控制轧制（精选十篇）
控制轧制 篇1
进入二十一世纪以来, 世界各地的经济呈现出快速发展的趋势, 这也促进了钢铁工业的飞速发展。而我国是钢铁生产大国, 特别是近十年内我国钢铁的生产情况一直保持着高速稳定态势, 钢铁的生产总量逐年增加, 生产规模也在不断扩大。当前, 我国已经一跃成为了世界第一钢铁生产大国, 钢出口量占钢铁总生产的比例很大。钢铁行业需要选择合适的原材料之外还应该注意轧制工艺、轧制装备等方面因素, 进一步促进我国钢铁行业的发展。
自从我国加入世贸组织以后, 我国的钢铁市场在整个世界市场内占据了一席之地。特别是在我国实行改革开放以来, 我国引进一批世界先进的钢铁生产设备, 轧钢人员已经能够掌握这些设备的使用技巧, 并能够在实际生产的过程中总结经验并学习先进的生产技术, 生产质量高的钢材。但是, 我们必须知道的是我国轧钢技术虽然取得了很大进步, 但是和国外先进的生产国家相比还存在着很大的差距。所以, 我们在轧钢生产之余还应该提高我国的轧钢技术的理论研究, 这也是当前我国轧钢技术人员必须重视的一个方面。我国正处于并将长期处于社会主义初级阶段, 还需要大量的钢材来支撑我国经济的发展和社会的进步, 所以必须学习和引进外国的先进轧钢技术, 促进我国钢铁行业追赶上世界先进生产水平。
1 钢材轧制的工艺分析
通常来讲, 所谓轧钢指的就是通过轧机轧过的钢材。轧钢的种类我们根据轧制温度的不同分为热轧钢和冷轧钢。下面我们就分别对这两种工艺进行分析。
1.1 热轧钢工艺分析
1.1.1 薄板坯连铸连轧工艺
薄板坯连铸连轧的铸坯厚度一般为50~90mm, 其工艺特点为: (1) 结晶器内冷却强度大, 铸态组织晶粒细化; (2) 选用板卷箱可以减少中间温度的降低, 缩短了预精轧机与精轧机的距离; (3) 针对不同钢种与所需带钢的厚度; (4) 辊底式加热炉可以灵活掌握板坯的加热工艺; (5) 可以增加近距离地下式卷取机用于生产较薄带钢。
1.1.2 中厚板坯连铸连轧工艺
中厚板坯连铸连轧的铸坯厚度一般为100~150mm, 多采用步进梁式加热炉。其工艺特点为: (1) 连轧生产效率和连铸生产节奏相符较好; (2) 适用于传统热带钢连铸连轧线的改造; (3) 可以浇铸的钢材种类明显的多于波板坯连铸机, 具有选择钢种的灵活性; (4) 有利于带材提高质量, 增加品种; (5) 在生产厚规格的板材时不存在压缩比不足的问题。
1.2 冷轧带钢工艺分析
1.2.1 冷连轧带钢生产流程
(1) 酸洗。用于去除热轧原料表面氧化皮中的Fe3O4、Fe2O3和Fe O, 一般采用盐酸对带钢进行酸洗; (2) 冷连轧。将原料钢材通过几个串联布置的机架进行连续的轧制, 直到尺寸和性能符合要求; (3) 退火。由于冷轧过程中钢材会发生加工硬化现象, 为了消除这种加工硬化, 就需要对冷轧后的钢材进行退火处理, 一般采用连续退火和罩式炉退火; (4) 平整。为了使带钢具有较高的表面质量和良好的板型, 以适应不同的用途要求, 需要在退火后对带钢进行以1%~5%的小压缩率冷轧, 也就是平整。
1.2.2 冷轧带钢工艺特点
第一, 大张力轧制。在冷轧生产中经常会通过施加张力的方法来保证轧制能够顺利进行, 通过这种方法能够减少单位面积的压力, 进而能够改变变形区域内部的金属盈利, 减少了生产损耗, 避免了轧钢出现变形的问题。此外, 还能够保证轧钢按照规定的轨道前进, 提高了钢铁的通过效率以及钢铁的质量。第二, 大宽厚比。冷轧钢规格中最薄的地方可以达到零点一毫米, 最大的地方则能够达到两千毫米, 宽厚比超过了一千, 这也显现出了冷轧的生产特点, 由于宽厚比大使得冷轧前后比例很难达到一致, 加大了生产的难度, 对技术方面提出了更高的要求。第三, 加工硬化。钢材在冷轧的时候随着时间的推移会产生积累变形, 进而造成硬化现象, 这会导致钢铁的韧性减弱、断面的收缩率以及钢铁的延伸性降低, 使得钢铁出现变形的情况, 需要轧制的压力增大。第四, 工艺冷却及润滑。根据大量的生产经验来看, 钢铁在冷轧的过程中大部分都是因为热能的转化产生的变形, 这会造成钢铁表面的温度超过规定要求, 轧辊的表面温度可以达到一百二十摄氏度, 内部的温度则可以达到三十五到四十摄氏度, 温度过高会造成带钢的硬度减弱, 进而影响到钢铁的使用寿命。此外, 为了避免因为摩擦力过大影响到带钢表面的质量, 需要进行润滑。
2 钢材轧制的质量问题和控制措施
2.1 麻点
在钢板的表面经常会很粗糙, 这主要是因为表面附着的铁氧化物脱落之后形成的凹凸不平的表面, 这不仅影响到钢铁的外观, 同时也影响到轧钢的整体质量。我们必须根据钢种选择不同的坯料, 并控制好不同阶段的温度, 特别是烧嘴的温度。
2.2 裂纹
相比其他的轧制问题, 裂纹是钢材质量的最大缺陷。所谓裂纹指的就是在钢铁表面出现的长度、深度不相同的裂纹, 这不仅破坏了钢铁整体的连续性, 而且降低了钢铁的强度, 外观也有一定的影响。在轧制的过程中必须对轧制的坯型进行严格把关, 控制好压制的温度, 避免温度过高或过低。
2.3 折叠
折叠指的是在轧钢表面出现局部的双层重叠情况, 外面呈现出条状。在生产的过程中应该控制好钢铁的抛出速度并避免钢铁和其他设备的撞击, 对辊道进行检查, 保证轧辊的正常运行。
2.4 板材波浪
板材波浪经常出现在轧钢的长度方向上, 这不仅破坏了轧钢的整体性能, 同时也使得钢板的表面不平整。在轧钢的时候应该根据生产规格来进行变换轧辊的形状。同时还应该保证钢铁生产温度的平衡性, 在冷却的时候应该保持温度的平稳下降, 保持轧辊的稳定性。
2.5 分层
分层主要出现在轧钢的断面上出现一条或者多条断层, 这不仅破坏了轧钢表面的整体美观, 而且有时在断层中还会夹杂着很多的杂质, 影响了整个轧钢的质量。所以在轧制的时候应该选择合适的轧钢技术, 尽量减少轧钢中的杂物。此外还应该根据实际的轧钢需要制定出合理的铸造工艺, 尽量保证坯型的合理性。
3 结束语
随着市场钢材需求量的不断增多, 轧钢生产工艺已经受到了人们的广泛关注, 轧钢工艺的选择直接关系到钢材生产的质量。为了能够保证钢材生产满足社会经济发展的需求, 应该加强对轧钢技术和质量的理论研究和实践总结, 通过加强对钢铁企业技术上的革新, 突破轧钢生产的障碍, 减少钢材生产的损耗, 满足钢铁企业的生产需求, 促进我国钢铁行业的发展。
摘要：钢材在我国的生活中被广泛应用, 而轧钢在钢材品种中具有十分重要的地位。钢材轧制的工艺直接关系到钢材的质量。文章针对当前我国钢材轧制过程中可能出现的问题进行分析, 并提出一些可行的方案。
关键词：热轧,冷轧,质量控制
参考文献
[1]孙正旭, 李永强.我国热连轧带钢生产技术的进步[J].2006年全国带钢生产技术交流会.
[2]刘.鞍钢1700中薄板坯连铸连轧生产线 (ASP) 工程与生产实践[J].钢铁, 2003, 38 (7) .
[3]张迎晖, 赵鸿金, 康永林.薄板坯连铸连轧工艺的研究进展[J].上海金属, 2006 (5) .
