李继浏

昆钢双机架炉卷轧机生产的厚度≤4mm的冷轧原料钢卷（宽度主要为1030mm和1275mm，卷重≤21吨/卷，钢种为st12、spcc、Q195等），在投产时使用的工作辊型是美国TIPPINS公司设计的负凸度的抛物线辊型，其辊型参数为：-0.12mm×1950mm（最大凸度量×抛物线长度）。在试生产期间由于所轧制的规格厚度较厚（≥4mm）而且带钢板面宽度单一，生产出的带钢板型质量问题不是十分突出。但是随着市场对较薄规格和多种板面宽度的需求比重的增加，炉卷轧机生产的较薄规格的带钢上存在的边浪和瓢曲等板型不良的矛盾逐渐突出。如在2006年6月板形质量较差， 2006年上半年的带钢浪形高度≤20mm的比重平均为77.2%，浪形高度20＜h≤30的比重平均为13.85%，浪形高度＞30mm比重平均为8.95%。较差的原料板形质量影响了酸洗、冷轧、退火等后工序的生产稳定和产品质量的提高，给公司造成了一定的经济损失。

为了进一步满足冷轧等后道工序对热轧带钢板形质量的技术要求，板带厂相关工程技术、操作人员进行了大量的轧制参数分析、动态辊型变化规律摸索等实践分析工作，通过不断改进炉卷轧机工作辊原始辊型和优化弯辊力控制制度，从而逐步改善了炉卷轧机的冷轧原料带钢的板形质量。

轧辊作为轧钢生产中的一种大型工具，性能与质量直接决定着轧机产量和产品质量。因此，轧辊的使用与管理在冷连轧生产中至关重要。自2018年7月投产以来，在使用过程中轧辊频繁出现爆辊(剥落)、断辊、裂纹等事故。因此分析轧辊失效原因，采取相应的具体措施，提高轧辊使用和管理水平，降低轧辊事故率，对稳定生产和降低生产成本具有重要的意义。

1 轧制工艺及原料质量

昆钢双机架炉卷轧机生产的厚度≤4mm的冷轧原料钢卷（宽度主要为1030mm和1275mm，卷重≤21吨/卷，钢种为st12、spcc、Q195等），在投产时使用的工作辊型是美国TIPPINS公司设计的负凸度的抛物线辊型，其辊型参数为：-0.12mm×1950mm（最大凸度量×抛物线长度）。在试生产期间由于所轧制的规格厚度较厚（≥4mm）而且带钢板面宽度单一，生产出的带钢板型质量问题不是十分突出。但是随着市场对较薄规格和多种板面宽度的需求比重的增加，炉卷轧机生产的较薄规格的带钢上存在的边浪和瓢曲等板型不良的矛盾逐渐突出。如在2006年6月板形质量较差， 2006年上半年的带钢浪形高度≤20mm的比重平均为77.2%，浪形高度20＜h≤30的比重平均为13.85%，浪形高度＞30mm比重平均为有8.95%。较差的原料板形质量影响了酸洗、冷轧、退火等后工序的生产稳定和产品质量的提高，给公司造成了一定的经济损失。

为了进一步满足冷轧等后道工序对热轧带钢板形质量的技术要求，板带厂相关工程技术、操作人员进行了大量的轧制参数分析、动态辊型变化规律摸索等实践分析工作，通过不断改进炉卷轧机工作辊原始辊型和优化弯辊力控制制度，从而逐步改善了炉卷轧机的冷轧原料带钢的板形质量。

轧辊作为轧钢生产中的一种大型工具，性能与质量直接决定着轧机产量和产品质量。因此，轧辊的使用与管理在冷连轧生产中至关重要。自2018年7月投产以来，在使用过程中轧辊频繁出现爆辊(剥落)、断辊、裂纹等事故。因此分析轧辊失效原因，采取相应的具体措施，提高轧辊使用和管理水平，降低轧辊事故率，对稳定生产和降低生产成本具有重要的意义。

