熱軋SPA-H薄規格穩定軋制分析與改進

趙 虎,余宣洵,石東亞,孫照陽

(1.馬鞍山鋼鐵股份有限公司技術中心,安徽 馬鞍山 243011)

馬鋼1580生產線產品厚度規格在1.2～12.7 mm。在SPA-H生產初期1.9 mm和1.6 mm極限規格產量低,成材率低,并且頻繁出現頭部軋破、甩尾、堆鋼,嚴重地影響了1580產線的產量和成材率,加大了軋輥和設備的損耗。目前1580能批量生產SPA-H 1.9 mm和1.6 mm極限規格,本文重點介紹SPA-H薄規格穩定軋制過程中遇到的各類問題及一些技術難點。SPA-H 1.6 mm和1.9 mm已經基本接近此鋼種的極限規格,軋制時對溫度、速度、負荷分配、板型、坯料尺寸和狀態、化學成分以及配備軋輥的要求都十分苛刻,而且隨著軋制厚度的減小,操作難度急劇增加,如果操作調整稍有不當,輕者會造成甩尾,嚴重時會導致堆鋼,損壞軋輥及其它設備,對生產的穩定性及連續性產生影響。

1 薄規格軋制存在主要問題

1.1 穿帶頭部F7出口起浪、飛翹

1580薄規格SPA-H軋制初期,最常遇見的問題就是穿帶完成后頭部起浪和飛翹事故,由于此鋼種溫降大,需要較高的穿帶速度來提高帶鋼溫度保證軋制穩定性,而穿帶速度快又制約著軋制的穩定性,使調整更加困難,軋制時常出現頭部飛翹、起浪、甚至軋破堆鋼。

圖1 精軋出口帶鋼頭部起浪和飛翹

在軋制薄規格時,由于工藝、軋制狀態及外界環境影響程度的變化,產生了不平衡的變形,導致帶鋼上下面變形不均,下表面延伸大于上表面,帶鋼頭部出現向上彎曲[1]。再加之帶鋼本身在高速運行中受軋機導衛板、活套輥和空氣的阻力作用又會產生飛飄。二者作用的疊加就產生了飛翹現象?？刂骑w翹的實質就是要控制帶鋼的頭部彎曲。

圖2 帶鋼進卷取機頭部飛翹

1.2 拋鋼尾部甩尾、軋破

薄規格帶鋼軋制的另一難點就是甩尾。SPA-H薄規格也不可避免的遇到甩尾問題。甩尾是指帶鋼尾部離開軋機時,甩向一側或向上導致尾部折疊軋過下一架軋機的現象。甩尾后容易造成軋輥粘鋼、凹坑、甚至掉塊;帶鋼尾部撕裂、破碎、甚至飛出碎片;帶卷尾部破爛不堪;連續生產可能造成批量質量缺陷。

1580在SPA-H減薄生產中也發生了較多甩尾、軋破事故,造成后續帶鋼切損較多,影響了生產的連續性也增加了軋輥及設備的損耗。發生甩尾的軋件尾部表現為中浪大或單邊浪過大,軋件單側延伸大,另外加之尾部失張后,寬展增加,軋件在側導板的夾持下,極易形成疊軋,導致甩尾的發生。

圖3 甩尾造成的軋輥表面

2 薄規格軋制問題原因分析

2.1 飛翹產生原因分析

2.1.1 帶鋼變形不均

軋輥不均勻磨損、工作輥磨削質量、軋輥熱凸度和來料上下表面溫差影響及輥壓配置不合理等因素造成的帶鋼變形不均,變形區內應力狀態出現較大程度的不對稱,致使帶鋼頭部發生彎曲。軋輥不均勻磨損和工作輥磨削質量產生的飛翹是周期變化的,軋輥一旦更換后,帶鋼的飛翹隨之大幅減輕或消失;軋輥熱凸度過大而產生的飛翹具有時間性,在一個軋制單元中初期燙輥軋制或軋制節奏較慢時不會出現飛翹,但在軋制節奏加快、軋制量增加時,該現象便相繼出現。

