热连轧高效工艺控制技术及应用

徐 宁，韩陶然

（天津市新天钢联合特钢有限公司，天津 301500）

1 前 言

热轧带钢是国家基础建设的重要材料之一，具有韧性好、强度高、且易于成型等性能。部分热轧带钢直接进行卷管、冷弯、冲压等使用，其余则需要冷轧、热处理等深加工，进一步提高带钢的尺寸和性能，具有广泛地开发和利用价值。600 mm 以下带钢作为热轧带钢的组成部分，是独特的和不可替代的产品，相较于中宽带，其不仅存在价格优势，而且在裁剪过程中能节约部分物料，面对整个行业竞争日益激烈的局面，能为企业降低生产成本和提高效益。

600 mm 以下带钢主要生产群体为民营、混合所有制企业，全国产线60 多条，主要分布在天津、河北、山西、辽宁、云南，陕西、福建等地区。经调研，存在以下技术问题：（1）生产效率比较低下，带钢轧制速度9.0～16 m/s，日产量从2 000 t到6 500 t不等，没有优化生产工艺充分发挥装备潜能，不能高效化生产。（2）较低的尺寸精度，厚度差0～0.20 mm，宽度差0～8 mm，影响了后续带钢加工的质量，易造成下游客户成材率偏低，如焊管时宽度不均，造成焊缝不齐或焊接不实等情况。（3）轧后冷却装置设置不合理，氧化铁皮不能完全去除，致使下游厂家酸洗困难、成本上升等，力学性能不稳定，致使下游客户的成本性能波动较大，出现不合格品。（4）加热炉设备相对老旧，加热能力有限且加热质量较差，同时燃料消耗及污染物排放量也与先进设备存在较大差距。

2 全流程热连轧高效工艺技术

2.1 高效除磷及控温控轧技术

（1）在轧制过程，整个生产线首先需要经历3次除鳞。首先为炉后除鳞装置，然后为粗轧除鳞，最后为精轧除鳞。炉后除鳞压力≥14 MPa，粗、精除鳞压力≥8 MPa，保证氧化铁皮有效去除[1］。

（2）控温控轧技术。在正常生产过程中，控温控轧的主要目的是获得细小的奥氏体晶粒，从而提高钢材各项性能指标。为了防止奥氏体晶粒长大，得到细小的珠光体、铁素体组织，需要严格控制轧制温度、各道次压下量和轧制时间[2］。

2.2 粗轧过程的组织控制技术

粗轧包括E1-E3 三道次立辊和R1-R5 五道平辊。粗轧在奥氏体区进行轧制，奥氏体反复再结晶从而达到细化晶粒的目的。在生产条件允许的情况下，采用单道次、大压下的方式，将对细化晶粒、提高性能起到重要推动作用。粗轧的开轧温度为1 100～1 220 ℃，为保证高效化生产，粗轧R5 终轧速度控制在2.2～2.3 m/s。为保证高温大压下渗透到铸坯心部，同时考虑精轧机组轧制力，粗轧累积压下率80%～85%，中间坯尺寸控制在28～35 mm。

2.3 中间坯保温技术

中间坯保温可使中间坯在辊道上行走减少温降，经测量，温降小于20 ℃左右。该技术可减少电机负荷和电耗，降低精轧的轧制力，减少精轧轧制事故，同时钢坯通条均匀的温度分布，将提高生产效率的整体质量。保温罩设置在粗轧出口处，保护罩内侧设有耐热钢板，耐热钢板与保护罩外壳之间设有硅酸铝纤维毡制成的保温材料，耐高温的硅酸铝纤维，耐热温度能达到1 350 ℃左右；同时隔热性能好，硅酸铝材料比其他保温制品导热率低25%以上[3］。

2.4 精轧组织控制和轧制节奏优化

粗轧包括E4-E5 两道次立辊和F1-F9 九道平辊；F1和F2为二辊轧机，F3-F9为四辊轧机。根据钢种的不同，控制精轧温度或终轧温度有所不同，终轧温度对各项性能的影响很大。终轧温度高，晶粒细化不是很明显，且易出现异常的组织；终轧温度低，带钢的强度有所提高，但延伸性能会受到影响。精轧压下率分配主要保证钢带尺寸和板形，二辊轧机在负荷和工艺运行范围内，采用较大的压下率。

为了提高测控精度，在精轧机后面配置了测厚仪和侧宽仪，在轧制过程中实施反馈控制。

为实现高效轧制，常规产品终轧速度由12～14 m/s提升到16～18 m/s，同时优化轧制节奏，实现精轧两支钢间隔最小距离轧制。同时设置防追尾报警系统，进E1 前两支中间坯头尾间距约1.5 m，防止节奏过快追尾。

优化后带钢精轧系统速度匹配合理，轧制力和电流负荷完全满足高效化生产的要求，轧制速度和轧制节奏在同行业650轧线达到较高水平[4］。

2.5 轧辊涡流探伤技术

轧辊是轧机上的重要工艺件，轧辊在使用后会出现不同程度的裂纹等表面缺陷，这些缺陷严重地影响着轧辊的安全使用，甚至造成严重的事故隐患。因此在轧辊检测和车磨时使用轧辊涡流探伤技术，及时消除表面和内部缺陷。

在磨辊间现场环境和正常使用条件下，RE-2600 系列轧辊自动探伤设备质量可靠、运行稳定，连续使用寿命大于5 a。RE-2600B 结构示意图如图1所示。

检测前的准备工作：操作者应按计算机人机对话检测菜单（中文）的提示，在液晶触摸屏上输入每支被检轧辊的有关参数，建立起轧辊档案数据库。以后在轧辊的每次磨削和检测时，除了输入当时该轧辊的磨削加工等参数外，其他数据也会自动提供、显示，并保持各种数据的连续性。在轧辊检测时，当表面和内部缺陷信号超过设定值时，设备发出报警指示且仪器面板显示缺陷位置和大小。检测完成后，检测探头自动返回原始位置，仪器以二维坐标和直方图的两种方式显示裂纹与软点的级别及其所处位置的分布，并自动存储所有检测结果，可供查询、追溯或打印输出。

