攀钢HC 冷连轧机组工艺特点及应用研究攀枝花钢铁(集团)公司冷轧厂3 赵永平 颜代昶 周一林 朱大俊【摘 要】 文章介绍了攀钢冷连轧厂HC 冷连轧机组在板形控制、极薄板开发、大压下轧制等方面的工艺特点及应用成果。
【关键词】 HC 轧机 板形 极薄板 轧制 3邮编617022,四川,攀枝花市1 前言传统四辊冷轧机由于其自身结构特点,不能比较理想地进行板形控制和获得理想的带钢断面(即板凸度),因此,人们努力寻找更能有效控制板形和板凸度控制的轧机,日本日立公司70年代研制开发的HC 轧机就是其中一种。
HC 轧机是在支承辊带阶梯的四辊轧机的基础上发展起来的,具体地讲,它是在上下工作辊和支承辊之间分别安装一对阶梯形的中间辊,中间辊可以在工作辊和支承辊之间轴向移动,工作辊配置有液压弯辊机构,当带钢宽度变化时,移动中间辊与之相适应,并通过调节液压弯辊力来有效地调节板形。
因此,HC 轧机具有较强的板形控制能力。
HC 轧机率先应用在日本新日铁公司,取得了良好的效果,便在世界上迅速得到推广应用。
HC 轧机在冷轧生产中应用很广泛,既可用于单机,如武钢冷轧厂单机可逆式镀锡原板冷轧机;又可用于冷连轧机的最后一架或倒数第二架,如荷兰霍戈文的成品机架,其板形控制精度在5个Ⅰ单位以下;还可四个机架全部采用,如攀钢冷轧厂引进的日本70年代制造的四机架HC 冷连轧机,投产以来,其尺寸公差和板形控制均取得了良好的效果,同时,带钢可轧规格和变形率在原设计的基础上均取得了突破。
2 HC 轧机良好的板形控制能力2.1 横向厚度偏差的有效控制冷轧带钢的凸度值(即带材中部和边部的厚度差)δh 可用下式表示:δh =h 0-h 1=P/K H -AC -F/K B(1)式中 h 0、h 1———带材中部、边部厚度/mm ;K H 、K B ———轧制力、弯辊力引起的轧机横向刚度系数(使带材中部和边部产生1mm 厚度差所需的轧制力及弯辊力)/kN/mm ;C ———工作辊凸度/mm ;A ———比例系数;F ———弯辊力/kN 。
由于HC 轧机的工作辊、中间辊和支承辊一般均采用平辊,即凸度C =0,故 δh =h 0-h 1=P/K H -F/K B (2)因此,影响带钢横向厚差的因素有两个,一是轧制力的影响;二是弯辊力的影响。
从轧制力的影响来看,HC 轧机具有较大K H 值,即具有较大的刚性稳定性,这样,即使轧制状态变化时,横向厚度差也不会发生太大波动。
同时,HC 轧机由于辊身接触有效长度减小和工作辊辊径较小,这样,较小的弯辊力作用下就能使横向厚度发生明显的变化。
攀钢HC 连轧机有两套轧制方式,即四机架工作辊为光辊和毛辊轧制方式。
根据对同种规格,用相同辊径,采用两种不同轧制方式的生产跟踪发现,成品机架轧制压力和变形率均有较大差别,但带钢的横向厚度差并不大,具体数据见表1。
表1轧制力对横向厚差的影响规格(mm )ε(%)P (kN )δh (μm )2.0×1004 6.9469260.5×1004 4.0398762.75×10047.2483980.7×1004 3.8442983.25×1004 6.4542391.0×1004 2.8498993.5×1004 5.75597111.2×10043.04885112.2 中间辊轴移对板形控制的有效性在连轧机上,由于前几个机架间的张力较大,板形存在一定的隐蔽性,所以,成品板形主要是通过最末一架来控制,在许多连轧机上,HC 轧机之所以用于最末一架,是因为它能通过调节中间辊轴移量和弯辊力来有效控制带钢板形。
