中厚板坯料生产设计中提高成材率的技术措施研究

王如江，赵 岩，沈锡罡

（河北钢铁集团邯钢有限责任公司，河北 邯郸 056015）

中厚板产品广泛应用于船舶、机械制造等领域，具有广阔的市场前景，在制造业快速发展的当下，其市场需求量是比较可观的。中厚板生产具有规格多、批量小的特点，因此对于坯料的质量特别是外观尺寸质量的要求非常严格。如果中厚板坯料尺寸设计不合理，与客户要求相差较大，这样不仅会增加坯料的切割损失或是造成钢板尺寸改判，而且还影响生产效率，降低与客户合同的兑现率。这对于企业来说无疑会带来比较大的经济损失以及客户的流失。本文从中厚板坯料的生产环节入手，通过对相关参数的研究和设定，对提高中厚板坯料成材率的技术措施进行了研究。

1 中厚板坯料尺寸优化设计的必要性

中厚板产品的成材率直接关系到企业的原材料成本和经济效益。中厚板产品普遍具有订单杂、规格多、品种繁的特点，产品规格甚至达到了上万种。如果只是套用几个简单的规格去生产，势必会产生大量的非计划板，造成大量的坯料浪费。为了适应中厚板产品的生产特点，达到铸坯单重与不同规格子板的最佳匹配，目前我国企业在坯料生产中已普遍采用自动化控制。虽产品成材率较过去的人工方式有了很大提高，但由于一些关键性的技术参数不够优化，因此坯料成材率与国外高水平中厚板生产还存在一定的差距。继而导致产品生产成本的增加和市场竞争力的下降，因此有必要对中厚板坯料尺寸进行优化设计以提高成材率。按每年减少万吨坯料损失来计算，可至少为企业带来3000万元以上的经济效益。

2 中厚板坯料生产各环节的材料体积损失分析

中厚板生产的各个环节均会造成坯料体积的损失，主要包括加热损失、剪切损失、厚度损失等。

2.1 加热烧损

坯料在加热的时候，表面的铁会与外部氧气发生反应，生成氧化铁皮继而形成氧化烧损。氧化烧损的计算有理论计算和实测计算两种方法，其中理论计算法是在炉温恒定，加热状态稳定的理想状态下对氧化铁皮生长和板坯烧损体积的计算。计算公式如下：

V＝2A（HB＋HL＋BL）W/100/109/pf

式中：A-氧化铁皮铁含量比例系数；pf-钢铁的密度；H-坯料厚度（mm）；B-坯料宽度（mm）；L-坯料长度（mm）。

在实际加热过程中，由于坯料外部氧化铁皮的生成对氧化反应有一定的影响，氧化动力系数并不稳定，因此理论方法计算并不准确。因此多采用实测计算予以校正。实测计算首先需要计算给定尺寸坯料的重量W1，然后对出钢除鳞后收集的氧化铁皮W3和除鳞后的坯料重量W2进行称量，估算烧损量为W＝W1－W2≈W3×A。折算烧损体积V＝W/pf。

2.2 切边损失

中厚板成品通常要求四边齐整，因此需要对轧制后的板坯进行切边，造成切边损失，这也是中厚板生产中难以避免的。正常切边量与产品品种、规格和剪切设备条件等密切相关，实际生产中通常根据以上参数确定固定值。此外，非正常的切边量主要与坯料的展宽比有关，展宽比的不同必然会使轧件边部产生凹凸，这些凹凸部分也需要进行剪切使切边损失增加。

2.3 厚度损失

坯料厚度目标值与产品标称规格通常存在一定差值，坯料设计时也应将这部分差值进行考虑。通常选取厚度目标值时要充分考虑到厚度的控制精度，尽量减少目标值与标称厚度差所带来的体积变化。

2.4 横向同板厚度差

为了减少轧件横向厚度差，保证轧件的稳定，轧件会保持一定的凸度，使轧件边部厚度与断面中间厚度产生微小的差值。因横向同板厚度差造成的体积损失可用公式：V＝2/3×△hbl表示。

3 提高成材率的技术措施

3.1 坯料尺寸设计

进行坯料尺寸设计时必须考虑压缩比和展宽比这两个条件。通常为保证钢板的机械性能，必须考虑合适的压缩比。对于连铸坯来说一般压缩比为6～8较为合适，以此数据来确定所需坯料厚度的下限值。同时在考虑坯料厚度上限值时也不能过厚，否则会增加轧制道次，温度下降，变形抗力增加，轧制变得困难。展宽轧制时，展宽比在1.4时展宽变化量最小；小于1.4时钢板中间成凹形，大于1.4时钢板中间呈鼓形，为了使轧后钢板成矩形，切边量小，通常在坯料尺寸设计时展宽比为1.4左右，根据实际情况1.4～1.7为宜。根据体积不变原理可以得出中厚板坯料计算公式 ：l=(h+△h-a)×(w+△w)×(l×b+△l)/(h’×b’)。l……坯料实际长度；h……名义成品厚度；w……名义成品宽度值；l……名义成品板子板长；h……厚度放尺量；a…………厚度负偏差；w……宽度放尺量；l……长度放尺量(包括切头尾和试样)；b………… 成品倍尺数；h’……坯料实际厚度；b’………坯料实际宽度由上式可知：减少厚度公差△h，切边量△w，切头尾量△l对提高成材率具有重要意义。其中减少厚度公差实现负偏差轧制对40mm厚度以下薄规格的板材影响明显；而切边量，切头尾量则随着板厚的增大对板材成材率影响逐渐增大。

根据邯钢中厚板实际数据测量情况得出结论成品厚度（mm）成品厚度放尺量（mm）14≥h＞60.34 24≥h＞14 0.35；34≥h＞24 0.35；80≥h＞34 0.5；120≥h＞80 0.6 h＞120 0.7。

3.2 单定尺板坯料设计

为了提高中厚板产品成材率，减少坯料切割损失和钢板尺寸改判，需对坯料尺寸进行合理设计。考虑到中厚板产品品种多、规格杂的特点，目前邯钢公司多采用“子板组合”的生产方式，即一张母板可剪切多张单倍尺板。此种生产方式下坯料设计比较简单，只对产品宽度进行定尺，而长度则可在符合合同交货条件下尽可能长一些。设备一定时，坯料体积范围、单倍尺板长度范围、毛边最大长度和因边部凹凸造成的切损即可确定。由此可计算出轧件长度和成品钢板长度，达到最佳投入产出比。

3.3 双定尺板坯料设计

双定尺板的长度和宽度尺寸都需要根据客户要求进行严格的定尺剪切，设计时需要充分考虑轧制过程中的各种体积损失。在设备一定的条件下，假设设备允许轧件毛边最大长度为LMAX，不同坯料断面尺寸对应加热炉允许的坯料体积范围为（Vimin，Vimax），i＝1、2、3……。

设计思路是首先在设备程序内输入目标厚度和单倍尺产品标称尺寸，根据冷床宽度、辊道长度等设备参数，计算可能的最大倍尺数；然后按照倍尺由大到小的顺序计算各种体积损失之和以及成品母板体积是否满足各板坯断面加热炉允许坯料体积范围；最后对各种断面坯料的成材率进行比较，以确定最优化的坯料尺寸设计。

4 结语

通过对坯料体积的优化设计，减少了坯料加工中的各种剪切损失，双定尺板成材率提高0.8%以上，并且坯料尺寸计算速度大大提升。不仅满足了中厚板小批量、多规格的生产要求，也为企业节省了一笔可观的成本费用，提高了企业的经济效益。