第09講 板材軋制工藝過程的質(zhì)量控制a

軋材質(zhì)量控制與深加工技術(shù)第九講 板材軋制工藝過程的質(zhì)量控制各種不同用途的鋼板有不同的質(zhì)量要求和問題，但是它們又有許多與鋼板用途無關(guān)的共同的質(zhì)量要求，如對煉鋼、加熱、熱處理等的一般質(zhì)量要求，以及對鋼板的外形、表面、尺寸精度的要求等。因此，在分別敘述各種用途的鋼板的質(zhì)量問題之前，有必要先敘述它們的共同質(zhì)量控制問題。5.1 坯料的質(zhì)量控制l 內(nèi)部質(zhì)量要求：板坯的內(nèi)部質(zhì)量需滿足各類最終產(chǎn)品的質(zhì)量要求，因為在加工過程中無法將這些內(nèi)部缺陷去除掉。l 表面質(zhì)量要求：而板坯的表面缺陷雖有可能在加工之后去除，但從加工成本、操作方便講，希望能在軋制之前提供符合質(zhì)量要求的板坯。l 連鑄連軋技術(shù)要求：此外，高質(zhì)量的板坯也為以后的熱送或直接軋制創(chuàng)造了條件。1 凈化鋼質(zhì)l 市場需求：70年代以來，由于受到石油危機的沖擊，需要在高寒地帶、深海區(qū)域等條件惡劣的地區(qū)尋找石油。為了節(jié)能，對各種構(gòu)件、裝備都希望輕量化。因此對鋼板提出了更高的要求，即不僅要有高強度，還要有良好的可焊接性能、耐低溫沖擊性能和抗腐蝕性能等。l 產(chǎn)品要求：為此在高強度鋼板生產(chǎn)中，一般要盡量降低硫、磷及氧、氫、氮等雜質(zhì)元素的含量。有時還要求控制嚴(yán)重影響鋼的韌性和焊接熱影響區(qū)性能的痕量元素銻、錫、鉛、鉍、砷等，而且對碳、硅、錳的極限范圍和碳當(dāng)量也大為縮小，甚至把碳也視為有害元素之一。l 鋼水凈化技術(shù)：鋼水凈化技術(shù)在德、日、意等國已普遍應(yīng)用。它的主要內(nèi)容包括鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐復(fù)合吹煉技術(shù)以及二次冶金技術(shù)等。 鐵水預(yù)處理：通過在魚雷罐或鐵水罐中噴入碳化鈣或加鎂的碳化鈣混合物，可以可靠地將硫降至0.002； 二次冶金技術(shù)：通過二次冶金技術(shù)(真空處理、惰性氣體攪拌、加入固體物質(zhì)以及在鋼包爐內(nèi)進行升溫等)可以使鋼水溫度、成分進一步均勻化，降低不需要的雜質(zhì)元素含量，提高鋼的純潔度，改善非金屬夾雜物形態(tài)，使碳含量降低。厚板原料經(jīng)精煉后磷和硫含量可小于30ppm，氫可小于1ppm，氧可小于20ppm，砷、錫可小于40ppm，銻可小于6ppm。2 連鑄板坯l 厚板軋機坯料：厚板軋機采用鋼錠和鍛坯為原料已是落后工藝，除少量特殊產(chǎn)品外，已很少采用，初軋坯使用量也逐年減少，采用連鑄板坯是主要趨勢。實例：日本厚板連鑄比已達92以上，其中400MPa以下級普通鋼達100，400MPa級普通鋼達90，500MPa級普通鋼達75，管線用鋼達45，非調(diào)質(zhì)鋼達25。l 連鑄板坯的質(zhì)量特點： 尺寸精度：連鑄板坯的尺寸精度比初軋坯好。連鑄板坯每塊都從恒定尺寸的結(jié)晶器中出來，其厚度、寬度基本上是一致的。剪切采用自動控制，長度公差范圍小，每批鋼坯的重量基本上是一致的； 內(nèi)部質(zhì)量：連鑄板坯由于采用中間罐和保護澆注，凈化了鋼質(zhì)。鋼液在結(jié)晶器中結(jié)晶比模鑄的成分偏析小，組織致密，性能穩(wěn)定。因此對連鑄板坯所要求的壓縮比可比對模鑄的小。模鑄的鋼錠壓縮比一般為68左右，而連鑄板坯的一般為35左右； 技術(shù)發(fā)展：連鑄板坯尺寸的增大也為厚板生產(chǎn)采用連鑄板坯創(chuàng)造了條件。例如，德國布魯克豪森廠連鑄坯斷面為250X2600mm，日本大分廠的連鑄坯斷面達280X1900mm。l 發(fā)展趨勢： 軋制普通鋼板的鋼坯主要采用連鑄板坯，只有在連鑄法澆注有困難時才采用其他坯料。例如生產(chǎn)小批量的鋼板，超出壓縮比的極厚鋼板，超出連鑄結(jié)晶器尺寸的大的單位重坯，用連鑄法不能鑄出所要求質(zhì)量的鋼坯等。按目前的連鑄水平，用厚400mm連鑄板坯可生產(chǎn)120mm以下鋼板。厚度大于120mm的特厚鋼板應(yīng)采用大鋼錠或鍛坯生產(chǎn)。 