板形控制技术在莱钢4300mm宽厚板生产中的创新与应用

摘 要：介绍莱钢银山型钢有限公司4 300 mm产线板材板形控制技术的经验及应用，板带产品板形问题直接影响后工序及用户生产，是轧制领域关注的重点问题。钢板轧制过程中主要产生镰刀弯、边浪、中浪、厚规格翘头尾、桶形等问题，通过采取一系列控制技术，提出了解决产线板形各种问题的措施，效果明显。

关键词：中厚板;板形;镰刀弯;浪形

Abstract：This article introduces the experience and application of plate shape control technology on the 4300mm production line of Laigang Yinshan Steel Co.， Ltd. The plate shape problem of plate and strip products directly affects the subsequent process and user production， and is a key issue of concern in the rolling field. During the steel plate rolling process， problems such as sickle bending， edge waves， middle waves， thick gauge warping， and barrel shape are mainly generated. Through a series of control technologies， measures have been proposed to solve various problems in the shape of the production line， and the results are obvious.

Key words： medium thick plate;plate shape;camber;wave shaped

0 前 言

莱钢银山型钢公司板带厂中厚板产线是国内装备技术水平领先的宽厚板生产线。主体设备和技术从奥钢联、西门子引进，生产线采用国际领先的设计理念和装备技术、世界最先进的除鳞系统、高精度自动厚度控制技术、平面形状控制技术、MULPIC加速冷却技术，年设计生产能力150万 t，热处理能力36万t/a，产品规格（6 ～ 140）mm×（1 500 ～ 4 100）mm×（3 000 ～ 24 000）mm。主要设备及工艺流程如图1。

设备自动化程度高，关键工艺技术水平有：

1）加热炉最佳化燃烧控制模型，确保铸坯温度均匀性控制在±15 ℃以内。

2）除鳞压力达到32 MPa，为目前世界范围内最高压力水平，确保了高表面质量钢板生产。

3）高精度和快速动态响应的液压自动厚度控制、PVPC平面形状控制、工作辊弯辊系统等技术，确保良好的板形及厚度精度控制，50mm以下厚度规格钢板厚度精度控制在±0.1mm以内达95%以上。

4）MULPIC水凸度控制、头尾遮挡、边部遮挡等技术得到应用，确保了钢板冷却均匀性。

5）拥有国内最为齐全的宽厚板热处理设备，采用净化除尘脱硫焦炉煤气热值稳定，氮气保护无氧化辐射管式加热方式，钢板温度均匀性控制在±3 ℃以内，确保了良好的产品均匀性 。

6）板带厂建设有宽厚板物理试验室，占地面积7 000 m2，2006年通过了国家认可委员会（CNAS）的认可，成为国家级实验室，主要检验项目有常规拉伸、高温拉伸、Z向拉伸、常规冲击、时效变形冲击、弯曲、落锤、硬度、金相组织等十余种。

1 存在问题

莱钢4 300 mm宽厚板生产线虽然整体装备水平较较高，由于实际生产经验不足，钢板板形与先进厂家相比存在一定差距，板形控制主要是凸度和平直度的控制，板带产品板形问题直接影响后工序及用户生产，是轧制领域关注的重点问题。产线品种多，强度及性能差异大，现场对各产品板形缺陷产生的机理不明，单纯的轧制工艺改进不能有效发挥作用，因此板形质量问题较为严重，用户质量投诉及异议较多，现已成为突出的质量问题。板形差导致切边量大，平直度问题主要是薄规格镰刀弯、浪形以及厚规格头尾翘等，这些板形问题将影响生产线成材率提高。

2 原因分析及控制方法

钢板轧制过程中主要产生镰刀弯、边浪、中浪、厚规格翘头尾、桶形等形状，针对这些问题找出相应的原因并制订相应的措施。

2.1 温度的影响

坯料温度加热不均，变形抗力不一致，在后序的轧制过程中钢板变形不均匀，导致钢板板形不良。采取的措施是：首先，加热炉采用二级模式烧钢，保证轧件出炉温度的均匀性，并每日检查温度情况，形成合理的制度，其次，在轧制过程中上工作辊冷却水漏到钢板表面，造成温降快，对板形影响较大。针对此情况对挡水设施时行攻关，更改初始设计，使减小轧辊冷却水流到钢板上。

