連退平整機組高溫料延伸率評估方法*

王 濤，胡萬通，李學通

(1.上海梅山鋼鐵股份有限公司，江蘇 南京 210039；2.燕山大學 國家冷軋板帶裝備及工藝工程技術研究中心，河北 秦皇島 066004)

0 引言

平整處理在冷軋板帶生產工序中占有非常重要的地位，近年來隨著高品質帶鋼用戶對產品的要求越來越復雜多樣，也推動了一系列關于延伸率控制與評估的技術與方法[1,2]。

目前已有許多通過調整軋制力、張力等單因素調控延伸率的方法，如：干思權、程鵬等[3,4]給出了張力與軋制力調整模式與方法，進而實現延伸率的有效控制；張殿華等[5]針對在平整過程中變速導致的延伸率波動問題提出了解決策略；秦大偉、石旭等[6,7]針對延伸率波動問題提出速度前饋軋制力預控以及總軋制力控制的方案。

但是縱觀已有文獻，對于雙機架平整機組軋制高溫料的延伸率控制與評估仍有待于進一步研究和探索，退火溫度高的原料變形抗力小，如果不對其工況進行評估，實際延伸率往往容易超出預估。因此提出一套能結合軋制穩定性，在消除板形缺陷和保證潤滑的基礎上保證帶鋼表面質量的延伸率評估技術具有重要的意義。

1 軋機穩定性與最小延伸率的關系

軋機的剛度是重要的性能參數，其并非是純線性的，這主要是由于軋機各部分的彈性變形以及間隙的存在而導致的，隨著軋制力逐漸增加，當超過某一定值后彈性變形曲線就會非常接近直線，此時的軋機剛度可視為定值[8]。軋機的彈性變形曲線如圖1所示。其中，hN為軋件的厚度(mm)，PN為軋出相應厚度軋件的軋制力(kN)，S0為空載輥縫值(mm)，K為軋機剛度系數(kN/mm)，Δp為軋制力變化量(kN)，Δf為軋機彈跳變化量，即輥縫變化量(mm)，Pmin為保證軋機穩定軋制的最小軋制力(kN)。

圖1 軋機彈性變形曲線

由圖1可以看出，要保證平整軋制過程中的穩定性，必須保證軋機的剛度為定值，也就是說保證彈性變形曲線在線性范圍內，所以現場軋制時必須保證軋制力大于軋機穩定軋制所需要的最小軋制壓力Pmin。

本文針對某鋼廠的連退平整機進行軋機剛度試驗，在正式試驗之前，首先對1#機架和2#機架“校零”,記錄校零壓力、輥縫值(ROLLGAP)以及各軋輥輥徑值，如表1所示。

表1 軋機剛度試驗時軋輥及輥縫數據

在試驗過程中，起步軋制壓力為200 t空轉，速度為30 m/min，通過測量某一特定軋制壓力下的輥縫值來反映機架的剛度，也就是將軋制壓力從200 t逐漸增加到1 400 t，然后再慢慢地調回200 t以下，依次記錄所有試驗數據。所得剛度試驗結果如表2、表3所示。

為了直觀地表示相關試驗結果，將1#、2#機架的剛度用曲線表示出來，如圖2和圖3所示。

圖2 1#機架剛度試驗結果

圖3 2#機架剛度試驗結果

由圖2、圖3可以看出，對于高溫料機組而言，在軋制壓力200 t以上時，軋機剛度的線性程度很好。所以保證此雙機架連退平整機現場軋制穩定所需的最小軋制力為Pmin=2 000 kN。

考慮到不同平整機組的設備工藝特點與實際工況，在羅伯茨平整軋制壓力模型的基礎上，根據白振華等[9]提出的結合工程數據的軋制壓力模型來進一步推斷，在來料參數、設備參數以及工藝潤滑制度特定的情況下，軋制過程中，軋制壓力P和前、后張力設定值T1、T0會成為高溫料延伸率的主要影響因素，此時各機架的延伸率可以表示為：

ε0=f(P,T1,T0).

(1)

當軋制壓力取得軋制穩定所需的最小軋制力Pmin時，為了保證帶鋼的正常軋制，就要對前、后張力進行調整，此時，取前、后張力允許設定的最小值分別為T1min、T0min。將Pmin和T1min、T0min代入到文獻[9]中的軋制壓力計算公式中，就可以反算出延伸率，從而得到如式(2)所示的保證高溫料軋制穩定情況下的最小延伸率εmin1：

εmin1=f1(Pmin,T1min,T0min).

(2)

2 帶鋼表面質量與最小延伸率的關系

2.1 消除來料板形缺陷的最小延伸率

消除來料板形缺陷的方法之一就是使得平整帶材延伸率設定值超過來料的浪形相對長度差。根據參考文獻[10]可知，要消除來料的板形缺陷所需的延伸率ε*為：

(3)

其中：x0為入口板帶浪形的最大撓度，mm；x1為出口板帶浪形的最大撓度，mm；n為浪距，mm。

因此，在來料板形確定的情況下，為了使出口板形達到良好預期，高溫料平整過程的最小延伸率εmin2就要滿足如下關系：

εmin2≥ε*.

(4)

此時我們可以取εmin2=ε*作為消除來料板形的最小延伸率。

2.2 表面粗糙度與最小延伸率的關系

為了使成品帶鋼表面粗糙度滿足下游工序要求，在來料確定的情況下帶鋼需要一定的延伸率來改善表面粗糙度。根據相關研究成果可知，連退雙機架平整機組成品板面粗糙度預報模型為：

Ras=f2(h,k,Ras0,ψ,εi,L1,L2).