目前，國外正在研究采用單向凝固鑄造鋼錠的方法生產(chǎn)大型扁平鋼錠。該法是將以往的二維凝固變?yōu)橐痪S凝固，通過使鋼錠的凝固界面由底部向上方生成，使凝固界面的進行方向與溶質(zhì)富集的鋼液的上浮方向保持一致，防止溶質(zhì)富集的鋼液凝固出現(xiàn)條紋，減少倒V型偏析、顯微偏析及疏松，得到優(yōu)質(zhì)鋼錠。3 原料表面清理l 當(dāng)原料表面存在各種缺陷(結(jié)疤、裂紋、夾渣等)時，就必須在軋制加熱前清理干凈。清理方法分熱狀態(tài)下清理和冷狀態(tài)下清理兩種。 熱狀態(tài)清理一般為火焰清理?；鹧媲謇頇C安裝在連鑄機(或開坯機)和切割機(或大型剪斷機)之間，對板坯進行全面的剝皮處理，清理深度一般為0.55mm。全面剝皮清理可以保證板坯的表面質(zhì)量和實現(xiàn)高溫?zé)崴蜔嵫b技術(shù)，但金屬消耗較大； 冷態(tài)清理方法有局部火焰清理、風(fēng)鏟鏟削、砂輪研磨等，對缺陷嚴(yán)重部分也可用切割方法去除。由于板坯表面缺陷被隱藏在氧化鐵皮之下或位于皮下區(qū)域，因此是比較難于發(fā)現(xiàn)的，為此，要開發(fā)各種用于熱狀態(tài)下表面缺陷檢查技術(shù)系統(tǒng)。如在電視機監(jiān)視器上以放大的靜止圖像顯示板坯表面，用紅外線或激光對板坯表面掃描，收集反射光系統(tǒng)以及測定電磁感應(yīng)渦流變化系統(tǒng)等。4 連鑄板坯高溫?zé)崴?、熱裝和直接軋制技術(shù)l 由于這些技術(shù)具有明顯的節(jié)能效益，能顯著提高成材率和簡化工藝流程，節(jié)約基建投資和生產(chǎn)費用等，正被廣泛地研究和在生產(chǎn)中推廣。l 連鑄連軋技術(shù)的分類：連鑄坯與軋機之間的銜接按其水平不同可分為三類： 連鑄熱送軋制(CCHCR)，即是將溫?zé)岬臒o缺陷鑄坯裝入保溫坑內(nèi)，此坑還可起到連鑄與軋制之間的緩沖作用，然后再按照軋鋼的作業(yè)計劃從中調(diào)坯裝入加熱爐內(nèi)加熱(裝入溫度400700)，再進行熱軋； 連鑄熱裝軋制(CC-DHCR)，即是按鑄坯順序?qū)責(zé)岬蔫T坯直接或在溫?zé)釥顟B(tài)下進行處理后，裝入加熱爐加熱(裝入溫度7001000)，再進行熱軋； 連鑄直接軋制(CCDR)，即是按鑄坯順序不經(jīng)加熱爐加熱，只經(jīng)鑄坯邊角部溫度補償就直接軋制(鑄坯溫度約1000)； 薄板坯連鑄連軋技術(shù)l 無缺陷坯：無論采用哪種銜接技術(shù)，首先都必須解決無缺陷連鑄坯的生產(chǎn)問題，即生產(chǎn)既無表面缺陷，又無內(nèi)部缺陷的高溫連鑄坯。 金屬清理量及連鑄坯表面缺陷深度圖：由于CC-DR、CC-DHCR、CC-HCR工藝在軋制前加熱時間短，鑄坯表面氧化鐵皮去除量極少，因此對連鑄坯表面就有更高的要求。然而就現(xiàn)在的水平來說，連鑄坯完全不產(chǎn)生縱向裂紋是十分困難的。此外連鑄機與軋機之間銜接水平越高，對連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的要求也越高，因為內(nèi)部缺陷會使鑄坯在軋制過程中造成分層、劈頭或拉斷等而影響連續(xù)作業(yè)，同時為保證連鑄坯表面質(zhì)量及高溫而采用的弱冷、高拉速、高溫出坯等工藝技術(shù)也容易使內(nèi)部缺陷得到發(fā)展。 生產(chǎn)無缺陷連鑄坯的技術(shù)措施：a) 采用爐外精煉、真空脫氣等技術(shù)，提高鋼的純潔度； b) 增大中間罐容量和鋼液深度，設(shè)擋渣墻等，促使夾雜物上浮排除；c) 采用全程保護澆注；d) 采用電磁攪拌，最大限度地減輕偏析、內(nèi)裂和中心疏松；e) 連鑄二次冷卻采用氣水霧化冷卻，有利于防止產(chǎn)生表面裂紋；f) 采用倒錐度結(jié)晶器及伸入式水口保護渣澆注和結(jié)晶器電磁攪拌等都有利于增加出結(jié)晶器時的坯殼厚度和均勻性，減少表面裂紋的出現(xiàn)率。由于目前尚無對熱狀態(tài)下連鑄坯缺陷的完善、可靠的質(zhì)量檢查儀器，因此無缺陷連鑄坯生產(chǎn)的質(zhì)量保證就只能靠對煉鋼和連鑄工藝過程中各環(huán)節(jié)工藝參數(shù)的嚴(yán)格控制把關(guān)。