（材料加工工程专业论文）热轧带钢板形控制技术的研究和应用.pdf

东北大学硕士学位论文 摘要 热轧带钢板形控制技术的研究和应用 摘要 热轧带钢的生产在经历了追求产量的快速增长之后，已经转向了注 重节能、降低成本、提高产品质量、扩大产品品种、缩短交货期等生产 工艺技术发展的方向。本钢作为一个国有特大型企业，在2 0 0 0 年9 月进 行了现代化技术改造，在经历了1o 个月的生产调试之后，基本具备了生 产高等级产品的能力。 热轧带钢的板形是衡量热轧带钢工艺水平和产品质量的一个重要指 标，良好的板形不仅可以提高产品的成材率，而且将给后部工序创造更 好的生产条件，因此不断提高热轧带钢的平直度、板凸度、边部减薄等 横断面指标在实际的轧钢生产中就显得尤为迫切和重要。 本文以服务生产现场为目的，在深入研究轧制技术经典理论的基础 上，通过对现代热连轧机组板形控制设备和控制手段的比较，以及现代 热连轧机组板形、板凸度的优化选择，并广泛采集现场生产数据，结合 本钢热连轧厂二期改造后的设备现状，通过数学模型描述了本钢1 7 0 0 m m 热轧机组板型方面的实际问题，归纳和分析了本钢热连轧厂板形缺陷的 不同类型及其形成原因，提出了良好板形的基本对策，为本钢热连轧厂 精轧机组板形控制提供了理论依据。该板形对策应用于生产后，经过近 2 个月的数据采集、分析，整体板形的控制水平较之前有了一个较大幅 度的攀升，带钢平直度指标提高了2 0 4 ，板凸度合格率提高了1 7 9 ， 为本钢热连轧厂今后“双高”产品的生产提供了较好的技术保证。 关键词：热轧带钢板凸度浪形 c v c 东北大学硕士学位论文a b s t r a c t s t u d y a n d a p p l i c a t i o no f h o tr o l l i n gs t r i p s h a p e c o n t r o lt e c h n o l o g y a b s t r a c t h o tr o l l e d s t r i pp r o d u c t i o nh a s e x p e r i e n c e daq u i c ki n c r e a s e i np u r s u i tt o o u t p u t ，r e c e n t l ym o r ea t t e n t i o nh a v eb e e n p a i dt ot h e d e v e l o p m e n to fp r o d u c t i o nt e c h n o l o g i e s ，s u c ha se n e r g ys a v i n g ， c o s t r e d u c i n g ，p r o d u c tq u a l i t yi m p r o v i n g ，p r o d u c tv a r i e t y e x p a n d i n g ，d e l i v e r yp e r i o ds h o r t e n i ng ，e t c b e n x ii r o n & s t e e l ( g r o u p ) c o ，l t d ( b e n g a n g f o r s h o r t ) ，b e i n g a n e s p e c i a l l y l a r g e 。s c a l e s t a t eo w n e d e n t e r p r i s e ，i m p l e m e n t e d m o d e r n t e c h n o l o g i c a l m o d e r n i z a t i o ni n s e p t e m b e r2 0 0 0 ，h a v i n g e x p e r i e n c e dt e nm o n t hc o m m i s s i o n i n g ，h a sp o s s e s s e dt h ec a p a c it y o f p r o d u c i n gh i g hg r a d ep r o d u c t s t h es h a p eo fh o tr o l l e d s t r i p i sa ni m p o r t a n t t a r g e t o fh o t r o l l e d s t r i pp r o d u c tq u a l i t y ，w h i l e b e t t e r s h a p em a yn o to n l y i m p r o v ep r o d u c ty i e l d s b u ta l s oc r e a t e db e t t e r p r o d u c t i o n c o n d i t i o nf o rh o tr o l l e d s t r i p u s e r sasw e l la sf o r s u b s e q u e n t p r o c e s s i n g t h e r e f o r e ，c o n s t a n ti