轧钢车间三切分轧制总结 篇2
进入三切分试轧以来，各项操作办法，调整思路都处于摸索阶段，为了更好的保证三切分顺行，现对进阶段摸索出的经验进行总结归纳如下：
一、料型控制要点。
1、中轧来料通条性要好，上下与两旁之差控制在2mm之内，7#机来料避免大头、大尾现象。
2、3、精轧各道次料型误差控制在0.2mm之内。料型控制关键点：K5料型不能错辊，充满度要好，保证预切分的准确性；K3、K4要保证不错辊，防止轧件扭转，造成切偏或切分不均或冲K3出口。
4、精轧所有架次的轧辊东西辊缝务必做到相等，尤其是K3、K4、K5轧辊的东西辊缝。
5、粗轧三道来料控制在±1mm范围内，对角线差≤2mm。7#来料控制在±0.5mm范围内，上下与两旁只差≤2mm范围内。
二、导卫调整、安装注意事项。
1、上线前导卫验收、确认工作要到位，对导卫的基本参数、功能要熟练掌握。
2、所有道次的导卫、横梁安装必须遵守“三平一直”的原则，导卫导辊离轧槽的距离严格按照操作工艺要求安装。K3出口导卫的安装要注意导卫和导卫盒的垂直度，严禁出口导卫装斜，造成K3出口单边飞钢。
3、导卫导辊调整中心线要对称，导辊夹持样棒松紧要合适，防止造成切分不均、切偏、等事故。
4、导卫固定要牢靠：导卫顶丝、握板顶丝、握板锁紧螺丝、握板弹簧等固定要牢靠，防止在轧制中松动，造成轧制不顺。
5、9#机采用出口扭转管，角度要发生变化，一般给30-40度左右，扭转导辊的间隙一般比料型大4—8mm，具体的要结合现场实际情况（9#机出口扭转与扭转的距离、导辊的间隙、扭转的角度有关系）。
6、中、精轧各架次之间的堆拉关系要合适严禁拉钢轧制，尤其是8#、9#、10#之间之间拉钢会造成成品第一刀倍尺尺寸发生变化（东西两线无肋）。
7、8#机东西辊缝差影响成品东西两线差，正常情况下8#机西边辊缝影响成品东边两旁尺寸（西侧辊缝大，成品东侧两旁大。反之则反。）在东西两线差不是很大时（东西两旁尺寸差在1mm以内），可以适当的通过调整8#机东西辊缝，保证成品质量，但严禁大幅调整（前提是K3、K4进口对正轧槽）。
三、过程控制要点。
1、三线差的调整严禁通过升降东西横梁进行调整：
a、由于三切分和两切分在过程控制上有实质上的区别，升降东西横梁进行调整会导致中线成品尺寸发生变化。
b、精轧的堆拉关系不合适也会造成成品尺寸发生变化，尤其是8#、9#、2#套之间拉钢会造成中线尺寸发生变化。
c、三线差的调整难点在中线差的调整上（前提是导卫、横梁、轧辊东西辊缝相等等安装正确），K3、K4、K5进口的松紧程度直接影响中线差。
d、K2进口的对证情况直接影响3根钢在3#套上的高低情况，同时关系的K2料型的宽展、型状的变化，是否能顺利导入K1等。
2、过程控制导卫使用注意要点。
a、K4前预扭间隙一般比来料大1—2mm。
b、K3出口切分轮间隙4—6mm。
c、K3、K4进口必须保证导卫对正轧槽，轧制中调整三线差时，严禁调整K3进口导卫，一旦K3导卫装偏，在切分中会形成六个头现象造成后道次不进。
d、K5料型错辊会导致K4进口夹持不好，造成切分不均，K5料型充不满时会造成中线成品质量问题。
四、需总结、分析的要害问题。
1、中线差长、短、弯头的调整方法。
2、K5扭转出口的角度，导辊之间的间距。
3、东、中、西三线差调整的具体思路和相互关系。
4、K3、K4孔型的使用情况，主要关注三线出来K3、K4料型的充满度、料型的大小对成品的影响，为K3、K4孔型进一步优化奠定基础。
5、关注K2孔型轧槽的充满度、宽展情况：对成品质量的影响；
对3#活套的影响。
6、关注K3出口切分轮间隙的使用情况，切分轮的使用寿命，切
分刀的使用情况。
7、关注7#料型变化对精轧各道次过程控制的影响，对成品质量的影响。
8、关注8#、9#机孔型的磨损情况，总结8#、9#机孔型的过钢量。
9、关注3#活套的起套延时，保证切分出来的钢顺利咬入K2轧机。
10、关注成品的头尾尺寸、料型控制、起套情况的对应关系。
11、关注电机的电流变化，电机的动态速降、电机的补偿时间对活
控制轧制 篇3
关键词 扣头；翘头；辊速差；压下率
中图分类号 TG3 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)021-0188-01
莱钢宽厚板厂自2010年投产以来，已成功生产出工程机械用钢、船板钢、耐磨钢、高附加值管线钢等产品。我厂从调试到生产的过程中，多次遇到轧件扣翘头的现象，这种现象较多的出现在精轧机区域，在轧制过程中，一旦轧件产生翘头或扣头，很容易碰撞到设备，不但严重损坏设备，还影响到轧机的作业率、产量和成材率。
1 轧件扣翘头产生的原因
在宽厚板轧制过程中轧件翘头的产生是一个典型的热力学耦合问题，其影响因素很多，如轧件在厚度方向上、下表面温度分布不均、压下率不同、轧件的摩擦条件不一致、上下辊辊径不同导致的辊面线速度不同等都将引起轧件在轧制时出现扣翘头，结合宽厚板厂的实际生产情况，对扣翘头的主要影响因素进行了分析。
1.1 温度的影响
从理论上分析，正常情况下板坯在理论轧制高度有两个相同直径的轧辊，相同轧制速度下应该产生平直的头部。但是生产过程中，板坯上下表面温度存在差别是影响板坯头部扣翘原因之一，如果下表面温度高于上表面，此时忽略其他影响因素，板坯下表面金属容易变形，金属流动速度快，板坯经过轧制后，应该为翘头；反之应该为扣头。板坯上下表面温度羞产生原因，板坯加热过程中产生的温度差、板坯暴露在空气中产生温度差、板坯经过除鳞机时对板坯上下表面冷却不均产生温度差、板坯在辊道上运输过程中产生温度差。
1.2 轧制线的影响
根据经验和轧制原理分析，当实际轧制线高于理论轧制线时，板坯经过轧机容易产生扣头，因为上辊压下量大于下辊压下量，板坯上表面延伸大于下表面延伸，因此产生扣头，反之翘头。
1.3 轧件道次压下率的影响
在板坯上、下表面存在温差的情况下，必须考虑压下率对板坯上翘的影响。压下率是不对称轧制中用于调整板坯出轧机形状最主要的几个轧制参数之一。实践证明，在生产过程中调整道次压下率，抑制轧件翘头是非常直接和有效的。在满足轧制工艺要求的前提下，制定合适的轧制规程可以减缓轧件的翘头现象。
1.4 上下辊速差的影响
在正常轧制工艺中，上、下工作辊直径通常是不相等的。由于轧件上、下表面速度与上、下轧辊速度相关。当上工作辊直径大于下工作辊直径，而其他变形条件相同时，轧件上表面速度必然大于下表面速度，从而导致轧件发生扣头，反之翘头；莱钢宽厚板厂精轧机的上、下工作辊，分别由两台主电机单独驱动。因两台主电机特性以及速度控制不同，从而使得上、下工作辊的转速和转矩不同。即使在上、下辊主电机速度控制系统参数相同的条件下，由于两台主电机的自然机械特性有差别，也会造成上、下工作辊速度差，从而引起轧件翘曲。
2 轧件扣翘头的控制措施
在实际生产中，影响轧件扣翘头的原因是错综复杂的，加之诸多因素之间的交互作用，单一调整某一因素很难抑制扣翘头的产生。针对这种情况，需从工艺、设备、电气、模型等方面综合考虑来解决。实际生产过程中，我厂主要采用下述方法来控制轧件扣翘头现象的产生。
1）提高轧件温度的均匀性。首先，加热炉采用二级模式烧钢，保证轧件出炉温度的均匀性；其次，在轧制过程中减少上工作辊冷却水的漏损，特别是对控轧钢板，在精轧开轧时尽量减少除鳞道次；此外，在设备允许的情况下，适当改变上、下轧辊冷却水的使用比例。
2）合理制定轧制工艺规程、优化轧制模型，确保钢板平直。实际生产中，根据现有的轧制工艺技术，总结存在的不足之处，不断地优化轧制模型，针对不同钢种制定不同的轧制工艺，合理地分配各道次轧制力、压下量。通过与西门子厂家技术人员、我厂自动化人员研讨，先后在轧制模型上增设了“精轧最少道次数”、“末道次最大轧制力”、“平整道次最大压下量”等控制功能。“精轧最少道次数”主要来控制成品钢板的凸度、精轧终轧温度、钢板浪型；“末道次最大轧制力”主要控制精轧道次轧制力，控制头尾变形区过大，确保钢板平直；“末道次压下量”是将平整道次数值控制在0~8 mm，起平整作用，目前该程序主要针对成品目标厚度30 mm及其以上规格的钢板。通过对轧制模型的优化，目前很大程度上降低了轧件的扣翘头。
3）在咬入瞬间阶段，通过优化SKI功能来控制扣翘头。SKI又称雪橇轧制，即调整精轧上下工作辊辊速差控制钢板的扣头和翘头，我厂精轧上下工作辊主电机采用单独传动，根据轧制原理，异速轧制能有效改善头部形状，当V上＞V下，即SKI为负值，可降低轧件翘头程度或加大扣头程度，反之V上＜V下，SKI为正值，加大轧件翘头或减少扣头程度。（V上为精轧上工作辊速度；V下为下工作辊速度）；我们将SKI可调节长度做了优化，即每轧制道次都可选择可调节长度。根据现场实际钢板形状来调节SKI值，大大降低了轧件扣翘头的出现。
4）我厂的AGC液压缸在轧机下部，可适当调节轧制线高度来抑制轧制过程中扣翘头现象的产生。
3 结束语
综上所述，莱钢宽厚板厂在生产过程中轧件扣翘问题得到一定解决，中间坯头尾形状较好，降低了生产停机率，大大提高生产作业率和产品成材率，为我厂创造了良好的经济效益。
参考文献
[1]刘培锷.轧制时板坯上下面温差及辊径选择择[J].钢铁,1987,22(12):26-32.