中间辊轴移量是影响板形的一个重要参数,其意义如图1所示。
中间辊位置可以用带材边部与中间辊辊身端部的距离δ表示,见(3)式,也可以直接用L 表示,攀钢冷轧厂就是用这种方式来定义中间辊位置的。
图1 中间辊位置确定示意图δ=L -B/2(3)式中 δ———带材边部与中间辊辊身端部的距离/mm ;L ———上、下中间辊端部之间的长度(中间辊宽度)/mm ;B ———带钢宽度/mm 。
攀钢冷轧厂HC 轧机投产三年多的实践表明:带钢板形对于中间辊轴移量较为敏感,主要表现在生产0.5mm 以下带钢时。
通过归纳总结,我们得出如图2的经验关系。
由图可知,轧此规格在一定弯辊力,当中间辊宽度L 大于带宽60mm 时,带钢趋于平直。
再增加L 则出现边浪,反之,出现中浪。
图2 板型与中间辊位置的关系2.3 弯辊力调节板形的作用加强在实际生产中,HC 轧机中间辊位置是预先根据带钢宽度设定的,但由于来料板形等原因,会出现板形变化,这时,需通过调节各机架(主要是末架)弯辊力来进行控制,攀钢HC 冷连轧机第四机架(末架)配备有正负弯辊装置。
由于HC 轧机和普通四辊轧机相比,其有害接触区消除之后,弯辊力所产生的横向刚度值K B 变成一个较小值如图3。
图中曲线的斜率即为单位弯辊力控制板形的能力。
由图可知,当δ=50mm 变化到-50mm 时,曲线斜率逐渐增大,说明在HC 轧机上,改变中间辊位置使弯辊效果增强。
这样,在生产过程中通过调节弯辊力,带钢板形的调节就变得因张力变化而十分有效。
2.4 HC 连轧机板形控制的稳定和连续性图3 弯辊与板形a.对于HC轧机,当中间辊调整到适当位置时,工作辊的扰度不受轧制压力变化的影响,即HC轧机具有横向刚度无限大的特性。
由于HC轧机横向刚度大,相对于一定的轧制压力波动,其板凸度变化较小。
因此, HC连轧机大大有助于板形控制的稳定,并可促使生产率的提高。
b.资料表明,来料板形决定了出口板形。
攀钢4机架HC连轧机解决了热轧来料板形差的缺陷,通过前面3架HC轧机良好的带钢平直度控制能力,保证了成品机架的入口板形,再通过4机架的ABB板形闭环控制系统,保证了4架出口带钢板形良好。
3 大压下轧制能力3.1 HC轧机总体变形增大由于HC轧机横向刚度系数K H大,同时弯辊力作用的刚度K B较小,故其具有良好的板形控制能力,这样,就能够采用较大的变形量进行轧制。
从电机功率和轧制力二方面都能证明HC轧机的变形量比四辊轧机更大。
由(3)、(4)、(5)式知道,在相同润滑、相同张力和同等的轧制规模下,当n,ε一定时,轧机工作辊径越大,需要的电机功率也愈大。
由于四辊轧机支承辊和工作辊间存在有害接触,因此,工作辊辊径就要求足够大,以满足轧机的刚度需要,而HC轧机消除了这种有害接触,其工作辊径相对就要小得多。
所以在同样电机功率下,HC轧机获得变形也就要大一些。
MΣ=M+M f+M0+M d(4)忽略M f、M0、M d,则MΣ=M=f(d,n,ε…)=60N/2πn)(5)式中 MΣ———轧钢时总的力矩/kNm;n———电机转速/rpm;M———轧制力矩/kNm;N———电机功率/kW;d———轧辊直径/mm;ε———变形率;f(d,n,ε…)———变形力矩的函数表达式。
同时通过轧制力,见(6)式,也能证明这一点。
当单位轧制压力一定时,轧辊直径越小,总的轧制力也就越小,这样,当液压系统能力与四辊轧机相同时,即轧制力相同时, HC轧机的变形能力也比四辊轧机要大。