m p r o v e m e n t o fc r o s ss e c t i o n t a r g e t s ，s u c ha sh o tr o l l e ds t r i pf l a t n e s s ，c r o w na n de d g et h i c k n e s s r e d u c t i o n ，e t c i sp l a y i n g a ne m i n e n tr o l li na c t u a l r o l l i n g p r o d u c t i o n t h i sa r t i c l eh a s ，a i m e da t s e r v i n gp r o d u c t i o ns i t e ，b a s e du p o n f u r t h e rs t u d yo f r o l l i n gt e c h n o l o g yc l a s s i c a lt h e o r y ，b yc o m p a r i s o n o fm o d e r nh o t r o l l i n g m i l l s h a p e a n dc r o w n m e t h o d ，b r o a d l y c o l l e c t i n g s i t e p r o d u c t i o nd a t a ，c o m b i n i n ge q u i p m e n tc o n d i t i o n s a f t e rt h es e c o n dp h a s eo fm o d e r n i z a t i o no f b e n g a n gh o ts t r i pm i l l a n db ym e a n so fm a t h e m a t i c m o d e l s ，d e s c r i b e dp r a c t i c a ls h a p e p r o b l e m s o fb e n g a n g17 0 0m mh o t s t r i pm i l l ，s u m m a r i z e da n d 1t i 查! ! 查茎堡主兰垡垒查垒曼! 坐曼! a n a l y z e dd i f f e r e n tt y p e so fs h a p ed e f e c t so fb e n g a n gh o ts t r i pm i l l a n dt h ec a u s e so fi t s f o r m a t i o n ，p r o p o s e db e t t e rc o u n t e r m e a s u r e s f o rb e t t e r s h a p e ，p r o v i d e d t h e o r e t i c a lb a s i sf o rh o t s t r i p m i l l f i n i s h i n gt r a i ns h a p ec o n t r 0 1 t h i ss h a p ec o n t r o lc o u n t e r m e a s u r e w a su s e di n p r o d u c t i o na n da f t e rt w om o n t hd a t ac o l l e c t i o na n d a n a l y s i s ，t h e o v e r a l l s h a p ec o n t r o l l e v e lw a s g r e a t l yi n c r e a s e d ， s t r i p f l a t n e s s t a r g e t w a si n c r e a s e d b y2 0 4 s t r i p c r o w n q u a l i f i c a t i o n i n c r e a s e d b y1 7 9 ，w h i c h h a s p r o v i d e d b e t t e r t e c h n i c a l g u a r a n t e e f o r t w o h i g hg r a d e ”p r o d u c tp r o d u c t i o no f b e n g a n gh o ts t r i pm i l l k e yw o r d s ：h o tr o l l e ds t r i p ，s t r i pc r o w n ，w a v e ，c v c i v - 声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论 文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学 位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 本人签名： 日期： 患托大举磺士攀隹静文 第一囊文蔽练速 第一章文献综述 1 1 热轧带钢生产技术和市场发展概况 从1 9 2 4 年美毽在瓣额兰建设静1 4 7 0 r a m 繁镪连戡枧窥1 9 2 6 年在殴 特勒建设的1 0 7 0 r a m 热带钢遣轧机算起，热带钢连轧机已经有7 0 多年的 发震受。