针对冷轧中间浪的热轧带钢凸度分析与控制_张强.pdf

第 卷 第期 年月钢铁 ，：针对冷轧中间浪的热轧带钢凸度分析与控制张强，李洪波，陈刚，张杰，张鹏武，王武洲（北京科技大学机械工程学院，北京 ；宝钢股份武汉钢铁有限公司，湖北 武汉 ）摘要：针对某钢厂冷轧工序电镀锌等钢种表现出的中间浪板形缺陷，通过长期的跟踪对比分析，认为电镀锌钢种冷轧中间浪缺陷与热连轧生产线的热轧带钢板廓凸度有关。为明确热轧带钢凸度与冷轧中间浪之间的对应关系，统计分析了热轧带钢凸度情况，表现出冷轧中间浪问题的热轧带钢凸度值 均为 以上，而且现场实际生产的热轧带钢 大于 的比例达到了 ，因此提出热轧带钢 过大是产生冷轧中间浪的一个主要原因；分析了热轧凸度仪数据处理计算过程对实测凸度值的影响规律，并将凸度仪的在线测量值与人工离线测量值进行对比，发现离线测量凸度均大于在线测量凸度，偏差平均值为 左右，因此提出热轧现场凸度仪因数据处理过程中存在的误差，导致实际生产的带钢凸度较测量值偏大是产生冷轧中间浪的另一个主要原因。针对热轧产品凸度过大，综合生产稳定性、改进过渡性原则，提出了将原凸度目标 设定为 的“小凸度”控制策略，并投入工业生产实践，热轧带钢凸度得到有效控制。分别连续统计实施“小凸度”轧制策略前后各个月的实际生产数据，发现电镀锌钢种因存在中间浪问题而造成的成品降级率由月均 降低到 ，并取得良好工业应用效果。研究成果为热轧冷轧板形问题的协调控制提供了思路和实践经验。关键词：冷轧中间浪；热轧带钢；凸度；凸度仪；小凸度控制策略文献标志码：文章编号：（），（，；，）基金项目：国家“十二五”科技支撑计划资助项目（）作者简介：张强（），男，硕士生；：；收稿日期：通讯作者：李洪波（），男，博士，教授；：，第期张强，等：针对冷轧中间浪的热轧带钢凸度分析与控制 ：；热轧产品作为重要的板带材产品，除直接或经过平整矫直工序后供给下游产业外，更多是以钢卷状态作为原材料供给冷轧工序，因此热轧产品的板形控制精度，特别是带钢的板廓控制水平是冷轧过程高质量板形控制的基础。某钢厂在电镀锌钢种冷轧工序常出现较为明显的中间浪板形缺陷，且在后续电镀锌工序中间浪缺陷被进一步放大，产品无法满足用户需求。经过冷轧工序弯窜辊板形控制策略优化与工艺的针对性调整，仍无法较好地缓解该问题。通过生产现场长期跟踪对比分析，认为电镀锌钢种冷轧中间浪缺陷与热连轧工序提供的热轧带钢板廓凸度具有较为明确的对应关系。针对热轧冷轧工序间的板形控制匹配问题，国内外学者已经有了较为广泛而深入的研究。等通过工艺优化和试验测量研究了热轧带材尺寸对冷轧带材形状的影响，分析了降低热轧带钢凸度对冷轧边降以及平坦度的作用规律。李俊洪等采用样条函数定量研究了热轧来料局部高点的高度对冷轧带钢板厚和内应力分布的影响，并提出两者呈正相关关系。牛世浦等针对冷轧带卷表现的凸棱缺陷，跟踪测量后认为与热轧过程轧辊不均匀磨损形成的局部高点有对应关系，通过优化热轧轧辊辊形以及工艺制度，有效改善了冷轧带钢出现凸棱缺陷。等通过建立四辊机架冷轧带钢成型的数学模型，计算证实了热轧带钢横截面凸度对冷轧过程带钢成型过程有实际限制作用。罗石念等从热卷产品在冷轧过程表现边部起筋问题出发，通过对热轧生产工艺优化，控制热轧带钢凸度、楔形值等措施，显著抑制了冷轧薄带钢边部起筋缺陷。李广林等讨论了热轧原料凸度、楔形以及局部高点对冷轧过程边部减薄、横向厚差等指标的影响，并给出了定性的影响规律。马晓宝等 建立了热轧带钢楔形、凸度与冷轧带钢横向厚差间的数学关系，明确了减少热轧带钢边降有利于改善冷轧带钢横向厚差。王少飞等 针对生产中的板形突变问题，对现场生产热轧来料凸度及性能进行了测量，定量研究了热轧来料对冷轧板形控制的影响。等 通过对热轧带钢横截面的描述方法，讨论了类热轧带钢横截面对冷轧带钢平坦度的影响规律。以上研究成果表明，热轧带钢的板廓形状对下游冷轧工序的板形质量具有十分重要的影响，本文将针对某钢厂的冷轧中间浪问题，从热轧带钢凸度控制入手，分析热轧带钢凸度特点及其对冷轧中间浪的影响，并提出具体改进措施。