5.2 加熱爐對中厚板質(zhì)量的影響l 加熱是中厚板軋制中的一個重要工序，它對產(chǎn)品最終的質(zhì)量有直接影響，各種不同的鋼種對于加熱工藝都有具體要求，它是直接影響產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量的一個重要因素。l 與鋼種關(guān)系不大、屬于加熱對中厚板質(zhì)量影響的共性問題，主要是： 加熱鋼坯溫度的均勻性(包括長度方向上的均勻和表面、中心溫度的均勻)； 加熱生成的氧化鐵皮量(或鋼坯表面脫碳程度)。 1 加熱爐爐型選擇l 加熱爐爐型的發(fā)展：用于板坯加熱的加熱爐主要是推鋼式連續(xù)加熱爐和步進梁式連續(xù)加熱爐。60年代以前主要采用上部、下部加熱段，上部均熱段的三段推鋼式連續(xù)加熱爐。70年代已采用預(yù)熱、加熱、均熱各段上下都加熱的六段推鋼式或步進梁式連續(xù)加熱爐，使?fàn)t子全部都成為燃燒區(qū)，加熱能力從三段式的80100t(h座)，大幅度提高到150300t(h座)。l 推鋼式加熱爐：在加熱爐的質(zhì)量控制上為了減少鋼坯黑印，在推鋼式加熱爐中都采用了熱滑軌，消除了冷卻管導(dǎo)軌與板坯的直接接觸，大大減輕了水冷黑印，提高了加熱均勻性，但它仍然屬于推鋼式加熱爐，因此像板坯下表面容易在推鋼前進時被擦傷和易于翻爐，板坯尺寸和爐子長度受到限制，空爐困難、勞動條件差等缺點依然存在。l 步進梁式加熱爐：采用步進梁式加熱爐可以避免以上缺點，特別是板坯受到四面加熱，加熱均勻，有利于消除下表面的劃傷和適應(yīng)板坯厚度尺寸的變化，即使加熱薄板坯，爐子長度仍然可以很長，但其投資較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修較難，熱量單耗大，并且由于支持梁妨礙輻射，使板坯上下表面往往仍有一些溫度差。l 加熱爐技術(shù)： 為了使坯料在爐內(nèi)加熱均勻，現(xiàn)代加熱爐采用側(cè)部與頂部多燒嘴方式，并已出現(xiàn)了全部側(cè)燒嘴步進梁連續(xù)式加熱爐； 為了減少在出爐時板坯表面的損傷，現(xiàn)代厚板軋機加熱爐的出料都采用抽出機以代替過去利用斜坡滑架和緩沖器進行出料的方式；2 加熱爐的熱工控制l 熱工制度的目的：爐型的合理選擇為獲得優(yōu)質(zhì)加熱板坯提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，而最終優(yōu)質(zhì)加熱板坯的獲得還要靠合理的熱工制度來保證，合理的熱工制度控制應(yīng)該能達到兩個明確的目的： 提供加熱好的板坯以滿足軋機的需要，即應(yīng)考慮到平均出爐溫度，板坯橫斷面上的最大溫差，板坯兩端的溫度差，表面氧化量和脫碳量； 使燃料比耗減至最低。在現(xiàn)代的加熱爐中普遍采用了計算機控制，但不能在加熱爐內(nèi)直接測量加熱工藝過程的關(guān)鍵變量-板坯溫度，是加熱爐控制中的主要困難，即使最近研究成功的爐內(nèi)高溫計的使用，也由于受到鋼坯表面狀態(tài)、爐內(nèi)氣氛條件、測量部位等的影響而影響了讀數(shù)的準(zhǔn)確性。而且任何高溫計也只能測到板坯的表面溫度，而不能對板坯橫斷面上的溫度分布提供任何數(shù)據(jù)。經(jīng)驗表明，當(dāng)板坯表面溫度很少或無改變時，加熱爐生產(chǎn)率的變化也可能造成平均溫度較大波動和使板坯溫度不均勻。l 加熱爐控制系統(tǒng)的主要類別： 第一類 爐區(qū)溫度設(shè)定值查表自動控制系統(tǒng)：即是根據(jù)操作者的經(jīng)驗選擇爐區(qū)溫度設(shè)定值以盡量使鋼坯獲得所需要的軋制溫度。這類系統(tǒng)初始投資低，除能節(jié)約燃料外，在軋制條件比較穩(wěn)定、坯料尺寸變化小的條件下能有較好的質(zhì)量控制。但主要缺點是它屬于盲系統(tǒng)，即所采取的控制方法是通過一定的區(qū)溫使板坯達到所需溫度而無鋼坯實際溫度的任何反饋。而且它是基于現(xiàn)有的實際生產(chǎn)率來確定穩(wěn)定態(tài)設(shè)定值，而不考慮爐子中板坯的加熱歷程。由于這些缺點，這類系統(tǒng)就不能嚴(yán)格控制鋼坯的最終加熱質(zhì)量。 