热轧张力在304不锈钢中的应用

2015-08-24纪显彬王建泽李具仓

科学中国人 2015年2期

纪显彬，王建泽，李具仓

酒泉钢铁（集团）有限责任公司

不锈钢热轧炉卷卷取张力技术是带钢生产过程中非常重要的一道工序，其控制的精度将直接影响到最终产品的质量问题。为了能让带钢在卷取过程中取得较好的卷取效果，会在热轧板带上施加一定的卷取张力。对于不锈钢炉卷轧机的卷取，带钢在每道次的卷取过程中，如果张力过大，热轧带钢则容易被拉窄或产生厚度波动，甚至被拉断；如果张力过小，就会导致松卷、滑移和轧制状态不稳定。所以本文通过304不锈钢张力控制建立数学模型，达到稳定张力和减小热轧带钢拉窄和层间滑移。

1.不锈钢热轧炉卷轧机的张力控制模式

不锈钢炉卷轧机轧制分平直轧制和卷取轧制两种模式。平直轧制时不采用张力控制模式，卷取轧制时采用间接张力控制模式。间接张力控制是通过控制电机转矩间接的调节带钢张力的，也就是说，热轧炉卷轧机系统中没有张力检测元件，而是通过对卷取芯轴传动电机的物理方程进行静态与动态分析，找出影响张力的物理量，然后通过控制这些物理量来间接实现张力的恒定控制。间接张力控制减少了检测张力的元器件，在一定程度上降低了控制系统的运行成本，但控制精度方面略低于直接张力控制。

2.张力数学公式的建立

因热轧张力考虑到高温张力和张力强度，所以设定方程：

T=f(σ,D,H,)……………………………………………………1

σ=f(t)……………………………………………………………2

1式中T是张力；D是宽度；H是板厚。

2式中σ是张力强度；t是温度。

因张力T的单位为KN，抗拉强度单位为KN/M2,D单位为M，H单位为M。所以设:

T=σ*D*H………………………………………………………3

3 精轧宽度的计算

3.1 宽度公式的优化

因精轧没有测宽仪，宽度计算采用宽展模型进行计算。由于影响宽展因素很多，一般公式很难把所有因素考虑进去，有时一些主要因素也难以考虑正确。所以，在全部现有公式中，只能说某类公式比较适合某种轧制情况。用大量的实验数据对各类有代表性的宽展公式进行验算的结果表明，各类公式中，西门子公司的自然宽展经验公式适合不锈钢精轧宽度计算[1]，但因没有考虑精轧张力和温度的影响，所以对公式进行了优化，加了综合系数K。

W2=W1+=W1+

式中K—常数；

——宽展量；

h1、h0——分别为压下前和压下后的轧件厚度；

W1——入口宽度；

W2——出口宽度

R——水平辊半径；

——道次压下量。

因精轧只有第一道次和最后道次的宽度，因此不考虑过程，只考虑结果，利用热轧现场304不锈钢中33个数据，对公式进行优化，得到综合系数K为-1.14，因此方程变形为；

W2=W1-1.14

3.2 宽度计算的结果分析

利用优化的宽度公式，计算精轧最后一道次出口宽度和各道次宽度，对计算的宽度和实际的宽度进行对比分析。具体数值如图1，图2所示。从图1可以看出，计算宽度和实际宽度偏差不大，最大相差2mm左右，说明公式计算合理。从图2可以看出，5道次和7道次的宽度变化趋势一致，都是前几道次的宽展比较大，后几道次趋于平缓，所以精轧的拉窄量的控制主要从前几道次入手，通过对张力进行微调，以减小宽度的拉窄量。

图1 计算宽度和实际宽度对比Table1Contrastbetweencomputewidthandactualwidth

图2 各道次的宽度变化Table2Widthateachrollingpasse

4 张力公式

4.1 张力方程的求解

通过各道次计算的宽度、厚度和各道次张力，求得张力强度σ

图4 计算张力与实际张力对比Table4Contrastbetweencomputetensionandactualtension

图5 计算厚度与实际厚度对比Table5Contrastbetweencomputethicknessandactualthickness

T=σ*D*H

σ=T/D*H

把W2=W1-1.14代入方程

σ=

利用上述公式,求出张力强度σ，找出张力强度σ和精轧温度t的变化规律。通过现场56个σ和t的数据，对其进行线性回归。得到方程σ=-0.03376t+35.384。置信区间R2=0.963。

通过σ和t的回归方程确定张力强度方程为

σ=f(t)

=-0.03376t+35.384

把σ=f(t)带入张力方程

T=σ*D*H

=(-0.03376t+35.384)*D*H

出口宽度W2=W1-1.14带入张力方程

4.2.张力计算结果分析

利用张力公式，对计算的张力和厚度进行比较，如图4，图5所示。由图4，图5可见，除个别道次有偏差外，计算张力和厚度与实际值基本吻合。个别道次偏差大的主要原因是轧制现场温度测量设备抗干扰性差，受头尾板型和轧辊封水情况等因素的影响，使得测量温度存在偏差，导致回归数据有误差。总的来说，此张力方程较为精准，稳态精度高。