针对冷轧中间浪的热轧带钢凸度分析针对某钢厂电镀锌等品种表现较为突出的冷轧中间浪板形缺陷，对现场某一时间段内生产的电镀锌钢种进行生产跟踪，对比在冷轧工序表现出中间浪的钢卷所对应的热轧带钢板廓形状，结果如图所示。发现图（）所示的热轧带钢板廓形状更容易产生后续冷轧中间浪板形缺陷，图（）所示的热轧 带钢板廓形状并未表现出后续冷轧中间浪。对（）后续产生中间浪的热轧板廓；（）后续未产生中间浪的热轧板廓。图现场实际热轧电镀锌钢种带钢板廓形状 钢铁第 卷比个板廓可知，图（）所示的带钢凸度明显较大。该热轧现场以 作为凸度检测与控制的对象，控制目标一般为，而图（）所示的带钢板廓 为。进一步统计热轧带钢 凸度与后续产生冷轧中间浪的对应关系，结果如图所示，表现出冷轧中间浪问题的热轧带钢凸度值明显较大，其凸度均为 以上。凸度为 以上的热轧带钢多数产生了冷轧中间浪缺陷。如图所示，针对热轧电镀锌品种的 凸度进行数据统计，发现现场实际生产的热轧带钢 主要控制为（），凸度大于 的比例达到了 ，部分带钢凸度波动范围较大，超出 的控制范围。图热轧电镀锌钢种带钢凸度与后续浪形对应关系 （）实际凸度；（）凸度偏差。图现场实际热轧电镀锌钢种凸度统计 根据冷轧板形控制过程中的比例凸度相似原则，有（）式中：为热轧带钢凸度；为冷轧带钢凸度；为热轧带钢中点厚度；为冷轧带钢中点厚度。热轧带钢凸度的增大将促使冷轧生产中产生中间浪，因此结合以上分析可以得出，现场部分热轧带钢 测量值过大是产生冷轧中间浪的一个主要原因。热轧凸度仪的检测结果分析热轧生产过程对于带钢凸度的检测与控制主要依赖于设置在精轧 机架出口的凸度仪。凸度仪测得的 凸度值是热轧凸度控制水平评价与板形反馈控制的重要依据，也是图图数据的基本来源。某热轧现场凸度仪采用形架形式，固定着用于发射 射线的电离室（图），按照固定的 间隔，共布置了 个电离室，每一个电离室即为一个测量点，测量精度为测量厚度的。凸度仪对带钢进行厚度扫描和信号传输之后，还需要对所测得的信号进行处理（图）。（）在测量前需设定宽度方向的数据采样间隔，由于电离室在形架上的位置是固定的，而被测量的带钢宽度是变化的，因此采样间隔的存在，导致难以获得带钢整个宽度方向上的厚度测量值，即实际测量宽度范围小于带钢真实宽度；与此同时，受采样第期张强，等：针对冷轧中间浪的热轧带钢凸度分析与控制图多通道凸度仪工作示意 间隔的影响，带钢边部处的厚度测量值往往不准确，因此需剔除边部部分宽度内的测量值，称为边部安全值，记为，从而得到测量宽度范围内的数据。某现场设定边部安全值为。（）对板廓曲线进行次多项式拟合，并在宽度方向上向两边各拓延个边部安全值，再进行凸度指标的计算。图凸度仪数据处理与拟合示意 为分析凸度仪测试与数据处理过程对板廓测量和 凸度值计算的影响，利用数显千分尺对电镀锌品种在热轧钢卷尾部取样进行离线厚度测量，并与凸度仪测量的热轧带钢尾部板廓进行对比分析，分析结果如图所示。对测量得到的部分带钢离线板廓数据采用凸度仪的数据处理方法进行计算，以图测量得到离线板廓进行说明。（）对实际测量得到的带钢宽度进行边部安全距离的剔除。利用数显千分尺离线测量的带钢实际宽度为 ，对其操作侧与传动侧边部各去掉，得到计算用宽度为 。（）利用次基本多项式对离线板廓进行拟合，得到拟合曲线（）为（）图凸度仪测量板廓与实际测量板廓对比 （）对去除的边部安全距离进行补偿，传动侧、操作侧坐标分别为 、，单侧宽度补偿值为（）（）进而计算带钢的凸度值 为 （）（）（）（）与凸度仪的在线测量值 相比，离线测量得到的凸度值更大，这是因为凸度仪在带钢宽度补偿范围内的边部厚度值是基于多项式拟合计算得到，与实际边降特征存在较大差别。其次，目前现场凸度仪采用测量间隔为，较大的测量间隔本身也无法保证带钢的整个横截面都能检测，尤其对带钢边部边降特征表达失真，以上原因造成了在线检测凸度与带钢实际凸度间存在较大的差别。