方大钢铁3 500 mm中厚板不平度攻关实践

冯敢　徐利军

摘 要：分析方大九钢低合金中厚板不平度超标原因，总结了工作辊原始辊形、轧辊磨损和辊系热凸度对不同宽度钢板的板形影响规律。通过建立板形控制参数对应表，动态分配精轧阶段轧制力，控制中间坯两侧厚度差，解决ACC层流冷却及轧机除鳞异常，提高了钢板平直度。

关键词：中厚板；不平度；精轧阶段负荷系数；中间坯两侧厚度差；ACC层流冷却

FANGDA IRON AND STEEL 3 500 mm MEDIUM AND HEAVY PLATE UNEVENNESS PRACTICE

Feng Gan    Xu Lijun

（Fangda Steel Jiujiang Ping Steel Co.， Ltd.    Jiujiang    332500， China）

Abstract：The reason for the unevenness of the medium and heavy plate of Fangda Jiugangs low alloy exceeds the standard is analyses， and the influence of original roll shape of the working roller， the wear of the roll and thermal convexity of the roller system on the plate shape of different widths is summarized. By establishing the corresponding table of plate shape control parameters， dynamically distributing the rolling force in the finishing rolling stage， controlling the thickness difference between the two sides of the intermediate billet， solving the ACC laminar flow colling and the scale removal abnormality of the rolling mill， and improving the straightness of the steel plate.

Key words： medium and heavy plate; unequitable; finishing rolling model load coefficient; the intermediate billet; laminar flow colling

0    引    言

中厚板主要應用于建筑工程、机械制造、容器制造、造船和桥梁建造等，多数需要进行再加工，当前各类深加工设备对钢板的板形和尺寸精度有着较高的要求，因此，中厚板生产厂家越来越关注中厚板的板形质量，对中厚板板形问题的研究也越来越重视[1-3]。方大九钢3 500 mm 中厚板轧机生产线建于2010年，具备年生产能力180万t，生产过程实现了轧机模型系统控制和自动物料跟踪，并实施完善了MES和ERP等先进的信息化管理系统，目前已经是具有国际先进水平的中厚板生产线。该生产线由两座加热炉、两套四辊可逆式轧机、一套热矫直机、两台冷床、一条精整线及相关配套设施组成。目前生产的产品大纲包括船板钢、低合金高强度结构钢、桥梁板、高层建筑用钢、锅炉和压力容器用钢、碳素结构钢、优质碳素结构钢等系列。随着用户对中厚板质量要求越来越高，市场需要具有良好的平直度、极小内应力的产品，要求平直度达到3 mm/m 或2.5 mm/m。另外，随着控轧控冷技术的应用使得板形问题也越来越突出。

1    中厚板不平度缺陷分析

方大九钢轧钢厂中厚板采用3 500 mm双机架四辊可逆式轧机，精轧机平衡缸弯辊力单侧2 500 kN，弯辊力太小不能调节轧制辊缝来控制板形。受设备条件限制，轧钢厂热矫直机的实际矫直力不超过10 000 kN，无法通过大变形矫直方案消除低合金厚板内应力。在实际生产中，采用二级模型系统自动计算轧制规程可以较好的控制钢板的厚度精度，但是钢板板型控制能力稍显薄弱。钢温是影响钢板内应力的重要因素，我厂普碳钢板终轧温度较高在840 ℃以上，较少出现瓢曲缺陷；而低合金钢板终轧温度较低在800 ℃左右，成品瓢曲较多。U型瓢曲示意如图1、图2所示。

1.1    钢板不平度超标原因

如果不考虑钢板在每道次轧制完成后所产生的弹性恢复，钢板不平度超标的产生原因是钢板在轧制过程中沿宽度方向变形不均的结果，钢板变形的地方表面积增大，但因受变形小的地方的限制而不能自由伸长，从而隆起或凹陷成为板形非正品。

1.2    轧机模型的影响

轧制模型是厚板轧制的核心技术，轧制模型预报的精度直接决定钢板板形控制的稳定性。其主要内容包含：

1）轧制规程计算采用动态方式进行，分别设计有入炉模拟计算、出炉1次设定计算、2次设定计算、规程后计算、规程再计算、请求计算、自学习计算等功能，以此充分保证钢板轧制过程中模型的计算精度，为基础自动化提供精确的参考数据，控制时序如图3所示。

