镀锌线光整斜纹原因分析及参数优化

杨松坡，杨海水，祁国强

（河钢集团邯钢公司邯宝冷轧厂镀锌车间，河北邯郸056000）

1 引言

随着热镀锌板用途的不断扩大，在现代化带钢连续热镀锌机组中，一般都配置了光整机，对热镀锌薄板进行光整，以达到如下目的[1]：

（1）提高薄板的平直度和平坦度。同时也可以把带钢表面的凸凹部分压平，使带钢表面光滑，这对于以后的深冲和其他使用精度较高的场合都特别有用。

（2）使经过光整的镀锌带钢表面就具有一定的粗糙度。它能提高涂层粘附力，还能储存一定量的油脂，在深加工时，对冲模的润滑有益。

（3）通过光整，可使屈服平台消失或不太明显，能够防止在以后作拉伸或深冲加工时出现滑移线。

但自镀锌机组投产以来，光整斜纹一直是困扰光整机使用的难题，造成多次批量质量异议，月平均影响成品率近0.9%左右。光整斜纹缺陷的存在不仅影响到了光整机提高带钢表面质量功能的充分发挥，也影响到了邯宝镀锌产品进军高档家电板、汽车板市场的步伐。因此，找出光整斜纹产生原因并进行解决，就显得刻不容缓。

2 光整斜纹缺陷的原因分析

光整原理：对带钢施加张力和轧制力使带钢在长度方向产生一定的变形（或延伸），从而获得良好的板形，使用经过毛化的工作辊后，在其表面还可获得一定的粗糙度，便于深冲加工，同时还可消除屈服平台，防止拉伸或深冲加工时出现滑移线。

如果在轧制过程中带钢所受的轧制压力横向分布不均匀，非常容易造成板带的变形沿横向分布不均匀，即产生光整斜纹缺陷，严重影响产品质量。

根据金属变形模型[2]可知，在轧制过程中，带钢的前后张力δ前、δ后分别为

式中：h为带钢出口厚度横向分布值；H为带钢来料的厚度横向分布值；L为来料板形的长度横向分布值；B为带材的宽度；T后为平均后张力；T前为平均前张力。

同样，根据板形理论中的辊系弹性变形模型[3]可知，轧后带材的出口厚度分布值h为：

式中：H平均为带材来料的平均厚度；ε为设定延伸率；S为弯辊力;ΔDwi、ΔDbi分别为工作辊及支撑辊的凸度分布值。

这样，对于一个特定的光整轧制过程而言，带材来料参数，如H平均、H、L、B等已知，若给定T后、T前、ε、S，联立式（1）～式（3），即可将表征板形的前后张力横向分布值δ前、δ后用一个以工作辊凸度ΔDwi和支撑辊凸度ΔDbi为自变量的函数来表示,即：

与此同时，根据相关轧制压力模型[3]可知，轧制压力横向分布F可以用下式来表示：

综合公式（1）～（6）可知，由于轧制压力横向分布不均匀而产生的光整斜纹（或称为鱼骨纹）主要有以下几种原因：光整机前后张力不合适；光整机前来料带钢厚度横向分布值不均匀；光整机工作辊和支撑辊凸度分布值不合适或者在使用过程中发生变化，超出了弯辊力的调整范围。

3 光整机参数优化

3.1 工作辊、支撑辊辊型参数优化

轧件进入辊缝被压下后，由于轧制力的反作用，工作辊必定会产生弹性挠曲和压扁变形。前者影响工作辊的横向形状，后者影响接触区的横向和厚向尺寸，两者都直接影响到作用在带钢表面的轧制压力横向分布。当该变形区域的轧制压力横向分布不均匀时，就出现了光整斜纹。

当工作辊产生的弹性压扁变形小于工作辊的凸度及弹性挠曲，且超出正弯辊的调整范围时，工作辊就会将支撑辊凸度破坏，造成支撑辊中部磨损；当工作辊产生的弹性压扁变形大于工作辊的凸度及弹性挠曲，且超出负弯辊的调整范围时，就会造成支撑辊边部磨损。不管支撑辊中部还是边部磨损，都会导致支撑辊凸度的变化，反之，支撑辊凸度变化又引起了工作辊凸度变化，进而导致作用于带钢表面的轧制压力横向分布不均匀，从而导致光整斜纹的产生。因此，只有当工作辊产生的弹性压扁变形和工作辊的凸度及弹性挠曲，在正弯辊的可调范围内保持平衡时，工作辊和支撑辊才能均匀磨损，将光整机良好的工作状态保持下去。