P=pb(R′Δh)1/2(6)式中 P———轧制力/kN;p———单位轧制压力/MPa;b———带钢宽度/mm;R′———轧辊发生弹性压扁后的半径/mm;Δh———绝对压下量/mm。
3.2 攀钢冷轧厂HC轧机变形能力情况攀钢冷轧厂HC轧机最初的大变形轧制主要是08A1等深冲钢,因为该类钢在轧制时必须要有足够大的变形,才能在退火后获得足够小的晶粒,以满足深冲性能。
表2是08A1等深冲钢在HC轧机轧制时的变形情况。
表2 08A1等深冲钢典型规格变形情况原料厚度(mm)成品厚度(mm)绝对变形量(mm)变形率(%)2.750.50 2.2581.83.250.80 2.4575.43.50 1.00 2.5071.44.50 1.50 3.0066.7从表2中可以看出,深冲钢的变形都比较大,一年的生产实践表明,该类钢轧制后的厚度公差和板形等都比较理想。
由于热轧原因,攀钢冷轧厂原料厚度普遍都不能满足原设计要求,然而根据市场需要,有些规格必须生产,如热轧厂不能提供厚度为2.0mm的原料,但又有一批Q195,成品规格0.5×1000mm的钢板合同,我们只好采用2.5×1000mm的热轧原料进行生产,经试轧后发现:成品带钢平直度和厚度公差及各项机械性能均比较理想。
并还在St12这一钢种上进行了大压下率轧制实验,现已进入常规生产,表3列出了攀钢冷轧厂HC轧机与武钢、宝钢冷轧厂五机架连轧机的变形情况。
表3变形比较表原料度度(mm)成品厚度(mm)变形率(%)攀钢宝钢武钢攀钢宝钢武钢1.80.3～0.590.3～0.5983～6783～672.00.25～0.50.5～0.60.5～0.687.5～7575～7075～70 2.50.5～0.650.6～0.70.6～0.780～7476～7276～722.750.65～0.70.75～0.850.75～0.8576～74.577～6977～693.00.7～0.90.85～1.00.85～1.076.7～7071.6～66.771.6～66.7 3.250.8～1.2 1.0～1.2 1.0～1.275～6369～6369～63 3.5 1.0～1.4 1.3～1.6 1.3～1.671～6062～5462～543.8 1.4～1.6 1.6～1.8 1.6～1.863～5858～52.658～52.64.0 1.6～1.8 1.8～2.0 1.8～2.060～5555～5055～50 4.5 1.8～2.0 2.0～2.5 2.0～2.560～55.655.6～4455.6～44 攀钢冷轧厂采用表3压下制度进行生产,在解决热轧原料规格限制、降低生产成本,开发新产品等方面取得较好效果。
3.3 HC连轧机具有极薄料批量生产的能力在普通四辊轧机上,由于其工作辊径较大,轧机整体的横向刚度较小,带钢平直度控制较困难,因此生产极薄规格(厚度0.5mm 以下)非常困难。
国内如武钢冷轧厂五机架冷连轧机设计最薄厚度为0.25mm,但从未生产厚度在0.5mm以下的带钢,并且在实际生产中,轧制0.5mm也较困难。
宝钢亦是如此,一般不生产0.5mm以下带钢。
攀钢HC 连轧机组具备极薄料批量生产能力,主要是HC连轧机具有较大刚度,具体表现在以下几个方面:a.抗来料厚差干扰能力较强;b.HC轧机与四辊轧机相比,辊径较小,其最小可轧厚度要小;c.具有良好的板形控制能力;d.具有较强的边部减薄控制能力,减少了边裂深度,从而减少了断带。