[2]杨澄.带钢翘头(扣头)原因分析和改进[A].2008年全国轧钢生产技术会议论文集[C].2008.
作者简介
吕游（1984—），男，汉族，学士学位，主要从事轧制工艺研究、生产技术工作。
刘文亮（1982—），男，汉族，学士学位，主要从事轧制工艺研究、生产技术工作。
轧制设备液压系统的污染分析与控制 篇4
关键词：液压系统,污染,控制
液压系统是轧制设备中非常重要的系统之一。在使用中会出现很多种故障。如系统压力低、漏油、压力阀失灵、方向阀卡死、液压缸失效等等。这些是比较容易判断和看得见的故障。对这些故障进行局部处理后, 整个液压系统仍然可以正常工作保证生产。而液压系统的污染所造成的故障则不易判断, 往往容易忽略。并且一旦发生污染故障, 整个液压系统便不能正常工作, 从而造成生产线停产的严重后果。所以对液压系统的污染进行分析和控制显得尤为重要。
1 轧制设备液压系统的污染及危害
1.1 液压系统污染的实例分析
液压系统污染的种类一般分为三类:1) 固体污染物, 如各种金属粉末污染、灰尘颗粒污染等;2) 液态污染物, 如水污染及不符合要求的油液等;3) 气态污染物, 如空气等。这些污染都会给轧制设备液压系统带来极大的危害。
在热轧厂的卷取区内, 控制卷取机助卷辊及侧导板开闭动作的伺服系统, 有时会突然发生几个伺服阀同时工作不稳定的现象, 导致卷取机不能卷钢而全线停轧。由此, 对系统介质进行检查发现, 从外观上看介质已严重发生质变, 由清澈黄色至琥珀色液体变为浑浊乳黄色不透明液体, 检验发现介质水含量指标已达到0.6%, 大大超过介质本身水含量小余0.1%的指标。说明系统已严重被水污染。使介质完全不能满足伺服阀正常动作的要求。故水污染是多个伺服阀同时发生动作不稳定的故障根源所在。由于水污染使伺服阀始终处于不稳定的状态, 随时可能造成轧制线全线停轧。同时当水进入油液不仅会使油液变质, 而且还会引起液压元件表面腐蚀和产生锈斑, 因此必须彻底清洗油箱, 更换污染介质, 即增加了用油成本, 又加大工人劳动强度。
1.2 轧制设备液压系统污染源分析
根据现场的实际观察和故障处理, 轧制设备液压系统污染的原因归纳为如下几个方面:
1) 源头污染
所谓源头是指液压系统的备品备件问题。液压系统的污染很多时候是从源头开始的。厂里的油品大多是露天存放, 日晒、雨淋、灰尘等不利的自然环境使油品在存放过程中就可能发生污染, 个别油品甚至在这种环境下产生严重质变。其次在系统加油过程中发生污染的环节最为突出, 当加油口周边存在诸如木屑、油泥、氧化铁皮颗粒等污染源时, 操作者清理不彻底, 极易将异物带入系统造成系统污染。当储蓄备件和修复备件受到污染后, 维护人员没能及时发现, 更换前未进行有效处理, 也一定会导致系统产生污染。
2) 操作失误
在实际生产过程中突然发生液压系统故障是常有的事。液压系统软管破裂、钢管法兰焊接处开裂发生漏油是最常见的故障, 当班人员会及时进行漏油处理, 通常采用给系统加油的方法来保证系统正常工作。在这种紧急状态下, 操作者很容易发生将油品加错的混淆错误。虽说不同品质的油品型号是不同的, 但很多桶装不同品质的油品外包装的颜色却都是一样或者是相近的, 如果操作者稍不注意油品型号很容易出错。特别是漏油故障若发生在夜班, 会因为操作者的心情、精神状态不佳, 而发生操作失误, 带来系统混油污染。
3) 维护不当
液压系统要保持相对稳定的运行状态, 离不开维护人员平日精心的维护、用心的点检。例如:大多数液压系统的油箱油位在工作中相对是比较稳定的, 如果在一定的时间里油位无故在慢慢悄然上升, 那一定是系统的冷却器或加热器出了问题。现实工作中往往因为维护人员疏忽, 未能及时发现污染苗头, 而发生水污染。若在冬季没有很好的控制系统温度, 系统油温过高并与室外实际温差过大时, 油箱顶部会很快形成小水珠掉入油箱使介质污染。所以维护不当也是液压系统污染的源头之一。
4) 设备老化
当液压系统工作较长年限后, 一般都会积留一定的诸如破损的密封胶残物、破损的液压元件金属异物等残留物, 它们随时可能影响系统正常运行。调查分析得到, 水污染的原因就是冷却器端盖密封老化断裂冷却水进入系统所致。
尽管系统每年会对油箱进行清洗, 但管道部分的残留物仍然会存在。加之很多液压系统油箱及管路都是碳钢材质, 油箱的上部 (没有介质的部分) 及顶部和回油管道因回油不可能全部充满管道故产生锈斑的现象也十分突出, 这些锈斑时不时的就会掉入系统中, 即降低系统介质精度又时刻可能会影响换向阀和压力控制阀的的工作效率。
2 控制污染采取的措施
污染是导致液压系统故障的主要原因之一, 应该采取有效的措施控制污染。过去当系统发生污染后, 多数会采取体外打循环的方式进行处理, 但污染发生后所采取的补救措施, 费工费时, 成本也高。这就要求从业人员充分认识到污染对系统的危害, 尽量做到提前预知以求事半功倍。根据现场的实际情况, 总结了如下控制污染的措施。
2.1 集中供油或加油小车加油
由于诸多原因, 过去液压系统的加油都是人工进行的。人工加油可能给系统带来污染的弊端前面已有阐述。为此要保证液压系统不被污染最好的办法是对系统进行加油改造, 变人工加油为集中自动加油。虽然集中供油改造的前期费用较高, 但对系统而言后期的益处却是非常大的。集中加油不但可以有效的杜绝油品因露天存放产生的质变以及人工加油带给系统的污染, 还可以降低工人的劳动强度和减少对工厂环境的污染, 同时又能避免因人工加油油桶不易倒尽所带来的大量浪费。其次可以给每一个系统配置一个加油小车。利用加油小车对系统加油, 既可以减少人为的污染, 又可以利用加油小车的精密过滤器进一步提升油品精度。总之必须尽量避免管理的不到位和人为的因素对系统造成的污染。
2.2 加强管理提高维护技能
根据现场实际发生的问题制定行之有效的规章制度, 规范操作点检模式, 使系统的维护操作使用者清楚自己的行为准则。大家知道无论设备是多么先进, 无论液压系统设计的多么完善, 最终还是需要人的操作。人的能力大小, 人的素质的高低, 才是保证系统运行好坏的关键。只有让维护人员充分认识到污染对液压系统危害的严重性, 杜绝不良操作改掉习惯作业, 才能保证系统的无污染安全运行。同时加强备品备件的管理, 对新备件严格验收, 特别是对软管的验收不可马虎。对修复备件更是要严格把关, 严格要求厂家试验台介质的种类及精度, 防止二次污染。
2.3 多种模式控制污染
其一, 利用外部的力量将非核心业务外包。随着竞争环境的变迁, 竞争结构的嬗变, 社会化专业分工越来越细密, 对专业性的要求越来越高有关。利用专业化的治污队伍全面入场管理可以带来很多变化, 专业人员入场后可参与维修维护作业, 漏点及侵入点的排查及治理, 油品及相关产品的使用维护, 双方认定产品的采购, 为污染控制节能降耗做的技改, 液压润滑基础管理及油液状态监测, 环境治理等多项工作。同时采取专业化入场模式可以短时间内达到污染控制先进水平, 第一时间配备到位先进的污染控制装备, 使长期超负荷疲劳运转的设备得到休整, 提高检修质量及效率, 延长设备及相关元件的使用寿命, 降低设备故障率及停机损失等。
其二, 可以采取在液压系统油箱外安装离心分离式洁油器来清除液压系统中的污染物。在现场当系统出现污染时, 一般会利用体外打循环的方式处理。这种方式虽说能清理系统污染, 但清理周期很长, 需要一定的高精度的滤芯, 同时可能因施工单位不能及时进场, 而延误施工。如果我们在油箱外安装了离心分离式洁油器, 就可以随时进行洁油处理。这种控污措施投入少, 时间短, 见效快, 简单易行。
3 实施效果
通过以上措施的实施以及日常加强管理, 规范作业要求, 保证了轧制设备液压系统安全高效运行, 为安全均衡稳产提供了保障, 效果显著。
总之, 液压系统在运行中产生污染是不可避免的, 但是只要人人真正重视到污染的危害, 采取切实有效的措施, 液压系统的污染是可以控制的, 从而保证液压系统的正常运行。同时还可以大量节约油耗, 延长备品备件的使用寿命、降低设备检修费用、避免形成故障时间而为轧制线的正常生产赢得先机。
参考文献
[1]夏志新.液压系统污染与控制[M].北京:机械工业出版社, 1992.