由于希镄燕连转生产懿离效率、离经济性，霞瑟程转铡生产中 发展最为迅速，而且也是各种新技术应用最为广泛的一个领域。在某种 意义上来说，热带钢连轧机的设备水平和工艺术平已经成为一个国家工 姓发旋水平的一琐重要标志。 随着技术的发展和市场对于热轧宽薄带需求的推动，器种轧制宽薄 带戆王艺搜零秘羧刳技零痤遥瑟生，生产薄援掺豢锈是熬带镶筑疆戆发 展趋势。目前我国的热轧带钢轧薄能力逐有很大差距，现在我国已有宽 蒂钢燕连茕税缢l i 套( 鞍镶2 套，塞钢2 套，攀镶l 套，豫锈l 套，惫 钢1 爨，邯钢t 套，本钢1 套，武钢1 套，梅锎l 套) ，预计2 l 世纪初 我国的燕轧带钢的产量将达到3 0 0 0 万吨。 戆羞枣场竞争戆加嬲，套企业妊须扩大产熬晶秽规撂藏强，提嘉产 鼎质爨，生产出高附加值的产品，才能适应竞争的需要。翻前，热轧带 镶熬麓户对其产熬戆尺寸藉爱，茏蔟是零茨精发、投平壹菠要求越来熬 严格。同时各厂家也努力不断地提高成材率，降低成本。这都促使热轧 带钢厂不断采取新工艺、新技术来邋应市场发展趋势。 媳着经济技术的不凝发展，热轧产品用户对板带材的溪量要浆越来 越高。到目前为止，由乎成功地采取了板厚自动控制技术，热轧带钢的 缀囊殍度已经基本上达剿令人瀵意戆精度。毽教材豹擎壹度翔蘧还没毒 得到檄本的解决。因此，板形作为当前扳带生产的萤蒙研究课题而受到 人霞瓣离菠踅褫。嚣对，疆罄萃重麓蹭秘，产豢翡强离，熬装稿低温凄 炉技术的应用，特别作为后部工序的冷轧厂对原料质量越来越高的要求， 煞轧产品的板形问题将会越来越突磁。 本文结合本镪1 7 0 0 m m 热逐轧执组，通过对现鸯板形控制技术粒设备 的研究，提出了一些板形控制方式的改进建议，并且具体戚用于生产实 羧。 热轧带锎的板形精度是热轧产晶质量的重要指标之一。由于热轧产 蕊板形不好荔造成带镣中浪、透浪、镰刀弯、带锈横断面禊形，严重耱 东北大学硕士学位论文第一肇文献综述 话可魏造成带钢飘裂、衙叠、精筑梳组蛾卷板祝卡锱，直至造成严重瀚 设备事故，不仅影响了热轧机组能力的发挥，降低了成材率，而且降低 了机缎设备的使用寿命，直接影响企业的经济效益。 本钢热连轧厂二期改造次一陵试车袋珐，掰骞台露掺挺基本达裂设 计要求，为本钢创效益做出了巨大的贡献。但该机缎毕竟属国外引进与 鑫造穗结合豹方筑，蟊前己浚凌不少技术方蓄静游邈，蟊缀形不蘸、往 能不合、宽度超麓其中板形不良对产品质量及本钢声誉影响最大， 这就憝我命题的依据。 l 。2 板形控制原理 1 2 1 板形 援形是指投带毒孝戆手纛度，鼙是指浚形、爨蘧裁旁弯瓣有炙及程霾 而言，通常在板坯来料板形良好时，板形的好坏取决于带钢的延伸率在 宽度上是否褶等，也就怒说毯下率怒否相同“3 。 从力学精度来看，板形实质上是由带钢内郎残余应力的状态赝决定 的，如果内应力怒以引起板带失去稳定而表现出翘曲等现象就产生直观 鲍板形缺照；悉漤在款叛形缺陷是攫走应力不足以遮或翘麴等瓒象的产 生，但潜在的板形缺陷在开卷剪切后，有些能变成直观的板形缺陷。只 要板带孛存在膏残余肉瘫力，就称菇叛形不蘸，这稀情嚣可理辩为洽溃 有残余应力的带钢纵向切成糟干个窄条丽表现出的窄条长度上的不相 等。( 图1 1 ) 鼷兹，国标秘煺定的不乎壹度是指农单位长度上翘趋程度煞大小， 即波峰的高低作为判定依据，但翘曲程度大小在轧制过程中不能量化或 者滋褒线捡溅，炎能奁夔凌警台上进行 翼l | 量，瓣筵通常在线检测设各赘 是以内应力法、外应力法、几何法为基础的。下面就板璐产生机理、 板形与断面形状的关系及如何进行板形控稍进行简单论述。 图1 1 残余应力缺麓国 1 2 2 板形良好的条件 爻了傈诞良好的扳形，必颁遵守均匀延傍域所疆“援燕度一定”魄 原则去确定箨道次的压下量。 东北大学硕士学位论文第一章文献综述 由于粗轧时轧件较厚，温度较高，轧件断面的不均匀压缩可能通过 金属横向流动转移而得到补偿，即其对不均匀变形的自我补偿能力较强， 故不必过多考虑板形问题。当然由于其对精轧板形也有重要的影响，所 以也必须加以注意。而到了精轧阶段，特别是轧制较薄的板带时情况就 不一样，此时轧件刚端的作用不足以克服阻碍金属横向移动的摩擦阻力， 亦即对于不均匀压缩变形的自我补偿能力很差；并且还由于厚度较小， 即使是绝对压下量的微小差异也可能导致相对延伸率的显著不均，从而 会引起板形变坏。板带的厚度愈小，对不均匀变形的敏感性就越大。故 为了保证良好的板形，就必须按均匀变形或凸度一定原则，使其横断面 各点的延伸率或压缩率基本相等”1 。 如图1 2 所示，设轧制前板带边缘的厚度等于h ，而中间厚度等于h + ，即轧前厚度差或称板凸度为；轧制后钢板相应横断面上的厚度 分别为h 和h + 6 ，即其轧后厚度差或板凸度为6 。而h 及6 h 则为 板凸度。