第二類 直接控制爐區(qū)內(nèi)鋼坯溫度的監(jiān)控系統(tǒng)：這類系統(tǒng)采用光學(xué)高溫計測得各區(qū)鋼坯表面溫度或根據(jù)各區(qū)爐溫，按爐內(nèi)熱交換過程制中厚板的基本質(zhì)量控制作出數(shù)學(xué)模型，并計算出鋼坯橫斷面上溫度分布，求出平均溫度。該溫度是隨產(chǎn)品規(guī)格、品種、裝爐溫度、生產(chǎn)率和混合裝爐情況而變?？删_計算出鋼坯斷面上的溫度分布，且能動態(tài)確定鋼坯平均溫度和溫度分布。因此，能對產(chǎn)品的加熱質(zhì)量進行嚴(yán)格控制?？刂葡到y(tǒng)具有相當(dāng)于查表系統(tǒng)23倍的初始投資，但是較高的投資可在以后的燃料效率提高、氧化減少、軋制廢品減少等方面的得益得到補償。5.3 氧化鐵皮的去除l 氧化鐵皮及其影響：由于鋼板的形狀特點(B/H大)和使用上的特點，用戶對鋼板表面要求很高，對產(chǎn)品厚度偏差要求又很嚴(yán)，因此中厚板軋制前和軋制過程中的氧化鐵皮清除具有特別重要的意義，尤其是初生氧化鐵皮的清除，氧化鐵皮去不凈會在成品鋼板上留下“麻點”，嚴(yán)重的氧化鐵皮還會影響到產(chǎn)品的尺寸。l 去除氧化鐵皮的技術(shù)：在舊的中厚板軋機上曾經(jīng)采用投入竹枝、荊條、食鹽等方法去除初生氧化鐵皮，以后也曾經(jīng)采用專門的二輥軋機、立輥軋機給鋼坯或鋼錠以小的變形量使氧化鐵皮與金屬分離，然后用高壓空氣將氧化鐵皮沖去。這種方法雖然可以獲得較好的清除氧化鐵皮的效果，但是投資較大。現(xiàn)代化的中厚板軋機上已經(jīng)普遍采用造價低廉的高壓水除鱗箱，它能滿足清除初生氧化鐵皮的需要，這已成定局。用高壓水泵將高壓水供給除鱗箱，水壓過去一般在1012MPa左右，這一壓力偏低。現(xiàn)在希望要保證噴口壓力在1520MPa以上。對合金鋼板因氧化鐵皮與鋼板間結(jié)合較牢，要求高壓水壓力取高值。噴水除鱗是在箱體內(nèi)完成的，起到安全和防水濺的作用。除鱗裝置的上噴嘴可以根據(jù)板坯的厚度來調(diào)整噴水的距離，以獲得更好的效果。l 鋼錠表面氧化鐵皮的去除：在以鋼錠為原料的中厚板廠中采用立輥軋機還是有必要的。一是立輥可以擠破鋼錠外表面厚的初生氧化鐵皮，然后再用高壓水沖去，而單用高壓水去除氧化鐵皮效果不夠滿意，二是立輥還起到消除鋼錠錐度的作用。l 次生氧化鐵皮的去除：為了去除軋制過程中生成的次生氧化鐵皮，在軋機前后都需要安裝高壓水噴頭。在粗軋、精軋過程中都要對軋件噴幾次高壓水。5.4 軋機對中厚板質(zhì)量的影響1 軋機型式及軋機參數(shù)l 軋機配置：為了提高鋼板質(zhì)量，現(xiàn)代厚板軋機必須具有完善的控制軋制、自動厚度控制和板形控制的能力。l 軋機彈跳：為了能有效地對板厚偏差和板形進行控制并實現(xiàn)完善的控制軋制工藝，希望軋機的彈跳盡可能小，而軋機的彈跳值中牌坊的拉伸彈性變形、軋輥輥頸撓度和軋輥彈性壓扁三項占了70。為了減少軋機牌坊的拉伸彈性變形，現(xiàn)代厚板軋機牌坊立柱的斷面面積和單片牌坊重量都在加大，目前厚板軋機的軋機剛度模數(shù)可達到10000kNmm。l 軋輥撓度：為了盡可能減少軋輥撓度，從軋機結(jié)構(gòu)看，中厚板軋機的發(fā)展趨勢是四輥可逆軋機占主導(dǎo)地位?，F(xiàn)代厚板軋機都采用加大支持輥直徑的方法，D支/D工從1.71.8增加到2.0，而且支持輥普遍采用油膜軸承，以增大支持輥的輥頸直徑，從而也增大了軋機的剛度。l 軋機能力：完善的控制軋制工藝往往要求在900以下，甚至在800以下對軋件給以大的壓下量，因此使軋制力大大增大。目前國內(nèi)許多中厚板軋機不能實現(xiàn)充分的控制軋制工藝，軋機能力不足是其主要原因之一。國外1970年代以來所建的厚板軋機，輥身單位長度上的軋制力巳由過去的10-15kN/mm提高到1525kN/mm，進一步提高軋制力將受到工作輥負(fù)荷能力的限制(球墨鑄鐵復(fù)合軋輥允許負(fù)荷能力為20kN/mm，高鉻鑄鋼復(fù)合軋輥為25kN/mm)?，F(xiàn)代厚板軋機向著軋機加強和大型化、主電機大型化和高速度方向發(fā)展。2 軋機布置厚板軋機的布置型式分為單機布置及雙機布置兩類。單機布置目前仍占一定的比重，尤其是輥身長度大于3m的寬厚板軋機。l 雙機布置：把粗軋和精軋分到兩個機架上去完成。