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热轧平整机组平整工艺研究

鏃ユ湡锛2019-09-08 02:46 鏉ユ簮:未知 浣滆:admin

  热轧平整机组平整工艺研究_能源/化工_工程科技_专业资料。热轧平整机组平整工艺研究

  热轧平整机组平整工艺研究 唐云峰 (攀钢钒热轧板厂) 摘 要:介绍了攀钢热轧平整机组的产品定位、机组功能、辊型优化和平整模型建立,并进行了平整工艺 对带钢力学性能影响的研究,认为:平整延伸率控制在 1.2%~2.0%较为适宜,平整后带钢上下屈服点波动 范围减小,基本可以消除屈服伸长,抗拉强度略有增加,延伸率略有下降,幅度均不大。平整延伸率过小 (≤0.8%) ,对带钢性能影响很小或根本没有影响,过大(≥3.0%)则出现了明显的加工硬化,很大程度上 恶化了带钢的综合性能。 关键词: 关键词:热轧;平整;辊型;延伸率;平整模型 热轧平整的目的是改善热轧产品结构,提高 带钢板形质量,增强热轧产品的市场竞争能力。 攀钢热轧平整机组于 2003 年建成投产,年平整 和分卷能力为 80 万 t, 其中平整、 分卷各占 50%。 机组采用了先进、 适用的技术和装备, 在常温下 对热轧碳素钢及低合金钢卷进行平整, 提高带钢 表面质量和板形, 改善力学性能, 也可作为钢卷 分切线使用。 在平整机组建设调试、 生产过程中, 相应开展了平整工艺研究。 经过几年的努力, 热 轧平整工艺研究经历了平整产品定位分析、 机组 选型; 平整机功能完善; 平整机组技术规程及操 作规程编写; 平整机组平整模型建立等阶段; 进 行了平整工艺对带钢性能的影响研究及平整机 辊型优化研究。笔者对此进行了总结。 型 热轧平整机组在具备基本的功能外, 还力求 轧制线短, 工序少, 既降低出现产品质量缺陷的 概率, 又减少操作人员数量。 攀钢平整线开卷机 到卷取机卷筒中心线 m,达到了轧制线 短的要求。 同时为了提高生产作业率及方便钢带 表面质量检查,在入口 1 、2 步进梁之间增设 钢卷准备站, 将带钢头部不规则部分切除, 在横 切剪后设钢卷表面检查位置, 进行带钢表面质量 检查。 平整机组设备选型在满足工艺要求,产品质 量达到国内先进水平的基础上, 力求投资省, 装 备水平较高,便于维护。因此,机组速度选择了 三档速度范围, 达到速度与张力的最佳匹配; 平 整机选择四辊液压平整机, 带弯辊及液压压下系 统; 卷取机选择四斜楔液压胀缩式卷取机, 便于 快速更换舌板,且卸卷容易,卷形保证能力高。 # # 1 平整机组产品定位及设备选型 1.1 平整机组产品定位分析 通过市场需求调查,结合热轧工艺、平整 工艺发展的趋势, 攀钢平整机组产品定位除了扩 大薄规格产品产量外,还需大力发展汽车车轮 钢、 集装箱用耐候钢、 热轧酸洗板等高附加值产 品。 结合热轧线实际情况及分卷需要, 平整机组 成品参数确定为: 钢 种:碳钢、低合金钢等; 带钢抗拉强度:Rm≤650 MPa; 带钢屈服强度:ReL≤500 MPa; 平整带钢厚度:1.5~6.35 mm; 分卷带钢厚度:1.5~12.0 mm; 钢卷重量:7~23 t ; 钢卷放置方式:卧式或立式。 1.2 平整机组生产工艺流程确定及主要设备选 2 平整机组功能设置及完善 2.1 步进梁钢卷宽度对中功能 由于钢卷上料时不能完全对中,相对于放 置标记有误差, 地辊站剪刃长度有限, 为保证带 钢头部顺利切除, 钢卷位置误差可借助位移传感 器和光电管组成的调整装置来补偿。 2.2 开卷机钢卷宽度自动对中功能(CPC 功能) 平整线开卷机设有钢卷宽度自动控制功 能, 防止钢卷在开卷过程中跑偏, 钢卷宽度自动 对中功能分检测部分和控制部分。 即开卷机出口 带钢运行下部安装高频光源, 上部安装高频光接 受装置, 高频光源发射出平行光, 接受装置通过 接受光的情况来判断带钢的宽度及位置。 