2）道次负荷分配考虑对板形的影响，在延伸阶段采用良好板形约束条件，控制后3个道次的轧制力实现板形的良好控制。

3）在中厚板的轧制过程中，合理调整精轧阶段各道次压下负荷分配，制定合理的轧制规程是钢板板形控制的重要手段。压下负荷分配是通过调整各个道次的压下量，引起各道次的轧制力相应的改变，从而使各道次的辊缝形状发生改变，钢板的凸度也随之发生改变[4]。

1.3    设备状态的影响

2019年3月份九钢加热炉检修前，由于精轧机设备存在隐患，为保护设备安全限制了精轧机模型最大轧制力，规程计算最大轧制力不超过42 000 kN，生产过程中2 500 mm宽度低合金厚板出现批量倒U瓢曲，采用其他方法均无法解决板形问题，恢复轧机模型的最大轧制力至55 000 kN后，低合金厚板板形恢复平整。

1.4    中间坯两侧厚度差的影响

中间坯厚度参数是轧制规程设定的重要参数，中间坯两侧厚度差取决于粗轧机上下辊平行度。2021年5-6月份轧制35～50 mm低合金厚板期间，大量钢板出现东侧边部不平度超标现象，采用调整精轧机轧机负荷和矫直力等措施均无效果。检查发现中间坯两侧厚度差超过2 mm。粗轧机单调辊缝和重新压靠后，控制中间坯两侧厚度差小于2 mm，问题得到彻底解决。

2    中厚板不平度的控制措施

2.1    薄板浪形的控制方法

钢板的厚度和宽度对临界载荷的影响很大，钢板越薄、宽度越宽越容易产生中浪和边浪[5]。九钢轧机模型系统通过调整精轧负荷系数，按比例控制精轧后几道次轧制力，薄规格（≤16 mm）精轧机末三道次、中板（＞16～30 mm）精轧机末二道次、厚规格（＞30 mm）末道次。模型系统按厚度层别预设定精轧机负荷默认系数（一般为0.83～0.87），操作工通过二级界面调整精轧负荷系数（范围为0.8～1.2），轧机模型实际精轧负荷系数是这两个系数的乘积。

轧制薄规格出现边浪或中间浪时，通过调整精轧机负荷系数即可达到板形平直的目的，工作辊轧制里程初期，精轧负荷系数设定较大，通过增大精轧负荷抑制成品中浪、减小精轧负荷解决成品双边浪；随着工作辊轧制里程增加，逐渐减小精轧负荷。

2.2    中规格钢板不平度的控制方法

九钢中规格低合金钢板的ACC返红温度在600 ℃左右，钢板进入矫直机时已完成珠光体、铁素体相变，金相组织中存在少量贝氏体。实际生产中，钢板冷却时，很难达到钢板各部分均匀冷却的理想状态。板形出现中间凸（倒U）可得出上表面冷却慢于下表面冷速结论，为改善板形可减少水比，相反出现中间凹（正U）可增加水比[6]。当气温水温变化较大时，应根据经验提前调整ACC参数。通过优化ACC模型系统，增加ACC水温参数层别，按产品厚度和水温，单独设定ACC水比参数，中规格低合金钢板板形得到较好控制。

2022年7-8月份期间，25、28mm规格钢板经常产生瓢曲非正品，通过一级二级系统后台数据分析，发现钢板在ACC层流冷却内运行中存在速度突然降速，造成钢板局部冷却过度。分析原因是二级模型系统给定的ACC钢板运行速度波动大，造成ACC与矫直机的生产节奏不匹配，前后两块钢板间隔距离太短，自动触发了一级系统限速保护。通过优化ACC模型程序，强制给定钢板最小运行速度后，该问题得到彻底解决。

2022年10月份，为提高钢板表面质量，增加精轧机阶段除鳞道次后，18、20 mm规格钢板尾部2～3 m范围鼓包、钢板不平度超标。经过现场跟踪，发现精轧机末道次轧机除鳞异常，部分钢板轧机除鳞存在提前停止喷射问题。精轧末道次改用人工强制除鳞后，尾部鼓包问题得到解决，通过优化末道次除鳞控制程序后，该问题得到彻底解决。