2 冷轧原料板形不良的原因分析

针对冷轧原料带钢双边浪、中浪和复合浪均有存在的现象，对现场的各种浪形带钢的断面厚度进行跟踪测量发现，中浪带钢的断面主要是边部比中部厚度较厚，边浪带钢的断面主要是边部比中部厚度较薄，较好的4mm厚度规格的带钢板形断面的边部比中部厚度薄0.06mm左右。冷轧原材料剪切时，带钢边丝没有剪切清洁,进入轧机时会使边丝在带钢边部轧裂最后导致带钢断带；设定参数不符合工艺规程,轧机参数波动较大,会引起轧制波动导致带钢断带。由此可以确定，导致冷轧原料钢卷板形不良的主要问题是因带钢凸度比例值（带钢断面中部与边部厚度差与边部厚度的百分比）不稳定所造成。因此如何稳定地控制带钢凸度比例值就成为能否改善板形质量的关键所在。

由于带钢是从轧辊辊缝中轧出来的，辊缝的大小和形状决定了带钢的纵向和横向厚度的变化（直接影响到板形）。在轧制中——轧制力、轧辊的凸度、弹性变形、轧件温度的变化等因素都会使轧辊辊缝形状（辊型）发生不断变化，从而使每套工作辊的辊型发生相应的动态变化（每套正常轧制的工作辊型可分为前、中、后期辊型）。主要影响辊型变化的热膨胀、磨损、轧辊变形及弯辊力有以下特征：

①热膨胀：轧辊在轧制中与带钢接触的辊身会因受高温作用热膨胀后产生的凸度，称为“热凸度”。在生产中轧件传递给轧辊的热量及在轧辊与轧件接触弧处发生的塑性变性功和摩擦产生的热量将使轧辊温度上升。而轧辊冷却水及将辊身中部的热量传给轧辊轴承座和支撑辊的热传导将使轧辊温度下降。再加上轧制的规格、轧速、节奏等因素的变化更使得热凸度处于一种复杂的动态变化状态。总体来说与带钢接触的轧辊辊身中部温度高而沿辊身两端方向温度逐渐降低。且轧制速度和轧制节奏与轧辊的热凸度成正比关系。

②磨损：由于在正常轧制中，轧辊受周期性载荷作用，受轧件的周期性加热和水冷却、轧辊与轧件和支撑辊的压力接触及腐蚀作用引起我们热轧过程中轧辊的疲劳磨损、研磨和化学磨损。我车间的两机架炉卷可逆式轧机，正常情况下往返轧制带钢7道次成卷。既是粗轧又是精轧，轧辊的工作状态使轧辊既受到初始道次中轧件温度高、热力学疲劳磨损较大的状况又受到精轧道次时轧件硬度高、轧速快引起的更大的机械疲劳和研磨磨损状况的相互叠加，其结果是轧辊的磨损较热连轧情况更严重。

③轧辊变形：轧制过程中轧件在两辊间产生塑性变形的同时，工作辊与支撑辊因受到反作用力将产生挠曲和弹性压扁。弹性压扁发生在工作辊与轧件的塑变接触和与支撑辊的压力接触区。轧制中的弹性压扁和弹性挠度将给带钢产生正凸度，且随轧制压力的增加而增大。因此在生产中针对不同钢种、规格的产品，在不同道次（轧制压力不同）轧辊变形无时无刻的发生着动态变化。

弯辊力：在轧制过程中，通过液压系统控制油缸对工作辊两侧的轴承座施加力矩，使工作辊中心线在垂直方向上发生一定幅度的弯曲，起到改变上下工作辊缝形状的控制力。如使上下工作辊中部辊缝减小的弯辊力为正弯辊，使上下工作辊中部辊缝增大的弯辊力为负弯辊。影响弯辊的主要参数有：工作辊直径、支撑辊直径、工作辊凸度、工作辊辊身长度、工作辊单轴承间距、轧辊接触长度、弯辊系统承载度等。