操作人员使用系统状态校验装置定期对检测设备实施动态校验（时间间隔以1 个月为准）。假如两次校验之间的间隔时间超过1个月，仪器会自动在显示屏上显示应及时进行校验的提醒。通过校验，可监控检测系统状态的稳定性，提高检测结果的可靠性。每次校验的时间都在此后的检测报告中得到记录与显示，并在新的校验之后予以刷新。校验报告中有对标准伤的校验值、应该达到的标称值。

应用轧辊涡流探伤技术可确定磨辊后辊面裂纹和软点缺陷位置、深度，对磨削量、换辊频次、轧辊冷却工艺、轧辊质量起到良好的科学指导作用。应用后随机抽取1个月轧辊涡流探伤记录，工作辊每月磨辊次数约650次，深度＞0.5 mm有5次，缺陷比例占0.77%，发现后放入带处理区重新进行车磨。如果在生产中未发现磨辊缺陷，极大可能造成轧辊掉快、压痕印缺陷，严重影响产品质量和生产效率。

2.6 ACC层流冷却的优化控制技术

层流冷却布置在精轧机组之后、地下卷取机组之前，用来将带钢由终轧温度按一定冷却制度冷却到卷取温度，以改善带钢的性能和表面质量。冷却区段共有11 个区，其中2 个为精调区，9 个为粗调区。粗调区中则含上集管和下集管，每个粗调区含有上集管4根，下集管12根。精调区同样含有上集管和下集管，每个精调区含有上集管8 根，下集管16 根。冷却区有效长度45 m，总水量2 900 m3/h。在各冷却区段、粗调区出口和精调区出口，全部都设有水嘴，并交叉布置各处，冷却效率得以提高。

根据操作方式的不同，层流冷却共有3 种方式：全自动方式（无人工干预）、半自动方式（计算机设定、人工动态调整）和手动操作方式。按照各种产品冷却要求不同，可以有不同的冷却策略。冷却策略通过计算机进行设定，分别可设定前段冷却、中间冷却、间隔冷却、后段冷却和头尾不冷却等，分别适应不同级别、不同金相组织的钢种。层冷出口温度与热轧带钢的性能有着密切关系，其优劣的体现也主要是控制系统对出口温度的把控。

操作工既可以通过人机界面输入相关参数后自动获取典型规格的冷却规程，还可以保存和调用冷却规程。监控及操作站（上位计算机）采用DELL工业计算机，人机界面基于SIEMENS 监控软件WINCC7.0搭建。层冷基础自动化PLC与层冷过程自动化、精轧区PLC、卷取区PLC 通过工业以太网进行通讯，并预留与其他控制区域通讯的接口。

在自动化系统的控制下，根据加热情况、轧制温度、速度等各项工艺和设备参数，经过各种模型精确运算，控制各段冷却设备的集管组形态，实现对带钢层冷出口温度的控制，具备后续品种开发所需的各项手段。

2.7 高效卷取控制技术

卷取是带钢生产主要工序最后一个工序，影响轧制效率高低和卷形的质量两个方面，而且这两个方面互相矛盾，卷取速度越高，卷型越差。在高效化生产前期，为满足高效化生产，终轧速度在16～18 m/s，卷取速度控制在最大5.5～6.5 m/s，时常发生卷型扁卷、塌卷的问题，带卷对角线差达到120～160 mm，运输带钢时容易造成散包和磕伤。另外对客户放卷加工造成一定的困难。为此，攻关组对张力五辊进行改造，辊径由350 mm 改为250 mm，辊间距由20 mm 提高至40 mm。使带钢在五辊夹紧时带钢弯曲角度达到35°，较改造前提升了10°，达到提高带钢在卷取机与五辊之间形成的张力。

优化后，对厚度≤2.5 mm 规格各种宽度产品横、竖向对角线差随机抽检中均在35 mm 之内，明显缩小。解决了高速卷取技术瓶颈后，高效化生产得以满足，卷取质量得到了保证。

2.8 机器人打码技术

机器人激光打码机器人工作原理是由机器人带动激光器运动到钢卷合适的位置上进行激光刻印，把二维码、条码、生产规格、牌号等内容打到钢卷表面。系统采用激光打码，可以在热轧带钢卷表面打印二维码及条形码。通过上位系统可以自动完成更改打码内容、发送开始打码等信号，系统检测到打码完成后进行后续程序操作，如图2 所示。通过精整设置多维度激光机器人系统，该系统可取代人工，接受来自MES 系统发送的卷号、卷重等信息，通过控制激光打码机运动完成打码作业。同时，应用成品扫描系统，在国内钢带生产中首次实现了通过二维码、条码识别技术，读取钢带的全流程生产工艺、性能参数、物流跟踪等信息的功能，便于售后跟踪和质量追溯。机器人打码参数：牌号，日期、班次、标准、规格、厂名、二维码信息、每次打包时间。

图2 激光打码机器人工作过程

3 结 语

在技术升级改造方面，结合现有装备和工艺模型，在两条产线上集中开发了多项核心关键技术和工艺，带钢生产效率得到大幅提高，同时产品质量和客户满意度也得到显著提高。在产品开发方面，应用上述核心关键技术后，可以通过优化工艺的方法调整产品的尺寸精度和力学性能，从而以低成本的方式生产高品质的精品带钢系列产品，进一步提升了产品的附加值以及市场竞争力。