钢板沿宽度上压缩率相等的条件，可以写成钢板边缘和中部延 伸率 相等的条件： 图1 2 轧制前后板带厚度的变化 f i 9 1 2v a r i a t i o i l o ft h i c k n e s sb e f o r ea n da f t e rr 0 1 1 i n g 由此可得： ( h + a ) ( h + 6 ) = h h = 九( 1 1 ) 6 = h h = ；( 1 2 ) a h = 6 h = = 6 ：h ：= 板凸度( 卜3 ) 6 = h ha = ( 6 ：h ：) h ( 1 4 ) 式中：6 。、h ；一一成品板的厚度差及厚度 由此可见，要想满足均匀变形的条件，保证板形良好，则必须使板 带轧前的厚度差与轧后的厚度差6 之比等于延伸率 。或者轧前的板 凸度h 等于轧后的板凸度6 h ，即板凸度保持一定。 本道次轧前的板厚也就是前一道次轧后的板厚，亦即前一道次轧制 时的辊缝实际形状。因此，在均匀变形的原则下，后一道次的板厚差6 要比前一道次的板厚差要小，即其差值为： a 一6 = ( 一1 ) 6 ( 1 5 ) 由于轧辊的原始辊型及因辊温差所产生的热辊型在前后道次中几乎 1 查! ! 叁兰堡主堂堡笙圭苎二主圭茎苎些 是不变的，故此差值主要取决于轧辊因承受压力所产生的挠度值。这就 是说，要保证均匀变形的条件，就必须后一道次轧制时轧辊的挠度小于 前一道次的挠度，即后一道次的轧制压力p ：必须小于前一道次的轧制压 力p 。，其所小的差值可由挠度计算公式反推求出，即由 一6 = p 、k 。一p ：k 。= l k 。( p 、一p ：)( 卜6 ) ( p ；一p ：) = k a ( 一6 ) = k 。( 九一1 ) 6( 1 7 ) 式中k 。一一轧辊刚度系数。t m m 由此可见，为了保证良好的板形，满足均匀变形的条件，在设备强 度一定的情况下，使轧制力逐道次减少是有科学根据的。这就是通常的 按逐道减小压力的压下规程设计方法的理论基础。 显然，这里所说的板厚差及6 ，实际上就是前道和后道的中厚量 或板凸度，由式( 卜5 ) 及式( 1 7 ) 可知，从均匀变形的原则出发，后一道 次的“中厚量”6 比前一道次的“中厚量”要小( 一1 ) 6 的数值， 或者前一道次的“中厚量”要为后一道次“中厚量”的 倍。由此可见 良好的板形只有在随着轧制的进行，使“中厚量”也逐道次减少才能获 得。设实际轧制中轧件宽度中心处的辊型高度，亦即轧件中厚量t 为： t = y y 。w( 1 8 ) 式中y 一一工作辊在轧件宽度上的弯曲挠度值； yc 一一热凸度值： w 一一原始辊型凸度值。 若将良好板形的条件和“中厚法”操作( 主要为使轧制操作稳定， 防止轧件跑偏) 结合起来考虑，则由式i - 4 和式卜7 可得： 图1 3 板形与压力及板厚的关系t a nb = k 。h = k 。6 ：h z f i g i 3r e l a t i o nb e t w e e ns h a p e 。p r e s s u r ea n ds t r i pt h i c k n e s s t = y y 。一w = 6 = ( 6 。h 。) h( 1 9 ) 由y = p k 一，经变换后可得： p = ( k 一6z h 。) h + k ”( y 。+ w ) ( 1 一l0 ) 4 末毙大学硕士学位箢文第一孝文献综述 此方程式可用直线表示如图1 3 所示，此赢线反应了税凸度保持一 定酵基力与援厚熬关系，其瓣疫菝残品扳凸麦( 8 。h ；) 及宽度( 影豌刭 k 。) 等而变化，即因产品不同而不同。各j 麓次压力p 和板厚h 值基本上 斑落在诧壹线嚣遥，才髓保掩鹭驾变形。僵氇鹰该据密，实际生产中并 非严格遵守扳凸度一定的原则不可，尤其是粗轧道次更可放宽。轧件愈 脬，温度愈商，张力愈大，则甜不均匀变形的融我补偿能力愈强，就愈 阿不受限制。此对蛋道鹣p 与h 只篱落在圈l 。3 弱影区内即可。但至糖 轧道次，则一般收敛到此直线上，按板凸度一定的原则确定压下蹙，以 保证投影臻爨。钢板愈游，这耱_ i 莲次应愈多。 1 3 板形控制手段 1 3 1 弯辊系统 弯辊系统分为两类：弯工作辊釉弯支承辊系统。根据弯辊力作用面 不同、作用方向不同、作用位置不同，工作方式不同，其称谓各不相 同，健最终都是使轧辍缝溥遐援形嶷好条传进行控铡豹。 根据弯辊力作用面不同，弯辊系统分为：瓣直面( v p ) 弯辊系统和 东平蓬( h p ) 弯辘系统。3 。 根据弯辊力作用方向的不同，礁直面弯辊系统通常分为：正弯辊系 统和负弯辍系统。在正弯辊系统中，弯辊力德辊缝增大；在负弯辊系 统中，弯勰力使凝缝减小“3 。 水平面弯辊系统通常也肖两粪：单向式弯辊系统和双向式弯辊系 统。在单囱式弯辊系绞孛，弯辊力终爨在转刳方囊楣平行粒一令方囱 上：雨在双向式弯辊系统中，弯辊力则可作用在两个相反的方向上。 按弯辍力俸愆翡霞器懿不圈，驽辊系统爵分为：辈辜鑫承瘫弯辍系统， 多轴承座弯辊系统和无轴承座弯辊系统。在单轴承座弯辊系统中，弯 辊力分剐通过一个轧辊轴承座作用在轧辊的两端；在多辅承座弯辊系 统中，弯辍力通过两个或两个以上的轧辍轴承座 乍闺于轧辊的每一端： 而在无轴承座弯辊系统中，弯辊力通过中间辊子或液压块直接作用予 辊身。 