3 改板形质量的主要措施

综上所述，要稳定地控制带钢凸度，必须通过加强对这套轧机在轧制中的热膨胀、磨损和弹变等诸多因素的摸索的前提下，针对轧机设备参数不变（轧机轧制压力≤3600t，速度≤763m/min，工作辊直径Φ760—810mm×1950mm、支撑辊直径Φ1600—1730mm×1725mm、轧辊冷却水压力0.7Mp、流量320m3/h），产品大纲不变（板坯原料尺寸为200—230mm×950—1550×9000—10200 mm，产品是宽幅为950—1550mm、厚度2.0—20mm、单重16—28吨/卷），在换辊周期不变（每套工作辊轧制轧件的累积长度≤30km）等特定条件，结合炉卷轧机正弯辊力控制可进行0—250吨范围人工调整的特点，修订更加理想的辊型曲线，使轧辊原始辊型（凸度及曲线）与弯辊力合理控制搭配使用，得到我们所需要的理想板凸度比例值，才能使冷轧原料带钢板形得到进一步的改善。轧制轧件过程中设专人目视检查带钢缺点，如:折叠、大边裂、孔洞等，发现后将缺点部位及时通知轧机主操，采取低速轧制或许穿带通过。

3.1 计算冷轧原料带钢所需的理论原始辊型中凸量

在炉卷轧机的生产过程中，经过大量的实践摸索和对带钢浪形跟踪的数据分析后发现：①带钢断面的板凸度比例≥1.5%时，在其冷却后开卷过程中存在着中部（宽度断面的中部）鼓起、两边部向上下起伏的双边浪情况；②带钢断面的板凸度比例在0%～1.5%范围内时，在其冷却后开卷过程中一般没有浪形，而且板形较好；③带钢断面的板凸度比例＜0时，断面呈中部薄、两边较厚的中凹形状的带钢，在其冷却后开卷过程中存在着中浪情况，而且负比例凸度越大其边浪越严重。

而且轧制≤4mm以下的冷轧原料带钢时，由于轧制中轧件厚度薄、轧制时间长，较大的温降导致辊身直径热膨胀速度相对轧制＞4mm以上的规格较慢；另外，由于轧制中轧件与轧辊的接触时间长、轧速快，导致轧辊磨损相对轧制＞4mm以上的规格较快、且愈薄愈明显的特点，我们将板凸度比例1.5%作为在双机架炉卷轧机上生产常见的1030mm和1275mm两种宽度带钢的理想板形的最大凸度比例值。由此根据板凸度比例公式可计算出带钢的中凸量：k=δ÷h平均×100%δ=k×h÷100%。

式中：k——是板凸度比例值；δ——是钢板的中凸量，δ=h中部-h平均；h平均——是钢板的平均厚度。

δ=k×h÷100%=1.5%×4÷100%=0.06mm。 由 此 可得出4mm厚度以下带钢理想的带钢板形的中凸量范围是0mm～0.06mm之间。

3.2 根据原始辊型中凸量和实际生产条件确定原始辊型

通过相关人员的不断深入摸索、抓住核心问题研究影响板形质量的关键，不断改进工作辊辊型和新的轧制工艺，经过多次计算、实践使用对比后，对1030mm的带钢逐步尝试过的原始辊型W1值的范围内（最大凸度量×抛物线长度）：-0.08mm×1250mm、-0.12mm×1250mm、-0.14mm×1250mm、-0.16mm×1250mm、-0.18mm×1250mm；对1275mm的带钢尝试过的原始辊型W2值的范围内（最大凸度量×抛物线长度）：-0.12mm×1950mm、-0.10mm×1950mm、-0.16mm×1950mm、-0.13mm×1510mm、-0.16mm×1510mm、-0.18mm×1510mm、-0.20mm×1510mm。

