超薄熱軋花紋板軋制工藝的優(yōu)化

張 征

(河鋼集團唐鋼公司 技術中心,河北 唐山 063000)

熱軋花紋板具有外觀美觀、防滑效果好、易于清刷、節(jié)約鋼材等特點,廣泛應用于建筑、機械制造、橋梁、交通、造船等各個領域。熱軋超薄花紋板一般指厚度小于1.5 mm的帶鋼,這種厚度規(guī)格帶鋼以往只能通過冷軋來生產(chǎn),如能實現(xiàn)熱軋?zhí)娲鶾2],在生產(chǎn)周期、成本上的優(yōu)勢將會使其極具市場競爭力。事實上,普通材質(zhì)超薄花紋板的技術含量較低,對于力學性能和機械性能方面要求不高,其主要制約瓶頸體現(xiàn)在生產(chǎn)過程,超薄熱軋花紋板在生產(chǎn)過程中因其變形量大、軋制力高、軋制速度快,比普通熱軋產(chǎn)品更易發(fā)生堆卡鋼、甩尾事故以及浪形、塔形、麻面等質(zhì)量問題,國內(nèi)真正能穩(wěn)定批量生產(chǎn)此類產(chǎn)品的廠家很少。反之,如能實現(xiàn)其穩(wěn)定生產(chǎn),將堆卡鋼率控制在較低水平,就能為企業(yè)帶來非常可觀的經(jīng)濟效益。

1580熱軋線使用Q235B鑄坯生產(chǎn)厚度1.2～1.8 mm的花紋板,初期使用常規(guī)軋制工藝,精軋機甩尾頻繁,軋線堆卡鋼率超過5%,為實現(xiàn)熱軋超薄花紋板的批量穩(wěn)定生產(chǎn),必須在提升并保持軋線關鍵設備精度的基礎上,對熱軋軋制工藝進行持續(xù)優(yōu)化。

1 軋制工藝優(yōu)化

1580熱軋線布置兩座蓄熱式步進加熱爐,1架帶有大立輥的粗軋機,粗軋機與精軋機之間布置熱卷箱,7架精軋機,層流冷卻,2架地下卷取機,見圖 1。熱軋線產(chǎn)品規(guī)格設計可軋制寬度范圍850～1450 mm,普碳鋼最薄可軋制1.2 mm厚度規(guī)格,產(chǎn)線具備生產(chǎn)超薄熱軋花紋板的能力。

圖1 1580熱軋產(chǎn)線工藝布置圖

1.1 加熱工藝優(yōu)化

生產(chǎn)超薄熱軋花紋板時,如使用兩爐加熱交替出鋼方式,由于爐況、加熱操作、加熱爐位置布置的影響,需考慮兩座加熱爐的加熱溫差,若兩爐溫差大,粗軋軋制后的中間坯溫度及板型狀態(tài)交替變化,不利于精軋工序的調(diào)整糾偏操作,軋件出現(xiàn)軋爛、甩尾、堆鋼的幾率很高。因此,必須通過差異化的加熱控制使兩爐溫差小于15 ℃;如果無法保證兩爐溫差,則加熱爐最好使用單爐出鋼方式。另外,軋制普碳鋼Q235B級別超薄花紋板,由于軋機壓下量大、軋制力高,因此需要提高加熱溫度,降低軋件的變形抗力,以保證粗軋及精軋軋制力在設備允許范圍內(nèi)[6],加熱時間應控制在180～230分鐘,加熱后板坯出爐溫度需控制在1270～1300 ℃范圍。

1.2 粗軋軋制工藝優(yōu)化

1.2.1 粗軋軋輥準備

粗軋工作輥投入軋制一般經(jīng)歷燙輥、穩(wěn)定軋制、磨損軋制三個階段。在燙輥階段,由于新磨削軋輥表面光滑,粗糙度低,軋件在前3個道次容易發(fā)生打滑,此時,中間軋件的頭尾跑偏及頭部翹曲難以控制,往往需要采取降速或增加粗軋軋制道次的控制措施來改善中間坯板型;穩(wěn)定軋制階段粗軋工作輥粗糙度適中(3～6 μm),粗軋恢復正常軋制速度和道次,中間軋件狀態(tài)可調(diào)整并保持穩(wěn)定;磨損軋制為軋輥使用末期,工作輥表面出現(xiàn)氧化膜剝落、嚴重麻坑,并且軋件與軋輥長期軋制接觸面會出現(xiàn)明顯的磨損凹槽,此時中間坯凸度較差,容易出現(xiàn)楔形。因此,如要安排軋制超薄熱軋花紋板,粗軋工作輥必須安排在穩(wěn)定軋制階段,只有這樣中間坯的板型和楔形才能可控。

