吕长宝
(唐山钢铁集团有限责任公司第一钢轧厂，河北唐山063016)
摘要：根据实测的带钢宽度值，利用艾克隆德宽展公式，分析了唐钢1810mm热带生产线板坯在轧制过程中的宽度变化情况，以及多个因素对宽展的影响；分析了成品宽度超差产生的主要原因并提出了预防措施。
关键词：热轧带钢；宽度控制；影响因素；高温蠕变；宽度超差
中图分类号：TG355.56 文献标识码：A 文章编号：1003-9996(2007)06-0015-04
Width Control of Strip on 1810mm Hot Strip Rolling Line of Tangshan Iron&Steel Co．，Ltd．
LU Chang—bao
(Tangshan Iron＆Steel Co．，Ltd．，Tangshan 063016，China)
Abstract：The width change of slab during rolling process on 1810mm hot strip rolling line of Tangshan Iron＆steel Co．，Ltd．was analyzed based on the measured values and spread formula．The influence factors on spread
of slab were analyzed too．The cause of width off—tolerance of finishing products and its countermeasures were put forward．
Key words：hot rolled strip；width control；influence factors；high temperature creep；width off—tolerance
1 前言
带钢宽度控制是质量控制的一个重要方面。热轧过程中的板宽变化，是多种因素综合影响的结果，有的变化是因在辊缝附近轧制产生的，有的是因在机架间发生高温蠕变而产生的。唐山钢铁集团有限责任公司1810mm热带生产线在生产中，同一宽度铸坯的轧制成品厚度往往在2．3～12．Omm之间，板坯的宽展量变化较大，同时多种因素对板坯的宽度有影响。因此，为了实现高精度板宽控制，有必要弄清楚影响板宽变化的各种因素的作用。在利用宽展公式对实测宽度数据进行计算分析时，考虑到艾克隆德宽展公式[1]考虑的影响因素较全面，因此利用该公式进行了理论计算。
唐钢1810mm热带生产线包括1架立辊轧机、2架粗轧机、5架精轧机，3台宽度仪分别布置在加热炉出口(REW)、R：粗轧机出口(RDW)、卷取机前(CEW)，生产线布置如图1所示。下面针对该生产线使用最多的85mm×1500mmSS400铸坯进行讨论。
2 宽度设定
在宽度控制中，铸坯冷态宽度的确定很重要。在1810mm生产线立辊压下能力有限的情况下，铸坯冷态宽度在很大程度上影响成品的宽度。一般来说，成品宽度等于铸坯冷态宽度最理想。但是，不同成品规格的宽展不同，而且同一规格的宽展也会受多种因素影响而产生波动，因此必须综合考虑不同规格带钢的宽展及同一规格带钢的宽度波动范围，在此基础上确定相对合理的铸坯冷态宽度。由于1810mm生产线成品厚度规格跨度大，因此确定了2种铸坯冷态宽度。在一个浇次内主要生产中、薄规格产品时，使用基本铸坯宽度；当集中生产厚规格产品时，铸坯宽度等于基本宽度+2mm。
下面是试验确定的各种宽度的换算公式以及热膨胀系数：
正常拉速时，结晶器下口宽度一铸坯冷态宽度×1．0066(由于90mm厚铸坯经液芯软压下到85mm厚引起的宽展较小，因此将此宽展包括在铸坯冷态宽度中)；
加热炉出口铸坯宽度(REW)一铸坯冷态宽度×1．017；
热膨胀系数一15．5×10-6；卷取前带钢宽度(CEW)一成品宽度×1．01；热膨胀系数一16×10-6。
3 轧机区的宽展
3．1立辊侧压的回展
热轧的板宽主要是依靠立辊轧机的开口度来控制。立辊主要用于调整水平轧制产生的宽展量，并在一定程度上削弱板坯宽度波动对成品宽度的影响。对90mm厚的板坯，宽度最大压下量为27mm(13．5mm／边)，对目前使用的85ram厚的板坯，宽度最大压下量约为30mm。板坯经立辊轧制后，两侧端部变厚，形成狗骨形，并在随后的R1轧制中发生回展。据实测数据，按芝原隆等人的公式[2]计算的回展率为0．8左右，计算值显然偏大；按长田等人公式[2]计算的回展率约为0．5，计算值偏小。使用艾克隆德宽展公式计算R1道次的宽展，并结合R1轧辊使用状态对摩擦系数适当修正后，计算得出立辊的压下回展率平均约为0．6，即立辊的压下效率仅为0．4。
