连续退火炉炉内带钢热瓢曲控制技术研究

攀 钢 技 术 9 连续退火炉 炉内 带钢 热 瓢曲 控制 技术 研究 王德宇 （ 攀钢集团西昌钢钒有限公司冷轧厂 ） 摘 要 ： 带钢在连续退火炉内产生热瓢曲是影响连退机组正常运行的一个重要原因 ,也是难以解决的问题，热瓢曲引起带钢在炉内断带，严重影响了产品质量和生产的顺利进行。本文简单介绍了带钢热瓢曲产生的机理及控制方法，在生产过程中避免此现象的发生。 关键词 ： 连续退火炉 ； 热瓢曲 ； 控制 技术 0 引言 连续退火机组是 西昌钢钒 冷轧工艺中的主要生产机组之一，其产品主要是高等级的优质汽车板。连续退火的工艺相对比较复杂，控制的对象较多，产品规格、材质复 杂多变，容易在退火炉高温区发生瓢曲。带钢的瓢曲和断带对机组的稳定运行至关重要。对瓢曲的控制和规格的过渡是机组控制的重点和难点。 笔者 主要 介绍冷轧连退机组使用的炉辊的形状 、张力控制、 炉辊凸度改变对机组带钢产生瓢曲和跑偏擦边的影响。通过对连续退火炉内炉辊在热态下凸度变化情况的研究，在带钢规格变化过程中针对性地采用优化降速、降温等过渡策略，较大幅度地减少了瓢曲、断带的发生 。 根据国内同类冷轧连退机组生产情况，对 所述方法的综合使用，基本消除了带钢 热 瓢曲现象的发生，使生产稳定性得到了很大的提高。 1 热瓢曲产生的机理 热 瓢曲是指带钢在炉内被加热时由于板面受热不均匀而产生的斜向皱褶，是一种热变形现象。带钢沿宽度方向由于温度分布不均匀而在带钢内部产生互相约束的应力，此应力就是热应力。当带钢所受的热应力 t 超过相同温度下该带钢的屈服应力 会产生热瓢曲，这就是产生热瓢曲的根本原因。 由式（ 1）可知，温差越大，越容易产生大的热应力，也就越容易产生热瓢曲。带钢温度在600 以上时，沿宽度方向的温差 t 60 ，则热应力 t屈服应力 s，带钢就会因热瓢曲而产生断带 1。 = t （ 1） 式中 热应力 ； 线 膨胀系数， 1/ ； t 温度差 ； 物体弹性模量 。 2 热瓢曲产生现象分析 态高温区辊凸度对带钢瓢曲的影响 连续退火炉的辊子有多种类型，主要有锥形辊、微凸度辊和平辊等几种形式，具体辊 型 如图 型 辊平 辊微 凸 度 辊图 1 退火炉炉辊辊 型 微凸度辊 平辊 锥形辊 10 2014 年第 37卷第 6期 在连续生产过程中，随着带钢的运行，辊身中间部分的热量将随着较冷的带钢运动而被带走，其接触部分的辊身的凸度将降低；而裸露在高温炉气中的辊身部分，由于受到高温辐射管、炉壁等的高温辐射， 在不采取防护措施的情况下，其温度接近炉子炉膛的温度，最大可达到 950 ，使裸露部分辊子的凸度大大增加，带钢收到向内的压力，发生褶皱以至断带。辊子热凸度的变 化如图 2所示。 带 钢辊 子 热 凸 度图 2 辊子热凸度分布 卷过渡对瓢曲的影响 在实际的带钢运行中，钢卷规格的过渡主要有以下几种情况： 带钢由宽变窄； 带钢由窄变宽； 退火温度的变化。在带钢规格的变化以外，炉子张力的变化也对瓢曲断带有较大的影响。 钢由宽变窄 在连续退火炉中，如果带钢宽度由 宽变窄时，带钢中间部分的凸度较小，带钢容易跑偏；带钢变窄，炉子温度进一步上升 (炉子热惯性 )，进而使缩小的部分的炉辊暴露在热态的炉内气体中，其凸度发生较快的变化，使带钢边部承受更大的张力，致使带钢撕裂，造成断带。 钢由窄变宽 在带钢规格由窄变宽时，由于辊子本身的边部凸度较大，使其带钢边部张力加大，引起断带。 组张力变化对瓢曲的影响 由于炉内辊子的边部存在热凸度，在张力波动(规格、材质变化 )的情况下，边部的张力也会进一步集中，引起断带 2。 20世纪 80年代日本学者的场哲等 人 认为 ，带钢在运动过程中横向方向上会受到压缩应力，当压缩应力超过带钢的屈服极限，带钢便会发生瓢曲。导致瓢曲的力主要有：带钢纵向不均匀拉伸使得带钢所受张力出现不均引起的横向压力；炉辊辊型在温度变化的过程中随之变化导致的凸度不均而引起的带钢横向方向上的压应力不均 匀 ；由于温度变化而导致带钢出现的不均匀热应力；炉辊与带钢接触时产生的摩擦力；带钢随炉辊转动时产生的向心力 3。