开卷机 卷筒悬臂轴和传动减速齿轮轴用滚动轴承安装 在活动机架中, 整个机架可沿卷筒轴线方向在开 卷机底座上进行滑动。 生产时, 根据检测的带钢 位置, 活动机架由带钢对中控制装置操纵机架移 动油缸动作, 以对正和调整带钢在机组宽度方向 上的位置,保证带钢对中。CPC 功能调节范围 为±150 mm。 2.3 卷取张力控制 平整分卷机组在生产过程中, 无论是平整或 是重卷, 均要求保持稳定的带钢张力, 使带钢卷 取紧密、抑制塔形,同时,使带钢运行平稳,为 平整机的轧制力控制、延伸率控制等提供基础。 卷取机的张力控制方式可分为闭环张力控 制和开环张力控制两大类。 开环张力控制具有张 力平稳、 控制灵活的优点, 攀钢热轧平整机组采 用开环方式进行张力控制,通过控制张力设备 (开卷机、卷取机等)电机转矩的方式实现。基 本理论公式为: T= 2Mi D 善平整带钢板形以及补偿由于轧制力变化而引 起的有载辊缝变化。 2.7 平整机延伸率控制 延伸率定义为平整后的带钢长度与平整前 的带钢长度之差与平整前的带钢长度之比。 改变 带钢的延伸率, 可采用控制张力和控制轧制力两 种基本方式。前者适用于一定厚度以下的薄带 钢, 带钢越薄, 张力调节延伸率的控制效果越好; 后者则适用于处理较厚的带钢。 2.8 卷取机带钢边部控制功能(EPC 功能) 卷取机钢卷边部控制功能也称 EPC, 主要 目的是防止钢卷在卷取过程中产生塔形,EPC 分检测部分和控制部分。 带钢宽度方向位置检测 装置是在卷取机入口带钢运行下部安装高频光 源, 带钢运行上部安装高频光接受装置, 高频光 源发射出平行光, 接受装置通过接受光的情况来 判断带钢的宽度及位置。 卷取机卷筒悬臂轴和传 动减速齿轮轴用滚动轴承安装在活动机架中, 整 个机架可沿卷筒轴线方向在开卷机底座上进行 滑动。生产时,根据检测的带钢位置,活动机架 由带钢对中控制装置操纵机架移动油缸动作, 以 对正和调整带钢在机组宽度方向上的位置, 保证 带钢对中。 通过检测装置检测钢带实时位置与初 始位置比较来控制卷取机轴向浮动, 保证钢卷卷 形整齐。投入 EPC 功能后钢卷塔形可控制在 15 mm 以内。 式中, T 为带钢张力;M 为电机转矩;i 为减速机的减速比;D 为钢卷直径。 根据当前的钢卷直径, 调节电机输出转矩, 即可控制带钢张力。 2.4 平整机位置控制(GAP) 平整机在穿带、甩尾、停车及分卷作业时, 为防止轧辊的碰撞, 液压压下系统处于辊缝控制 方式。 辊缝控制通过位置闭环控制实现, 位置反 馈来自安装在压下液压缸上的位置传感器。 2.5 平整机恒压力控制 恒压力控制可消除轧辊偏心的影响,提高 产品的平直度, 并且对带钢的表面光洁度和带钢 的机械性能也有一定的改善。 恒压力控制为闭环 控制,压力反馈来自液压压下系统的压力传感 器。 通过闭环控制, 对液压缸内的压力进行调节, 以达到控制的目的。 2.6 平整机液压弯辊控制 在平整机上,工作辊和支承辊之间安装有 弯辊缸, 正、 负弯辊缸均采用比例阀控制其弯辊 力的大小, 每个比例阀都带一个压力传感器, 以 形成正、 负弯辊力的闭环控制。 弯辊力控制可改 3 平整机辊型研究 3.1 平整辊辊型主要影响因素 3.1.1 轧辊热膨胀对辊缝形状的影响 在平整过程中,因变形、摩擦和高温带钢 产生的热量都会使轧辊中部温度升高, 而轧辊两 端温度较低,导致轧辊产生热凸度△Dt。轧辊热 凸度可按公式计算: ?Dt = mD?ta 式中 o △t—轧辊辊身中部和边部表面温度差, D —轧辊辊身直径,mm; a —热膨胀系数,对于钢轧辊, C; a=0.000013; m—考虑轧辊心部与表面温度不均匀的 系数,可取 m=0.9 。 实际生产中,来料温度大致分为两个区间, 一是室温~60 C , 二是 60~120 C。 在两温度 o o 区间内分别平整 10 卷带钢实测轧辊温度见表 1。 轧辊直径取极大值(520 mm)和极小值(470 mm),代入公式可得△Dt,见表 2。 