冷轧平整机机前甩尾轧制工艺的开发与应用

陆兆刚，艾新荇，蒋才灵

(广西柳州钢铁(集团)公司 冷轧板带厂，广西，柳州 545002)

0 前言

单机架平整机轧制到钢卷带尾时，需操作人员停车，撤除机组张力，机旁操作人员在机架出口剪切带钢，开卷机反转回收剩余带钢，剩余带钢只能作为废钢处理。这种轧制模式下生产效率低、带钢成材率低。为了有效提高平整生产效率和成材率，广西柳州钢铁(集团)公司冷轧板带厂对平整机组带尾轧制功能进行重新开发和实践，设定了卷尾带钢剪切长度为零的研究目标。

1 新轧制工艺的研究

1.1 原生产控制模式

国内大多数单机架平整机的轧制过程都是借助于开卷机、卷取机上缠绕的带钢建张，轧制至带尾时撤除机组张力，切除剩余带钢，如图1 所示。剪切剩余带钢长度L1 +L2 +L3 要作为废钢处理。图中L4 作为平整成品卷的防护外层，在下道工序中作为废品切除。因为平整卷的外圈并无防护，带钢在运送到下道工序的过程中，不可避免地划伤带钢表面。柳钢冷轧平整机也存在这个问题。据数据分析，改进前柳钢冷轧板带厂1550 mm 单机架平整机组成材率仅在99.12%左右，并且每轧制完一卷钢卷，操作人员必须反转开卷机回收尾卷，这个过程也需要1～2 min。生产效率低、带钢成材率低、生产成本过高，不符合公司低成本战略的要求，也很难完成生产指标。所以改变目前的卷尾轧制模式方式至关重要。

图1 剪切剩余原料带钢长度图Fig.1 Strip length of shearing remaining

1.2 新轧制策略的分析

在平整机轧制过程中，如果能实现带尾剪切长度降低到零，废品就不会在平整机组和下道工序机组重复产生，减少原料浪费。不仅可大大提高该机组的成材料，还可以加快生产的节奏，提高生产效率。利用L1、L2、L3 平整带钢尾部作为平整卷的外圈防护，可使平整卷的成品部分得到100%的利用，进而提高了成材料。L1、L2、L3 平整带钢尾部全部被轧制，减少了操作人员回收尾卷的操作，机组轧制过程更加连贯，生产效率会大幅提高。

要实现带钢剪切长度为零的目标，就是要实现剩余原料带钢L1、L2、L3 长度不被剪切掉，带尾经过轧机全部被轧制，所以平整机控制程序的改进是研究的重点。平整机组的轧制过程从机组建张启动到轧制运行，再到最后的停车、撤张、剪切、回收甩尾，轧制过程属于带张轧制。平整机张力的建立依赖于前后开卷机和卷取机的电机力矩，而且要有缠绕在开卷机和卷取机芯轴上的带钢。所以要实现带钢剪切长度为零的目标，就必须采用新的轧制策略。

2 机前甩尾轧制功能的开发

2.1 功能开发难点

要实现机前甩尾轧制功能，必须在原程序的基础上，新增该功能模块。广西柳州钢铁(集团)公司冷轧板带厂重新自主研发甩尾轧制控制程序，该控制功能模块能够完全嵌套于原系统。

根据工艺要求，细化控制要点，经过分析，在甩尾轧制功能的控制中主要解决好两个方面的问题，一是在平整机开卷机有张力和无张力时候恒延伸率轧制与恒轧制力轧制两种模式的切换点，切换过程中要达到无缝衔接，不能出现张力的瞬间波动。第二是解决带钢带尾精确定位问题，带钢带尾要在距离辊缝10 cm 的地方准确自动停车。

2.2 功能开发实现

平整机恒延伸率控制是平整机实现工艺控制的一个关键方式。是指平整机在轧制运行时，要保持带钢延伸率恒定在工艺允许范围内。一般来说，平整机实现恒延伸率控制是通过平整机轧机前后的激光测速或者速度编码器间接测量出带钢延伸率，通过调节轧机压下来实现调节带钢延伸率。柳钢冷轧板带厂1550 mm 单机架平整机恒延伸率控制就采用的是压下调节方式。在这种方式的控制中，轧机前后由开卷机和卷取机保持带钢在轧辊前后的张力恒定，作为轧机压下调整的前提。带钢前后张力的恒定是压下调整恒延伸率的关键点，任何影响张力恒定的因素都可能导致恒延伸率控制环节失效。

平整机恒轧制力控制方式则是指在整个轧制过程中保持轧机压下产生恒定的轧制力，并通过此恒定的轧制力来消除带钢屈服平台。恒轧制力的控制方式没有延伸率的要求，因此受到前后张力等因素的影响相对较小。在对一些如奥氏体、马氏体组织材料屈服点较高，接近抗拉点，延伸率的波动并非关键，这时应选择恒轧制力平整，以获得板形和性能的整体均匀。而深冲系列IF钢理论上应设定一个小而稳定的延伸进行延伸率闭环轧制，但因其屈服点和抗拉强度均很低，轧制时轧制力接近系统最小轧制力或者小于最小轧制力，系统无法产生附加轧制力实现延伸率闭环调节，使延伸率控制系统产生明显振荡，出现轧制失稳现象