1 3 2 轧辊横移技术 裁辘禳移系统主要鸯絮下鹣蠢静： 通过轧辊横移，可以扩大板凸发的调节范围，减少带钢边部减薄， 并且能够重新分配带钢边缘附近的轧辊磨损。 轧辊横移系绞可分为三组：轴囱移动圆柱形轧辊，轴趣移动非圆技 形轧辊，轴向移动带套的轧辊0 1 。 一s 互苎垄兰堡主兰堡垒查 苎二主墨茎堡姿 采用轴向移动圆柱形轧辊的轧辊横移系统分为如图1 4 ：双向支持 辊横移，双向中间辊横移，双向工作辊横移。 双向移动中间辊 双向移动支持辊 双向移动工作辊 图1 ，4 轧辊横移技术 f l g l 4r 0 1 ls h i f t i n g t e c h n o l o g y 1 3 3 h c 高精度辊型控制轧机( h i g hc r o w nc o n t r 0 1 m i l l ) 它又称为h c w 轧机、h c m 轧机、h c m w 轧机、u c m 轧机、u c m w 轧机、 m b 轧机及u c 2 一u c 4 轧机。 表i 1 h c 高精度辊型控制轧机 t a b l e1 1h c h i g ha c c u r a c yr o l lc r o w nc o n t r 0 1 1e dm i l l 名称 特点 轧制钢种应用 工作辊横移 h c w 。+ 低碳钢 热轧、冷轧 工作辊弯曲 ” 中间辊横移 h c m 一一。 低碳钢冷轧 工作辊弯辊 ” 中间辊工作辊横移低碳钢 h c ” 工作辊弯辊。善主磊 热轧、冷轧 工作辊弯辊合金钢 ” 中间辊横移低碳钢 u c m 工作辊中间辊弯辊善三磊 冷轧 工作辊中间辊弯辊合金钢 ” 中间辊工作辊横移 低碳钢 u c m w 工作辊中间辊弯辊 台金钢 热轧、冷轧 工作辊中间辊弯辊 。一 ” 热轧超薄带 1 3 4 c v c 连续可变凸度轧机 它是一种采用双向移动支承辊、中间辊或是工作辊的方式调节辊缝 形状的方法”1 。 c v c 辊的上下辊在整个辊身上都呈s 形，而两个辊的s 形相互倒置 6 东北大学硕士学位论文 第一章文献综述 1 8 0 ，这种布置使轧辊的轮廓相对于辊缝正中的垂直线呈对称关系。图 1 5 a 所示的是当时的工作辊没有移动，轧辊高度在整个辊身上保持一致 的情况。由于板带轧制产品的宽厚比大，尽管辊缝有轻微的s 形，也不 会对板带平直度造成可以检测到的影响。因此，当c v c 辊没有移动时， 其对板形造成的影响与平辊轧制时相同( 图1 5 b ) 。 如果将上工作辊右移，而下工作辊左移的量相同( 图1 5 c ) ，则轧 件中间外廓距离较轧辊边部处的辊缝小，这种移动对板形产生的影响将 与采用正凸度工作辊时的影响相同( 图1 5 d ) 。 如果上工作辊左移，而下工作辊右移相同的量( 图1 5 e ) ，则轧件 中间处的轧辊外廓距离较两边的辊缝要大，这种移动对板面形状产生的 影响将与采用负凸度工作辊时的影响相同( 图1 5 f ) 。 串串 轴串串 姗皂萤 姗 三每圭每竭斛 t = 茸= 三于七：= # = ：f c 图1 5c v c 与传统辊型比较 f i 9 1 5c o m p a r s i o no f c v ca n dt r a d iti o n a lr 0 1ic t o w n 1 4 论文研究背景和主要内容 关于板形控制技术在热连轧带钢生产中的应用研究，在国外有很多 报道，并在实际应用中取得了良好的效果。本钢17 0 0 m m 热连轧厂二期改 造以前板形问题较为严重，改造后因设备调试等诸多原因在很长的时间 内没有正常，多次产生严重的质量异议，不仅造成了巨大的经济损失， 而且也极大地影响了本钢的声誉。据统计，因板形不良而造成的损失在 2 0 0 1 年的情况如表1 2 ： 下面我们预测一下本钢l7 0 0 m m 热连轧机组二期改造设备调试结束 后的2 0 0 3 年因改善板形而取得的的经济效益。 7 东北大学硕士学位论文第一章文献综述 按改造前的2 0 0 1 年的累计废品率0 1 9 6 ，而改造后的2 0 0 3 年前5 个月平均板形累计废品率为0 0 4 ，本钢l7 0 0 m m 热连轧厂计划2 0 0 3 全 年产量3 6 0 万吨，按此计算，全年累计减少的废品量为： 3 6 0 0 0 0 0 x ( o 1 9 6 一o 0 4 ) = 4 6 4 4 ( t ) 正品价格平均2 8 0 0 元吨，废次材价格1 2 0 0 元吨，则年效益为 4 6 4 4 x ( 2 8 0 0 1 2 0 0 ) = 7 4 3 0 4 ( 万元) “ 表1 22 0 0 1 年因板形不良部分损失情况 、1 。嘻 t a b l e l 2p a p t o f 4 1 n s s 妊j yb a ds h a p e i n2 0 0 1 赔偿原因重量t赔偿金额( 元) 据统计，板形控制系统投入后的2 0 0 3 年前5 个月比2 0 0 1 年同期减 少非计划换辊次数7 5 次，按每次换辊15 分钟计算，预计2 0 0 3 年将减少 换辊时间4 5 小时。