[2]任占海.冶金液压设备及其维护[M].冶金工业出版社, 2005.
控制轧制 篇5
轧辊磨损
轧辊磨损与其他磨损在形成机理上相同。从摩擦学角度来讲，可理解为轧辊宏观和微观尺寸的变化。一般讨论的轧辊磨损，包括宏观磨损和微观磨损，具体表现为轧辊直径的缩小。然而，轧辊磨损在几何和物理条件上与一般磨损又有差别，如轧辊上的某点与轧件周期性接触;轧件上的氧化铁皮作为磨粒进入辊缝;冷却液和润滑液的作用以及热的影响等。因此，在实际工作条件下轧辊磨损的因素很复杂，根据其产生的原因可分为以下几种：
(1)机械磨损或摩擦磨损。工作辊与轧件及支撑辊表面相互作用引起的摩擦形成的磨损。
(2)化学磨损。辊面与周围其他介质相互作用，造成表面膜的形成与破坏的结果。
(3)热磨损。在工作状态下，轧辊因高温作用其表面层温度剧烈变化引起的磨损。
1工作辊磨损
工作辊磨损主要是由工作辊与轧件及工作辊与支撑辊之间的相互摩擦引起的，这种摩擦包括滑动摩擦和滚动摩擦，其磨损主要发生在与轧件相接触的部位。
在生产过程中，由于带钢在轧机间形成活套，以致增大了带钢对上辊的包角，增加了接触面积的压力;带钢上表面再生氧化铁皮的滞留也增加了上辊的磨损，因此，上辊比下辊的磨损量大。由于传动端与电机连接，因振动之故，传动侧的磨损量比换辊侧的大。
2支承辊磨损
支撑辊磨损主要是与工作辊的相对滑动和滚动造成的。工作辊表面的炭化物颗粒将支撑辊表面的金属微粒磨削下来，使支撑辊产生磨损。其磨损量的大小与轧辊的材质、表面硬度及光洁度、辊间压力横向分布、相对滑动量和滚动距离等因素有关。实践证明，由于夹带大量氧化铁皮的冷却水作用在辊面，致使下支撑辊工况条件差，从而加速了轧辊的磨损。另外，支承辊的磨损也与上、下支撑辊的辊面硬度有关。
轧辊裂纹
由于多次温度循环产生的热应力造成轧辊逐渐破裂，即裂纹，它是发生在轧辊表面薄层的一种微表面现象。轧制时，轧辊受冷热交替变化剧烈，从而在轧辊表面产生严重应变，逐渐产生热疲劳裂纹。这种裂纹是由热循环应力、拉应力及塑性应变等多种因素形成的，其中，塑性应变使裂纹出现，拉应力使其扩展。
轧辊剥落
轧辊剥落通常是由显微裂纹引起的轧辊破坏，热轧带钢的支撑辊和工作辊由于力学因素、工作条件及服役周期不同，其剥落方式及轻重也不同。1工作辊剥落
热轧工作辊剥落是由接触疲劳造成的，生产中出现的剥落多数为辊面裂纹所致。
工作辊与支撑辊接触，产生接触应力及相应的交变剪应力，通常工作辊服役约8小时就下机进行磨削，因此不易产生疲劳裂纹。由于支撑辊与工作辊接触宽度不足20mm，即使在冷却水的作用下，支承辊也无明显的温差，工作辊则不然。当工作辊与高温带钢接触时，其辊面温度可升高到500～600℃;当其接触到冷却水时，工作辊的温度又迅速降到100～150℃以下。这种周期性的加热和冷却使工作辊辊面产生了变化的温度场，因而产生了明显的周期应力，当热应力超过材料的疲劳极限时，轧辊表面便产生细小的网状热裂纹，即龟裂，
另外，在轧制过程中，当带钢出现甩尾，叠轧时，轧件将划伤轧辊，这样就形成了新的裂纹源。轧辊表面的龟裂、表层裂纹等，在工作应力、残余应力和冷却作用下引起的氧化，使裂纹尖端的应力急剧增加并超过材料的允许应力而向轧辊内部扩展。当裂纹发展成与辊面呈一定的角度甚至沿着辊面平行的方向扩展时，就造成了剥落。
2支撑辊剥落
支撑辊剥落主要是由距辊面一定深度的交变剪切应力造成的，其剥落部位主要发生在支撑辊两端。
支撑辊由于服役周期较长，普遍存在磨损量大，磨损严重且不均匀等现象。由于支撑辊的中间磨损量大，两端磨损量小，所以辊身两端产生局部的接触应力尖峰，造成两端交变剪应力的增大，因而加快了疲劳破坏。同时辊身中部的剪应力点，在轧辊磨损的推动作用下，逐渐往辊身内部移动至少0.5mm，不易形成疲劳裂纹;而轧辊边部的最大剪应力点，由于该边部磨损较少，基本保持不变，故其在交变应力的反复作用下，局部材料弱化，出现裂纹。在轧制过程中，辊面以下为接触疲劳引起的裂纹源，由于尖端存在应力集中现象，因而自尖端开始沿辊面垂直方向向辊面扩展，或与辊面成小角度以致呈平行的方向扩展，两者相互作用，随着裂纹扩展，最终造成剥落。
轧辊断裂
轧辊断裂的因素很多，其中包括本身的因素，即辊身内部存在大量裂纹及轧辊组织缺陷和轧辊的铸造缺陷。在生产过程中，如辊身内部存在大量裂纹，则该裂纹尖端产生应力集中而快速扩展并连接形成一个较大的裂纹，这种裂纹在交变应力的作用下，由内向外逐渐扩大，当裂纹扩大到一定程度时就会发生断裂;轧辊组织缺陷和轧辊的铸造缺陷也都会造成断辊。
轧辊设计所受的局限性及设计的不合理也会造成轧辊断裂，由此引起的断裂主要发生在轧辊的辊颈或辊颈与辊身的过渡处。辊颈直径受轧辊轴承径向尺寸的影响，辊颈直径比辊身直径小得多;在辊颈与辊身的连接处，由于直径突然变化，以致当轧辊受载时产生明显的应力集中现象。
在轧制过程中，过大的轧制力会使工作辊辊颈从根部和辊颈受力处断裂。因此，在工作辊设计过程中，应尽量加大轧辊的辊颈直径及辊颈和辊身的过渡圆角，同时，一定要校核工作辊辊颈所能承受的扭转力矩。
提高轧辊使用寿命的相应措施(1)热轧辊长期在700～800℃环境中工作，与热钢坯直接接触，承受强大的轧制力，同时表面还要承受轧材的强力磨损，且反复被热轧材加热和冷却水冷却，经受温度变化较大的热疲劳作用。因此，要求热辊轧材具有淬透性高，热膨胀系数低，热传导能力高和高的高温屈服强度及抗氧化性高等特点。
(2)出现裂纹的轧辊应及时更换进行磨削，保证其适度的磨削量，以消除残余裂纹。
(3)为减小或者消除内应力，工作辊在使用一个周期后要进行一次消除应力退火，或将磨削后的轧辊浸入具有一定温度的油剂中保存。
(4)合理的轧辊辊型配置，均匀辊间接触应力，保持适量均匀的磨损，利用磨损的推动作用以有效消除轧辊剥落。
(5)从轧制工艺方面出发。要确保冷却水的正常投入，在使用过程中必须加强对轧辊冷却喷嘴的管理，保证喷嘴和过滤网不堵塞，水量足够，确保轧辊的温度控制在正常范围之内;在热轧带钢生产中还可应用轧制润滑技术，实践证明，轧制润滑可以减少轧辊的磨损，降低轧制力及轧制扭矩，缓解轧辊的热疲劳，改善轧制时的应力状态;应用在线磨辊技术和工作辊横移以降低轧辊磨损，延长带钢的轧制公里数，减少换辊次数。
棒线材轧制新工艺研究 篇6
【关键词】棒线材；无头轧制技术；低温轧制技术；高精度轧制
市场经济的飞速发展，钢铁工业也在不断的发展和进步，激烈的市场竞争使得棒线材轧制的生产制造从仅仅要求产量要满足市场需求，更在轧制的质量、精度上有更高的要求，同时还要充分考虑商品附加值的问题，从而获得更高的经济效益。企业要在激烈的市场竞争中提高自身的市场竞争力，对棒线材轧制的生产设备和技术进行更新换代是十分必要的。企业要勇于引进新设备，使用新技术和新工艺，这对加快企业的科技进步，提高生产效益具有重要意义。
1、线棒材轧制技术的发展
20世纪中期，线棒材的生产发展迅速，其生产技术的发展方向是高速性和连续性。以美国摩根公司的两辊水平式轧机和德国施曼公司的平、立交替轧机为代表。在20世纪60年代，微张力精轧机的开发，和散卷冷却技术的产生促进了高速线材轧机的诞生。现今轧制技术发展迅速，高精度轧制和低温轧制逐渐发展起来。控冷技术的发展，使中高碳钢的力学性能不断的发展进步。在线棒材轧制方面逐步将计算机控制应用其中，从而实现了高速高稳定的轧制。日渐激烈的市场竞争对棒线材产品质量有了更高的要求，棒线材生产企业要提高自身的市场竞争力，就要在棒线材的生产进行全方面的革新，无论从生产设备上、生产技术还是生产工艺方面，都要进行更新和改进。企业加大了设备投入和技术研发的力度，新的生产设备和生产技术应运而生。棒线材的轧制从单方面的追求高产量逐渐向产品高产量、高质量和高产品附加值的方向发展。面对新的经济形势，企业对棒线材的轧制，要保证其高精度，对产品的组织结构和表面质量都要满足性能的要求；面对市场日新月异的变化，随时能够对钢种及其规格的工艺进行更换；生产的产品覆盖范围广泛，技术上能够满足高附加值产品的开发需要；在生产效率和经济效益方面能够不断的开发新技术，满足不断发展的市场变化。
