樊志強(qiáng)，汪 峰

（寶鋼集團(tuán) 梅山鋼鐵股份有限公司，江蘇 南京 210039）

0 引言

近年來，隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的不斷加劇，下游制罐企業(yè)對(duì)帶鋼厚度減薄的需求不斷強(qiáng)烈，要求鋼鐵企業(yè)提供更薄的產(chǎn)品。梅鋼酸軋機(jī)組作為國(guó)內(nèi)第一條依靠自己的力量進(jìn)行自主集成的冷連軋生產(chǎn)線，其生產(chǎn)規(guī)模為年產(chǎn)85萬噸，其成品帶鋼厚度為0.18mm～1.2mm。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，梅鋼酸軋機(jī)組在薄規(guī)格帶材的軋制過程中振動(dòng)現(xiàn)象較為明顯，機(jī)組振動(dòng)發(fā)生的情況有兩種，一種發(fā)生在升速過程中，一種發(fā)生在高速穩(wěn)態(tài)過程中。由于振動(dòng)現(xiàn)象的存在，導(dǎo)致機(jī)組薄料軋制速度低，出口帶鋼表面質(zhì)量差，給企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益帶來了較大的影響。根據(jù)文獻(xiàn)［1］～［3］，軋機(jī)振動(dòng)的研究不僅涉及到軋制理論、摩擦潤(rùn)滑理論、振動(dòng)理論、復(fù)雜大系統(tǒng)理論、控制理論、信號(hào)處理以及非線性理論等幾大領(lǐng)域，并且需要從軋制工藝、工藝潤(rùn)滑等多個(gè)方面的相互耦合來考慮造成振動(dòng)的原因。為此，如何通過優(yōu)化軋制規(guī)程和工藝潤(rùn)滑制度來解決冷連軋機(jī)組薄帶軋制過程中的振動(dòng)以及缺陷發(fā)生率偏高的問題，從而提高薄料的軋制速度依然是現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)攻關(guān)的焦點(diǎn)。

1 梅鋼酸軋機(jī)組薄料速度提升技術(shù)的開發(fā)

通過大量的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，梅鋼酸軋機(jī)組薄料軋制速度偏低主要是由于高速軋制時(shí)軋制缺陷（主要包括振動(dòng)紋、劃痕、熱滑傷）發(fā)生概率偏高，導(dǎo)致成品帶鋼表面質(zhì)量達(dá)不到用戶要求，殘次品率偏高，極大地影響了機(jī)組的生產(chǎn)效率。另外，結(jié)合冷連軋過程的相關(guān)理論可以知道，機(jī)架的前后張力、出入口厚度以及工藝潤(rùn)滑制度（主要是指乳化液的流量、乳化液的濃度、乳化液的初始溫度）對(duì)薄料軋制過程中的軋機(jī)振動(dòng)、劃痕以及熱滑傷缺陷有著重要的影響。這就是說，可以通過優(yōu)化軋制規(guī)程和工藝潤(rùn)滑制度來降低相關(guān)軋制缺陷發(fā)生的概率，進(jìn)而間接提高薄料的軋制速度。

根據(jù)冷軋過程中的相關(guān)數(shù)學(xué)模型可以知道，在帶材的入口厚度h0、初始變形抗力σs0、帶鋼的寬度B、末機(jī)架出口速度V5和出口厚度h5已知的情況下，1～4機(jī)架帶材的出口厚度、軋制速度可以用式（1）來表示：

其中：i為機(jī)架號(hào)；hi為第i機(jī)架軋機(jī)的出口厚度；Vi為第i機(jī)架軋機(jī)的出口速度；εi為第i機(jī)架軋機(jī)的壓下率。

此外，對(duì)于特定的六輥冷連軋機(jī)組而言，在帶材的初始變形抗力、成品帶鋼厚度以及出口軋制速度給定的前提下，各機(jī)架的軋制壓力Pi、軋制功率Fi、振動(dòng)系數(shù)φi（表征軋機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)的概率）、打滑因子φi（表征打滑缺陷發(fā)生的概率）、滑傷指數(shù)ψi（表征熱滑傷缺陷的發(fā)生概率）僅僅只與該工況下的軋制規(guī)程和工藝潤(rùn)滑制度有關(guān)［4］，可表示為：

