八鋼4200粗軋機(jī)軋制中頭部翹頭原因分析及預(yù)防

李進(jìn)寶 唐年寶 / 鋼集團(tuán)八一鋼鐵股份有限公司中厚板廠

八鋼4200粗軋機(jī)軋制中頭部翹頭原因分析及預(yù)防

李進(jìn)寶 唐年寶 / 鋼集團(tuán)八一鋼鐵股份有限公司中厚板廠

中厚板軋制中翹頭是一種常見的板形缺陷，八鋼中厚板4200粗軋機(jī)軋制過程中經(jīng)常發(fā)生鋼板翹頭，其中最常見的品種、規(guī)格為低溫控軋鋼板、薄規(guī)格鋼板等。針對(duì)這些鋼板軋制特點(diǎn)并結(jié)合軋制線實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行分析，得出鋼板上、下表面存在溫差、里外溫度分布不均、道次規(guī)程設(shè)定不合理、軋制速度設(shè)定過大及軋制中上下表面摩擦因數(shù)不一致、軋制線標(biāo)高不同是引起翹頭的主要原因。通過分析這些原因，找出相關(guān)的理論依據(jù)，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中各工序的特點(diǎn)制定完善工藝制度，從而達(dá)到抑制生產(chǎn)中鋼板翹頭，進(jìn)而達(dá)到提高生產(chǎn)節(jié)奏，減少改規(guī)和軋廢量，提高產(chǎn)量和生產(chǎn)效益的目的。

八鋼4200粗軋機(jī)； 翹頭；軋制溫度

前言

新疆八鋼中厚板4200/3500mm軋機(jī)是從上海浦鋼厚板廠搬遷的利舊設(shè)備，2008年12月在八鋼建成投產(chǎn)[1]，在軋機(jī)歷經(jīng)了8年的運(yùn)行后，八鋼中厚板生產(chǎn)技術(shù)不斷提高，工藝技術(shù)不斷完善，隨著國內(nèi)外市場(chǎng)的變化，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，減少熱停時(shí)間，提高經(jīng)濟(jì)效益是八鋼中厚當(dāng)前亟需解決的問題。本文通過對(duì)八鋼中厚板4200粗軋機(jī)翹頭問題進(jìn)行詳細(xì)分析，制定有效的防范措施，達(dá)到提高生產(chǎn)節(jié)奏，減少改規(guī)和軋廢量，提高產(chǎn)量和生產(chǎn)效益的目的。

1. 八鋼4200粗軋機(jī)軋制中頭部翹頭原因分析

1.1鋼板上、下表溫度差對(duì)鋼板翹頭的影響

鋼板上、下表及里外溫度不一致分為溫度外高內(nèi)低和內(nèi)低外高兩種情況，前者一般發(fā)生在軋件從加熱爐剛出來時(shí)，由于加熱不充分造成的; 后者一般發(fā)生在軋制過程中，由于軋件受到除鱗水的冷卻，與軋輥、輥道接觸傳熱，與空氣接觸，中間冷卻跑水后返溫時(shí)間短等，使表面溫度低于內(nèi)部溫度[2]。

圖1　上下表層溫差對(duì)頭部翹曲的影響

圖1 表示了內(nèi)外溫度不一致對(duì)鋼板頭部翹曲的影響( 暗影部分為高溫則翹頭，低溫則扣頭) 。軋件外部溫度高，內(nèi)部溫度低，即暗影部分為低溫，軋件上表面到低溫部分的距離要大于軋件下表面到低溫部分的距離，即h1 ＞ h2（如圖2所示）。在軋制過程中，高溫部分較易變形，高溫部分被壓下的比例較低溫部分大，這樣軋件上部被壓下較多，根據(jù)體積守恒，軋件上部延伸要比軋件下部大，所以軋件產(chǎn)生向下彎曲，反之亦然。

圖2　內(nèi)外溫度不一致對(duì)鋼板頭部翹曲的影響

1.2 摩擦系數(shù)對(duì)鋼板翹頭的影響

軋件和軋輥接觸表面的摩擦力的大小及分布與接觸弧長(zhǎng)度和鋼板的平均厚度的比值以及摩擦系數(shù)有關(guān)。板坯表面附著氧化鐵皮會(huì)嚴(yán)重影響上下表摩擦因數(shù)，板坯由于某些原因在加熱爐內(nèi)加熱時(shí)間過長(zhǎng)，產(chǎn)生的次生氧化鐵皮不易被清除，軋鋼時(shí)鋼板與軋輥接觸的摩擦因數(shù)減小，造成鋼板翹頭。

1.3 軋輥輥速差對(duì)鋼板翹頭的影響

由于上下工作輥線速度不等，引起變形區(qū)中兩個(gè)工作輥與軋件接觸面上的摩擦力不對(duì)稱，從而導(dǎo)致變形區(qū)存在中性點(diǎn)。在中性點(diǎn)上、下兩輥的摩擦力方向不同，導(dǎo)致快輥的力矩比慢輥的大。由此快輥一側(cè)軋件受到剪應(yīng)力較大，金屬流動(dòng)量大，會(huì)造成鋼板頭部翹曲[6-7]（如圖3 所示）。