按本钢热连轧厂每小时产钢5 0 0 吨计算，因减少换辊 时间而增加的产量为： 4 5 5 0 0 = 2 2 5 0 0 ( t ) 按每吨平均利润6 0 0 元计算，2 0 0 3 年单纯在减少换辊这一项上获得 的经济效益为： 2 2 5 0 0 6 0 0 = 13 5 0 ( 万元) 表1 3 本钢1 7 0 0 m m 热连轧厂近1 0 年产量 t a b l e l 3 o u t p u to fl a s t 1 0 y e a r sb e n g a n g1 7 0 0 m mh o ts t r i pm i1l 表1 3 显示了本钢17 0 0 m m 热连轧厂1 0 年来的年产量，从图1 6 中 我t r 可以清楚的看到，除了在2 0 0 1 年本钢热连轧厂因大规模技术改造减 产而造成产量大幅降低外，整体上年产量呈上升趋势。按以上的比例计 算，过去1 0 年因板形不良而对本钢造成的直接经济损失将超过上亿元。 随着热轧板材质量的提高，它给下道工序的冷轧厂所带来的经济效益将 是巨大的：为广大用户带来的经济效益也无法计算，给本钢集团带来的 东北大学硕士学位论文 第一章文献综述 无形资产的损失将无法估量。 图1 6 本钢1 7 0 0 m m 热连轧厂近1 0 年产量 f i 9 1 6o u t p u t0 fl a s t 1 0 y e a r sb e n g a n g1 7 0 0 m mh o ts t r i pm i l l 1 5 本钢热轧带钢板形现状 本钢17 0 0 热轧机组于2 0 0 0 年9 月份经历了现代化技术改造，现已 投入正常生产模式当中。改造中签订的平直度考核指标是合格平直度的 带钢长度达到评估带钢长度的9 5 。但是在实际生产中，薄规格带钢的 平直度指标远远达不到这个要求，平均指标只能达到8 5 左右。本钢现 在正准备筹建二冷轧，今后的目标是向汽车面板、石油管线钢、硅钢片 等高等级产品进军，因此，改善钢板的扳形质量，尤其是薄带钢的板形 指标，已是摆在本钢热连轧厂面前的一个迫切的问题。 本文作者对目前热轧带钢生产，尤其是薄规格带钢生产进行了一定 程度的分析研究，主要是分析了带钢板形缺陷产生的原因，辊系中各个 因素对带钢板形产生的影响及几种控制手段在板形控制中所起的作用， 提出了相应的改进措施，应用于实际生产后，板形指标得到了相应的提 升。 东北大学硕士学位论文第二章本钢1 7 0 0 r a m 热连轧机概况 第二章本钢1 7 0 0 m m 热连轧机概况 本钢l7 0 0 m m 热带钢轧机是我国自行设计、制造和安装的第一套大型 宽带钢轧机。设计最高轧制速度1 8 m s ，最大坯重2 4 t ，年产量l5 9 万t 。 整个机组采用3 4 连续式布置，建成时有三座推钢式加热炉。3 架4 辊 万能粗轧机( 其中r l 为可逆式轧机) ，7 架4 辊精轧机，3 台三辊地下卷 取机，2 条横切机组。设备总重量约2 2 0 0 0t ，装机容量2 9 3 m w ，厂区占 地面积2 1 4 0 7 8 m2 ，其中厂房建筑面积已超7 6 9 4 0 m 2 。 该轧机1 9 6 4 年开始设计，1 9 7 4 年破土动工安装，1 9 8 0 年2 月轧出 的一个钢卷，由于历史条件限制，该轧机先天不足，存在一系列问题， 致使产量低，产品质量差“1 。 1 9 9 9 年开始，本钢1 7 0 0 m m 热带钢连轧机进行了二期改造。改造采 用了引进和自造相结合的方式，与s m s 公司、g e 公司及国内设计、制造、 施工单位进行合作，主要改造的项目有： 更新e t 强力立辊轧机，与r 。相连，具有调宽、控宽和短行程控制。 r 。轧机和精轧f 。一f t 主传动电机更换为交流同步电机，变频调速，主 要技术参数如下： 表2 1 电机技术参数 t a b l e 2 1m a i nt e c h n i c a lp a r a m e t e r s 改造后轧制力增加到3 0 0 0 0 k n ，f ，最大出口速度1 8 5 m s 。 f ，一f ，保留原机械压下装置，增设短行程液压压下装置，实现液压a g c 控制。 增设精轧机板形控制装置。 f 。一f ，机架增设液压弯辊。 f 。一f 一机架增设c v c 板形控制装置。 改造中间辊道，更新输出辊道。 更新层流冷却装置，实现卷取温度自动控制。 1 n 东北大学硕士学位论文第二章本钢1 7 0 0 m m 热连轧机概况 更新高压水除鳞系统。 更新e 前高压水除鳞装置，喷嘴高度可调，适合不同厚度板坯的除 鳞：新增r 。前后、r ：前、r 。前机架间除鳞点；更新精轧入口除鳞装置； 增建f ，一f ，机架间喷水、f ：一f 。喷淋除尘。 更新液压踏步式2 # 地下卷取机。 主轧线采用基础自动化和过程自动化控制。 增建凸度仪、平直度仪和各种检测仪表。 改建钢卷卧式运输系统。 增建平整分卷机组。 改造后，本钢1 7 0 0 m m 热连轧机具有四座加热炉( 其中l # 一3 # 炉为 推钢式加热炉，4 # 炉为步进式加热炉，最终为3 座步进式加热炉) ，3 架 粗轧机、7 架精轧机、3 台地下卷取机、2 套横切机组，l 套平整分卷机 组，其生产工艺流程示意图、工艺流程图如图2 1 、图2 2 所示。1 。 1 7 0 0m m 热连轧机组设计年生产1 2 - 2 0 o m m 7 0 0 一1 5 5 0 m m 的热轧钢 卷3 4 1 2 5 万吨，设计最大卷重2 4 吨，最大轧制速度1 8 5 m s ，设计最大 单重1 6 k g m m 。 