夏 錚，宋志明，郭曉萌，2，張 誠，2，張 冀

(1.河鋼集團(tuán) 衡水板業(yè)有限公司，河北 衡水 053000；2.河北省鋼基金屬包裝材料技術(shù)創(chuàng)新中心，河北 衡水 053000；3.燕山大學(xué) 國家冷軋板帶裝備及工藝工程技術(shù)研究中心，河北 秦皇島 066004)

0 引言

隨著鋼材市場需求量的逐年提升,鋼材的質(zhì)量和精度標(biāo)準(zhǔn)被不斷刷新和提高,這對國內(nèi)各大鋼鐵企業(yè)提出了更高的要求[1]。帶鋼作為鋼材產(chǎn)品的重要成員,在航空航天、電子設(shè)備以及家用電器等領(lǐng)域中承擔(dān)著眾多角色,因此國內(nèi)各大鋼鐵企業(yè)對于帶鋼的質(zhì)量尤為重視[2,3]。在帶鋼生產(chǎn)過程中,帶鋼寬度作為帶鋼質(zhì)量和尺寸精度的重要角色,往往被現(xiàn)場操作員和眾多科研學(xué)者認(rèn)為是必不可少的控制環(huán)節(jié)[4,5]。程書鵬[6]對現(xiàn)有的冷軋薄帶的寬展計(jì)算模型進(jìn)行了系統(tǒng)的分析,以SUS304奧氏體不銹鋼為研究對象,對比分析了各個(gè)寬展量計(jì)算公式的計(jì)算結(jié)果,并通過實(shí)驗(yàn)分析和ABAQUS有限元模擬軟件模擬推導(dǎo)出了適合于冷軋薄帶的寬展計(jì)算模型。徐信等[7]針對S350GD結(jié)構(gòu)鋼軋后寬展量太大的問題,分析了冷軋寬展產(chǎn)生的機(jī)理并提出了改善潤滑性能、調(diào)整軋輥直徑和調(diào)整張力設(shè)定等解決方案。以往學(xué)者和專家的研究為帶鋼寬展量的計(jì)算奠定了理論基礎(chǔ),但二次冷軋工序作為薄帶鋼生產(chǎn)的后段工藝,對帶鋼寬度的控制起到?jīng)Q定性作用,相關(guān)理論內(nèi)容的研究并不完善,本文針對此問題展開研究。

1 雙機(jī)架平整兼二次冷軋機(jī)組簡介

國內(nèi)某雙機(jī)架1250平整兼二次冷軋機(jī)組既擁有雙機(jī)架平整軋制模式,也可以實(shí)現(xiàn)一機(jī)架大壓下量的二次冷軋模式。雙機(jī)架平整兼二次冷軋機(jī)組具有兩種工作模式可以滿足更多規(guī)格的帶鋼生產(chǎn),在平整軋制模式下第一機(jī)架與第二機(jī)架工作輥尺寸為Φ480/Φ430×1 250 mm,而在二次冷軋模式下第一機(jī)架工作輥尺寸為Φ370/Φ330×1 250 mm。在二次冷軋模式下,由于工作輥輥徑的減小可以軋制更薄的帶鋼即實(shí)現(xiàn)更大的壓下率;在平整軋制模式下工作輥直徑較大,有效地提升了軋制過程中工作輥的橫向剛度,對于帶鋼延伸率橫向均勻分布的實(shí)現(xiàn)具有積極影響。

2 寬展量預(yù)報(bào)模型

2.1 二次冷軋軋制力計(jì)算模型

針對國內(nèi)某雙機(jī)架平整兼二次冷軋機(jī)組而言,軋制力的計(jì)算公式不同于冷軋計(jì)算公式。由于其二次冷軋過程中摩擦力的存在,故而導(dǎo)致軋制過程中出現(xiàn)金屬流動(dòng)阻力,進(jìn)而引起帶鋼無法進(jìn)行橫向金屬流動(dòng),最終影響帶鋼寬展量的預(yù)報(bào)。顯然軋制力越大摩擦力越大,兩者之間存在必然的影響關(guān)系,因此二次冷軋寬展量計(jì)算的關(guān)鍵首先是軋制力的計(jì)算。以此軋制特性為基礎(chǔ)可以確定應(yīng)采用如下的二次冷軋軋制力計(jì)算公式[8]:

Pi=wσiLi.

(1)

其中:Pi為第i機(jī)架軋制力;w為帶鋼寬度;σi為第i機(jī)架變形抗力;Li為第i機(jī)架軋制變形區(qū)長度。

變形抗力是抵抗軋制過程中帶鋼變形的能力,與軋制工藝和帶鋼本身的物理性質(zhì)有關(guān),此外還應(yīng)當(dāng)考慮機(jī)組實(shí)際生產(chǎn)過程中的影響,故而使用修正系數(shù),如式(2)所示:

(2)

其中:σs為帶鋼屈服強(qiáng)度;σ1i為第i機(jī)架前張力;σ2i為第i機(jī)架后張力;k1為根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際工況確定的屈服強(qiáng)度修正系數(shù)。