2、棒线材轧制的新工艺
2.1无头轧制技术
（1）焊接无头轧制EWR技术
焊接无头轧制EWR技术适用于长材的轧制，我国第一家适用改轧制技术的唐钢棒材厂，之后我国其他钢铁公司也先后订购了该设备。闪光焊机在加热工序设定之后由计算机对焊接过程进行控制，并在轧钢自动化系统中将焊接的过程纳入进去，从而保证了焊接的稳定性，任意断面形状和钢种的钢坯均能对焊。焊接技术的进步，使得焊接位置的各项技术指标提高，与轧件母体无明显差异。相比于常规轧制，无头轧制不仅将生产效率大大提高，而且降低了生产成本，棒材尺率高，金属收得率也得到了提高。应用无头轧制技术，因为只有一个头部存在，所以使得轧件的纵向尺寸和性能更加均匀。从唐钢棒材厂的应用经验也可以看出，对接钢坯的端面几何形状是否一致决定着钢坯对焊的成功率，而保持火焰切割喷嘴的通畅以及结晶器的良好定位对钢坯对焊率的提高非常重要。
（2）无头连铸连轧ECR技术
无头连铸连轧ECR技术是在EWR技术之后诞生的新技术，它实行了加工工序的全程计算机控制，最先投产使用于意大利ABS钢厂。该钢厂使用了ECR技术后，获得了巨大的经济效益，建立了具有高生产能力的碳钢生产线。ABS钢厂首先建立了以连铸机和连轧机为主要机组的主轧线，在此基础上利用转换机将轧件在三条加工线上分别进行导入。第一条加工线将主轧线生产的轧件经水冷箱在线进行热处理，由冷床入口处的倍尺飞剪切断后进入下一个工序。第二条加工线是采用工字轮收线机对线材盘卷整齐后送入控冷线。第三天加工线主要用于对散卷冷却的线材进行生产，实施低温轧制。
2.2控制冷轧制技术和线材力学性能的改进
对于高碳刚和合金钢等线材来说，必须先对钢坯的纯净度、化学成分是否均匀进行有效的控制，同时对钢坯所具有的缺陷进行彻底的清理，这是保证成品性能优良的前提条件。因此，采用连铸小方坯生产高碳硬线，需要对钢坯中心碳偏析系数进行严格的控制，应该将其控制在1.11的范围之内。例如生产P.C钢绞线，如果偏析系数在1.20以上，那么在线材成品的组织结构中就有可能有网状碳化物产生，这就会使线材的断面的收缩率降低，从而使线材的韧性降低容易发生脆断。
产品的性能是否良好取决于材料是否具有良好的组织结构，要获得理想的组织机构，对生产的工艺进行优化是十分必要的。在工艺设计中，要根据产品的性能要求和使用范围，合理的设计工艺，生产符合高质量要求的产品。可采取以下方法：提高预精轧机的后冷器能力，控制轧机进入轧机的温度，使其保持在800～900℃的范围内；为了控制产品在精轧加工的过程中产生热变形，可在轧机中间进行水冷却导卫，使终轧温度在1000℃以下；斯太尔摩风冷线实施多点测温，对冷却曲线进行控制；采用冷却喷雾等冷却方式需要进一步的研究。
2.3热送热装技术的应用
对于一个轧钢厂来说，如果轧制生产线设计合理，则连铸坯的装炉温度能达到700～850℃，这意味着加热炉的能力得到了大幅度的提高，不仅减少了烧损量，而且节省燃料，降低成本投入，使原料库的面积也得以减少。要实现热送热装技术的有效应用，需要实现全程的在线和离线协同化组织管理模式，以使工序节奏和时间顺序保持一致。但是需要设置缓冲环境来解决连铸和轧钢之间节奏的不平衡。可采用一种双梁步进式加热炉，此种加热炉在冷热坯料混装的加工条件下使用尤为适合，可以从两个不同的位置进行坯料的进入，通常从炉尾将冷坯料装入，从位于中部的侧装钢孔进行热坯料的装入。
2.4精轧机远程尺寸自动控制系统
线材的尺度主要受轧件温度、压下量、宽展度的影响，通过建立数学模型进行计算分析，对轧机进行试验测试，找到变量和轧件面积之间对应的关系。在中间辊缝值保持稳定的前提下，采用测径模型，配合在线温度计，对精轧机的液压进行远程控制，对轧机的辊缝进行调整，从而进行尺寸的调整，实现高精度的远程尺寸自动控制。
3、结论
无头轧制技术的应用能够有效的解决轧件咬入的问题，明显的提高棒线材的生产效率和生产质量，降低成本消耗。冷轧制技术的改进和线材力学性能的提高，对实现高精度的轧制，提高产品性能有非常重要的作用；热送热装技术明显提高加热炉的能力，节省燃料；远程尺寸自动控制系统的应用为提高产品的尺寸精度，实现尺寸的远程控制发挥重要作用。面对日益经历的市场竞争，钢铁生产企业要跟随技术发展的部分，不断的开发新技术，使用新工艺，才能提高产品竞争力，争取更大的经济效益。
参考文献
[1]任吉堂，郑申白.棒线材生产新工艺分析[J].钢铁，2012，37（7）.
[2]程知，张立杰，苗承鹏.特殊金属材料棒线材生产线的研制[J].中国有色冶金，2011（3）.
控制轧制 篇7
1 热轧精轧机活套的设备简介
1.1 精轧机活套设备
邯钢热轧2250热轧的精轧机采用了7架连轧机, 机架间共有6个活套, 分别是L1-L6活套。活套的操作模式:分为手动、APC及自动控制。手动模式下, 操作工可以点动及自由抬起、下降活套;APC模式下, 操作工可以手动将活套升降至某个特定角度;自动模式下, 操作工不能对活套进行调整, 活套角度由程序设定发出, 手动干预活套角度只能依靠操作工对机架速度进行调节来实现。活套的控制设备组成:通过缸侧的1个压力传感器及杆侧的1个压力传感器实现对压力的检测;通过绝对值编码器实现对活套角度的控制。活套的自动控制模式:轧制过程中保持22度的常规模式及带尾到来时的小角度控制模式, 小角度控制模式根据不同的规格分为16度和18度。精轧机区域包括L1-L6共6个活套, 活套在轧钢过程中保证相邻轧机的带钢始终保持恒定的张力, 当相邻轧机发生秒流量不相等时, 通过活套角度的改变, 调整上游机架的速度, 来保证轧制的稳定性。其中L1-L3活套为普通活套, L4-L6活套为张力差活套。活套安装在相邻轧机中间, 通过安装在L4-L6活套上的压头测量活套DS侧和OS侧的张力差, 自动调整F5-F7轧机的辊缝, 来消除板带的边浪的发生。活套的控制是精轧区域最复杂的控制之一。
1.2 编程环境
该热轧厂精轧机换辊自动化控制系统采用了东芝的V3000系列控制器, 使用的控制器主要有S3、R3、STC及C3。编程环境为VTOOL编程软件, 上位监控软件为INTOUCH。
VTOOL是用于S3和STC控制器的编程软件, 以系统为单位作为一个工程项目。在一个工程项目下建立各个区域的机架站, 用于配置相应的控制硬件包括S3、STC、R3、TN、EN等。S3模块参数的设置:对于S3或STC需要对它的模块参数进行设置, 主要是根据需要对MS TASKSCANTIME的设定。EN模板的参数的设置:以太网模板主要是IP地址和子网掩码的设定及IP地址类型。I/O模板的变量定义:是对数字量输入输出、模拟量输入输出模板等的I/O模板的各个通道的变量的定义。编程环境:对于每个S3或STC控制器, 以TASK为单元编程, 在S3控制器中分为EV、SS、IP、HS、MS和BG多个任务, 主扫描MS和高速扫描HS是常用的两个任务。在STC控制器中只有MS。在MS或HS中可按控制功能分类可在不同的TASK入口编程。程序变量的定义主要有局部变量、I/O变量、全局变量、站变量和网络变量。局部变量只在本TASK入口有效, I/O变量可在I/O模板参数定义, 全局变量就是控制器变量, 在一个控制器的整个TASK有效。除了用户自定义的全局变量外, 还可以获取控制器系统的信息。网络变量是一个站的各个控制器之间或与其他站控制器之间通过TC-NET通讯的变量, 包括S3 (或STC) 之间, S3与R3之间及C3之间通过TC-NET通讯的变量。除了常用的梯形图命令和标准功能块外, 用户可以在VTOOL的图书馆下建立自己所需要的功能块, 在程序编辑器中编程调用, 自动换辊控制程序广泛的采用了SFC功能来实现。
1.3 改造涉及到的设备