平整分卷机组年产量为7 0 万吨年“。 至此，本钢17 0 0 m m 热连轧机可以生产超深冲钢、气瓶钢、石油管线 钢、汽车用钢等高附加值产品，产品尺寸精度达到国际先进水平。 2 1 热带钢连轧机工艺流程简述 本钢热连轧厂现全部采用连铸坯，板坯在加热炉内加热到1 2 0 0 一1 2 5 0 后，由出钢操作室操作人员根据节奏和轧制计划，操作出钢机将板坯 抽出到出炉辊道上。 加热炉出炉的板坯，首先经高压水除鳞箱清除氧化铁皮，然后送入 e 。r 。、e ：r ：、e 。r ，粗轧机轧制。r ，为四辊可逆式粗轧机，e 为强力立辊轧 机，最大减宽量l o o m m 道次，同时具有宽度自动控制( a w c ) 和短行程 ( s s c ) 功能，液压调宽系统的响应、调节速度快，可补偿板坯水印失宽 和减少中间坯头尾切损。板坯在e ，r 。粗轧机轧制3 9 道次后，依次进入 e ：r ：、e 。r 。四辊不可逆粗轧机轧制，轧成2 8 5 0 m m 厚的中间带坯。 e - 立辊轧机前和r 。粗轧机出口分别设有测宽仪和高温计，监视带坯 宽度和温度，并为精轧机设定提供修正数据。 三台粗轧机上分别设有高压水除鳞点清除再生氧化铁皮，除鳞压力 1 8 m p a 。 中间带坯经中间辊道运送，在切头飞剪处切去带坯头尾，在精轧除 1 1 东北大学硕士擘位论文第二章本钢1 7 0 0 m m 热连轧机概况 图2 1 生产工艺流程示意图 f i9 2 1 s c h e m a ti c d r a w i n go ff l o wc h a r t 1 2 喜壤晨铽雕埘鹩 东北天学硕士学锒论文第二章本钢1 7 0 0 r a m 热遘轧机概况 图2 2 工艺流穰图 f i 9 2 。2p r o d u c t i o nf l o wc h a r t 鳞箱内清除再生氧化铁皮。 除鳞露兹孛趣繁坯送入七撬檠精氧桩缝鞔残i 。2 - 2 0 m m 要求厚发的成 品带钢。为提商带钢厚度精度，改善带钢凸度和平直度，在f 。f ，设有 液疆a g c ，在f t f a 设有e v e ，在f 。一f ，设有弯辊装置。为控制带钢的终 轧温度，在f t f ，机架间设有机架闻冷却装置。为改善糖轧区环境污染， 3 东北大学硕士学位论文第二章本钢1 7 0 0 m m 热连轧机概况 在f f ? 精轧机出口设有喷淋除尘装置。为控制带钢质量，在i j 。精轧机 出口设有测厚仪、凸度仪、平直度仪和高温计等轧线仪表。 带钢经精轧机组轧制后，进入输出辊道上的带钢层流冷却装置冷却， 将带钢温度冷却到规定的卷取温度，以保证带钢具有良好的力学性能。 该层流冷却装置调节灵活，控制精度高，适应于各种冷却模式，如早期 冷却、后期冷却或者两种冷却的组合，适应双相钢的冷却。输出辊道上 和卷取机前后分别设有高温计，检测带钢各段冷却温度。 带钢经层流冷却装置冷却后，由地下卷取机卷成钢卷。卷取好的铡 卷，通过卸卷小车将钢卷沿卷筒轴向托出打捆，经翻卷机翻成卧卷，再 经运输链运送、称量、喷印后至下道工序。 然后，根据下一工序的流向，部分钢卷经汽车直接运往冷轧，其余 钢卷在钢卷库冷却、堆放。钢卷在钢卷库冷却后，一部分经横切机组切 成钢板，另一部分经平整、分卷作为商品卷，其余部分作为商品卷直接 用火车和汽车运送出厂，销往各地。 2 2 热轧卷板产品结构及主要用途 2 2 1 热轧板卷产品结构 改造后本钢热连轧厂产品结构变化很大，规格上厚度将从1 2 m m 到 2 0 m m ，宽度将从7 0 0 m m 到l5 5 0 m m ：品种上，除在原有钢种的基础上，将 能够生产高强度的石油管线钢x 7 0 、汽车用板i f 钢及双相钢。改造后的 钢种产品结构及年计划产量见表2 2 、表2 3 、图2 3 1 。 表22 钢种及年计划产量 t a b le 2 2s t e e lo r a d esa n da n n u a lp 1 a n n e do u t p u t 东北失学硕士学位论文 第二章本钢1 7 0 0 r a m 热连轧机概况 图2 3 钢种及年计划产量比例分配图 f i 9 2 3p r o p o r t i o n a ld i s t r i b u t i o no fs t e e lg r a d ea n da n n u a lp l a n n e do u t p u t 表2 3 产品结构及年计划产量 t a b l e 2 3p r o d u c ts t r u c t u r ea n da n n u a lp l a n n e do u t p u t 产品品种年计划产量( 吨) 冷轧用钢卷 热轧卷板 合计 2 2 2 产品主要用途 随着我国改革开放的不断深入和经济不断发展，钢材产能和钢材需 求迅猛增长。从板材产品发展阶段上看，本钢热轧产品处于成长期并接 近成熟期，生产能力和产品质量不断提高，品种越来越全，其中热轧产 品主要品种有：普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、花纹板、石油管线 钢、汽车大梁钢、自行车、链条钢、气瓶钢等十几个品种，主要应用在 低压液体输送、机械制造、建筑、农业、水利、造船、汽车制造、石油 输送、家电行业等领域。