表1 来料温度/ C 室温~60 60~120 o 平整辊实测温度 度/ C 28 40 o 轧制卷数/卷 10 10 轧辊中部平均温 轧辊边部平均温度/ C 25 30 o △t / C 3 10 o 表 2 平整辊热凸度 辊身表面温度差 △t/ C 3 10 470 520 470 520 o 轧辊直径/mm 热膨胀系数 a 0.000013 0.000013 不均匀系数 m 0.9 0.9 热凸度 △D/mm 0.016497 0.018252 0.05499 0.06084 由表 2 可见,当轧辊初始辊型为平辊,轧 辊温升达到一定温度时, 辊型就由平辊变成了凸 辊, 辊凸度 16~60 ?m 不等。 此时若不考虑轧制 力和弯辊力作用的轧辊弯曲挠度, 则辊缝形状为 中部小于两端,平整后的带钢将产生中间浪。 3.1.2 轧辊的磨损对辊缝形状的影响 工作辊与轧件以及工作辊与支承辊的相互 摩擦均会使轧辊产生磨损。 影响轧辊磨损的因素 较多, 主要有轧制压力的大小及分布、 轧制速度、 轧辊表面硬度、 带钢表面氧化铁皮、 支撑辊与工 0.0243 0.0162 0.0081 0.0000 作辊的接触状况等。 因为轧辊磨损较复杂, 建立 模型计算磨损量难度较大, 但可以实测下机轧辊 辊径计算磨损量, 通过改变轧辊接触状况来改善 轧辊的磨损。 就攀钢热轧平整机工作辊下机辊型 磨损曲线 mm, 磨损较 均匀, 两端距端部约 300 mm 处, 呈沟痕状磨损, 且磨损深度大于中部约 30~40?m(见图 1) 。此 时辊缝呈“H”形, 这就是工作辊使用到末期增加 轧制力, 负弯辊力调整到最大, 也无法消除中间 浪的原因所在,同时造成支撑辊啃肩掉肉。 00 73 -0.008 -0.016 -0.024 -0.032 -0.040 -0.048 -0.056 -0.064 -0.072 -0.081 146 220 293 366 439 512 586 659 732 805 878 952 1025 1098 1171 1244 1318 1391 1464 图 1 轧辊下机后的磨损曲线 平整机辊型优化曲线 由于平整机的延伸率较小,一般情况下为 0.3%~ 3%, 因此需要一个不同的轧制压力模型 去描述平整轧制过程。 建立模型时不但要考虑轧 辊的弹性变形, 而且要考虑轧件的弹性变形。 具 体说, 即在计算过程中不仅考虑轧辊弹性压扁的 塑性变形区长度, 而且要考虑轧件出入口弹性变 形区长度, 并计算与之对应的塑性变形区单位压 力及弹性变形区单位压力, 从而建立适合于平整 机轧制的较准确的轧制压力模型。 同时,由于被平整带钢的原始凸度大小分 布波动范围比较大, 优化过程中必须同时考虑到 小凸度和大凸度、 宽料与窄料、 厚料与薄料等情 况,建立相关辊型优化模型。 根据优化结果,工作辊采用如图 2 所示辊 型曲线 平整辊辊型优化运用及效果 通过试验分析, 影响板形的主要原因是工作 辊及支撑辊的不均匀磨损, 造成不均匀磨损的原 因是应力集中, 为此运用辊型曲线方程对支撑辊 的两端进行了长 150 mm、 0.20 mm 的倒角 高 (见 图 4) ,防止轧制过程中因应力集中造成支承辊 的边裂、边部掉肉缺陷及工作辊的不均匀磨损。 一般情况下, 常轧规格带钢边部接触处工作 D o O x x 辊磨损最严重。 攀钢热轧平整机工作辊辊型优化 经历了三个阶段:最初工作辊采用-0.05 mm 的 余弦曲线),在实际生产中由于原料 板凸度较大和轧辊温升较高,轧辊热凸度较大, 同时弯辊调整范围较小,带钢平整后出现中浪。 在原料有横折缺陷时, 为了保证带钢表面质量良 好, 平整过程中需用较大的轧制力和弯辊力, 这 样轧辊的磨损愈发严重, 磨损也更不均匀, 影响 了轧辊的使用周期。 同时弯辊调整范围小 (0 ~ -490 kN) ,工作辊使用周期短,带钢轧制长度只 有 28 km。 