2.3    厚板不平度的控制方法

如果厚板内部存在很大的残余应力或热应力，即使矫后钢板是平整的，但在冷却到室温的过程中仍然会产生不平度超标[7-8]。九钢厚度＞30 mm的低合金厚板的ACC返红温度为670 ℃左右，钢板矫直时珠光体相变尚未完成。生产时操作工现场观察ACC出口或矫直机前后板形，并不能准确预判低合金厚板的最终板形。轧制规程不合理造成厚板内部残余应力过大。轧制负荷的变化导致了辊缝凸度的变化，为了保证钢板板形良好，生产中必须首先对轧机各道次的负荷进行合理的分配[9]。如轧制成品板形不良，经过ACC层流加速冷却后，低合金厚板板形加剧恶化。

在轧制前， 根据经验和理论采用的综合负荷分配法制定的规程是一个预计算规程。在实际轧制过程中， 现场因素的复杂性往往使得预计算的轧件板形、板凸度同实际的板形、板凸度存在一定的误差， 如轧辊的磨损凸度和热膨胀凸度、轧件温度的波动都会对轧件的横向流动和板形产生较大的影响， 而这些影响很难通过精确的数学模型估计[10]。

2022年通过采集整理现场工艺参数数据，建立了九钢低合金厚板板形与工作辊磨损（初始辊形和轧辊里程）的对应工艺参数表，优化各厚度、宽度规格中间坯厚度，逐渐完善各规格工艺参数方案如下：

轧制成品宽度2 000、2 200 mm钢板时，工作辊使用初期（轧制里程5 000 m以内）减少精轧负荷，精轧负荷系数用0.9～0.95；工作辊使用中期（轧辊里程5 000～40 000 m）精轧负荷系数用1.0～1.03，工作辊使用后期（轧辊里程40 000 m以上）后期精轧负荷系数用1.05～1.07。

轧制成品宽度2 400、2 500 mm钢板时，工作辊使用初期精轧负荷系数用0.98～1.0，工作辊使用中期精轧负荷系数用1.03～1.05，工作辊使用后期精轧负荷系数用1.08～1.10。

九钢中厚板工作辊辊型：一般凸度值为0.05 mm，支承辊轧制吨位100 000 t以上时，工作辊原始凸度增加至0.10 mm；集中轧制薄板期间，改用凸度值为0 mm工作辊。

3    结    论

方大九钢建立完善各厚度宽度规格、轧辊原始辊型、轧辊里程、精轧负荷参数对应表。依托现有轧机模型系统，动态设定精轧负荷系数，控制中间坯两侧厚度差，消除ACC冷却异常和精轧机除鳞异常，提高了钢板平直度。通过实施上述措施，2022年方大九钢低合金瓢曲非正品率降至0.10%。

参考文献

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[2]    曹开宸，郝小强，王绍松，等．中板轧机生产厚６mm钢板板形稳定性控制[J].轧钢，2011，28（3）：51．

[3]    李群，王志勇，田鹏，等．中厚板TMCP艺品种钢板形控制策略研究[J].轧钢，2014，31（5）：20．

[4]    佟程志，李仕力，苏安龙. 中厚板板形缺陷分析及控制措施[J].天津冶金，2016（S1）：27-29．

[5]    张祖江，戴杰涛，戴文笠. 中厚板瓢曲浪形的仿真分析与抑制措施研究[J]，轧钢，2016，33（5）：22-26.

[6]    孟冬立. 首钢中厚板品种钢板形工艺研究与应用[D].燕山大学，2017．

[7]    何佳源. 普通中厚板轧机板形控制技术探讨[J].南方金属，2012（1）：56．

[8]    陈 曦，罗永恒，武辉.中厚板瓢曲缺陷的分析与控制[J].柳钢科技，2013（2）：11-13.

[9]    王生朝.中厚板生产实用技术[M].北京：冶金工业出版社，2009.6

[10]    马正贵.中厚板轧机的板形控制[J].安徽工业大学学报（自然科学版），2008（3） ： 259-262.