它不僅產(chǎn)量高(一臺4300mm以上四輥軋機達100萬t/a，一臺二輥、一臺四輥軋機可達150t/a，兩臺四輥軋機約為200萬t/a)，而且產(chǎn)品表質(zhì)量、尺寸精度和板形都比較好，還延長了軋輥使壽命。雙機布置中精軋機一律采用四輥軋機以保證質(zhì)量，而粗軋機可分別采用二輥可逆軋機或四輥可逆軋機。二輥軋機具有投資少，輥徑大，有利于咬入的特點，雖然它剛性差，但作為粗軋機影響還不大，尤其在用鋼錠直接軋制時，因為鋼錠厚度大，壓下往往受咬入角限制，而軋制力又不高，適合用二輥可逆軋機。采用四輥可逆軋機作粗軋機不僅產(chǎn)量更高，而且粗、精軋道次分配合理，送入精軋機的來料斷面比較均勻，質(zhì)量好，為在精軋機上生產(chǎn)高精度鋼板提供了好條件。在需要時，粗軋機還可以獨立生產(chǎn)，較靈活，但采用四輥作粗軋機為保證咬入和傳遞力矩，需加大工作輥直徑，因而軋機比較笨重，廠房相應(yīng)要高，投資增大。美國、加拿大多采用二輥加四輥型式，歐洲和日本多采用四輥加四輥型式。目前，由于對厚板尺寸精度和質(zhì)量要求越來越高，因而兩架四輥軋機的型式日益受到重視。5. 5 中厚板尺寸精度與板形控制厚板軋之中尺寸、形狀控制技術(shù)的進步近年來有了驚人的發(fā)展。日本某廠由于采用液壓壓下和測厚儀靠近軋機，板厚控制精度有了很大提高。中厚板厚度控制的目標(biāo)是要熱軋所達到的水平(c=1020 m)。當(dāng)前的達到a<50tm，同時也由于使用液壓壓下后，面形狀控制技術(shù)得到發(fā)展，平面形狀矩形化精度有了大幅度提高，在一部分軋機上使用附屬軋邊機使鋼板形狀接近達到齊邊、可調(diào)的水平。至于在板型控制方面，雖近年來采用了許多新的軋機和技術(shù)，但尚未找到一種效果比較理想的板形控制技術(shù)。1 中厚板厚度偏差控制l 要求：鋼板厚度偏差是鋼板質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。近年來由于要求設(shè)備輕型化，因此除要求高強度鋼材外也要求鋼板按負(fù)偏差軋制，并有更小的鋼板厚度偏差。l 產(chǎn)生板厚偏差的原因：實際輥縫變化都會產(chǎn)生鋼板的厚度偏差。造成這種變化的原因主要是軋制力的變化、軋制速度變化引起軸承油膜厚度的變化、軋輥的偏心運轉(zhuǎn)(軋輥橢圓度、軋輥安裝偏心)、軋輥的磨損與熱膨脹的變比以及軋機剛度K值的變化等，軋制力的變化是造成鋼板厚度變化的主要原因。引起軋制力波動的原因在熱軋中厚板中最主要溝是軋件溫度的波動，包括加熱溫度的不均，尤其是加熱爐滑道冷痕造成的水印區(qū)的影響，以及在軋制過程中軋件各部位溫度降落不同。其次是原料的厚度差造成壓下量變化。應(yīng)該指出，和原料厚度不均的影響不同，溫度不均的影響具有重復(fù)性，即在前一道次中消除了的厚度差在后一道次中還會由于溫度差的存在而重新出現(xiàn)，因此在精軋道次中對厚度控制就特別重要。l 措施：消除鋼板的厚度差，有兩個途徑。 消除產(chǎn)生厚差的原因，如使加熱均勻，提高板坯尺寸精度，提高軋輥加工的精確度，提高安裝精度等。 但是實際上完全消除產(chǎn)生厚差韻原因是不可能的，因此就必然要有第二條途徑，即設(shè)法消除軋制過程中的輥縫變化。在中厚板生產(chǎn)中主要是用直接調(diào)輥縫的板厚自動控制(AGC)。l AGC：厚板軋機的電動AGC壓下裝置由粗調(diào)及精調(diào)兩套傳動系統(tǒng)構(gòu)成，粗調(diào)由兩臺壓下電機直接傳動蝸輪、蝸桿，用于每道間快速調(diào)整輥縫。精調(diào)由另外兩臺電動機經(jīng)減速機及氣動離合器傳動蝸桿蝸輪，用于AGC工作，精確調(diào)整輥縫。l 厚板軋機的液壓AGC構(gòu)成：由安裝于軋機兩側(cè)牌坊的液壓缸中的柱塞上下運動來調(diào)整輥縫值，并由位置和壓力傳感器、伺服閥和控制裝置組成。 中厚板軋機用三種AGC的性能和結(jié)構(gòu)比較：在通常條件下軋制普通鋼板，電動AGC系統(tǒng)已能滿足要求，其結(jié)構(gòu)簡單，投資較省，維護也比較容易，但板厚精度較差，而且很難實現(xiàn)在負(fù)荷情況下的快速調(diào)節(jié)。因此現(xiàn)代厚板軋機為進一步提高鋼板精度，并且適應(yīng)低溫軋制及變斷面軋制的需要，普遍采用液壓壓下系統(tǒng)。