增加压力传感器、VTOOL程序的增加。
2 管线钢轧制活套控制不稳定的影响
轧制X80等高级别的管线钢时, 由于板坯比较硬, 温度比较低, 活套的控制更是起到了关键作用。在热轧厂投入生产以来, 活套发生了多次起大套等事故, 影响正常生产, 尤其在轧制X80时发生了多次板坯顶撞导台的事故。每次更换导台的时间在24小时以上, 而且被撞坏的导台备件也是一笔不小的花费。如果是压力传感器损坏, 由于安装位置的原因, 更换麻烦, 耗时较长。
3 改造和优化的内容
3.1 针对活套压力传感器运行不稳定, 增加冗余控制
经过对事故分析研究决定增加备用压力传感器并且对控制程序进行优化, 实现在线压力传感器故障时, 自动切换到备用压力传感器, 保证生产的稳定运行。并且增加HMI报警功能, 在压力传感器故障时实现全线自动报警。TEMIC原始设计在精轧F1-F6活套阀台塞侧和杆侧分别安装2个压力传感器, 共计12个。由于安装的位置在轧机下方, 活套压力传感器常年被工作辊冷却水冲刷, 并且现场温度及湿度很高, 传感器极易发生故障, 同时由于安装位置特殊造成更换比较困难, 影响正常生产。对此分析后在活套阀台上的测压点分别装上2个对应的压力传感器作为备用, 为系统的增加冗余效果, 当传感器发生故障时, 不用更换, 直接启用备用的压力传感器测量。活套阀台与液压缸的位置很近, 压力传感器检测的信号延迟现象并不明显, 活套的控制基本能够保证。在对应活套PLC系统控制功能中增加压力传感器切换程序, 当控制用压力传感器发生故障时, 切换到备用压力传感器。当系统在CPU一个扫描周期检测到传感器的数值变化超过60公斤或者当压力传感器的反馈值大于310公斤时 (系统最大压力为290公斤) , 此时系统判断认为压力传感器故障, 控制用压力传感器应切换到备用传感器, 继续轧钢, 避免了堆钢事故发生, 提高了活套运行的稳定性。
3.2 针对管线钢轧制时活套对上游机架速度干预的调整
在轧制管线钢时增大手动调整F1-F6的速度范围由5%增加到20%, 用来调整F1出口的套量大小;在轧制管线钢时减小F1-F6活套对速度的调整范围由20%减小到5%, 有效抑制了活套波动剧烈对F1速度的影响。同时增加根据板坯厚度程序自动判断是否进行管线钢轧制, 并自动下发调整参数。
4 结束语
通过增加活套压力传感器的容易控制及对管线钢活套干预轧机速度的调整, 避免了精轧机管线钢轧制时的堆钢事故。经过长期测试, 该改造是有效的, 为邯钢2250热轧厂的正常生产特别是高附加值产品管线钢的轧制提供了可靠保障。
参考文献
[1]邯钢2250mm项目功能描述.
控制轧制 篇8
目前,全球中厚板产能已严重过剩,钢铁企业之间的竞争异常激烈,大多企业都通过压低价格的手段进行产品营销,但成本是压价销售不可逾越的红线。提高成材率是降低成本的重要手段,附着式立辊轧机的成功投入使用可以使中厚钢板的平面形状得到极大的改善,使板材成材率提高1% ,钢板生产 成本也因 此相应降 低约1 %[1]。这样,中厚板市场竞争能力便可大大增强。
通常,中厚板轧制采用厚度220 ~ 300 mm、宽度1 300 ~ 2 300 mm的板坯作为原料,经过粗、精轧机双机架配合轧制后,获得厚度5 ~ 150 mm、宽度1 300 ~ 4 950 mm的不同长度的钢板。中厚板的常规轧制过程通常分为成型轧制、展宽轧制和精轧( 纵轧) 3个阶段,其中展宽轧制和精轧是控制钢板平面形状的重要阶段,在这2个阶段,通过平面形状控制技术( 即矩形化轧制技术) ,对板坯先进行展宽轧制,之后再进行长度方向的延伸轧制[2]。
根据金属最小阻力定律,金属在外力作用下发生塑性变形时,其内部各质点总是沿着阻力最小的方向流动,因此,在中厚板轧制过程中,轧件沿宽度方向产生不均匀变形,在板坯头尾部尤为明显,轧制后钢板形状不仅偏离矩形,而且沿长度方向上的宽度也产生不均匀延展。而金属体积不变定律指出,在压力加工过程中,只要金属的密度不发生变化,变形前后的体积就不会变化。根据这一定律,只要在中厚板轧制过程中采取修正钢板头尾或边部的轧制技术,就可从根本上改善钢板的平面形状,成材率也可以相应得到很大程度的提高。因此,各种中厚板平面形状控制技术和方法应运而生。目前,被世界各大厚板生产企业普遍采用的钢板矩形化轧制方法有: 厚边展宽轧制法、狗骨轧制法、薄边展宽轧制法、立辊轧边法、咬边返回轧制法和留尾轧制法等[3]。
湘潭钢铁集团有限公司5 m宽厚板厂( 简称湘钢5 m板厂) 在粗轧平辊轧机后安装有附着式立辊轧机,采用立辊轧边法,并配合立辊短行程控制,来达到控制钢板平面形状的目的。为了提高钢板平面板形控制效果并且更有效地使用立辊,在保证粗轧机前后侧导板以及立辊中心线严格重合的条件下,湘钢5 m板厂开发出立辊轧制新工艺,在新工艺中也投入立辊短行程功能,极大缩短了立辊辊缝到位时间并大幅提高了现有轧制节奏。新工艺和相应控制功能在立辊PLC自动控制程序中编程实现,2013年6月成功应用于日常生产后,达到了有效改善钢板平面形状、减少切边损耗、提高钢板成材率的目的。
1立辊轧机工艺参数
湘钢5 m板轧机生产线装备有5 m宽厚板粗轧平辊轧机和立辊轧机、精轧机各1架,以及初除鳞箱、预矫直机、MULPIC钢板快速冷却设备、热矫直机各1套,设计年产量为200万t,最大产品宽度( 热态) 为4 950 mm。图1为生产线设备布局示意图。
立辊轧机附着安装于粗轧机出口侧牌坊,是由英国SVAI公司设计并制造的强力型立辊,其主要技术参数见表1。立辊轧机通常与平辊轧机配合使用,主要作用是微量调宽,经过几个道次的轧制,控制粗轧平辊轧机后续轧制带来的自然宽展[4]。
由于湘钢5 m板立辊轧机安装在粗轧机后,因此按照传统的立辊轧制工艺,为保证轧制节奏,避免增设立辊后轧边道次间歇时间的增加使轧机生产能力下降[5],仅在精轧阶段的偶数道次才使用立辊,对钢板边部进行挤压轧制。有时为了保证钢板金相性能,水平轧机使用大压下率,导致L2( 过程自动化) 模型计算的立辊轧边道次较为有限,此时钢板虽经立辊挤边轧制,但由于立辊轧边次数少,钢板依旧出现鼓形或负鼓形,且容易造成头尾鱼尾量不对称,因此传统工艺下立辊对钢板平面形状的控制作用极为有限。
2立辊轧制新工艺及控制实现
根据金属最小阻力定律和体积不变定律提出的立辊轧制新工艺是: 在展宽阶段及精轧阶段奇数道次均使用立辊进行钢板头、尾及边部的修正轧制,在最后一个偶数道次进行定宽轧制,使钢板平面形状得到有效控制并趋于矩形化。根据上述新工艺,在Siemens Simatic PCS7软件中进行编程,实现立辊轧制新工艺的自动控制功能。
2 . 1展宽阶段
2 . 1 . 1立辊辊缝计算
在新工艺下,当钢板处于轧制过程的展宽阶段( 第1次转钢与第2次转钢之间) 、转钢后第1个偶数道次时,投入立辊轧头尾功能( 展宽阶段对钢坯进行了90°旋转,转钢完成后,立辊轧制时作用到的边部实为钢坯原来的头、尾,因此展宽阶段使用立辊轧制称为轧头尾) ,之后不论轧制道次是奇道次还是偶道次,均在展宽阶段使用立辊对钢板进行轧头尾操作。在此新工艺中,使用了转钢后粗轧机侧导板对中时的实测宽度来计算立辊的侧压量与辊缝。奇、偶道次时立辊辊缝计算公式分别如下:
式中: GEven为偶数道次立辊设定辊缝,对应侧压量为a ,mm; GOdd为奇数道次立辊设定辊缝,对应侧压量为b ,mm; Wact为展宽阶段轧机出口侧导板对中时的实测钢板宽度值; n为展宽阶段使用立辊的次数,n = 1,2,…。
在展宽阶段使用立辊轧头尾的过程中,因为金属沿钢坯纵向阻力大于金属向边缘的流动阻力,所以在轧制过程中金属主要流向钢坯头尾边缘,补偿了展宽过程中形成的平面不良形状,有助于实现矩形化轧制。
2 . 1 . 2控制实现流程