同时，由于钢种及带钢规格的变化，为了保证其物理性能能够达到标准要求，这就要求光整机施加不同的轧制力。轧制力的变化，势必为引起工作辊受力时弹性压扁和弹性挠曲的变化。因此，工作辊凸度参数必须进行适当优化，才能满足不同钢种及规格的生产需要。

在机组投产初期，光整机工作辊凸度保持不变，一直为0.07m m，弯辊力经常为负值，在轧制带钢时，经常出现光整斜纹，支撑辊磨损也较严重。为了使支撑辊得到均匀磨损，我们对工作辊凸度进行了摸索优化，并对下线的支撑辊凸度进行测量。根据旧支撑辊反馈的凸度信息，又对优化的工作辊凸度进行修正。

目前，工作辊凸度根据所生产钢种及规格采用不同的凸度参数。一般来讲，生产软钢及窄幅带钢时，采用平辊或小凸度工作辊；生产普板及中间规格带钢时，采用小凸度工作辊；生产高强钢及宽幅带钢时，采用大凸度工作辊。光整机调整时也由原来的负弯变成了正弯。在线使用半年，效果良好，对改善光整斜纹也起到了重要作用。

另外，工作辊与支撑辊的轴向接触长度大于带钢宽度。这样以来，在没有带钢区域，尤其是辊子边部，形成了不良接触区。不良接触区的存在，容易引起作用于带钢表面的轧制压力横向分布不均匀，从而产生了光整斜纹缺陷。为此，我们对支撑辊辊型进行了优化。优化后的支撑辊辊型见图3。

图3 优化后的支撑辊辊型

新的辊型设计在镀锌线经过半年多时间使用，效果明显，光整斜纹缺陷大幅度减少。

3.2 光整机前后张力优化

在镀锌机组投产以后，光整机前后张力参数全部来自于VAI-CLACIM提供的张力参数表（该参数表来自于阿赛洛钢铁公司），经过一段时间的摸索使用后，并结合镀锌机组实际生产情况对其进行了优化。使用优化的张力参数后两年来，产线运行正常，无任何异常情况出现，光整斜纹也得到了明显改观。

3.3 减少来料带钢厚度横向分布不均匀影响，改善光整斜纹

镀锌机组投产以来，据不完全统计，50%以上的光整斜纹出现在带钢的头尾约100m范围内，由此可以看出，来料头尾部厚度波动对光整斜纹的出现影响很大。但由于镀锌机组光整机前后没有板型仪，无法对来料带钢厚度进行监控，并对工艺参数进行实时调整。因此，我们只能从光整机控制入手，在控制程序上下工夫，在带钢头尾部分自动将光整机轧制力减半，使用该程序时可以根据实际情况设定轧制力减半的长度，还可以选择是否使用该程序。该程序投入使用以来，带头带尾出现的光整斜纹减少了95%以上，有效地控制了光整斜纹的出现频率。

3.4 抗皱辊位置参数优化

通过调整工作辊后抗皱辊位置，可以改变带钢轧制时变形区域，影响到轧制压力横向分布，因而抗皱辊参数设定对光整斜纹的产生有着重大影响。

一般来讲，带钢较薄时，抗皱辊位置稍高些，带钢较厚时，抗皱辊位置稍低些。同时，为了保证抗皱辊位置控制精度，要求定期对其计数系统进行标定。经过近一年的使用，摸索出来的经验参数使用效果良好，对减少光整斜纹的发生也发挥了重要作用。

4 结论

光整斜纹缺陷的产生与光整机前后张力、轧辊辊型以及原料厚度均匀性有很大关系。结合邯钢二冷轧厂投产初期的实际生产情况，通过优化光整机工作辊、支撑辊辊型，改进其前后张力控制，调整抗皱辊位置控制模式以及编写自动控制程序等方法，困扰光整机投用的斜纹缺陷得到了基本控制，镀锌产品的表面质量也得到了明显改观，且对新投产镀锌线的光整机良好投入使用也有一定的借鉴意义。

[1]李九岭.带钢连续热镀锌 [M].北京：冶金工业出版社，2010：362-370.

[2]连家创，刘宏民.板厚板形控制[M].北京：兵器工业出版社，1995.

[3]连家创.冷轧薄板轧制压力和极限厚度的计算 [J].重型机械，1979（2）：20-37.