采用-0.07 mm 的余弦曲线辊型后, x x δ δ 图 2 工作辊辊型曲线示意 辊型曲线方程写成: D ( x ) = D ? a {1 ? cos[ b π ( 2 x / L )] 支撑辊采用如图 3 所示辊型即可满足要求: y y L D 弯辊调整范围有所提高,达到+25~ -490 kN; 工作辊使用周期延长,带钢轧制长度达到 49 km。但是工作辊不均匀磨损仍然存在,使用周 期仍然达不到要求。 为此, 进一步加大工作辊负 凸度,采用凸度-0.13 mm 辊型曲线,在使用过 程中弯辊的调节范围大大提高, 达到+490~-490 kN;带钢轧制长度提高到 79 km 左右,达到设 计的使用周期。同时轧辊磨损均匀(见图 6) , 降低了轧辊消耗,轧辊消耗量由优化前的 llzz L —支承辊辊身长; D —支承辊直径; l z ,δ 承辊削肩长度与深度 —辊型优化后支 图 3 支承辊辊型曲线示意 辊型曲线方程可以写成: x ≤ ( L 2 ? l z ) 0.00275 mm/km 减少到 0.0008 mm/km。 ?D ? D ( x) = ? x ?( L 2 ? l z ) m ) x ( L 2 ? l z ) ? D ? 2δ ( lz ? 0.060 0.040 0.020 0.000 -0.020 -0.040 -0.060 -0.080 -0.100 -0.120 -0.140 -0.160 -0.180 -0.200 140 210 280 350 420 490 560 630 700 770 840 910 980 1050 1120 1190 1260 1330 1400 00 70 图 4 支撑辊倒角曲线 0.0146 0.0097 0.0049 0.0000 -0.004 -0.009 -0.014 -0.019 -0.024 -0.029 -0.034 -0.039 -0.043 -0.048 151 226 302 378 453 528 604 680 755 830 906 982 1057 1132 1208 1284 1359 1434 1510 00 76 图 5 -0.05 mm 的余弦辊型曲线 -0.023 -0.029 -0.035 -0.041 -0.046 -0.052 -0.058 151 226 302 378 453 528 604 680 755 830 906 982 1057 1132 1208 12841359 14341510 00 76 图 6 优化辊型使用后磨损曲线 平整工艺对带钢性能影响研究 为明确平整工艺对带钢组织性能和使用的 影响, 进行了相关试验研究。根据热轧平整机组 产品大纲要求, 重点考虑的钢种有: 低碳铝镇静 钢、普通碳素钢、汽车车轮钢、焊接气瓶用钢、 集装箱用钢以及部分低合金高强度钢; 平整带钢 厚度为:1.5~6.35 mm;最大延伸率为:4%。 将机加工后的标准试样进行拉伸试验, 测试 其上屈服点 Reh、下屈服点 ReL、抗拉强度 RM、 延伸率 A,并计算平整前后的屈服点差值、抗拉 强度和延伸率的变化情况,具体结果见表 3。 表 3 力学性能检验结果 钢质 规格/mm 1.5*1050 STW22 2.0*1000 2.0*1000 Q235B 2.5*1120 延伸率/% 0 1.0 0 4.35 0 1.8 0 1.2 0 HP295 3.0*1155 0.8 0 0.6 0 3.4 Reh 387 388 325 325 392 340 382 328 377 340 368 367 405 445 ReL 352 350 300 325 360 338 347 338 355 342 338 340 380 445 -13 +25 -22 -9 △ReL -2 Rm 417 422 380 400 483 488 473 482 485 490 449 453 505 520 +5 +20 +5 +9 △Rm +5 A 31 29 44.5 37.0 31 27 39 33 34 34 37 37 31.5 27.0 0 未变化 -7.5 -4 -6 △A -2 屈服平台 略有减小 未消除 消除 消除 消除 P380CL P510L 2.9*1250 5.0*1050 +2 +65 +4 +15 0 -4.5 未变化 消除 注:表中延伸率为 0 是指未平整。 