热卷箱设备的应用和问题分析

王 鹏

(山东钢铁集团日照有限公司钢铁研究院，山东 日照 276805)

1 引言

为拓展产线品种结构，提高附加值高的薄规格产品比例，山钢集团薄板厂热轧产线进行产线改造升级，在粗轧机与精轧机前的飞剪之间增设一台热卷箱设备。热卷箱是一道中间工艺设备，它对粗轧过来的中间带坯进行无芯卷取后，再将中间坯开卷以低速送入精轧机组。所有的钢材产品，从超低碳钢、硅钢、高强低合金钢以及奥氏体不锈钢，都可以使用热卷箱。热卷箱具有降低中间坯的温降速度、缩短延伸辊道长度、实现精轧机组恒速轧制、进一步消除中间带坯氧化铁皮等功能[1]。

2 热卷箱设备工艺特点

2.1 工艺流程

热卷箱安装在粗轧机之后，切头飞剪之前，它对粗轧中间坯进行无芯卷取后，再打开钢卷送入精轧进行轧制。在热卷箱使用方式下，粗轧中间坯的尾部将转变为头部进入精轧机，所以使用热卷箱的目的就是为了减少中间坯温降、保持中间坯温度均匀、使轧线布置紧凑。热卷箱工艺布置见图1。

热卷箱按是否投用分为热卷和直通两种生产方式。其中热卷方式生产过程可分为卷取和开卷两个阶段，因而按照生产方式和生产阶段的不同组合，可以形成不同的生产工艺。在直通方式下，中间坯不用进入热卷箱进行卷取和开卷，而直接把热卷箱当做运输辊道使用。

在实际生产中热卷箱生产方式的选择主要考虑设备能力和产品厚度。通常在热轧成品厚度H>5.0 mm时，粗轧轧出的中间坯较厚变形抗力大，板坯温度均匀性较易控制，因此适宜选择直通方式；在生产特殊短坯料时，若选择热卷方式因卷径较小热卷区域信号难以跟踪，因此也应尽量选择直通模式；除以上两种情况其他产品都可以选择热卷方式，热卷方式有利于板坯的温度均匀性控制、精轧生产稳定性的提高等。在新产品开发时不确定是否可使用热卷箱，现场应先采用小卷试生产后再确定生产方式。

2.2 设备主要构成

热卷箱设备主要组成部分见图2，此外还有平台栏杆、检测元件支架、热卷箱本体干油配管、电缆配管等其他辅助部件。

2.3 设备主要工艺参数

热卷箱设备由中国第二重型机械集团公司(简称中国二重)自主设计制造，原创性强，技术水平较高，适应山钢薄板产线特点和使用要求，该套热卷箱设备主要工艺参数见表1所示。

3 热卷箱控制功能

3.1 热卷箱运行及操作模式

热卷箱的工作模式分为轧制模式、模拟模式和标定模式。其中在轧制模式下分直通方式和热卷方式，热卷方式下分卷取模式、开卷模式，模拟模式分为全线模拟、连同粗轧区域模拟以及热卷箱区域单独模拟。

热卷箱操作模式设有自动、手动两种。其中自动模式可分为直通自动、卷取自动、开卷自动、卷取/开卷自动，手动操作分为机旁OPU手动操作和远程操作台手动操作。

3.2 速度控制

在热卷箱穿带时，机前E7辊道速度较粗轧机速度有0～10%的超前率；穿带完成后，弯曲辊、1号托卷辊较粗轧机速度有0～10%的超前率；在带尾离开粗轧机时，下弯曲辊较带钢速度有0～10%的超前率；在开卷时，当带钢进入精轧机后，1号、2号托卷辊较精轧机速度有0～5%的滞后率；卷取过程中，上下弯曲辊的速度匹配，保证中间坯的顺利卷取。

3.3 卷取卷径测量

在热卷箱卷取时，根据已卷取的带卷长度和带坯厚度计算卷径。计算公式如下：

(πR2-πr2)×P=L×g

(1)

D=2R=2 [L×g/(πP)+r2]1/2

(2)

式中：L—带卷长度，mm；

g—带卷厚度，mm；

P—填充系数，0～1，模型计算；

D—带卷外径，mm；

R—带卷外半径，mm；

r—带卷内半径，mm。

卷取圈数计算：在带卷形成后，跟踪带钢长度，当长度每增加πD时，卷取圈数增加1。

4 热卷箱使用中存在的问题及解决办法

4.1 对某些产品质量的不利影响

热卷箱在中间坯的卷取、开卷过程中可能对部分产品质量产生不利影响。(1)表面划伤：主要针对强度较低的“软钢”，例如生产IF钢就需要考虑这方面的问题；(2)边部裂纹：主要针对裂纹比较敏感的钢种，如高碳钢、马氏体不锈钢、高牌号无取向硅钢、取向硅钢等。