2.1.2 輥徑和輥壓的影響

輥徑的變化會引起輥面高度的變化,實驗表明,當輥面高度控制在軋制線以上15～20 mm區間飛翹的程度最輕,當輥壓為下壓時,飛翹程度不大;輥壓為≥0.15 mm的上壓時飛翹會加劇,這是因為薄規格軋制溫度低粘著作用小[2],帶鋼向快輥側彎曲,從而使飛翹加劇。輥面高度、輥壓與飛翹程度的關系見圖4。

圖4 輥面高度、輥壓與飛翹程度的關系

2.1.3 軋制速度和壓下率的影響

軋制速度和壓下率是通過改變變形區帶鋼應力狀態對飛翹產生影響的。在目前變形條件下它們主要影響到飛翹的程度。當軋制速度和壓下率增加時帶鋼飛翹加劇,反之則減輕。軋制速度對飛翹的影響程度較小。雖然降低軋制速度和壓下率對在一定條件下控制飛翹比較有效,但由于降低軋制速度會影響到帶鋼終軋溫度的控制,降低壓下率會影響到精軋機組負荷分配和正常的軋制狀態,甚至影響到帶鋼性能,因此,通過調整軋制速度和壓下率的手段來改善飛翹程度是非常有限的。軋制速度、壓下率與飛翹程度的關系見圖5。

圖5 軋制速度和壓下率與飛翹高度的關系

2.2 甩尾軋破產生原因分析

2.2.1 來料因素

來料因素指的是煉鋼板坯來料帶來的尺寸、成分等的缺陷,以及板坯經過粗軋軋制后產生的中間坯缺陷,主要有以下幾方面:

(1)板坯材質不均:煉鋼來料成分控制不均直接影響熱軋軋制穩定性,煉鋼必須保證鋼種和成分屬實,嚴格控制成分,保證鋼種和成分能夠對應。

(2)板坯側彎、楔形或S形:即板坯或中間坯軋制過程中出現側彎、S形或楔形,板坯加熱不均、粗軋調平值不當、粗軋水平軋輥與立輥配合不當以及板坯運行偏斜、咬鋼不正等因素都有可能造成板坯側彎或S形,在精軋高速軋制時不容易調整,增大了跑偏起浪或甩尾的幾率。

(3)板坯兩側溫度不均:板坯在爐門口停留時間過長,吸冷風造成兩側的溫差大,軋制時導致平輥軋機兩側延伸不均,再有板坯運行中受設備冷卻水或工藝水的影響冷卻不均,造成寬度斷面兩側溫度不均[3]。

(4)尾部溫降大、軋制力波動大:如除鱗水封水不好外濺過多造成板坯尾部冷卻較大溫度低,再有保溫罩保溫效果不佳導致中間坯在精軋入口頭尾溫差加劇,精軋軋制過程中尾部軋制力上升,容易發生甩尾甚至堆鋼事故。

(5)板坯規格選擇不合適:長度過長,加大了尾部溫降降低了可控性,應合理選擇板坯長度。

(6)中間坯頭尾形狀不良:由于板坯頭部不良或飛剪未切頭尾導致頭尾形狀不規則且溫度較低,影響穿帶穩定性或造成甩尾。

2.2.2 工藝因素

(1)生產排程不合理:鋼種、規格過渡大、調平困難,要保證平穩過渡,特別注意3.0 mm以下規格,每次過渡度最好不超0.25 mm。換輥后用比較穩定的規格、較慢的節奏對新輥燙輥,建立合適的熱凸度快速過渡;對成品寬度、厚度、硬度、質量等級劃分層別,在一個生產排程中將合理的安排燙輥材→過渡材→主體材→次主體材之間的過渡;嚴格遵循系列原則即寬度跳躍原則、厚度過渡原則、硬度組跳躍規程、溫度跳躍規程、穩定的軋制節奏以保證良好的穩定的輥型。