它具有響應(yīng)速度快，反應(yīng)靈敏，壓下速度快，設(shè)定精度高，控制系統(tǒng)比較簡單等優(yōu)點。其缺點是伺服閥要求油的清潔度為0.0050.01mm，而一般油的清潔度為0.1mm，因此維護較困難。干油壓下裝置設(shè)備體積小，布置緊湊，安裝部位工作條件較好，投資少，特別適宜于現(xiàn)有軋機的改造，但因增加中間增壓級，故靈敏度不如液壓壓下。l 厚度控制方法 測厚儀反饋AGC：用X射線或r射線測厚儀測得所軋鋼板厚度h與給定鋼板厚度h0相比較，測厚儀輸出鋼板的厚差h，根據(jù)輥縫調(diào)整量S與厚差h的關(guān)系調(diào)整輥縫來控制板厚。這種控制方法是以產(chǎn)品實際要求厚度A0為目標(biāo)值，用實際測出的厚度作比較，因此所得厚差值可靠，精度高。但測厚儀一般安裝在軋機外的相當(dāng)距離內(nèi)，因此測量位置與厚度調(diào)整位置之間有滯后現(xiàn)象，被廣泛用于厚度監(jiān)控。 壓力測厚計反饋AGC：又稱相對厚度控制。是以軋機本身作為測厚儀，以某一厚度作為基準(zhǔn)厚度，然后在軋制過程中以檢測出口的軋制力和輥縫的增量信號來控制板厚，即根據(jù)彈跳方程的微分形式間接地測出厚度變化，使整張鋼板的厚度被控制在基準(zhǔn)厚度的某一范圍內(nèi)。基準(zhǔn)厚度是以壓力模型為基礎(chǔ)預(yù)設(shè)輥縫，在軋件進入軋機一定時間后所采集的軋制力、輥縫值等為標(biāo)準(zhǔn)而求得的，因此這種控制系統(tǒng)可以保證整張鋼板厚度均勻，而鋼板絕對尺寸的精度取決于輥縫預(yù)設(shè)定模型的精度。由于軋件變形抗力等參數(shù)的變化，軋制力模型很難達到很高的精度。目前軋制力預(yù)報模型精度只在90、95以下，很難獲得更高精度的目標(biāo)厚度； 厚度計反饋AGC：又稱絕對厚度控制。它與相對厚度控制一樣是以軋機本身為測厚儀的，所不同的只是它是以厚度計模型為基礎(chǔ)，以目標(biāo)厚度為鎖定厚度。在軋制過程中檢測出軋制力和輥縫值信號，由厚度計模型間接地測定板厚，以該板厚與目標(biāo)厚度的差值作為控制信號來實際厚度調(diào)節(jié)。這種絕對厚度控制所得的鋼板精度取決于厚度計模型精度。由于厚度計模型精度遠(yuǎn)高于軋制力模型精度，因此可得到高精度的鋼板厚度。 前饋(預(yù)控)厚度控制：反饋控制的缺點是有不同程度的時間滯后，因此影響了控制精度，特別是原料厚度波動大時影響更大。所以在某些軋機上又安裝了預(yù)控厚度控制。它是在軋機入口側(cè)設(shè)一測厚儀，將測得的原料厚度值與給定的原料厚度值相比較，求出原料的厚差值H，當(dāng)板坯進入軋機時對輥縫進行調(diào)整。l 發(fā)展?fàn)顩r： 過去一般認(rèn)為鋼板沿長度方向厚度的均勻性比板厚的絕對值更加重要，因此在70年代以前，中厚板軋機上普遍采用頭部鎖定的壓力測厚儀反饋AGC系統(tǒng)來控制板厚。隨著對中厚板精度要求的提高，現(xiàn)代中厚板軋機已廣泛采用測厚計模型為基礎(chǔ)的反饋控制系統(tǒng)，即絕對厚度控制。采用測厚儀反饋控制作為監(jiān)控，并用計算機進行控制以進一步控制板厚精度。 1987年后開始使用的靠近軋機的測厚計，使厚度控制精度進一步得到提高。射線發(fā)生器和接收機是分開的，由于靠近軋機，高溫、潮濕、振動等環(huán)境很惡劣，因此采用了機械阻尼，將測厚計放置在等溫槽內(nèi)等措施。測厚計的近軋機布置可以使它在中厚板的可逆軋制中起到前饋AGC控制的雙重作用。 為了進一步提高板厚控制精度，消除種種干擾因素對厚差的影響，在上述AGC控制系統(tǒng)中增加了鋼板頭部厚度補償系統(tǒng)、油膜厚度補償系統(tǒng)、軋機剛度修正系統(tǒng)等。2 中厚板板形控制l 板形：板形是指鋼板的平直度，直觀的說是指板材的翹曲程度。由于鋼板在橫向各點上變形不均、延伸不均造成鋼板內(nèi)部存在殘余應(yīng)力，當(dāng)此應(yīng)力值達到或超過材料的屈服強度，就會造成鋼板的翹曲、波浪，彎曲等板形不良的缺陷。近年來為了滿足用戶對鋼板質(zhì)量方面越來越高的要求，減少由于鋼板翹曲嚴(yán)重造成的廢次品，已把板形質(zhì)量的提高作為衡量軋機性能和產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。 