(5)

其中：Ras為平整機機組成品板面粗糙度，μm；h為帶鋼入口厚度，mm；k為帶材平均變形抗力，MPa；Ras0為來料板面粗糙度，μm；ψ為延伸率分配系數；εi為機組設定延伸率,i為機架編號；L1、L2分別為1#機架和2#機架軋制公里數，km。

顯然，由式(5)可知，對于特定厚度、特定強度的帶材而言，在1#與2#機架工作輥原始表面粗糙度、1#與2#機架工作輥軋制公里數以及1#與2#機架延伸率分配系數等確定的前提下，其成品板面粗糙度主要取決于冷軋來料板面粗糙度與總延伸率ε，可以表示為：

Ras=g(Ras0,ε).

(6)

來料板面粗糙度的增加會使得高溫料成品板面粗糙度也隨之增加，而且隨著高溫料延伸率的增加，成品板面粗糙度也隨之增加。這樣，根據上面的研究可以知道，保證成品板面質量所需要的最小延伸率εmin3可以表示為：

εmin3=g-1(Ras0min,Rasmin).

(7)

其中：Rasmin為平整機機組成品板面粗糙度所允許的最小值，μm，；Ras0min為來料板面粗糙度的最小值，μm。

3 保證帶鋼防銹能力的最小延伸率

從高溫料平整軋制的工藝潤滑制度來說，所謂保證帶鋼防銹能力的最小延伸率是指在給定軋制壓力、前后張力情況下，通過調整平整液的潤滑性所能達到的最小延伸率。在此，可以使用成品帶鋼的單位面積潤滑液含量δ來表示防銹指標，即：

(8)

其中：w為潤滑液的流量；C為潤滑液的濃度；v為帶鋼運行速度；B為帶鋼寬度。

對單一鋼種而言，當軋制工藝參數確定后，防銹能力只與乳化液的流量和濃度有關，根據現場生產經驗，每個鋼種有其各自的防銹指標δ*。在相同軋制工藝參數下，乳化液含量越大，軋制過程中的摩擦因數越小，延伸率也就越大。所以，在評估機組的最小延伸率時，只要保證帶鋼上單位面積潤滑液含量δ>δ*即可，這樣就得出摩擦因數最大時所對應的乳化液流量和濃度的最小值wmin和Cmin。

由軋制壓力模型可得帶鋼的延伸率表達式：

ε=f3(P,T1,T0,k,h,μ).

(9)

其中：μ為摩擦因數。

根據潤滑理論可知，在平整軋制過程中，摩擦因數μ可以寫成軋輥參數、軋制工藝參數以及潤滑制度參數的函數，即：

μ=f4(P,T1，T0,h,Rar0,L,η0,C,w,t).

(10)

其中：Rar0為工作輥的原始粗糙度；L為工作輥換輥后的軋制公里數；η0為平整液的特性潤滑參數，取決于平整液的品種；t為平整液的初始溫度。

由式(9)、式(10)可以看出，當軋制工藝參數和軋輥工藝參數給定的情況下，帶鋼的延伸率只取決于工藝潤滑制度的參數。隨著平整液的特性潤滑參數、濃度和流量的減小，摩擦因數增大，延伸率對應減小；隨著平整液溫度的增加，摩擦因數增加，延伸率對應降低。在確定了保證防銹功能的最小乳化液流量wmin和濃度Cmin后，再根據現場應用情況確定可用的最小平整液的特性潤滑參數η0min和最大乳化液溫度tmax。這樣，就可以求出滿足防銹功能的最小延伸率εmin4：

εmin4=f5(η0min,Cmin,wmin,tmax).

(11)

4 高溫料延伸率控制能力綜合評估研究

綜合考量平整機組的設備與高溫料生產工藝特點，在保證軋制穩定性和防銹能力的基礎上，改善板形與帶材的表面粗糙度，提出高溫料平整軋制過程中延伸率控制能力評估技術。高溫料平整軋制過程中延伸率最小值可表示為：

εmin=max{εmin1,εmin2,εmin3,εmin4}.

(12)

5 現場應用

為了進一步驗證連退機組高溫料延伸率評估技術的實用性，進行了延伸率評估技術的現場試驗。

現場試驗選取0.253 mm×835 mm規格的帶鋼，技術試驗前產品的延伸率主要在2.0%左右，根據高溫料延伸率評估技術的優化方法，對軋制過程的工藝潤滑制度以及軋輥原始表面表面粗糙度等數據進行調整，開展了上線的試驗，試驗數據統計如表4所示。在保持軋制穩定、粗糙度復印率以及板形良好的基礎上，將原有的維持在2.0%的延伸率成功控制在1.3%左右。

表4 延伸率評估技術上線試驗數據統計

同時，我們將試驗數據和應用評估技術前同規格產品比較后發現，帶鋼表面粗糙度偏差也有較大的改善，如圖4所示。延伸率評估技術應用前，帶鋼表面粗糙度偏差大約在1.5%左右，高溫料延伸率評估技術應用后帶鋼表面粗糙度偏差在0.5%～1.0%之間。

圖4 延伸率評估技術應用前、后帶鋼粗糙度偏差對比

6 結論

(1)結合成品帶鋼延伸率的多項影響因素建立了綜合模型，開發了一種能結合軋制穩定，在消除板形缺陷和保證潤滑的基礎上，保證帶鋼表面質量的延伸率評估技術方法。

(2)將該技術應用到現場生產后，解決了原有的延伸率控制技術問題，使得現場的高溫料延伸率得以控制在生產計劃所規定的1.2±0.2%的范圍內，證明該技術擁有進一步推廣的價值和意義。