因为如果辊型的负凸度量过大后，虽然换辊周期得到延长、机时产量增加，但会因超出正弯辊的最大补偿能力（250t）后，所轧制的带钢板凸度较大造成板形较差；而如果辊型的负凸度量过小后，会因没有负弯辊功能导致所轧制的带钢板凸度偏小，换辊周期将明显缩短（不及时换辊将产生负凸度板形）、机时产量也会因换辊等生产准备时间的增加而受到影响。所以通过长期对不同宽度带钢的各种辊型的反复试用、对比和分析，最后综合考虑板凸度量和换辊周期的平衡点来确定适合的原始辊型值，到2006年8月份起逐步确定生产冷轧原料带钢1030mm、1275mm两种宽度带钢的适用辊型。

3.3 根据每个轧制行程（每套工作辊的每次上机的轧制长度）中带钢凸度的变化合理控制弯辊力

昆钢炉卷轧机的弯辊控制系统是通过位于出口卷取炉之后的板形仪测量采集到最后道次的带钢板凸度数据后反馈到二级机数学模型，二级计算机模型通过对轧件的钢种、温度、轧制压力、目标厚度、板宽、工作辊轧制长度等参数计算出下一卷带钢的弯辊力设定值，通过后馈方式输入到下一卷带钢的轧制程序并在第6、7道次使用。由于在实际生产过程中的轧制节奏、轧辊冷却条件、轧件温度等影响辊型凸度变化的因素变化频繁，导致计算机模型理论计算设定的弯辊力对板凸度的控制存在一定滞后和偏差。因此，轧机操作人员通过长期的经验积累，根据轧制过程中板形仪显示的每次凸度测量值及时对弯辊力进行人工增减，弥补了程序弯辊力的滞后缺陷，使得带钢凸度控制更加均衡和精确。具体控制措施如下：

（1）每次更换工作辊后的初期辊时，因该阶段的辊温较低、热凸度较小，此时的动态辊型凸度较大，因而在第6、7到此时操作人员手动调整1#和2#轧机的弯辊力在210t～250t之间。

（2）中期辊时，因该阶段的辊温升高、热凸度增大，此时的动态辊型凸度减小，因而操作人员手动调整1#和2#轧机的弯辊力在130t～210t之间。

（3）后期辊时，因该阶段的辊温较高，此时的动态辊型凸度偏小，因而操作人员调整轧机的弯辊力在0t～130t之间。

（4）当最后道次的带钢头尾段因温降大，较大的轧制变形抗力导致轧辊挠度和弹性变形增加（相对带钢中段而言）后板凸度增大出现明显双边浪时，有针对性地加大头尾段弯辊力。

（5）当最后道次的带钢中部段因温降较高，没有出现双边浪时，及时减小带钢中部段弯辊力。

4 改进后的效果

经过较长时间的工艺优化和摸索，昆钢板带厂对炉卷轧机轧制冷轧原料带钢产品的辊型工艺控制方案进行了重要的优化改进后，带钢板形情况逐步发生了较大改善：在酸洗线实测的带钢浪形高度≤20mm的比重从原来（2006年7月以前）的平均77.2%跃升到平均95.91%；浪形高度＞30mm的比重从平均8.95%下降到平均1.1%，板形质量和带钢断面尺寸得到了明显提高和改善。为昆钢冷轧工序提供了大量的质优价廉原料和冷轧产品等级率的大幅度提升奠定了扎实的基础。

5 结语

针对昆钢炉卷轧机冷轧原料带钢板形质量问题，分析了影响辊型变化的主要原因即：热膨胀、磨损、轧辊变形及弯辊力。为提高钢炉卷轧机生产质量控制能力,对炉卷轧机轧制冷轧原料带钢产品的辊型工艺控制方案进行了优化。新的钢板控制工艺技术在生产中使用稳定，从根本上提高了轧机板形控制能力，板形控制精度得到了有效提升,轧辊磨损得到明显改善，应用效果显著。