3．2水平轧制的宽展
如表1所示，板坯在水平轧制阶段的宽展集中在粗轧区，粗轧区的宽展量(包括立辊侧压的回展)随轧制规格的不同约占总宽展量的60％～90％。由于R1轧制时坯料厚度最大，压下量最大，工作辊直径最大，接触弧最长，同时变形温度最高，金属横向流动的阻力最小，而且R1道次没有受到后张力对宽展的影响，因此R1的宽展量最大，其他道次的宽展量逐渐减小。
R2的工作辊径与F1～F3的工作辊径相同，轧制温度略低于R1，压下量也较大，但坯料厚度比R1大为减小，接触弧长也小许多，金属横向流动的阻力加大，使R：道次的宽展明显降低。另外，R2轧制时，坯料受到R1～R2间AMTC(最小张力控制)的作用，此时坯料的变形强度较低，后张力使R2道次的宽展进一步降低。
板坯经中间辊道区和FSB(精轧除鳞)后，温度降低很多，F1轧制温度一般为950～980℃。中间坯厚度为20～30mm，成品规格越薄，中间坯厚度越薄。由于板坯在精轧各道次的轧制温度越来越低，坯料厚度越来越薄，而且各架的压下量越来越小，金属横向流动的阻力越来越大，因此宽展量逐道次降低时，各道次所受后张力使宽展量进一步降低。通常，精轧区的宽展集中在F1、F2道次。
表2是2．5mm厚带钢各道次宽展的理论计算值，宽展公式采用艾克隆德宽展公式，并考虑了带钢张力对宽展的影响。对比表1、表2中各道次轧后带钢的宽度，计算值与实测值较接近，这证明艾克隆德宽展公式较符合实际情况。
3．3影响宽展的因素
影响宽展的因素主要有：
(1)压下量是形成宽展的主要因素之一。
随着压下量的增加，宽展量也增加。利用艾克隆德宽展公式分别计算了1810mm生产薄、厚规格产品的宽展量。计算结果表明，在其他条件相同情况下，厚2．5mm带钢比厚11．5mm带钢的总宽展量大4mm。
(2)后张力对宽展量的影响较大。
除R1外，其他道次的宽展均受到后张力的影响。粗轧区R1～R2、R2～F1间采用AMTC，精轧区采用电动活套张力控制。AMTC张力值基本保持在5．8～6．3MPa，精轧区的活套张力值随轧制规格的不同控制在5．5～10MPa。近似计算结果表明，后张力使各规格的总宽展量减少约3mm同时，后张力使不同规格带钢总宽展量的最大差值减小至约3mm。
张力除对宽展有影响外，还可造成带钢拉窄。测量一卷2．75mm×1500mm带钢通长宽度时，发现带钢头部100多米的宽展比其余位置(不包括头尾非正常区)平均大2mm。这主要是因为轧制时板坯头部有较长区域基本未受AMTC的作用，宽度未发生变化；后部受到AMTC作用，发生高温蠕变。可见，在高温蠕变作用下，即使张力保持在正常范围，如果张力持续作用的时间足够长，也会造成带钢宽度轻微变窄。
(3)摩擦系数对宽展有较大影响。
由于影响摩擦系数的因素很多，同时轧制时各种条件在不断变化，因此很难准确计算出实际的摩擦系数。计算摩擦系数时，一般利用艾克隆德经验公式[1 ]近似计算。利用该公式对实测数据进行分析时，发现有时计算宽展值比实际宽展值偏大，主要原因是在轧辊不同使用状态下，摩擦系数发生了变化[2,3]。根据轧辊使用状态将摩擦系数调整后，计算的宽展值与实际宽展值符合较好。
(4)轧制速度对摩擦系数也有影响。
通常，带钢前部100多米内的宽度比后部略大。这除与板坯前部基本未受AMTC作用有关外，还与1810mm生产线用升速轧制有关。当卷取机卷上钢并建立张力后，轧机开始升速，轧制速度的提高使摩擦系数降低，从而造成宽展减小。
4 宽度超差
宽度超差包括宽度超宽和宽度不足2种情况。
4．1宽度超宽
造成宽度超宽的原因主要是铸坯宽度超宽、立辊磨损严重。
当铸坯宽度超过设定值较大时，有2种情况会使成品宽度增加：其一，在立辊辊缝不变时，必然造成立辊侧压下量增加，由于立辊侧压的回展率较大，从而造成成品宽度明显增加；其二，由于立辊的最大允许轧制力仅为1000kN，因此必然造成立辊的轧制力、电流大幅增加。为了保护设备，并防止因立辊轧制力、电流超限而停车的情况发生，只能适当放大立辊辊缝，从而造成成品宽度增加。所以，必须提高铸坯宽度精度，避免造成成品宽度超宽。在生产实践中，当铸坯宽度精度在±3mm内波动时，因立辊的压下回展率小于1，具有减弱铸坯宽度波动的作用，故成品宽度的波动范围小于±2mm。
随着立辊在换辊周期内的使用，轧辊不断磨损，辊径不断减小，这种变化在宽展预测模型中未考虑，因此直接造成对宽度控制精度的影响，这种影响仅靠宽度控制自学习修正不能有效消除。当立辊磨损严重时，将使成品宽度增加，甚至出现成品超宽问题。在每个换辊周期的后期，立辊辊面上会磨出很深的辊槽。轧制吨位在36～37万t的立辊实际辊缝，比计算显示值约大15mm，平均每轧2．5万t钢，立辊辊缝增加lmm。如果不定期标定立辊辊缝，在立辊换辊周期后期，必将出现成品宽度超宽现象。