2.2 压下率的影响

合理分配轧制道次，确保末道次平直。根据轧制力与板形密切相关的理论，根据现有的工艺条件，通过合理分配道次负荷即可保证板形。制订“精轧最少道次数”、“末道次最大轧制力”、“平整道次最大压下量” 功能的使用规定，并优化压化量参数。

2.3 辊型对板形造成的影响

通过研究轧辊磨损曲线以及辊型对凸度的影响，采用在线辊型优化，改善板形。目前四辊轧机的浪形控制手段，主要通过窜辊改善轧型，当窜辊满足不了轧型需要时，板形则无法进行调整。为实现通过改善轧辊在线的辊型来改钢板凸度情况，研究修改轧辊冷却水模型，即将轧辊冷却水分为三段，通过SV进行调节轧辊三侧的冷却水量，通过冷却水量的大小来改善辊型，中间3 m及两侧使之能够产生水冠形状，从而可以有效的控制成品板形。

2.4 牌坊间隙对板形的影响

由于支承辊更换周期较长，给油量明显不足，生锈现象严重，造成滑板磨损严重，实测间隙值大于设定间隙，并且经长时间的跟踪发现设计间隙偏大，导致辊系处于不稳定状态，在更换了埤坊滑板后，间隙达到了设定隙，但镰刀弯并没有大的改善，且变化仍无规律，给调整带来很大的难度，后经长期的跟踪和攻关，发现此辊系间隙设定偏大，由于辊系重量较大，转动过程中存在着较大的惯性，工作辊两端前后移动是非同步的，导致轧制过程中轧件两侧受力也是非同步的频繁波动，进而对辊系产生冲击，加剧了辊系的不稳定性。工作辊在前后移动的同时，也存在着上下位移，形成轧件的厚差波动，尤其轧高强度钢难度更大，就要控制好镰刀弯，提高整体板形，一定要确保辊系的稳定性。我们通过在轴承座加垫子的方法，来减小埤坊与轴承座的间隙，保证滑板间隙理论值工作辊位置在1.5 mm左右，支撑辊位置在2 mm左右，通过滑板间隙的调整镰刀大大减少。轧辊倾斜是消除板材轧制过程中镰刀弯的常用手段[1]，对此也进行了调试研究，效果良好。

2.5 PVPC技术对板形的影响

受原料的影响，宽厚板厂轧制的坯料很多情况下是展宽比较大，但此种情况带来的问题是钢板头尾窄 ，经测量展宽比大于2的钢板，头尾能窄70 mm以上，这种钢板头尾两个子板经常切不出来，只能改尺，造成较大的浪费。研究PVPC（平面形状控制）原理，即PVPC是指在成形或展宽前一道次将钢板长度方向厚度轧制成带梯度的，转钢后厚度方向上的不均匀补偿宽度方向的缺失。PVPC控制模式一般分为自动模式和人工模式，在自动模式下，PVPC模型根据板坯、成品规格及模型设定参数自动计算出板坯轧制方向上的板厚分布曲线，由转钢厚度计算展宽完成的钢板长度和宽度方向上的边部形状（不考虑用PVPC 效果），根据计算出的边部形状来计算最后道次轧制方向的板厚分布，从而确定PVPC厚度曲线。但是自动PVPC满足不了现场需要，我们着手研究人工PVPC的应用， 手动模式下，根据HMI设定，验证二级计算的内部长度和外部长度比例。压下量选择：-0.5 mm，相同规格的3支原料，分别设定成型阶段内、外部长度比例为60%、85%；70%、90%和80%、90%。根据二级计算的7个点的位置，人工计算的比例与设定比例相同。针对此情况增加成型阶段的压下量，以此来提高成型阶段轧制力；降低成型阶段轧制速度，使液压缸能有充足的时间打开辊缝；保持粗轧机两侧辊缝平行；保证板坯厚度PDI数值的准确性。根据上述研究，制定了PVPC关键参数的设定要求，以防止出现轧前转钢。同时还发现在手动模式下，单阀HGC跟随能力不够，也会导到尾部窄的情况，原因是由于HGC液压缸是单向传动，在板坯头部压下阶段时，由液压进行传动，HGC跟随性能较好。而在板坯尾部抬起阶段，液压缸靠自身重力及实际轧制力打开辊缝，速度较慢，跟随性较差，造成成型阶段尾部厚度比设定值薄，会造成尾部宽展量不足。针对此情况规定在轧制展宽比大的钢板，要降低粗轧速度，并同时使作2个阀，这样HGC即可以有足够的时间来调整，还可以增加调整速度。

