热轧宽带钢板形控制技术的现状及未来发展

热轧宽带钢板形控制技术的现状及未来发展

张伟

宝钢集团新疆八一钢铁有限公司设备工程部

摘要：热轧宽带钢是用途广泛的工业原材料。作为宽带钢不可缺少的生产环节，热轧产线的建设及提升一直得到行业及企业的高度关注，并涌现出无头轧制、薄带铸轧等先进的生产流程，拓展了热轧宽带钢的品种、规格范围。板形是热轧宽带钢的核心质量指标，其好坏不仅影响热轧宽带钢本身的竞争力，还严重影响以热轧宽带钢为原料的下游用户或工序的产品质量和生产顺行。随着现代工业的发展，下游用户或工序对热轧宽带钢板形的要求越来越高。为此，板形产生机理及其控制方法一直是板带轧制领域的研究热点和板带生产企业关注的重点。另外，板形是热轧宽带钢的综合性指标，通过横截面形状（可细分为凸度、楔形、边部减薄、局部高点等）及平坦度（可细分为单边浪、双边浪、中浪、四分之一浪、边中复合浪等）多个具体指标来量化表述，各具体指标之间既相互独立，受不同因素影响，又有耦合作用。不同用户及下游工序，对热轧宽带钢板形具体指标的要求也会不同。为此，实现板形的高精度控制是一个很难的课题，需要从装备、辊形、模型及智能化等方面给予全面考虑，开展系统的理论和应用研究，才有可能取得理想效果。

关键词：热轧宽带钢；板形控制技术；现状；未来发展；

引言

随着钢材市场竞争日益激烈，通过尽早查明钢材质量缺陷，有可能提高产品质量，降低轧制过程中的能耗，提高生产线产量。总结分析了多年宽带钢轧制实践积累后宽带钢表面质量缺陷。

1板形控制装备技术

装备在板形控制方面所起的作用是基础性的、长期性的。对于具体的宽带钢热轧产线而言，装备的配置及状态对板形控制有非常重要的影响，尤其是轧机。轧机机型的选择及其配置方案是产线建设首要考虑的问题。在上世纪中后期，根据板形控制的需要，国际上出现了两种有代表性的热轧轧机机型，即轧辊可交叉类轧机、轧辊可轴向横移类轧机，其中，PC（PairCross）轧机是轧辊可交叉类轧机的杰出代表，CVC（Continuously Variable Crown）轧机是轧辊可轴向横移类轧机的杰出代表。PC轧机、CVC轧机在板形控制理念上相近，都是柔性辊缝调控策略，只是实现的手段不同。为此，在较长一段时间内出现PC轧机、CVC轧机谁优谁劣之争。经过10多年的工业生产实践验证，相比较成对交叉的PC轧机，工作辊可轴向横移类轧机在热轧宽带钢板形控制实绩及易维护性等方面表现出更大的优越性。为此，近10年建设的产线均是采用工作辊可轴向横移的轧机，并通过与不同辊形技术、模型技术的结合，满足不同产品及工艺条件的板形控制要求。除了装备本身的参数（如最大弯辊力、轧辊轴向横移行程等）对于轧机板形控制性能有很大影响外，装备的状态对于轧制过程的稳定性、板形质量的控制精度也有很大的影响。由于弯辊及横移系统需要频繁往复轴向运动，装备服役一段期间后，轧辊轴向移动块与固定块接触部位会出现严重磨损，衬板月磨损量有时会超过1.5mm，使接触部位间隙增大而导致液压杆受力不均匀出现轧辊轴向横移卡阻。为此，出现了一些新的弯辊及横移设计方式及安装方法，通过对轧辊轴向横移缸的结构及其活塞杆在固定块上的固定方式、工作辊锁紧缸的结构、移动块销轴镗孔、衬板及弯辊缸压盖结构等模块进行优化，显著提升了轧辊轴向横移精度和弯辊及横移系统可靠性，大幅降低了系统故障停机时间。