在该新工艺下,操作人员只需在HMI上设定好相应的侧压量a和b即可,a和b为常量,其值由工艺技术人员针对板厚根据经验而定,通常将a设定为15 mm,将b设定为8 mm。整个立辊的辊缝计算和轧制过程均全自动完成,不需操作员干预,真正简单易行。为了更好地消除钢板的鼓形或鱼尾形状,需要周期性地对粗轧机出口侧导板进行标定,以确保钢板宽度测量的准确性; 另外,可适当设定粗轧四辊水平轧机的压下率,以获得更多的展宽道次,从而使钢板的平面形状更趋于矩形化。
图2为展宽阶段使用立辊的PLC程序控制流程。
2 . 2精轧奇数道次
2 . 2 . 1立辊辊缝计算
在新工艺下,精轧奇数道次也使用立辊。但是对于厚度较小的钢板,为了避免在轧制规程的最后一个奇数道次( 水平轧机空过,属于精轧阶段的平整道次) 仅使用立辊轧边使钢板易被夹拱的情况,系统将根据钢板厚度自动判断是否投入新工艺,即当钢板厚度小于75 mm时,在精轧阶段的最后一个奇数道次不使用立辊进行侧压。
奇数道次立辊的侧压量与辊缝计算基于上一偶数道次立辊的实际辊缝。通过轧制大批量的钢板并实测钢板的平面形状,笔者得出如下奇数道次立辊设定辊缝计算公式:
式中: GEven_act为偶数道次 立辊实际 轧制辊缝;f( h) 为与当前道次钢板厚度h相关的函数,取值范围为10 ~ 18 mm。
2 . 2 . 2控制实现流程
图3为精轧奇数道次使用立辊的PLC程序控制流程。
2 . 3定宽轧制
传统立辊轧制工艺中,L2模型没有定宽轧制的功能,其计算的辊缝并不能保证钢板有最经济的切边裕量。为此,新工艺下,在立辊的最后一个偶数道次投入了定宽轧制功能。定宽轧制时,立辊的辊缝设定采用中厚钢板的合同宽度,由操作员根据钢板合同在L2 HMI上手动输入,HMI将该设定值发送给L1,在L1程序中计算出立辊最后一个偶数道次的有效辊缝,以此辊缝进行轧制,来保证钢板的切边裕量,提高成材率。定宽轧制时立辊辊缝
式中: f1( h) 为与当前道次钢板厚度相关的函数;WHMI为来自HMI由操作员输入的合同宽度,mm。
3立辊短行程
在各阶段立辊保持恒辊缝轧制时,钢板头尾将形成两个非稳定段,必须要剪切掉,这就使得钢板成材率降低[6]。为解决该问题,湘钢5 m板厂立辊轧机配备了自动宽度控制( AWC) 系统,在轧制时通过液压缸快速调节立辊辊缝,使之从板坯头部到尾部按照轧制长度呈一定的线性规则变化( “狗骨形”) ,以减小立辊侧压导致的板坯头尾部宽度缩减,使板坯头尾形状更加规则,此过程称为短行程控制。
为了获得更完美的狗骨形状,在新工艺中也投入了短行程功能,即在精轧阶段的奇数道次也使用短行程功能,来保证钢板形状的矩形化。短行程控制在PLC中编程实现,具体的编程思路是: 将钢板在轧制的长度方向20等分,钢板头、尾部各占3等分,在头尾所在的等分点的长度范围内实施短行程控制。短行程量根据钢板厚度而定( 为当前道次钢板厚度的1 /10) ,设置范围为10 ~ 15 mm。短行程功能的投入很大程度改善了钢板板形,抑制了钢板的负鼓形或正鼓形。图4所示为奇数道次使用立辊时辊缝短行程曲线( 短行程量为10 mm) 。
4应用效果
传统立辊轧制工艺中,展宽比( 展宽轧制后的钢板宽度与轧前钢板宽度之比) 大的宽幅钢板的鼓形度( 钢板实际最大宽度与最小宽度之差)一般为60 ~ 90 mm; 而采用立辊轧制新工艺后,使用不同展宽比的板坯,轧制同一目标宽度的钢板,只需合理分配水平轧机的压下量和立辊轧机的侧压量,所轧制钢板在宽度方向的鼓形度基本可控并稳定在 - 5 ~ 15 mm。经过轧制大量钢板并对其实际宽度进行测量和统计,宽度2 688 mm的钢板鼓形度为12 mm,而宽度4 615 mm的钢板鼓形度为10 mm,不同展宽比的钢板鼓形度均取得了良好的控制效果。
立辊轧制新工艺通过相应控制程序实现后,由于中厚钢板鼓形度显著减小,因此切边量得到较好的控制。原剪切线切边量为70 ~ 100 mm,实施立辊轧制新工艺后,降低到30 ~ 50 mm,切边损耗明显减少,总体成材率提高1% ~ 1. 5% 以上,同时也大大减少了由边部鼓形度大而产生的宽度非计划材料。
使用传统立辊轧制工艺生产展宽比大的钢板时,钢板头、尾极易形成鱼尾形,增大了头尾切损量。实施立辊轧制新工艺和相应控制功能后,钢板轧制头尾形状也得到了显着改善,鱼尾形得到了较好控制,实际切头、尾量由之前的300 ~500 mm降低到现在的100 ~ 300 mm,减少切损40 % ~ 60 % ,大大减少了钢板长度非计划材料,成材率提高约1% 。
5结束语
立辊轧制新工艺是依据金属最小阻力定律和体积不变定律提出的一种崭新的钢板平面形状控制方法,能够有效改善中厚钢板板形。该新工艺和相应控制由PLC系统全自动实现,操作简单,易于维护,自应用于现场以来,功能稳定,运行良好,减小了中厚钢板剪切损耗,提高了钢板头、尾和边部质量及综合成材率,为公司创造了巨大的经济效益,可为相关中厚钢板生产线提供一些参考。
摘要：为了提高中厚板成材率,改善钢板板形,减少中厚板的切边、切头、切尾量,湘潭钢铁集团有限公司5 m宽厚板厂在传统的立辊轧制工艺基础上成功开发并应用了立辊轧制新工艺,在展宽阶段及精轧阶段均使用立辊分别对板坯头尾和边部进行修正轧制,在最后一个偶数道次进行定宽轧制,并投入立辊短行程功能。新工艺和相应控制在PLC程序中编程实现,有效改善了板形,减少了切损,明显提高了钢板的成材率。
控制轧制 篇9
随着现代工业的发展, 大尺度轴类零件 (直径大于100mm) 在车辆、造船、冶金设备、机械制造及国防军工等领域得到了越来越广泛的应用[1], 大尺度轴类零件主要作为传动部件或连接件承受扭矩和弯矩等复杂外载荷, 对其综合机械性能有较高要求。与传统锻造工艺生产轴类件相比, 采用连轧技术高效低耗、大批量地生产大棒材, 具有更高的经济效益和发展前景。然而, 如何利用有限的轧制延伸率消除大型连铸坯内部疏松、孔洞等铸态缺陷, 以获得满意的棒材内部质量, 一直是研究者关注和研究的重点。
随着计算机技术的发展, 以有限单元法为典型代表的数值模拟技术在大尺度型材热轧工艺研究中得到了广泛应用[2,3,4]。体积可压缩材料理论模型的逐步完善, 为铸态疏松缺陷致密压实问题的研究提供了有效途径, 并在自由锻造[5]、连铸坯板带轧制[6]等领域获得了应用。许志强等[7]将体积可压缩材料的刚塑性有限元方法应用于大棒材芯棒质量控制研究, 提出采用大压下量轧制工艺, 以取得疏松压实的效果。研究表明[5,6,7], 足够大的变形量和较大的静水压应力是使疏松缺陷得以压实的必要条件, 然而, 在棒材连轧过程中, 仅靠压下量来进行工艺调节效果极为有限。洪慧平等[8,9]通过数值模拟研究了轧辊转速对机架间张力以及棒材应力、应变分布等的影响, 提出了大规格圆钢热连轧过程应采用微堆钢轧制技术的建议。微张力控制技术在无缝钢管张力减径工艺中的应用已较为成熟[10]。文献[8]在研究大棒材芯部疏松缺陷控制时, 也提出了微堆钢轧制的建议, 但未给出张力对疏松缺陷压实的具体影响规律及实现方法。因此, 研究机架间张力调节对轧制变形区内金属应力状态的影响, 揭示大棒材芯部疏松缺陷致密压实机理, 研究采用负张力轧制工艺的可行性, 对实际生产工艺的制订具有重要的指导意义。
1 大棒材轧制有限元建模
本文以某厂Ф150mm大棒材热轧机组为研究对象, 如图1所示, 该连轧线共由9个机架组成, 其中粗轧段5架, 半精轧段4架, 采用“扁箱→方箱→扁箱→平椭→圆→椭圆→圆→椭圆→圆”孔型系统, 平-立交错布置, 实现无扭轧制。
1.1 疏松介质与体积可压缩材料模型
矩形连铸坯的横截面尺寸为300mm×360mm, 材质为42CrMo。经现场取样并进行腐蚀分析可知[7], 其芯部150mm×180mm区域内存在明显疏松特征 (图2a) , 疏松区内最小相对密度为0.88, 为便于建模和观察致密效果, 假设疏松区内相对密度均为0.88, 进行简化处理, 结果如图2b所示。