平整卷的卷尾轧制并没有按照成品卷的轧制要求，到下道工序中作为废料切除，在当前工序中也不作为成品，只是要求能够消除极小部分带钢平直缺陷，并能够在钢卷外圈形成良好的卷取效果，作为成品带钢的外层保护，有一定的平直度和表面光洁度即可满足要求。也就是说，无需保证恒定延伸率。在这样的工艺指导下，就可以采用恒轧制力的轧制方式，来规避在机架入口带钢脱离芯轴或者是失去张力时带来的影响。就可以达到生产工艺的要求。大大减小了自动控制系统的难度，实现其功能。

平整机轧制至带尾部分时，开始启动甩尾轧制功能，此时由于带钢即将离开开卷机芯轴，无法准确控制张力，平整机进入恒定轧制力模式，在恒定轧制力模式下，带钢运行至距离辊缝前机组自动停车，打开辊缝，完成最后阶段的卷取，形成钢卷。

3 机前甩尾轧制功能的应用

3.1 机前甩尾轧制功能

带钢正常轧制至带尾时自动停车，机组速度为零时，操作工即可启动甩尾轧制功能。正常轧制与甩尾轧制时的切换，选择人工切换方案，主要是考虑到带钢尾部带钢的板形情况比较复杂，目前尚无手段对板形情况进行量化分析，不可盲目进行自动控制，否则引起的设备事故较难控制。

在甩尾轧制功能启动时，甩尾轧制速度控制与穿带速度相同，保持在30 m/min 以内，保证带尾轧制的稳定。因为带尾剩余总长度不超过20 m。甩尾的主要目的保证带尾稳定穿过机架，因此不能追求过高的速度，避免引起其他事故。机组保持正常轧制停车时的轧制力，并以此轧制力作为恒轧制力的设定值。因为，正常轧制时的轧制力是经过恒延伸率自动控制系统调整后的轧制力，说明此轧制力数值能够保证板形质量稳定。采取这样的方式设定轧制力，可以避免对不同带钢之间差异进行频繁的轧制力调整，同时也避免了人工设定轧制力不当引起的系统的不稳定。过大的轧制力设定，容易造成加工硬化，不利于卷取;过小的轧制力设定，无法克服带钢屈服平台，严重时导致带钢打滑失张等问题。在恒轧制力轧制期间，操做工根据出口板型的情况调整轧辊倾斜和弯辊等参数。

在甩尾轧制功能启动时，停止喷射平整液，利用平整机轧辊处堆积的平整液进行轧制。同时，带钢表面吹扫系统正常开启，保证带钢表面的质量。由于带钢尾部的板形情况较为复杂，而且板面质量也达不到要求，此时仍然不能采用干平整方式。此外，正常轧制后残留的平整液可以作为甩尾轧制用，降低平整液的消耗。

3.2 机前甩尾轧制的选择

根据原料卷质量的好坏，可以灵活地选择原料卷全部甩尾轧制或者原料卷部分甩尾轧制。当原料卷芯表面质量较好，无划痕、横折等问题时，可以实现带尾零剪切长度。启动甩尾轧制功能后，控制系统会通过轧辊速度计算钢卷带尾长度，利用光电传感器检测带钢尾位置修正带尾长度，整卷钢卷的尾部可以一直轧制，当带钢尾部距离轧辊辊缝10 cm 处自动停车，自动打开辊缝，卷取机自动卷取，形成钢卷。整个过程不再需要剪刀剪切，开卷机也不需要反转回收尾卷。

当卷芯质量不好或者带钢实际情况较为复杂的时候，需要操作人员根据现场情况，在带钢尾部即将全部离开芯轴时提前手动进行停车，操作人员在入口剪刀剪切后，自动启动甩尾轧制功能，带尾继续轧制，带钢运行至距离轧辊辊缝10 cm 处自动停车，自动打开辊缝，卷取机自动进行卷取，形成钢卷，入口操作人员反转开卷机回收剩余带钢。

4 结语

柳钢冷轧板带厂平整机组甩尾轧制工艺自2012 年投入运行至今，机组生产效率、带钢成材率大幅提高，解决了生产成本过高，满足公司低成本战略的要求，在稳定生产、提高效率、降低成本起到了至关重要的作用。同时，在1550 mm 冷轧平整机后续生产过程中，还将不断完善和优化平整机的机前甩尾轧制功能，满足冷轧厂生产需求。

［1］孙一康.带钢冷连轧计算机控制［M］.北京:冶金工业出版社，2002.

［2］孙一康，童朝南，彭开香.冷轧生产自动化技术［M］.北京:冶金工业出版社，2006.

［3］傅作宝.冷轧薄钢板生产［M］.北京:冶金工业出版社，2005.

［4］葛延津，陈岩，张贵强.冷连轧卷取机控制模式与带尾定位计算方法［J］.冶金自动化，2004(5).

［5］张淑红，王金海，刘惠茹，等.冷轧镀锌线卷取机甩尾时带尾的定位控制［J］.硅谷，2008(16).

［6］吴传开，王亚敏.首钢京唐1580 热带甩尾控制系统 全国冶金自动化信息网2013 年会，2013.

［7］张国强，李黎.冷轧2#线平整机组带钢褶皱产生原因分析与消除［A］.中国金属学会冶金设备分会第七届压力加工设备学术研讨会［C］.2010.

［8］陈刚，王光杰，赵志鹏，等.提高冷轧带钢头尾段厚控精度的控制策略研究［J］.机床与液压，2014(13).