由表 3 可见, 带钢平整后性能变化主要表现 为以下几个特点: (1)当延伸率小于 0.8%时,平整工艺对带钢 性能的影响很小, 或者说没有影响。 带钢平整后, 上下屈服点波动范围较大,屈服平台仍然存在, 延伸率没有变化。 (2)当延伸率控制在 0.8%~1.2%时,平整工 艺对带钢性能有一定的影响。 带钢平整后, 上下 屈服点波动范围仍然较大,但屈服点伸长减小, 带钢的抗拉强度略有增加, 延伸率略有降低, 幅 度均不大。 (3)当试样的延伸率控制在 1.2%~2.0%之 间,带钢力学性能得到了改善。带钢平整后,上 下屈服点波动范围减小, 基本可以消除屈服点伸 长, 带钢的抗拉强度略有增加, 延伸率略有降低, 幅度均不大。 厚度/ 序号 mm 平整速度/ (m·min 1 - (4)当延伸率大于 3.0%时,完全可以消除屈 服点伸长。但带钢出现了明显的加工硬化现象, 抗拉强度有较大幅度的增加,延伸率有较大降 低,很大程度上恶化了带钢的综合性能。 (5) 平整后抗拉强度均有所升高; 延伸率均 有所降低;延伸率小于 2.0%时屈服强度有所降 低,延伸率大于 3.0%时屈服强度升高。 5 平整模型研究 5.1 平整规程研究 为建立平整模型,提高带钢平整质量,需 要对平整的各规格制订平整规程。 通过平整机调 试及长时间的生产, 在支撑辊、 工作辊各个时期 的不同规格形成了相对固定的平整工艺参数。 经 过长期的摸索总结, 制订了支撑辊、 工作辊各个 时期的平整规程, 4 是支撑辊、 表 工作辊初期的 平整规程。 表 4 平整辊初期平整规程 开卷张力/ t 2.0 2.5 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 卷取张力/ t 4 5 6 8 10 12 14 轧制压力/ t 120 150 180 200 250 300 360 延伸率/ % 1.0 0.8 0.8 0.8 1.0 1.2 1.5 预设弯辊力/ t 10 ) 1 2 3 4 5 6 7 1.2~1.5 >1.5~2.0 >2.0~2.5 >2.5~3.0 >3.0~4.0 >4.0~5.0 >5.0~6.35 400 400 360 320 300 280 250 注:一般情况下采用恒轧制压力控制方式,有延伸率要求时采用恒延伸率控制方式。 5.2 平整机组报表系统 为提高平整生产过程质量, 优化平整机工艺 参数, 改进平整机的生产组织, 在一级自动化系 统的基础上开发了平整机报表系统。 将平整机的 设备运行参数及生产数据取出, 进行编程分析处 理, 生成工程报表及过程质量报表。 工程报表的 主要内容包括轧制压力、开卷张力、卷取张力、 平整速度、 工作方式、 平整机辊缝、 矫直机辊缝, 开卷卷径、卷取卷径、弯辊力等。过程质量报表 主要包括矫直机压下量、延伸率、带钢厚度、带 钢宽度、 轧制公里数等。 通过平整机报表系统的 建立, 为平整机工艺参数的优化提供了基础, 为 优化生产组织提供了依据; 同时产品质量的分析 具有可追溯性。 目前报表系统还不完善, 有待今 后进一步完善。 6 结语 通过热轧平整机工艺研究,打通了平整工 艺, 完善了平整机控制功能, 优化了平整机辊型, 制订的平整工艺规程符合生产实际, 使热轧平整 机组顺利投产, 生产出板形、 表面质量等高标准 要求的热轧带钢, 提高了攀钢热轧板材的市场形 象, 拓宽了热轧板材的品种结构, 取得了良好的 经济效益和社会效益。

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