疏松缺陷是微小孔隙的聚合体, 其物理本质是多孔可压缩材料。在塑性变形过程中, 对疏松体而言, 体积不变条件已不再适用, 但总的质量保持不变。为方便模拟, 引入相对密度ρr表示材料的疏松程度η, 它们的关系为
由于非连续介质力学的基本理论还不完善, 目前, 对于多孔可压缩材料塑性变形理论的研究, 均是将多孔材料视为“可压缩的连续体”, 并在此基础上用连续体塑性力学理论来研究其变形行为[11,12]。多孔可压缩材料的屈服准则以von Mises理论为基础, 在实际应用中, 常写成与Mises屈服条件类似的形式:
式中, g为可压缩参数, 当g=0时, 即为Mises屈服准则。
根据多孔可压缩材料质量不变条件, 发生塑性变形时, 疏松缺陷密度的变化率可表示为
其中, dρr是应变增量dε1、dε2、dε3引起的密度增量。式 (3) 表明, 疏松体材料密度的变化与应变增量和原始密度有关。
本文将连铸坯芯部疏松体视为多孔可压缩材料, 采用刚塑性有限元方法来模拟轧件塑性变形过程, 重点研究机架间张力对棒材芯部疏松缺陷致密压实效果的影响规律。
1.2 大棒材轧制有限元模型
考虑变形对称性, 采用轧件1/4建模, 在工件中心150mm×180mm区域内置入疏松材料, 初始相对密度ρr=0.88, 芯部之外区域的相对密度取1.00。忽略轧辊弹性变形, 将轧辊视为刚性体。为减小模拟计算量, 对各道次进行独立建模, 采用在轧件出入口端面上设置应力边界条件的方式来模拟轧件的前后张力 (图3a) , 建立有限元模型如图3b所示。其中, 轧件和轧辊接触传热系数取12kW/ (m2·K) , 轧件与周围空气的综合对流传热系数取20W/ (m2·K) , 轧辊与轧件间采用剪切摩擦模型, 摩擦因数取0.75, 轧件初始温度为1150℃。
2 有限元模拟结果分析
2.1 张应力对疏松压实的影响
以机组第一道次为例, 矩形连铸坯在张应力分别为±5MPa、±2MPa、0时, 经箱型孔轧制成形, 在轧件出口横截面的压下方向上, 自芯部向外表面的相对密度分布曲线如图4所示。从图4可以看出, 自由轧制和负张应力轧制时, 轧件芯部相对密度都呈现增大趋势, 负张应力轧制明显比自由轧制效果好, 并且当负的张应力越大时相对密度越大, 疏松压实的效果越好。可见, 负张应力比正张应力更有利于芯部疏松压实。
1.p=-5MPa 2.p=-2MPa 3.p=04.p=2MPa 5.p=5MPa 6.轧制前
2.2 张力对疏松压实的作用机理分析
如图5所示, 在轧件前滑区横截面的芯部疏松区域, 沿轧辊压下方向提取P1, P2, …, Pn节点, 研究上述节点在轧制过程中的等效应变 (图6) 及应力状态 (图7) , 探讨张应力对疏松压实的作用机理。
1.p=5MPa 2.p=2MPa 3.p=04.p=-2MPa 5.p=-5MPa
1.p=5MPa 2.p=2MPa 3.p=04.p=-2MPa 5.p=-5MPa
从图6、图7a可以看出, 在相同的张力作用下, 越靠近轧件中心, 质点受到的等效应变、平均应力的绝对值越小, 即表现为变形由外向内渗透。在负张应力轧制条件下, 轧件中心质点的等效应变和平均应力要大于自由轧制和正张应力轧制的等效应变和平均应力, 与图4所示的相对密度变化曲线一致, 说明大的等效应变与负的平均应力更利于疏松压实, 且其绝对值越大效果越理想。
从疏松区质点三向应力分量分布曲线 (图7b~图7d) 可以看出, 金属在压下方向 (σY) 和宽展方向 (σX) 处于较大的压应力状态, 在轧制延伸方向 (σZ) 仅在疏松与非疏松的过渡区域应力为负, 靠近中心区拉伸应力较小。研究结果表明, 当可压缩单元体处于三向压应力状态时, 将有利于疏松快速压实。但在轧制过程中, 受前后张力状态的影响, 无法完全实现三向压应力状态, 故希望轧制方向和宽展方向同时受到压应力作用, 且负的压应力越大越好, 而延伸方向则处于拉应力状态, 且拉应力越小越好。张应力由正值变为负值的过程中, 正好符合此规律:由图7b~图7d可以看出, 压应力 (σY、σX) 呈现逐渐增大趋势, 而拉应力 (σZ) 则相应地减小, 并可以在p=-5MPa时取得最理想效果。
2.3 张力对轧制力和轧制力矩的影响
为研究在现有机组上实施负张应力轧制工艺的可行性, 绘制了不同张应力作用下轧制时的轧制力F、轧制力矩M时间历程曲线 (图8) 。对比结果表明, 轧制力、轧制力矩随着张应力呈现出基本相同的变化规律, 张应力由正值变为负值过程中, 轧制力、轧制力矩都随之增大。在-5MPa张应力稳定轧制时轧制力、轧制力矩分别达到了4.25MN和280kN·m, 而在自由轧制时轧制力、轧制力矩分别为410kN和260kN·m, 正张应力 (微拉钢) 状态下的轧制力和轧制力矩更是有所减小。
1.p=5MPa 2.p=2MPa 3.p=04.p=-2MPa 5.p=-5MPa
综上可知, 负张应力有利于芯部疏松缺陷的压实, 但会增大轧制力和轧制力矩, 也对电机的承载能力提出了更高的要求, 且若控制不当将导致机架间发生堆钢事故。因此, 负张力轧制工艺的关键是合理分配和确定负张应力的值, 使之能在正常轧制条件下实现疏松压实。
2.4 各道次压实效果分析
为了进一步研究疏松缺陷在整个轧制过程的压实效果演变, 本文进行了不同工况下的全过程轧制模拟, 各道次相对密度变化如图9所示。
1.道次1 2.道次2 3.道次3 4.道次4 5.道次56.道次6 7.道次7 8.道次8 9.道次9 10.轧制前
表1所示为不同张应力条件下, 轧件的截面形状所经历的“平箱→立箱→平箱→平椭→圆→椭圆→圆→椭圆→圆”的演变过程, 以及各道次轧件出口横截面内的相对密度分布云图。结合图9和表1可以看出, 张应力由正值向负值过渡过程中, 芯部致密度呈现递增规律。且随着轧制的进行, 疏松部分主要向轧件中心集中, 中心疏松区域面积逐渐减小。在张应力分别为5MPa、0的条件下完成9道次轧制, 芯部相对密度分别达到0.972、0.993。而在-5MPa张应力条件下轧制时只需要通过8个道次的轧制, 芯部相对密度就可以从初始的0.880提高到0.996左右, 最终芯部相对密度可以达到约0.998, 即整个横截面完全被压实。
数值模拟结果表明, -2~-5MPa的负张力轧制可以取得疏松压实的效果, 且各道次孔型的充满度良好, 没有出现耳子、折叠等缺陷, 断面形状和尺寸满足设计要求, 和无张力轧制断面相近。
3 结论
(1) 采用机架间张应力为-2~-5MPa的负张力轧制工艺, 能在少于8个道次的轧制变形过程中获得良好的芯部致密度, 比自由轧制和微拉钢轧制更易获得满意的轧件芯部质量。
(2) 本文研究的机组设备能力满足负张力轧制工艺时的轧制力、轧制力矩负荷要求, 且各道次孔型的充满度良好, 没有出现耳子、折叠等缺陷, 断面形状和尺寸满足要求。因此, 微张力轧制工艺实施具有可行性。
(3) 孔型拓扑结构对大棒材芯部疏松致密压实也会有影响, 且连轧机架间的张力调节是一个复杂的过程, 因此, 孔型拓扑结构的优化及负张力轧制的张力调节等问题仍需进一步研究。
摘要：以某厂Ф 150mm大棒材连轧机组为对象, 将大规格连铸坯芯部疏松视为体积可压缩材料, 利用刚塑性有限元方法, 建立了非均质大棒材轧制过程三维热-力耦合非线性有限元模型, 采用数值模拟方法研究了机架间张力对疏松缺陷致密压实的影响规律。结果表明, 采用负张力轧制比自由轧制或微张力轧制能更有效地压实芯部疏松缺陷。从各道次孔型充满度和出口断面形状、轧制力能参数等方面探讨了实施负张力轧制工艺的可行性。
关键词：大棒材,疏松,负张力轧制,体积可压缩材料,有限元方法
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轧制一流钢材打造实力集团 篇10
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