其中：Ti為各機(jī)架的出口張力；Wi為各機(jī)架的乳化液流量；C為乳化液的配比濃度；Tc為乳化液的初始溫度。

與此同時(shí)，根據(jù)輥系彈性變形模型以及金屬塑性變形模型可以知道，在來料帶材參數(shù)（如入口厚度分布、入口板形分布）以及輥系參數(shù)（如彎輥力、竄輥量、各軋輥輥型分布）等皆已知的情況下，用于表征出口板形的出口前張力橫向分布值σ1ij可表示為［5］：

其中：j為條元數(shù)。

對(duì)冷軋薄帶而言，其出口板形分布與表面質(zhì)量處于同等重要的位置，因此在優(yōu)化過程中需要對(duì)出口板形和表面質(zhì)量進(jìn)行綜合防治，因此，優(yōu)化過程中其目標(biāo)函數(shù)可表示為：

這樣，根據(jù)成品帶鋼表面質(zhì)量的約束條件，薄帶軋制過程速度提升的優(yōu)化計(jì)算模型可表示為：

其中：Pimax為第i機(jī)架的許用最大軋制壓力；Fimax為第i機(jī)架的許用最大軋制功率；η為安全系數(shù)，一般η＝0.85～0.95；σ＊為許可最大板形值。

這樣使得上述優(yōu)化模型中目標(biāo)函數(shù)取得最小值的軋制規(guī)程和工藝潤(rùn)滑制度即為最佳的軋制規(guī)程和工藝潤(rùn)滑制度。需要說明的是，上述模型中的優(yōu)化目標(biāo)是使得某一軋制速度下，相關(guān)缺陷發(fā)生概率最小，成品帶鋼的板形質(zhì)量和表面質(zhì)量最佳，這就給機(jī)組提高薄帶的軋制速度提供了空間，所以建立模型的實(shí)質(zhì)是為了提高薄帶的軋制速度，降低高速軋制過程中的缺陷發(fā)生率。

2 梅鋼酸軋機(jī)組薄料速度提升技術(shù)的應(yīng)用效果分析

為了解決薄帶軋制過程速度偏低的問題，緩解高速軋制過程中機(jī)組的振動(dòng)現(xiàn)象，將本文所述相關(guān)技術(shù)直接應(yīng)用于薄料的生產(chǎn)實(shí)踐，使用后效果非常明顯。根據(jù)6個(gè)多月的現(xiàn)場(chǎng)跟蹤與統(tǒng)計(jì)，薄規(guī)格帶鋼平均軋制速度從1 350m／min提高至1 550m／min，由于軋機(jī)振動(dòng)造成的振動(dòng)紋缺陷由項(xiàng)目開展前的36t／月降低至10t／月，極大地提高了機(jī)組的生產(chǎn)效率和成品帶鋼的表面質(zhì)量。目前，該技術(shù)已經(jīng)被作為一貫制生產(chǎn)工藝用于薄規(guī)格帶材的生產(chǎn)過程。

［1］ Guo R M，Andre C U，Jerry H，et al.Analysis of chatter vibration phenomena of rolling mills using finite element methods［J］.Iron and Steel Engineer，1993，70（7）：29－39.

［2］ 楊旭，童朝南.板帶軋機(jī)振動(dòng)問題研究［J］.鋼鐵研究學(xué)報(bào)，2009，21（11）：1－4.

［3］ 鄒家祥，徐樂江.冷連軋機(jī)系統(tǒng)振動(dòng)控制［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2006.

［4］ 白振華.冷連軋機(jī)高速生產(chǎn)過程核心數(shù)學(xué)模型［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

［5］ 連家創(chuàng)，劉宏民.板厚板形控制［M］.北京：兵器工業(yè)出版社，1995.