在生产此类钢种时应编排好生产计划进行批量集中生产，生产时可选择热卷箱直通方式。若因温度控制等要求需选择热卷箱热卷方式，则应加大对产品表面质量的检查频率和力度，确认无问题后再继续进行生产，避免热卷箱的不当投用产生批量质量缺陷卷。

4.2 精轧出口产品厚度异常

在生产中多次出现精轧出口成品厚度异常的情况，经过分析主要是由于热卷箱投入使用后，生产节奏及精轧一次设定下发时序变化导致。由于控制系统没有考虑数据缓存变化，导致精轧部分数据生产过程中更新冲突，从而出现设定执行错误精轧出口厚度异常的情况(见图3)。

为此在连续生产时，我们将读取精轧一次设定的时序延迟到前一卷钢精轧末机架抛钢后，避免数据接收冲突的问题。即如果精轧机处于轧制过程中，则不接收一次设定，在轧机抛钢后再执行一次设定数据；而在精轧机处于非轧制状态下，则直接执行一次设定数据。

4.3 热卷卷形不良

热卷箱卷取过程中会出现内径减小、椭圆卷、松卷等卷形不良的现象，钢卷的内径和形状主要通过弯曲辊来控制，这些问题主要是由于弯曲辊使用磨损和辊缝精度低造成的。热卷箱的辊缝是指热卷箱上弯曲辊和下弯曲辊之间的距离，主要通过调整上弯曲辊来实现辊缝调节[2]，卷取的内径、卷形直接关系到带卷能否卷取成功，因此在生产过程中必须重点进行跟踪和控制。

针对卷形不良的问题，要合理调整弯曲辊辊缝，我们根据设备特点改进了弯曲辊标定工具(见图4)，将标定块上下表面由原平面结构改进为弧形结构，标定块圆弧半径R与弯曲辊半径R1相同，使其轮廓与弯曲辊表面一致。改进后的弧形标定工具能够确保标定块与上下辊面的快速贴合不偏移，准确找到上下弯曲辊间的中心位置，提高辊缝标定精度和效率。同时定期检查弯曲辊和导板状态，对于磨损超标的部件及时进行更换和再标定。

4.4 热卷卷取过程失败

在热卷箱使用过程中偶尔会出现卷取失败的情况，经分析是由轧线信号跟踪错误造成的。热卷箱动作采用模拟计算和热金属检测仪HMD检测相结合来控制，由于HMD工作环境较为恶劣，会出现HMD故障信号跟踪错误的问题，从而影响正常热卷过程。

日常设备维护人员要加强对轧线HMD的点检和维护，提高检测精度，保证HMD工作良好；同时根据弯曲辊、1号托卷辊、成形辊工作状态设定手动卷取功能，形成手动开卷预案，在异常情况下人工进行卷取干预，避免废卷。

4.5 热卷开卷过程异常

由于卷取尾部定位不准确，开卷大臂下落位置、小臂压力设定不合理，托卷辊位置异常等，在生产过程中都可能会造成开卷失败；此外开卷过程中由于

信号跟踪失误等原因导致卷径计算错误，会造成开尾销动作时序异常，无法正常插入卷芯内拉平带尾造成轧废。

需要定期标定托卷辊和开卷臂位置，根据带钢厚度优化小臂开卷压力和尾部定位计算；优化带卷卷径计算、HMD跟踪，短坯料生产时加大开尾销动作卷径值，提前开尾销插入时序；同时开发开尾销手动插入功能，保证异常情况下可手动正常开卷。

5 结语

热卷箱设备的投用，对山钢薄板厂生产各方面产生了重要影响，尤其是对热轧品种规格的拓展、薄规格的批量稳定生产以及现场事故的快速处理各方面起到了积极的推动作用。虽然其在使用过程中仍存在着一些问题，但随着生产工艺的成熟，通过对应的方法和措施可以有效扬长避短，更大地发挥热卷箱的设备潜能和正面作用。

参考文献：

[1] 陈应耀，琚丰，王伟光，等.热卷箱是提高热连轧线竞争能力的最佳选择[J].轧钢，2007，24(5)：1-4.

[2]许玉芳.热卷箱技术在梅钢的应用[J].科技创新导报，2008(4)：59-60.