鞍钢1580 热轧线粗轧机自由轧制生产实践

王存，贺亮，刘旺臣，李江委，王启鹏

（鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司，辽宁 营口 115007）

热轧带钢常规生产线有半连轧机组、3/4 连轧机组和全连轧机组，短流程生产线有炉卷轧机机组、薄板坯连铸连轧机组和薄带铸轧机组等，而常规生产线中的半连轧机组因技术成熟、 产线长度适中、产量较高、品种覆盖面广、产品质量稳定等优点，仍是目前主流的热轧带钢产线类型。 鞍钢1580 热连轧生产线为常规热轧产线，采用以冷装或热装方式将板坯装入加热炉进行加热，然后经粗轧机组和精轧机组轧制成带钢的传统生产工艺[1]。 常规热轧生产线在保证产品质量的同时，要想实现效率最大、消耗最低的高效生产[2]，其关键指标就是在有效作业时间内小时产能的高低，小时产能主要是由轧制节奏决定的，轧制节奏越快，小时产能越高，而轧制节奏受品种结构、 轧机能力、工序衔接等因素影响，难以发挥至极致。 本文结合鞍钢1580 热轧线粗轧机组轧机装备和轧制工艺实际，本着充分发挥设备能力，稳定生产高质量产品，使工艺和设备特点紧密结合的原则[3]，对粗轧机组控制程序进行改进优化，提高粗轧机组轧制自由度。

1 1580 热轧线简介

鞍钢股份1580 热连轧生产线于2008 年10月7 日正式投产，设计年产量390 万t。 板坯厚度为170～230 mm，宽度为750～1 450 mm。 产品厚度为1.2～12.7 mm，宽度为700～1 430 mm，主要生产低碳、超低碳钢、普碳、中高碳钢、硅钢、集装箱板、汽车结构钢、低合金钢等。轧线工序配备的主要设备包括：3 座步进式加热炉、1 台定宽压力机（SP）、1 台带立辊的二辊式粗轧机 （E1/R1）、1 台带立辊的四辊式粗轧机（E2/R2）、1 台热卷箱、7 机架带小立辊的精轧机组和3 台地下卷取机。 其中粗轧机组是由定宽压力机（SP）、二辊可逆粗轧机（E1/R1）和四辊可逆粗轧机（E2/R2）组成。

2 粗轧轧制工艺实践

2.1 R1 轧机无间歇轧制工艺

目前，1580 热轧线粗轧机组的轧制工艺主要采用“3+3”轧制（E1/R1 轧机轧3 道次，E2/R2 轧机轧3 道次），在“3+3”原轧制工艺状态下，如图1 所示，R1 轧机和R2 轧机都需要使用G 组辊道，为了防止R1 轧机和R2 轧机轧制的中间坯发生干涉和碰撞，在轧机的一级联锁控制条件中，在其中一架轧机使用G 辊道时，另一架轧机禁止进钢，且在工艺上设定R2 轧机优先轧制，因此R2 轧机使用G 辊道时R1 轧机禁止进钢，R1 轧机只能等R2 第三道次轧完后才允许R1 轧机进钢，这样就造成R1 轧机空转待机，轧机利用率下降，轧线出钢间隔时间长，轧制节奏较慢[4]。

图1 粗轧机组辊道和轧机分布图Fig. 1 Distribution Diagram for Roller Table and Rolling Mill of Rough Rolling Unit

为解决R1 轧机与R2 轧机相互干涉问题，研究开发R1 轧机无间歇轧制工艺。通过测算，G组辊道总长度为77.6 m，而通过对板坯压下变形后的长度计算，R1 轧完第一道次中间坯长度LR1-1=16.786 m，R2 轧完第二道次中间坯长度LR2-2=47.560 m，考虑二块中间坯分别有5 m 的抛钢距离，G 辊道同时存放二块中间坯的长度需求距离为74.346 m，因此辊道长度在理论上满足R1 轧机第一、二道次和R2 轧机第一、二道次同时进行要求。 为了解决R1 轧机受R2 轧机轧制道次影响的问题，对R1 轧机与R2 轧机的一级进钢联锁条件进行优化，修改R1 轧机第一道次和R2 轧机第二道次对G 组辊道的使用条件，修改对相邻轧机的轧制状态判断条件，同时将G4 辊道拆分成G4-1 和G4-2 二段控制，G4-1辊道供R1 使用，G4-2 辊道供R2 使用[3]，一级联锁允许二架轧机同时轧钢，这样就解决了二架轧机无法同时轧钢的限制，实现了R1 轧机无间歇轧制。

2.2 粗轧“1+3”轧制工艺

如图1 粗轧机组辊道和轧机分布图所示，由于SP 轧机与R1 轧机距离较近，为防止SP 轧机和R1 轧机轧件发生相撞和干涉，在R1 轧机轧制第一、二道次时禁止SP 轧机进钢，而由于R1 轧机采用可逆式三道次轧制工艺，造成板坯在SP轧机入口等待R1 轧机的问题，且板坯在粗轧区域停留时间过长，也会造成热损失增加，造成能源浪费。 为解决SP 轧机和R1 轧机干涉问题，研究开发粗轧“1+3”轧制工艺（R1 轧机轧1 道次，R2 轧机轧3 道次），减少R1 轧机2 个轧制道次，将减少的压下量分配到R1 第一道次和R2 轧机三个道次，这样可以大幅减少板坯在SP 轧机前的等待时间，同时也可以减少R1 轧机轧制时间，不仅可以提高生产效率，还可以达到减少板坯热损失、节约能源的效果。