圖3　速度對(duì)鋼板翹曲影響示意圖

1.4 工作輥輥徑差對(duì)鋼板翹頭的影響

我們通過對(duì)八鋼4200粗軋機(jī)采用上工作輥的直徑參數(shù)910 mm，下工作輥直徑參數(shù)在每個(gè)工況條件下分別為920、930、940 mm，得到帶鋼頭部翹曲量與工作輥異徑比（1.01、1.02、1.03及壓下率的關(guān)系（如圖4 所示）。由圖4 可看出：同一異徑比時(shí)，隨著壓下量的增大，軋件頭部翹曲量迅速增大，隨后其增加趨勢(shì)減緩。其原因是在壓下率較小時(shí)，兩輥角速度相同，則大輥一側(cè)的軋件表面金屬在單位時(shí)間內(nèi)流動(dòng)的距離長(zhǎng)，使軋件彎向小輥一側(cè)。隨著壓下率的增加，兩輥的軋制力相等，使在小輥徑一側(cè)產(chǎn)生的壓下量大于大輥徑一側(cè)的壓下量，則小輥徑一側(cè)金屬流動(dòng)量增加，減弱了由于輥速差對(duì)帶鋼頭部翹曲的影響。

圖4　軋件頭部翹曲量與及異徑比的關(guān)系

圖5　軋制線高度對(duì)頭部翹曲的影響

1.5軋制線高度對(duì)鋼板翹頭的影響

軋制線高度對(duì)軋件軋制后的運(yùn)動(dòng)方向有著重要影響（如圖5所示），當(dāng)鋼板入口中心高度和軋制線高度一致時(shí)，可保證鋼板水平咬入和鋼板出口平直。當(dāng)軋制線高度和鋼板入口中心高度不一致，則鋼板傾斜咬入，會(huì)造成鋼板頭部彎曲。如果鋼板下傾咬入，在咬入過程中鋼板較先接觸上輥面，上輥?zhàn)饔昧κ逛摪孱^部向下偏斜，形成強(qiáng)制傾斜咬入，這時(shí)鋼板也受到機(jī)架輥一個(gè)向上的托力，該力使鋼板上表面接觸區(qū)壓力的合力向入口方向移動(dòng)。這些力對(duì)變形區(qū)內(nèi)鋼板形成一個(gè)向上的彎矩，使鋼板頭部出輥縫后向上彎曲，反之則相反.

2. 八鋼4200粗軋機(jī)軋制翹頭的解決措施

2.1 適當(dāng)降低軋制負(fù)荷:在滿足軋制工藝要求的前提下，合理制定各道次絕對(duì)壓下量及壓下率；

2.2 合理設(shè)定軋制速度:對(duì)于容易出現(xiàn)翹頭的鋼種和規(guī)格，在不損害油膜軸承的基礎(chǔ)上，適當(dāng)降低咬鋼速度及加速度；

2.3 采用合適的配輥方案：通過上下輥徑配輥調(diào)整，消除其他不對(duì)稱因素對(duì)鋼板頭部翹曲的影響，獲得良好板形；

2.4 優(yōu)化上、下輥輥速調(diào)節(jié)參數(shù)，使軋制過程中軋件通過上下輥速差抵消其他因素對(duì)鋼板頭部翹曲造成的不良影響；

2.5利用SKI系數(shù)控制翹扣頭發(fā)生:SKI系數(shù)是通過控制上下輥輥速來控制板坯頭部的，當(dāng)控制上輥速度大于下輥速度時(shí)，鋼板扣頭；當(dāng)上輥速度小于下輥速度時(shí)，鋼板翹頭。

2.6 提高軋線標(biāo)高：將軋制線的高度調(diào)整為道次壓下量的一半，這樣可以保證軋件水平咬入和軋制后平直。

3.總結(jié)

鋼板軋制過程是一個(gè)復(fù)雜的熱機(jī)耦合過程，因此鋼板初始應(yīng)力狀態(tài)、溫度分布、軋制速度設(shè)定、道次規(guī)程分配、壓下制度設(shè)置等都是引起翹頭的因素，并且這些因素之間交叉影響、交互作用，單獨(dú)控制、調(diào)整某一因素都無法完全保證頭部平直，因此必須綜合分析，對(duì)軋制計(jì)劃編排、加熱、運(yùn)輸及軋制的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行統(tǒng)籌處理，才能制定合理的控制措施，保證鋼板軋制時(shí)處于最佳的狀態(tài)，減少翹曲的發(fā)生。

［1］包連勤，八鋼中厚板精軋機(jī)裝備技術(shù)與改造[J]，新疆鋼鐵，第112期，2009.

［2］孫薊泉，張海濱，于全成.熱軋帶鋼頭部翹曲原因分析［J］.鋼鐵研究學(xué)報(bào)，2006，18（7）：31-34.

［3］ 程曉茹，胡衍生，李虎興，等.中厚板軋制軋件頭部彎曲模擬計(jì)算［J］. 武漢科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2001，24（3）：228-230.

［4］ 龐玉華，劉長(zhǎng)瑞，趙永團(tuán)． 中厚板軋制頭部彎曲研究現(xiàn)狀淺析［J］． 上海金屬，2006，28( 5)

［5］ 胡衍生，程曉茹，李虎興，等． 輥速差對(duì)軋件頭部彎曲的影響［J］． 鋼鐵研究學(xué)報(bào)，2004，16( 5) : 37 － 41．

［6］ 李亮，杜鳳山，郭振字，等． 非對(duì)稱板帶熱軋頭部翹曲的分析與有限元模擬［J］． 冶金設(shè)備，2003( 2) : 4 － 7．

［7］ 朱光明，杜鳳山，孫登月，等.板帶軋制變形區(qū)內(nèi)摩擦力分布的有限元模擬［J］.冶金設(shè)備，2002，8（4）：2-3.