1.2.2 粗軋工藝優(yōu)化

軋制超薄熱軋花紋板,粗軋工序主要有兩方面作用,首先必須保證中間坯的板型,特別是中間坯頭尾跑偏量要控制在±20 mm之內(nèi),否則精軋工序的頭部軋爛及甩尾很難控制;其次,要通過各道次除鱗的合理使用控制中間坯的溫度,見表1。在成品厚度由厚向薄軋制過渡的過程中,必須保持中間坯的溫度為逐漸升高趨勢,目的是防止精軋各機架的軋制力出現(xiàn)劇烈的變化,降低精軋操作工調(diào)整帶鋼頭部穿帶跑偏的難度。實際生產(chǎn)中,在減少粗軋入出口除鱗道次的情況下,中間坯在粗軋區(qū)域產(chǎn)生的二次氧化鐵皮仍然可以除凈,同時又可以保證中間坯的精軋入口溫度[1],降低軋件在精軋軋制的變形抗力。 還有,必須注意決不能取消粗軋末道次除鱗,否則,由于中間坯表面快速產(chǎn)生的氧化鐵皮覆蓋或板面積水會影響粗軋出口溫度(RDT)檢測的準確性,將對精軋區(qū)域二級設定軋制參數(shù)產(chǎn)生嚴重的干擾,影響精軋機的速度、軋制力、彎竄輥等設定值的準確性,嚴重時會導致精軋堆卡鋼。

表1 粗軋軋制工藝制度

1.3 卷箱工藝優(yōu)化

軋制超薄熱軋花紋板,卷箱使用成卷模式,在彎曲輥、托輥傳動電機設備能力允許的范圍內(nèi),要盡可能的提高卷箱的穿帶速度和最高速度,降低中間坯的頭尾溫差至30 ℃之內(nèi),為下游精軋工序的穩(wěn)定軋制創(chuàng)造有利條件[3]。

1.4 精軋軋制工藝優(yōu)化

1.4.1 精軋軋輥使用

1580熱軋線精軋F1～F4工作輥輥徑使用范圍720～800 mm,F5～F7工作輥輥徑使用范圍630～700 mm,精軋配輥前4架次輥徑從大到小依次為F2>F1>F3>F4,后3架次輥徑從大到小依次為F6>F5>F7,軋制花紋板時F7上輥為花紋輥,花紋輥為平輥配置,使用上壓控制,輥徑差控制在1～2 mm[6-7]。軋制超薄熱軋花紋板時,考慮到軋輥的剛度要適合較高的軋制力,F4、F5不允許使用接近下限輥徑的工作輥(輥徑接近下限輥面硬度質(zhì)量無法保證,極易出現(xiàn)軋輥掉肉現(xiàn)象),投入使用工作輥輥徑至少應大于下限輥徑10 mm。

1.4.2 精軋工作輥剛度確認

軋機的剛度是指使包括軋輥在內(nèi)的牌坊內(nèi)垂直系設備的彈性變形的總和。軋機剛度是評價軋機設備狀態(tài)好壞的主要指標,是影響軋制穩(wěn)定性比較關鍵的因素。軋制超薄熱軋花紋板前,需要進行軋輥剛度的產(chǎn)前確認,在精軋換輥后對精軋機進行剛度測試,見圖2,剛度偏差小于60 t/mm即認為精軋工作輥滿足要求,否則相應機架必須更換工作輥。