预防宽度超宽的措施：其一，加强锥度仪的保养维护，并使用专用工具测量结晶器下口宽度，确保坯宽精度在目标宽度4-3mm以内。其二，为了消除立辊磨损造成的成品宽度增加，每轧2．5万t钢将立辊辊缝标小1mm，并在每次检修时根据实测立辊辊缝进行标定。
4．2宽度不足
造成成品宽度不足的主要原因是铸坯宽度窄、轧机张力大。
在1810mm生产线的生产中，曾出现过铸坯宽度小于目标宽度达15mm以上的情况，造成成_品宽度小于公称宽度。在铸坯宽度小于目标宽度时，立辊的负荷明显降低，甚至出现立辊无负荷情况，此时，通过观察立辊的轧制力、电流情况一般可判断铸坯宽度情况。判断的最直接方法是观察REW曲线。当REW曲线明显低于宽度设定值时，铸坯宽度必定小于目标宽度；当REW曲线出现低于设定值10mm以上且立辊无负荷情况时，成品宽度极有可能不足。另外，在AMTC正常情况下，REW曲线也具有同样作用。
轧机张力大时，板带将发生高温蠕变[4]，使带钢宽度变窄，即一般所说的“拉窄”。
拉窄现象主摹发生在粗轧区，即R1～R2、R2～F1之问。这是因为板坯在粗轧区的温度较高，达1020～1080℃，板坯的变形强度仅为40MPa左右；而且板坯在机架问运行时间长(R1～R2间一般为10s左右，R2～F1间约为20s)，即使AMTC张力仅有10MPa，也会产生较明显的拉窄。生产中，当AMTC超过10MPa时，板坯拉窄约2mm；当AMTC超过15MPa时，板坯拉窄约5mm；当AMTC超过20MPa时，即使仅持续4～5s，板坯拉窄也将大于8ram；当AMTC超过25MPa时，短时间内板坯拉窄即可达到15mm以上。
在大张力时，带钢在机架间运行时的高温蠕变一直在进行，只是由于带钢的温降，变形强度逐渐升高，蠕变速率随之逐渐降低。在前架轧机出口附近的蠕变速率最大，后架轧机入口附近的蠕变速率最小。实测R1～R2间AMTC超过25MPa的带钢宽度变化情况是，在R，接解弧内宽度为1514mm(无张力作用)，R1接触弧后
1．1m处(2s后)宽度为1500mm，R1接触弧后2．2m处(4s后)宽度为1494mm，R2接触弧前最窄处为1488mm。可见，带钢拉窄主要集中在机架间的前半段。因此，即使AMTC只是偶尔波动超过20MPa，也将对带钢宽度产生严重影响。
1810mm生产线AMTC一般控制在6MPa左右，板坯拉窄程度较小。
预防粗轧区带钢拉窄的主要措施：当AMTC超过15MPa时，电气人员须及时调整；另外，每次精轧区F，换辊时，同时标定R1、R2轧机辊缝。
精轧区很少出现张力波动情况，但在精轧区投入润滑轧制的初期，有几种规格带钢在精轧区出现拉窄现象。在处理一次卷取堆钢事故时，实测了此块板带各点的冷态宽度，(此块板带采用了润滑轧制)见表3。
从表3可见，F3之前各处宽展正常，但板带在F3～F4间出现显著拉窄现象：在小于2s的时间内，板带拉窄幅度达9～10mm。此块事故板带的各处张力曲线均较正常，只因立辊磨损量大，立辊轧后的板坯宽度偏大。但与同批次同规格未用润滑轧制的带钢对比后发现，轧制此块事故板带时F3～F4间的3#电动活套没有抬升到设定角度，同时，F3、F4轧机的轧制力、电机功率不正常。根据理论分析、计算后发现，3#活套实际的张力不应小于30MPa。分析认为，造成F3～F4间活套张力过大的原因是热轧油喷得过早，使F3前滑率降低，在F4穿带时导致F3～F4间套量减少所致。增加了F3、F4轧机的热轧油喷油时序后，F3～F4间活套角度抬升正常，F3～F4间板带拉窄现象消失。
5 结语
为了提高成品带钢宽度精度，应全面考虑各种因素的影响进行综合控制。为此，必须做到：
(1)根据不同规格带钢的宽展量，确定合理的铸坯冷态宽度，以保证所有规格带钢的成品宽度均接近目标宽度。
(2)确保铸坯宽度精度，避免铸坯宽度波动造成成品宽度超宽或宽度不足。铸坯宽度在±3mm范围内波动对成品宽度影响不大。
(3)机架问的张力必须保持在正常范围，避免大张力下板坯因高温蠕变出现拉窄。
(4)定期标定立辊辊缝，降低立辊磨损对成品宽度的影响。
[参考文献]
[1]黄守汉．塑性变形与轧制原理[M]．北京：冶金工业出版社，1997．
[2]日本钢铁协会．板带轧制理论与实践[M]．北京：中国铁道出版社，1990．104．
[3]李虎兴．压力加工过程的摩擦与润滑[M]．北京：冶金工业出版社，1993．
[4]石井笃，高町恭行，小JII茂，等．热轧精轧中板宽变化行为及其预测[J]．武钢技术，2004，42(4)：53—57．
技术推荐