通过对“3+3”轧制工艺数据进行分析，在生产低碳、超低碳钢等低强度钢种时，粗轧R1、R2 轧机的轧制力和电机负载均大幅低于额定值80%，尤其是生产厚度2.5 mm 以上、 宽度1 300 mm 以下的低碳钢时轧机负载低于额定值60%，设备能力存在大量空余，因此研究对低碳和超低碳钢使用粗轧“1+3”轧制工艺。

为了验证粗轧“1+3”轧制工艺能否可行，利用二级模型系统重新分配粗轧机压下率，并对粗轧机轧制力和功率进行计算预测，如表1 所示，采用粗轧“1+3”轧制工艺时粗轧机组的轧制力和功率均不超过额定负荷，设备能力满足粗轧“1+3”轧制工艺需求。

表1 粗轧设备性能轧制工艺参数Table 1 Roughing Equipment Performance and Rolling Process Parameters

为防止“1+3”轧制时主传动负荷过大，选择轧制力较小的钢种和规格投入“1+3”轧制，在二级模型中将成品厚度＞2.5 mm、成品宽度＜1 300 mm 的低碳钢、超低碳钢、普碳钢三类钢种、规格单独划分数据层别，将该层别的粗轧轧制道次设定为“1+3”，在现场进行逐步试验，实施后轧制工艺稳定性正常。 在粗轧机组实施“1+3”轧制工艺后，成功解决了“3+3”轧制模式时SP 轧机与R1 轧机相干涉的问题。

2.3 粗轧“5+0”轧制工艺

在原轧制工艺模型中，如粗轧R2 轧机发生故障，轧线无法生产轧钢，为了提高粗轧机组轧制自由度，研究在开发粗轧R2 轧机故障状态下的粗轧“5+0” 轧制工艺，即粗轧R1 轧机轧制5 个道次、R2 轧机空过。 由于原工艺模型中无R1 轧机轧制5 道次的数据模型，为实现粗轧“5+0”轧制工艺，首先依据轧机设备能力对R1 轧机各道次压下率和轧制速度进行设计计算，并根据各道次中间坯长度计算中间坯位置。通过测算，对于板坯长度小于9 m、成品厚度大于3.0 mm 的低碳钢，粗轧轧制过程中的中间坯长度和轧制力能够满足R1 区域设备能力和辊道距离。为防止投入“5+0”轧制工艺时炉后除鳞箱和SP 轧机区域HMD 检测到中间坯时设备发生异常动作，重新设计一级控制程序，主要是调整炉后除鳞箱喷射时序、SP 轧机侧导卫和模块的控制逻辑，在R1 轧机轧制道次处于第二到第五道次时，炉后除鳞箱禁止喷射，SP 轧机主传动设定为停止状态。同时SP 模块开口度摆到最大位置，这样就可以防止除鳞水和SP 模块的误动作，并能够预防中间坯撞击模块的事故。

3 应用效果

（1）生产工序衔接紧凑

R1 轧机无间歇轧制工艺的开发，解决了粗轧“3+3” 轧制工艺R1、R2 轧机中间坯干涉和碰撞问题，使R1 轧机与R2 轧机之间工序衔接紧凑，实现了共同轧钢。 生产Q235B、SPA-H 厚度在3.0 mm以上不限节奏钢种平均轧制块数从28 块/h 提高到30 块/h。 改进后R1 轧机与R2 轧机共同轧钢时在G 辊道同时摆放二块中间坯，图2 为R1 无间歇轧制现场实施效果图。

图2 R1 无间歇轧制现场实施效果图Fig. 2 Effect Diagram for On-site Implementation of R1 Non-intermittent Rolling

（2）节能高效轧制

采用粗轧“1+3”轧制工艺后，实现了粗轧机组根据轧制品种自由转换轧制工艺技术，彻底解决了常规热轧产线上SP 轧机投入时受R1 轧机限制、 等待的共性问题，在品种工艺匹配上取得突破。 两种轧制工艺轧制时间对比如图3 所示。

图3 两种轧制工艺轧制时间对比Fig. 3 Comparison of Rolling Time for Two Kinds of Rolling Processes

板坯在粗轧区域总轧制时间从295 s 减少到252 s，粗轧用时减少43 s。而且减少了板坯在粗轧区域的温降，两种轧制工艺中间坯温度对比如图4所示。 投入“1+3”轧制工艺后粗轧区域温降减少60 ℃，同时中间坯横向温差减少44 ℃。

图4 两种轧制工艺中间坯温度对比Table 4 Comparison of Intermediate Billet Temperatures of Two Kinds of Rolling Processes

（3）轧线生产自由度提高

在R2 轧机发生严重故障停机事故时，投入了粗轧“5+0”轧制工艺，运行后生产成品厚度为3.0～5.0 mm 规格的低碳钢轧制正常，实现了粗轧R2轧机发生故障时利用R1 轧机进行生产的功能，极大提高了轧线的生产自由程度。

4 结论

（1）在粗轧区“3+3”轧制工艺时，通过研究应用R1 轧机无间歇轧制工艺，解决了R1、R2 轧机同时轧钢时相互干涉造成中间坯摆动的问题，提高了粗轧区生产效率。

（2）对于轧制力较小的品种规格投入“1+3”轧制工艺，可以解决SP 轧机与R1 轧机相互干涉的问题，不仅提高了生产效率，同时还减少了轧制过程中的温降。

（3）对成品厚度大于3.0 mm 的低碳钢应用粗轧“5+0”轧制工艺，可以避免因R2 轧机故障造成的轧线停机，实现了R2 轧机故障时利用R1 轧制进行省产的功能，提高了轧线作业率。