圖2 精軋機剛度測試示意圖

1.4.3 精軋機負荷控制

軋制超薄熱軋花紋板精軋機軋制力高、壓下率大,考慮F1軋機易發(fā)生打滑的問題,F1相對壓下率要控制在56%以下;還有,通常F5～F6機架軋制最不穩(wěn)定,極容易發(fā)生跑偏軋爛事故,而末架次花紋輥F7由于表面刻花原因咬入平穩(wěn)不容易發(fā)生跑偏,為提高F5～F6機架的軋制穩(wěn)定性同時保證花紋板的刻花深度質(zhì)量,應將F5～F6機架負荷適當向F7后移,并且末機架壓下模式最好使用絕對值模式,壓下率一般要大于15%[4-5],超薄熱軋花紋板1.2 mm典型精軋機負荷分配見表2。

表2 1.2 mm花紋板精軋機負荷分配

1.4.4 精軋速度控制

通常熱軋線為防止軋線異常情況影響軋機速度,精軋機組均會設置精軋最高穿帶速度,1580熱軋線精軋最高穿帶速度為12.8 m/s,軋制1.5 mm以下超薄熱軋花紋板,精軋穿帶速度高,按照表2精軋溫度設定,通常會突破軋線穿帶限定最高速度,為降低軋機后幾架次的負荷,保證精軋機平穩(wěn)穿帶軋制,需要適當提高精軋穿帶速度,見表3。

表3 精軋溫度設定及速度限制值

1.4.5 精軋彎竄輥控制

1580熱軋線精軋機組F1-F7均配置有彎輥和竄輥功能,在軋制超薄花紋板減薄過渡過程中,一般穩(wěn)定軋制到厚度1.8 mm規(guī)格時,為保證精軋機穿帶穩(wěn)定性,有必要鎖定F1-F7的彎輥值及F1-F6的竄輥值,這樣可以有效降低帶鋼頭部穿帶的跑偏幾率。同時為保證花紋板的邊部花紋質(zhì)量,防止帶鋼邊部接觸的刻花出現(xiàn)應力集中崩邊掉肉現(xiàn)象,F7需要進行小步距竄輥,每次竄輥值不超過20 mm。

1.5 冷卻卷取工藝優(yōu)化

超薄花紋板在精軋機完成穿帶后,使用常規(guī)冷卻,頭部在層冷區(qū)域極易出現(xiàn)打折起套堆鋼,因此,冷卻模式采用前段緩冷,并且?guī)т擃^部采用30 m不冷卻,層冷側噴水除末端最后一組外其余全部關閉,適當提高卷取溫度,卷取溫度范圍控制在630～670 ℃。

1.6 軋制計劃及軋制節(jié)奏控制

超薄熱軋花紋板極限規(guī)格一般每批次生產(chǎn)7～10卷,軋制排程見表4,自開始燙輥至軋制終了需要快速過渡,精軋輥減薄軋制排程一般控制在30 km之內(nèi),否則,末機架花紋輥刻花容易出現(xiàn)局部剝落,花紋板的花紋高度質(zhì)量無法得到保證;另外,軋制超薄花紋板,精軋輥軋制力高、軋速快,導致軋輥升溫快,為了保證精軋工作輥表面氧化膜不剝落,必須對軋制節(jié)奏進行控制,精軋機組一般每兩卷鋼之間的軋制間隔時間控制在4～5分鐘,這樣既可以保證精軋工作輥的熱凸度,又能使軋輥氧化膜處于平衡態(tài);否則,氧化膜剝落將導致精軋機架間的板型(一般為雙邊浪)難以控制,不利于精軋機組的穩(wěn)定連續(xù)生產(chǎn)。

表4 軋制排程計劃

2 結語

超薄熱軋花紋板的軋制穩(wěn)定性問題是行業(yè)控制難點,唐鋼1580熱軋線在提升并保持軋線關鍵設備精度的基礎上,通過對加熱、粗軋、卷箱、精軋、冷卻卷取等工序的工藝進行優(yōu)化,結合合理的軋制排程及軋制節(jié)奏控制,大幅提高了Q235B級別鋼種極薄規(guī)格的軋制穩(wěn)定性,將熱軋線堆卡鋼率降低至0.7%以下,實現(xiàn)了花紋板極限規(guī)格1.2 mm的小批量穩(wěn)定生產(chǎn)及“以熱代冷”的應用,為企業(yè)創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟效益。