為了獲得良好的板形，可以用改善原料的原始凸度，改進工藝，如增加平整道次，調(diào)整壓下規(guī)程等辦法，但主要是用改進設(shè)備來調(diào)整加載后輥縫的斷面形狀，使它能與入口鋼板的斷面形狀相一致，以減少沿橫斷面方向的不均勻變形。 以改進中厚板軋機的設(shè)備來改變輥縫斷面形狀，從而控制板形的方法主要有以下幾種。1) 液壓彎輥技術(shù) 液壓彎輥技術(shù)為60年代初發(fā)展起來的液壓彎輥技術(shù)，可單獨使用，也可配合其他一些改善板形的技術(shù)一起使用。l 液壓彎輥的基本原理：是通過向工作輥或支持輥輥頸施加液壓彎輥力，使軋輥產(chǎn)生人為的附加彎曲來改變軋輥的有效凸度，以調(diào)整軋件的板形和橫向厚差。液壓彎輥可分為工作輥彎曲和支持輥彎曲。l 工作輥彎曲：分為正彎輥與負(fù)彎輥。正彎輥是將液壓缸裝在工作輥軸承座內(nèi)，它可以同時起到軋輥平衡裝置的作用，簡化了設(shè)備。負(fù)彎輥是將液壓缸裝在支持輥軸承座內(nèi)，在更換工作輥時無需拆開液壓缸的高壓供油回路接頭，簡化了換輥操作，液壓缸工作環(huán)境較好，也可避免氧化鐵皮的落入。但在非軋制時間內(nèi)工作輥還需要接通正彎液壓缸施以平衡力。頻繁地切換正負(fù)彎輥液壓缸是采用負(fù)彎輥的一個缺點，在中厚板生產(chǎn)中尤為突出。l 支持輥彎曲：是將彎曲力施加在支持輥軸承座之外的軋輥延長部分上，使支持輥凸度增加。它能較大地調(diào)整軋輥凸度范圍。在中厚板軋機上其調(diào)整幅度可達1.3mm。但由于彎曲支持輥的機械系統(tǒng)龐大，實際應(yīng)用較少。 采用工作輥彎曲還是支持輥彎曲，主要視軋機的結(jié)構(gòu)尺寸而定，關(guān)鍵參數(shù)是輥身長度L與支持輥直徑D的比值LD。支持輥彎曲主要用于LD較大的軋機。有的研究者指出LD>2時最好用支持輥彎曲，而當(dāng)LD<2時，一般使用工作輥彎曲。但支持輥增大后，采用支持輥彎曲技術(shù)已有困難。在厚板軋機上采用彎輥技術(shù)的必要性是很明顯的，但也有人認(rèn)為在厚板軋機上只需加大支持輥直徑可取消彎輥裝置。2) 軋輥成對交叉式軋機(PC軋機)l 型式：這種軋機的上工作輥與上支持輥的軸線互相平行，下工作輥與下支持輥的軸線也互相平行，但上下軋輥的軸線交叉布置成一個角度。l 原理：隨著軋輥交叉角度的變化，改變了上下工作輥形成的輥縫截面。所以交叉軋輥的效果等效于帶凸度軋輥的凸度效果，用調(diào)整軋輥軸心方向的輥縫來控制凸度。PC軋機實際使用的最大交叉角為1.5，當(dāng)交叉角為1.0時，軋輥凸度可達1mm。PC軋機具有軋輥凸度與軋輥管理簡單，軋輥壽命延長，軋輥消耗低，軸承間隙可調(diào)等優(yōu)點。但軋輥因軸線交叉而產(chǎn)生側(cè)推力，一般為軋制力的510。與一般四輥軋機相比，PC軋機增加了軋輥角度調(diào)整和側(cè)推力支撐兩套機構(gòu)，在每個軸承兩側(cè)均有電動調(diào)整裝置要穿過牌坊，因此設(shè)備重量加大，牌坊增重40，調(diào)整機構(gòu)復(fù)雜，所以一次性投資較大。3) 工作輥可軸向移動的軋機(HC軋機)工作輥的橫向移動改變了工作輥和支持輥的接觸應(yīng)力狀態(tài)，消除了有害的接觸應(yīng)力，使工作輥的彎曲減小，板材的邊部減薄量減少，達到了控制板形的效果。但是在實際生產(chǎn)中輥面壓力提高1.2倍,控制中軋輥的橫移相應(yīng)使軋輥輥身長度減小，彎輥力加大，工作輥軸承壽命短。此外，隨著工作輥移動，連接軸、彎輥機構(gòu)隨上輥移動，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但較PC軋機的一次性投資少。4) 可變凸度軋輥VC VC軋輥是由輥芯與輥套裝配而成。輥套的兩端牢固地?zé)嵫b在輥芯上，在軋制扭矩作用下不滑動。輥芯與輥套之間有液壓腔，高壓油經(jīng)過高速旋轉(zhuǎn)接手由軸芯進油到液壓腔中，通過油壓改變可使輥套中厚板的基本質(zhì)量控制擴脹量變化，而使軋輥凸度改變，用以補償軋輥在軋制過程中產(chǎn)生的撓度，達到控制板形的目的。5) 道次間自動調(diào)整法(ATLAS法)它是由日本福山廠開發(fā)的。