(2)軋輥噸位過高、磨損大且不均勻使輥型發生了變化,造成寬度方向延伸不均,導致帶鋼運行不穩。

(3)精軋機壓下率大,負荷分配不合理:因負荷高加上變形量大、薄規格軋機速度較高,很容易造成機架震動,使帶鋼運行不穩易發生事故。

(4)側導板尾部短行程值不合適:尾部拋鋼之前,考慮到尾部寬展和拋尾時尾部容易失張擺動易出現甩尾。

(5)成品帶鋼控制凸度小:正彎輥值較大容易跑偏,有載輥縫呈現負凸度時帶鋼軋制過程中不容易自動對中。

(6)尾部寬展:因立輥短行程控制不合理,造成中間坯尾部寬展較大,到精軋軋制時尾部不容易控制,且有可能刮蹭側導板造成疊軋或甩尾。

2.2.3 控制因素

(1)尾部失張:如拋鋼時活套降不到位或小套控制不執行等因素,造成帶鋼尾部失張,薄規格速度高、張力大失張后容易抖動且跳起,不易控制而發生甩尾事故。

(2)軋制自動給定的穿帶速度過高,造成穿帶不穩定,尾部也不易控制:有可能是精軋進口帶鋼溫度低造成模型設定速度較高。

(3)板型控制較差:軋輥原始輥型不當、軋輥凸度控制不當、板型控制模型精度差等。機架間采用微邊浪軋制,便于觀察和有利于運行的穩定,軋機出口用微中浪控制,保證帶鋼冷卻后的板形平直。

(4)活套下落的控制時序不正確:活套下落時序較晚,軋件尾部起套,抗抖動控制失效,造成失張甩尾。

(5)飛剪沒切尾:輥件尾部的形狀不良(尾部寬展、開裂、魚尾、造成不同時拋鋼)引發甩尾等事故。

(6)精軋側導板動作時序不正常:提前關閉夾持帶鋼,造成甩尾或堆鋼事故發生。

2.2.4 設備因素

(1)工藝水不能滿足生產要求:工作輥冷卻水嘴堵塞嚴重;除塵水罩子封水不好、機架間冷卻水關不嚴漏水較多;刮水板磨損或掉落不能起到刮水作用漏水嚴重,以上都會造成帶鋼兩側溫度不均,影響軋制穩定性。

(2)側導板對中性差:側導板的襯板長期不換磨損嚴重,且存在機械匡量造成對中性差,需要補焊或定期更換;也有可能存在機械卡阻或液壓驅動故障,造成設定動作不能完全到位;標定不準確誤差大,實際開度小于設定值時容易卡鋼。

(3)牌坊和軸承座的間隙過大:間隙的作用主要是為換輥提供間隙、為APC和AGC調整提供間隙以及為牌坊拉伸提供間隙,間隙過大造成咬鋼或軋制時軋機晃動,造成軋制不穩引起跑偏或起浪。

(4)檢測元件穩定性較差:活套角度傳感器或壓力傳感器故障、AGC磁尺跟隨性差等檢測性原件穩定性差,時常故障造成軋制失穩。

(5)保溫罩保溫效果差:保溫罩上下保溫塊之間間隙較大、相鄰保溫罩之間間隙大、保溫塊保溫效果差等,造成中間坯頭尾溫差大,尾部在精軋軋制負荷升高,導致尾部可控性差容易出現甩尾或軋破。

2.2.5 操作因素

(1)軋機水平值干預不當預調平值偏差較大、調整不及時或調反,通過記錄正常軋制過程中的水平值、標定過程中的清零值、機架特性水平值,給定重新標定后的預調水平值;再結合壓鋁棒后測量的差值校驗水平值的給定合理性。

(2)鋼種及規格過渡時沒有找到合理的水平值,干預過大,軋制薄規格時調平值干預量盡可能小。

(3)操作人員對帶鋼的運行狀態判斷不好,干預不當或沒有及時干預,操作工不熟練干預不當;操作手法與反應速度存在一定差距,有時需要頭尾分別干預,分別記錄調平值。

(4)上下區域溝通不好,軋制節奏控制不當造成軋輥熱凸度變化大,影響穿帶穩定性。

(5)粗軋來料狀態突變,操作人員沒來得及及時調整軋機水平值。

3 薄規格軋制控制措施

3.1 飛翹控制措施

(1)改善工作輥冷卻效果和提高工作輥磨削質量,改進軋輥中部的冷卻方式,強化中部冷卻,有效改善工作輥冷卻效果,減小軋制時軋輥的熱凸度。其次保證工作輥磨削質量,軋輥的圓度、圓柱度及磨削的曲線誤差精度必須嚴格滿足相關要求。