的场哲等为了研究张力和辊凸度对带钢 用铝箔在冷态下进行了瓢曲极限张力和辊凸度关系的研究， 试 验装置为实际尺寸的 1/10，评价用辊为凸辊而其余辊为平辊。 试 验结果 表明， 带钢发生瓢曲的几率与炉辊锥度角的大小有关。锥度角 越大，带钢就越不易跑偏，但是却越容易发生瓢曲。当炉辊锥度角达到一定值时，带钢的瓢曲现象将不再有所变化，这是因为炉辊锥度角过大，在一定张力作用下带钢将无法与炉辊贴合，炉辊锥度将失去作用。 3 热 瓢曲 的 控制策略 影响热瓢曲的主要因素是带钢跑偏和带宽上存在较大的温差。为了防止和减少热瓢曲现象，主要应采取以下几项措施。 子的热凸度控制 在过渡情况下，辊子的热凸度是不受控的。特别是在前、后带钢的宽 度发生变化时，带钢的边缘部分会发生过热，引起带钢宽度方向上的应力分布不均，以至发生热瓢曲的危险性增加。 凸度情况如图 3所示。 边 部 过 热 区窄 带 钢宽 带 钢炉 辊 突 变 区机 组 运 行 方 向图 3 带钢宽度过渡时的辊子热凸度 为了控制炉内辊子的热凸度，消除热凸度对带钢的瓢曲和断带的影响，冷轧连退机组主要采用的方法是在炉辊室加热段和缓冷段增加防辐射板、在加热段入口前 6根顶辊增加小功率的冷却设备来控制辊子的凸度。 渡控制 的 策略优化 优化 计划编排 方案， 避免带钢厚度、宽度、退火曲线的任意两种同时变换的情况 。 控制进炉带钢板形 ,不能有镰刀弯和厚度偏差 ， 张力控制要稳定 。 力 控制 张力过大或过小都不利于连退炉内带钢的稳边部过热区 炉辊突变区 窄带钢 宽带钢 机组运行方向 带钢 辊子热凸度 攀 钢 技 术 11 定运行，过大易瓢曲，过小易跑偏。带钢张力在退火炉内波动主要受以下两个因素的影响：一是炉内各段在加减速时，由于速度不匹配，而引起张力波动；二是入口和出口段由于钢卷切换而引起活套升降，从而造成张力波动。因此对张力的正确设置成为保证带钢板形良好及运行稳定的关键，所以必须对张力进行优化。 为了确保张力恒定，通常要做的是降低炉内与入口侧的张力波动，本机组在退火炉入口设置一组四辊式张紧辊，在快冷段入出口分 别设置一组张紧辊，由张紧辊来吸收带钢的塑性变形（由张力引起）和热胀冷缩（有温度变化引起），以便达到各段张力稳定， 为了稳定炉内张力，将炉内张力设置分成十个张力区（每个区都安装张力测定仪， 实 时监测炉内张力的变化，从而进行张力反馈调节，确保张力稳定） 辊辊型设计 平辊易跑偏，但却不易瓢曲 ， 锥度辊能纠偏但会瓢曲。由于炉辊辊形加工工艺的不同，加工有难有易，平辊最易加工（最易跑偏），双锥度辊最难加工（纠偏能力最强）。所以只有炉辊辊形恰当才能保证带钢既不跑偏又不瓢曲，从而保证带钢的稳定运行。由于双锥度辊具有很好 的纠偏性，且不易瓢曲，同时无论对于宽带钢还是窄带钢都适用，退火过程中有很好的灵活性，所以就以双锥度辊为例来说明设计优化原则 4。锥度角增大能有效防止带钢跑偏，但却容易出现瓢曲现象（因为增大了横向压应力）。因此锥度区的优化要在一个合理的范围之内， 锥度影响如图 4所示。 产 生 热 瓢 曲 几 率跑 偏 发 生 几 率小 大最 优 区锥 度 角图 4 锥度影响示意 4 结语 对于连续退火机组而言，热瓢曲控制始终是控制系统的重点和难点，特别是炉内带钢瓢曲断带的控制显得尤为重要。通过 对带钢在退火过程中出现的热瓢曲问 题进行分析，提出了一些控制措施 ， 结合 本机组特点及相应的 控制技术能够有效降低热瓢曲的发生， 实现本机组的稳定顺行。 参考文献 1 白世宏 J2007(1):34. 2 夏勤立 J 化 753 的场哲 ,阿高松男 ,青木至 J. 铁钢 , 1994, 80(8): 614 杨静，杨进，李卫杰 炉辊的选择与优化设计 J2011,23（ 6） :23编辑 余文华 收稿日期： 2014 山东大港彩钢板有限公司二号彩涂线正式投产 2014年 10月 31日山东大港彩钢板有限公司二号彩涂产线正