二次冷軋的軋制變形區(qū)計(jì)算過程同樣應(yīng)結(jié)合機(jī)組實(shí)際生產(chǎn),應(yīng)當(dāng)添加修正系數(shù),如式(3)所示:

(3)

其中:μi為第i機(jī)架摩擦因數(shù);Ri為第i機(jī)架工作輥半徑;εi為第i機(jī)架壓下率;Hi為第i機(jī)架帶鋼入口厚度;k2為根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際工況確定的變形區(qū)長度修正系數(shù)。

對于變形區(qū)長度修正系數(shù)k2而言,一般情況下不同機(jī)組的偏差較大,因此應(yīng)當(dāng)對k2進(jìn)行修正,在實(shí)際的模型應(yīng)用過程中,k2應(yīng)當(dāng)設(shè)定為一個(gè)初始值k′2,在此基礎(chǔ)之上針對現(xiàn)場的實(shí)際產(chǎn)品檢測數(shù)值進(jìn)行修正,修正步長為Δk。

2.2 二次冷軋寬展量預(yù)報(bào)

結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)實(shí)際不難得知,公式(3)中的摩擦因數(shù)是無法直接監(jiān)測得到的,而其他數(shù)據(jù)可以根據(jù)工藝設(shè)定和機(jī)組監(jiān)測得到,因此需要使用簡單的反算來確定軋制過程中各機(jī)架的摩擦因數(shù)。

通過上述的數(shù)據(jù)收集可以確定寬展的計(jì)算流程,如式(4)所示:

Δbi=cbicσi[0.5+0.48εi(1-εi)]·

(4)

其中:Δbi為第i機(jī)架寬展量;cbi、cσi分別為第i機(jī)架帶鋼寬度及后張力對寬展量的影響系數(shù);hi為第i機(jī)架帶鋼出口厚度;Δhi為第i機(jī)架絕對壓下量,Δhi=Hi-hi。

式(4)中包括帶鋼的寬度和軋制后張力對寬展量的影響,其中后張力對于寬展量而言顯然是具有削弱的影響,而帶鋼寬度越大寬展量越大,因此這兩個(gè)影響因素的考慮對于寬展量預(yù)報(bào)必不可少。除此之外,帶鋼壓下率、帶鋼入口厚度、帶鋼出口厚度、工作輥半徑以及摩擦因數(shù)均對帶鋼寬展量產(chǎn)生影響。

帶鋼寬度是影響軋制過程中寬展量的重要因素,根據(jù)以往的實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)不難得知,帶鋼寬度對寬展量具有增大的影響趨勢,帶鋼寬度對軋制寬展量的計(jì)算影響系數(shù)如式(5)所示:

(5)

后張力的作用方向與軋制方向相反,對軋制過程中的帶鋼施加拉應(yīng)力的作用,因此對帶鋼寬展量具有減小的影響趨勢,故第i機(jī)架后張力對軋制寬展量的計(jì)算影響系數(shù)如下:

(6)

綜上所述,通過軋制過程中各個(gè)機(jī)架寬展量的計(jì)算,總的帶鋼寬展量Δb計(jì)算如下:

Δb=Δb1+Δb2.

(7)

3 現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用

通過預(yù)報(bào)模型并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算各機(jī)架的寬展量,最終給出二次冷軋軋制過程總的帶鋼寬展量,其計(jì)算流程如圖1所示。

圖1 二次冷軋寬展量預(yù)報(bào)流程圖

為了驗(yàn)證帶鋼寬展量預(yù)報(bào)模型的準(zhǔn)確性,特將本文寬展量預(yù)報(bào)模型應(yīng)用于國內(nèi)某雙機(jī)架平整兼二次冷軋機(jī)組。模型的應(yīng)用有效地驗(yàn)證了其準(zhǔn)確性,并在很大程度上提升了機(jī)組成品帶鋼寬度預(yù)報(bào)精度。機(jī)組的寬度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率判定方法為:二次冷軋軋制后的帶鋼實(shí)際測量寬度與預(yù)報(bào)寬度之差小于客戶要求最低標(biāo)準(zhǔn)。

選取機(jī)組實(shí)際生產(chǎn)中的典型鋼種DR8與DR9,其尺寸規(guī)格為典型的來料厚度0.23 mm、帶鋼寬度960 mm、成品厚度0.2 mm;工藝參數(shù)為軋制速度680 m/min、軋制力2 580 kN、前張力150 MPa、后張力176 MPa。跟蹤上述規(guī)格鋼種實(shí)際生產(chǎn)過程中寬度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率,如圖2所示。2022年7月份之前為模型未應(yīng)用月份,8月份之后為模型應(yīng)用月份。

圖2 模型應(yīng)用前后寬度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率對比

4 結(jié)論

通過應(yīng)用機(jī)組生產(chǎn)現(xiàn)場的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù),充分將寬展量預(yù)報(bào)模型應(yīng)用于雙機(jī)架平整兼二次冷軋機(jī)組,追溯其歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)并結(jié)合模型應(yīng)用后的數(shù)據(jù)表明:寬展量預(yù)報(bào)模型的應(yīng)用明顯地提升了機(jī)組寬度預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率,改善了機(jī)組成品帶鋼的質(zhì)量,同時(shí)驗(yàn)證了模型的有效性。