(2)優化輥徑和輥壓配置,輥面標高保證15～25 mm。工作輥輥壓按0.05～0.15 mm 的上壓配置,并逐步摸索下壓配置可行性。

(3)合理確定軋制速度和壓下率范圍,當帶鋼出現飛翹時,在保證工藝條件允許的前提下,根據具體鋼種合理地調整該機架的軋制速度和壓下率,但軋制速度的最低限度應以能保證終軋溫度為限,壓下率的最低限度也應不低于15%。

3.2 甩尾軋破控制措施

(1)軋線漏水治理

SSP內外冷卻水漏水處理,利用檢修期間適當的調小冷卻水水量,完善封水措施,減少板坯溫降;R1R2入口增加反噴水集管,R1R2入口除鱗水外濺較大,對板坯邊部冷卻較大影響溫度均勻性,通過在軋機入口增加了一排反噴水集管來改善對除鱗水的封水效果減少板坯尾部溫降;輥道冷卻水量控制,尤其是中間輥道輥頸冷水兩側水量不一樣大,水直接甩到板坯邊部造成邊部溫降大,利用檢修時間進行了現場水量調節,達到了工藝和設備要求;調整軋輥冷卻水量大小,在保證軋輥溫度正常的情況下盡量減小工作輥冷水量,并完善封水效果。

(2)溫度控制優化

FDT目標890 ℃增大到910 ℃,在保證穩定穿帶的前提下提高終軋溫度,縮短帶鋼軋制時間,減少尾部溫降;提高加熱溫度,出爐溫度基本控制在1280 ℃以上;不投入SSP,粗軋1+5道次軋制,除鱗不超過2道次,保證R2DT在1120度以上;將機架間冷卻水閥模式改成手動-關閉模式,機架間反噴水關閉,對于關閉不嚴的水閥關閉手動閥以減少漏水;關閉F1-F4除塵水手動閥,F5-F7可正常投入以保證其封塵和封水效果;適當調小飛剪及FE1冷卻水量,飛剪冷卻水讓頭,FSB使用單排除鱗。

(3)合理分配壓下率

減小中間坯厚度由40 mm減小到35 mm,以避免精軋因負荷大造成下游機架的不穩定性,經過對比精軋壓下率有所下降,提高了軋制穩定性;精軋壓下率合理分配,盡量減小下游機架壓下率主要增大上游機架壓下率降低下游機架尤其是F7的壓下率,負荷保持在10 000 kN之后SPA-H減薄狀態有好轉,沒出現F7穿帶時出口起浪現象。

(4)提高設備精度

合理標定精軋側導板,每次減薄前測量保證開口度偏差不超過10 mm,對中度偏差不超過3 mm,標定開度時必須以沒有磨損的最窄位置進行標定,防止夾住帶鋼頭部;保溫罩改造,中間坯在精軋入口頭尾溫差減小了20 ℃左右,中間坯尾部在粗軋出口到精軋入口的溫差減小了30 ℃左右,變化比較明顯;更換入口側導板兩側耐磨襯板,提高了側導板的對中性,降低帶鋼跑偏幾率。

4 結束語

通過各專業努力實施以上各項工作后,馬鋼1580薄規格產品的開發工作有了較大的進展,尤其是SPA-H極限規格的軋制取得了一定效果,目前1.9 mm、1.6 mm厚度規格生產基本穩定。1.6 mm規格偶爾出現甩尾事故,懷疑和活套的控制時序和張力有關因此今后仍需要對薄規格產品穩定批量軋制進行攻關,需要熱軋各專業技術人員不懈努力最終將馬鋼1580生產線打造成有競爭力的示范生產線。