国内市场主要是东北、华北、华东、华南地区， 以沿海城市为主覆盖了国内所有经济发达地区，产品远销美国、加拿大、 欧盟及亚洲各国。 热轧产品各类钢的主要用途见下( 表2 4 ) 3 其中：汽车用钢对厚度、平直度要求较高精度级别，焊瓶用钢和管 线钢等特殊用钢不仅对厚度、平宜度要求极严，而且对宽度精度要求更 加苛刻。 15 0 o o 加 u 黔 踮 东北大荦硕士学位论文第二章本钢1 7 0 0 r a m 热连轧机概况 表2 4 钢种及主要用途 t a b l e 2 4s t e e lg r a d e sa n dm a i r l a p p l i c 8 t i o n 类别主要耀途 汽军用钢 链条稻钢 耐蚀钢 跨乾溺薄板 石油管线用钢 焊接气瓶用钢 璇素钢、结构镪 汽车大梁、后桥、吊车臂、车轮、面板 王韭爝、叁季亍车蔫链蘩 工业或民用耐大气腐蚀构件、集皱箱钢 酶瓷门、工业用桶、农糟车构件 蠢油输送管道 工业成民用焊接气瓶 广泛应爨予建筑、工数、农业梭 孛及耀禁等 2 3 本钢1 7 0 0 m m 熟连轧机组板形控制手段 本锻1 7 0 0 m m 热连疑极组躲扳形控制主要奁糖转壤缝实现，其钵黪控 制手段有：f2 - f ，机架增设液鹰弯辊，f ：一f 。机架增设c v c 板形控制装置： 壤建热疫坟、乎壹度谈稷各穆捡测铰表，过程诗算瓿謇动按隶l 筑够实巍 轧辊控制功熊优化以及扳形工艺控制智能化“”。这些都在硬件上为板形 躺在线检灞嗣控铺籍下篷荮静罄穑。 本钢l7 0 0 m m 热连轧机组改造后采用如下手段来控制投形： 调节轧辊函度； 弯辊； 调节机架负荷； 改变豢锶狻形蓦标。 本钢17 0 0 m m 热连轧机组正作辊的弯辊与窜辊配合使用后将改善热 轧带钢酌平盥度和凸度。 冀中弯辊采髑工 乍辊正赶弯曲方式，f ：一f ，弯辊力控制笾露为 o - 2 0 0 0 k n 每侧，楹形控制模型s s u 内弯辊力设定软极限为o 一1 8 0 0 k n 每 糍，奁不采鬈弯辊控制露，弯凝照投入固定平餐力为6 9 0 k n 铡。 本钢采用双向工作辊横移的方式，本文将在后面详细论述。 下强2 4 为本诵1 7 0 0 m m 熟连轧视组典型韵c v c 辊镪的凡何形袄。 但是，由于部分板形控制系统剐刚投入使用，运行状况不十分稳定， 戮而这套板形控制系统在能力发挥上受到很大限制。 另铃，该轧枫改造翅阕，囊美霹g e 公裁提供懿投澎控裁模型爨未 东北大学硕士学位论文第二章本钢1 7 0 0 m m 热连轧机概况 棚蠢矗 _ ! 塑i ! 氅r i 6 妇 4 m r 一 - ，h _ 1f l 1 1 图2 4 本钢c v c 辊几何形状 f i 9 2 4g e o m e t r ys h a p eo fb e n g a n gc v cr o l l 进行最后调优，热轧投产后，板形控制精度离用户要求以及与世界一流 水平相比还有一定的差距，随着产品规格品种的不断扩大，对板形控制 系统的调整和优化显得越来越必要。因此改进、完善和优化带钢板形控 制水平，提高板形控制模型设定计算精度，是改善板形控制精度的核心 和前提。 东北大学硕士学住论文第三章本钢热轧产品板形缺陷的研究 第三章本钢热轧产品板形 缺陷的研究 3 1 本钢1 7 0 0 m m 热连轧机组产生缺陷的原因 3 。l 。l 本钢1 7 0 0 m m 熬乾产品板形缺陷静种类秘派因筒菥 本钢17 0 0 m m 热连轧机组产品常见的掇形缺陷为浪形、翘曲和瓢曲， 雨燕轧板带产生滚形、翘曲、瓢益避由于带钢在轧翻过程中沿着带钢宽 向的不均匀延伸所致“。 究其原因主要有以下几点： l 。袋辗辘缝形状 轧辊辊缝形状对板形的影响是最重要的影响因素，本文将在后面对 魏详缀说饔。 2 原料 原料板形的好环及组织的均匀性对带钢在擞产轧制过程中的板形影 响，体现在瑰 牛在轧剑过程串的缨傻能力，及凌于缎织不均匀鼹转辊熬 不均匀磨损而产生的影响。 3 装裁滋凄 轧制温度对板形影响较大，这里提到的轧制温度不仅仅是表蕊温度， 褥是锈钣横断面各部位湓度情况，轧制温度的影响体现在宽度方向上漱 度不均的影响，轧辊热凸度的影响及摩擦系数的影响等。我们可以通道 第一章的力学计算公式计算得出“。 4 。姥裁爨蔫分聚 轧制负荷分配对板形影响_ 主要熄通过轧件在轧制过程中轧制力应逐 逶减少来保诞下游辊粱筑辊豹挠度静廷配 篱况“。 5 两侧腰下量 为傈证两铡变形的均匀，适当的对轧件的两侧的轧制力进行调整锼 轧传处子平稳的工作状态。 6 港取冷却条件 卷缀在转嚣熬冷去羹避程中，必矮傈涯筑锌熬体冷帮豹均匀整，蒴蹙 残余应力不均匀造成的板形缺陷。 3 i 2 带钢板形与断面形状之间的关系 1 8 垄韭垄堂塑主茎垡垒叁 茎三主查塑垫塾生墨丝兰竺堕塑堑塞 热轧带钢的板形好坏与断面形状的好坏是两个截然不同的概念，但 两者又相互作用。本钢热连轧产品在现场生产中，有些平直度很好、板 形优良的产品，由于断面形状差而在进一步的深加工中有着较大的影响： 如冷轧继续加工中产生的楔形、隆起等缺陷。为此，本钢l 7 0 0 m m 热连轧 厂为保证