为进一步明确在线与离线板廓凸度间的差距，对比部分在线测量与离线测量的 凸度值，结果如图所示，发现除个别情况下，离线测量凸度均大于在线测量凸度，偏差平均值为 左右。根据式（），该偏差导致热轧带钢凸度过大，并促使后续冷轧更易出现中间浪板形缺陷。结合以上分析可以得出，热轧现场凸度仪因数据处理过程中存在误差，导致实际生产的带钢凸度较测量值偏大，这是产生冷轧中间浪的另一个主要原因。凸度调控策略及工业应用综合分析以上因素，热轧实际生产的电镀锌等钢铁第 卷图凸度仪在线测量值与离线测量值对比 品种带钢凸度偏大是导致后续冷轧过程产生中间浪板形缺陷的根本原因。带钢凸度偏大，一方面是由于电镀锌等品种的凸度目标设定不合理，导致产品凸度虽在命中的凸度控制范围内，但大量凸度正偏差的带钢具有产生后续中间浪的明显趋势；另一方面是由于热轧现场凸度仪存在测量误差，导致实际产品凸度大于测量凸度，进一步加重了后续的中间浪趋势。根据现场实际生产情况，无法保证轧制过程中实现凸度负偏差控制，以减小实际热轧带钢凸度；现场也无法对凸度仪的采样间隔等参数进行调整，以解决凸度测量偏差问题。因此，提出在控制系统中减小凸度控制目标设定值，从而由控制系统实现对 窜辊和弯辊力的综合调整，达到减小热轧带钢真实凸度的目的。根据上述分析计算得到的在线凸度与离线凸度之间的偏差量，考虑带钢凸度波动控制情况，在不允许产生负凸度的前提下，综合生产稳定性、改进过渡性原则，将原凸度目标 设定为。生产现场于 年下半年进行电镀锌钢种的“小凸度”轧制策略试验。调整凸度控制目标后带钢板廓如图所示，与图（）相比，电镀锌钢种在“小凸度”轧制策略试验中的带钢中部相对平坦，凸度相对较小。图调整凸度控制目标后带钢板廓 为进一 步 跟 踪 下 游 冷 轧 工 序 带 钢 中 间 浪 问题，分别统计实施“小凸度”轧制策略前后各连续个月的实际生产数据。电镀锌钢种在冷轧、镀锌工序因表现中间浪问题而造成的成品降级率（图）已经由单 月 最 高 降低到 ，月均 降低到 ，并取得良好工业应用效果。（）调整凸度目标前；（）调整凸度目标后。图电镀锌钢种中间浪降级率对比 第期张强，等：针对冷轧中间浪的热轧带钢凸度分析与控制结论（）电镀锌钢种在冷轧工序出现的中间浪问题与热轧带钢横截面凸度较大有关。通过对电镀锌钢种热轧带钢凸度情况进行详细分析，明确了现场部分热轧带钢 过大是产生冷轧中间浪的一个主要原因。（）通过对比凸度仪测量结果和离线实测板廓计算结果，发现离线测量凸度均大于在线测量凸度，偏差平均值为 左右。热轧现场凸度仪因数据处理过程中存在的误差，导致实际生产的带钢凸度较测量值偏大，这是产生冷轧中间浪的另一个主要原因。（）在明确产生冷轧中间浪根本原因的基础上，提出了降低热轧凸度控制目标的“小凸度”轧制策略，针对电镀锌钢种进行工业生产试验并取得良好效果。因冷轧中间浪板形缺陷造成的成品改判率由月均 降低至 。参考文献：何安瑞热轧宽带钢板形控制技术的现状及未来发展轧钢，（）：（，（）：）柴箫君，李洪波，张杰，等热轧轧制压力横向分布规律及预测模型钢铁，（）：（，（）：）左远鸿热轧带 钢 断 面 轮 廓 的 控 制 与 优 化 中 国 冶 金，（）：（，（）：），（）：李俊洪，戚向东，连家创，等热轧带钢局部高点对冷轧带钢板形的影 响 钢 铁，（）：（，（）：）牛世浦，张乃林，卢少保，等热轧带钢亮带冷轧带钢凸棱的成因及解决措施钢铁，（）：（，（）：），（）：罗石念，张保忠低碳热轧带钢局部高点对冷轧卷起筋的影响 年全国轧钢生产技术会议文集（上）无锡：中国金属 学 会，：（，（）：，：）李广林，陈伟，刘玉金，等热轧原料断面轮廓对冷轧硅钢尺寸精度的影响分析 钢铁研究学报，（）：（，（）：），（）：王少飞，孙光中，窦爱民，等热轧原料对冷连轧机板形控制的影响 轧 钢，（）：（，（）：），：郑旭涛 热连轧机带钢板廓控制研究北京：北京科技大学，（：，）周志刚，梁井义，牛肇强 多通道凸度仪在 热轧中的应用和功能开发 全国冶金自动化信息网 年年会论文集青岛：全国冶金自动化信息