°增加到90°；花紋刀圓弧角從原來的1.5 mm加大到2.5 mm。

圖2 豆形優化圖（mm）

2.5 卷徑優化計算

花紋板的帶鋼長度沒有進行二級模型設定，可以采用已有的光板帶鋼長度進行推導，得出花紋板長度的計算方法：

式中：V為鋼坯體積，mm3；ε為成材率（假設花紋板與光板一致）；H為帶鋼厚度，mm；W為帶鋼寬度，mm；L為帶鋼長度，mm；β為帶鋼斷面花紋豆所占面積比；HB為花紋板帶鋼厚度，mm；LB為花紋板長度，mm。

根據圖2的花紋樣式可以計算出：帶鋼斷面花紋豆所占面積比β=0.16，帶入公式（2）推導出：

根據公式（3），按照二級模型設定的光板長度，計算出花紋板長度，再結合豆高設定，便可計算出真實的鋼卷直徑。這樣就保證了卸卷小車預定高度的準確性，從而解決了定尾異常問題。

3 結論

1）極限薄規格厚度的花紋板扁卷問題主要受溫度、豆型、張力以及卷徑等因素的影響，而這些關鍵參數的調整需要通過多次實驗數據的收集和驗證才可確定；過程中單獨調整某個參數時，需考慮對其他因素產生的影響。

2）經過多次針對性的實驗對比，綜合考慮各控制參數的相互影響變化，通過優化調整，更加有效地改善了扁卷問題，在提升生產效率的同時，也節約了下道工序的加工成本。