2新型热卷箱技术

应用新的热体积箱技术实现中间工件温差控制。热轧中宽带中间工件比较窄长，头尾温差较大，对下游精密轧制过程中的轧制稳定性影响较大，具有港口困难、冲击较大、产品质量不均匀等特点。应用新的热轧辊箱技术对于在薄大型热轧中确保宽带竞争优势尤为重要。热体积箱技术主要起到中间工件的平均温度和绝缘作用，可大大减小中间工件尾部温度差，根据现场试验数据，温度下降速度从1.7c s降至0.06 c s；采用热轧板箱技术，精密轧机组可减少精密轧机组电机功率约30%，无需高速轧机功耗10%，更不用说高精度轧机组的承载能力，可以采用热轧辊箱技术可以起到动态套筒的作用，实现中间工件的物流缓冲。对于热轧宽带生产线而言，热轧辊技术是提高集成设备投资、产品准确性、市场竞争、投资回报等竞争力的最佳选择。

3板形控制模型技术

轧辊（尤其是工作辊）磨损模型是非常重要的板形控制基础模型之一，国内外对其开展了众多的研究。由于热轧轧辊磨损机理复杂，对轧辊磨损的预测多采用机理分析与数理统计相结合的方式，建立考虑主要影响因素的简化模型。图3为轧制一块钢后轧辊磨损情况示意。分析了热轧工作辊的磨损机理及其影响因素,建立了轧辊磨损模型,并采用遗传算法对模型参数进行估计。考虑轧制长度、轧辊直径、轧制力、接触弧长等参数，建立了两类磨损预报模型，对比了两类模型的精度，并分析了轧辊材质（HSS、HiCr和IC）、轧制钢种对工作辊辊身中部磨损量的影响规律。J建立轧制力计算模型，考虑CVC工作辊辊辊形及其轴向横移的影响，实现了精轧机组各机架上下工作辊磨损辊形较为精确的预报。

4热轧宽带钢板形控制技术的发展

4.1加快推动智能制造、服务型制造，促进产业链融合发展

以热轧为代表的轧钢工艺是炼钢的重要组成部分，串联铸钢工艺其次是许多下游应用领域，智能轧钢(包括管理)的重要性尤为突出。一方面积极推进信息化、数字化、智能化、层压技术的整合与发展，加快构建一系列智能制造示范生产线，促进智能制造与安全生产、优化管理、优化决策和模式创新的深度整合。另一方面，通过将前期研发干预、后续持续改进模式、创新技术支持和售后服务相结合，鼓励企业以用户需求为导向，拓展产品和服务链，引导制造商企业走向材料供应商加快建设。

4.2推动热轧宽带钢产能布局优化

今后随着新型热轧生产线的投入使用，全国各地，特别是中国北方等地区热轧带钢的供应量将越来越多。

4.3板形智能判定和诊断技术

目前多数企业或产线对板形控制情况的评估多依赖于对轧后仪表检测数据进行简单的命中率的统计，且一般只统计凸度、对称平坦度两项指标，统计指标少，统计规则简单，没有考虑不同用户或去向的个性化要求，缺失影响因素的关联分析或板形指标不合格原因的诊断分析，容易产生批量的质量事故。另外，评价板形质量好坏的指标很多，包括凸度、楔形、边降、局部高点、单边浪、双边浪和中间浪等，不同的用户、不同的产品有不同的板形控制目标要求，如何实现产品板形质量数字化的定量综合评价，也是令现场质检工程师头疼的难题。为了克服这些不足，近年来，借助于工业互联网、大数据等新一代信息技术及机理、数据混合建模技术，可以建立产线级或全流程的产品质量（包括板形）智能管控系统，实现产品质量的监控、追溯、分析、预测及协同，并最终实现产品质量的“事中”甚至“事前”控制，提高产品质量合格率。

结束语

板形是热轧宽带钢核心质量指标，影响因素复杂。从国内外公开发表的文献看，热轧宽带钢板形产生机理及控制技术一直是研究的热点和难点。板形控制不仅要关注凸度、中浪、双边浪等对称板形缺陷，也越来越关注楔形、边降、单边浪、边中复合浪、四分之一浪等局部、非对称、高次复杂板形缺陷及生产稳定性、换辊周期、轧辊消耗等运行指标，需要通过装备、辊型、模型等技术的创新及协同作用，实现综合控制。

参考文献

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