2.6 厚板扣翘头原理

合理调节SKI值，通过改变上下辊速差来控制头尾翘曲。SKI为雪橇轧制，即调整上下辊辊速差来控制钢板的翘头扣头。从理论上讲，异速轧制能有效改善头部形状。我厂主电机采用单独传动，如果V上＞V下，则SKI值为负值，避免钢板翘头；如果V下＞V上，则SKI值为正值，使钢板翘头。根据现场工艺情况委托自动化将SKI可调节的长度做了修改，即每道次都可选择可调节长度，SKI调节根据现场实际钢板形状来调节。

3 操作技巧

在钢板轧制过程中，根据辊缝设定、负荷分配、板形状况、轧辊状况和轧制的稳定性等实际情况，总结操作技巧，实施模型工艺参数快速调整，保证轧制出板形合格的钢板。

3.1 调整负荷分配方法

根据模型计算的各道次轧制力大小，通过调整末道次最大轧制力、最少轧制道次数、抛钢方向选择和道次负荷修订等参数，来实现最佳的负荷分配。薄规格末道轧制力一般控制在3 500 ～ 4 200 t，轧制道次6 ～ 8道，抛钢方向正常为上游抛钢。通过这些调整来保证各道次负荷分配合理，轧制稳定。

3.2 浪形调整方法

根据所轧钢板浪形情况做如下调整：出现中间浪时，适当增加末道次轧制负荷，取末道次轧制负荷上限，将末道轧制力控制在4 500 t左右，同时可以适当增加轧辊中心区冷却水量，将水压控制在9 bar左右；出现双边浪时，适当减小末道次轧制负荷，取末道次轧制负荷下限，将轧制力控制在3 200 t左右，同时可以适当减小轧辊中心区冷却水量，将水压控制在7 bar左右；出现单边浪时，根据所轧制钢板厚度和实际偏斜情况，适时快速、准确地进行辊缝单边调整，目前一般调整最后两个道次，原则勤调，少调。

3.3 推床开口度调整

钢板在轧制过程中，控制有钢板侧推床离钢板距离适中，恰当好处，以保证钢板对中性，一般将入口推床设为50 ～ 80 mm，抛钢侧推床设为500 ～ 600 mm。

3.4 相关参数的调整

窜辊和弯辊选择自动，入口、出口抛钢距离的调整，入口一般选择2 m，出口选择1.5 m。辊道和轧机速度匹配比率调整，一般选择1.1。薄规格精轧区辊道和导疏冷却水选择关闭，精轧除鳞选择第一道次除磷。

4 结 语

通过各种板形控制策略的实施，莱钢4 300 mm宽厚板生产线板形不合造成的改尺率大幅下降，板形得到大的改善，因板形不合造成的改尺率由以前的0.70%降低到0.20%。厚规格翘头尾的废判支数大为减少。厚规格头尾翘曲变形极大改善，实现了零判废的目标。

参考文献

[1] 祝夫文，李月英.中厚板轧制过程中镰刀弯自动检测及控制数学模型[J].宽厚板，2023，29（2）：45-48.

第一作者：李子高，男，50岁，高级技师

收稿日期：2024-06-18