因軋機剛性左右偏差和正反轉(zhuǎn)之差，以及板坯厚度左右偏差，軋制后會產(chǎn)生鐮刀彎。采用道次間自動調(diào)整法是以液壓壓下將預(yù)測到的軋機左右兩側(cè)軋制力在道次間進行調(diào)整，可達到減少鐮刀彎的作用。3 中厚板平面形狀控制1970年代后，世界上中厚板生產(chǎn)已從單純追求產(chǎn)量到更重視產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本、能耗和原材料上來。提高收得率就是達到這一目的的有效手段。對于中厚鋼板生產(chǎn)影響收得率的因素中平面形狀不良造成的收得率損失約占總收得率損失的49，它造成的收得率損失在56左右。因此使平面形狀矩形化以減少切損，在提高中厚板收得率中起重要作用。為使軋制后鋼板平面形狀接近矩形，1970年代以后，由于高精度、快速響應(yīng)性的液壓AGC裝置及高精度光學(xué)儀器的應(yīng)用，因此多種平面形狀控制辦法得以使用。1) MAS軋制法(水島平面控制系統(tǒng)) 它是由平面形狀預(yù)測模型求出側(cè)邊、端部切頭形狀變化量，并把這個變化量換算成成形軋制最后一道次或橫軋最后一道次時的軋制方向上的厚度變化量，按設(shè)定的厚度變化量在軋制方向上相應(yīng)位置進行軋制。 此法應(yīng)用于有計算機控制的四輥厚板軋機上(有液壓AGC裝置)，可使中厚板的收得率提高4.4。2) 狗骨軋制法(DBR法) 它與MAS軋制法基本原理相同。所不同的是在考慮DB量(即軋件前后端加厚部分的長度和少壓下的量)時，考慮了DB部分在壓下時的寬展。日本鋼管福山廠已把在該廠4725mm厚板軋機上軋制各種規(guī)格成品時必要的DB量制成了表格?，F(xiàn)廠實驗表明采用DBR法可以使切頭損失減少65，收得率提高2左右，為了能正確地將軋件軋成狗骨狀，軋機要有高速、大行程的液壓壓下裝置，能在軋制過程中調(diào)整壓下量。3) 差厚寬展軋制法它是將軋輥傾斜一個角度，在端部多壓下h的量，軋件旋轉(zhuǎn)90度軋制以后成矩形。這個方法可使收得率提高11.5左右。此法已用到日本千葉廠3400mm的厚板軋機上，在寬展的最后兩道使上輥傾斜，傾斜度為0.22，左側(cè)與右側(cè)壓下螺絲分開控制。4) 立輥軋邊法 使用安裝在厚板軋機旁的立輥軋機軋制板坯的端部可以改善鋼板的平面形狀。此法除了平面形狀控制以外，還能對鋼板寬度進行絕對控制，生產(chǎn)齊邊鋼板。日本新日鐵公司名古屋廠的4700mm軋機采用此法，使用立輥軋制板坯的端部，端部切頭長度由300mm減到200mm，寬度差由80mm減到15mm。由于成品軋件形狀的改善，成材率提高了3，達到96.8。5) 留尾軋制法和咬人返回軋制法 在以鋼錠為原料的厚板軋制過程中，采用在展寬軋制前對鋼錠尾部留下大的壓下量，或在展寬軋制時對鋼板兩側(cè)造成凹邊，當(dāng)軋件旋轉(zhuǎn)90度后，由于變形不均勻抵消了鋼錠尾部變窄和龜尾，使切頭切尾大為減小。 我國舞陽鋼鐵公司4200mm厚板軋機采用咬入返回法和留尾軋制法，雖然使鋼錠軋制時間要延長30s，但使成材率提高4，仍具有明顯的經(jīng)濟效益。 除了上述各種以軋出矩形平面的平面形狀控制法外，在工藝上還研究了許多新的軋制方法，生產(chǎn)其他形狀鋼板。如用展寬法可在同塊鋼板上軋出幾種不同寬度的鋼板，成材率可提高0.4。用MAS法等也可以軋出圓形鋼板或?qū)挾瘸慑F形的鋼板。5.5 中厚板長寬尺寸控制 中厚板長寬尺寸控制是指寬度尺寸在軋制過程中的控制以及長寬尺寸經(jīng)剪切后的偏差大小，它直接影響到成材率。此外剪切斷口的質(zhì)量也嚴(yán)重影響鋼板的外觀質(zhì)量，目前國外先進水平寬度偏差為810mm，長度偏差為10mm，而我國實際水平寬度偏差為4050mm，長度偏差為50mm，都有比較大的差距。 帶有立輥的厚板軋機(萬能式軋機)是用于生產(chǎn)齊邊鋼板的，但在過去的實踐表明，立輥軋邊只在軋件寬厚比(B/H)值小于6070時才起作用，而對于可逆式中厚板軋機，尤其是寬厚板軋機，由于B/H值太大，用立輥軋邊時鋼板容易產(chǎn)生橫向彎曲，起不到軋邊作用。加上要求水平輥與立輥要同步運行，也增加了電氣設(shè)備和操作的復(fù)雜性。因此在70年代以后新建的中厚板軋機上已很少有立輥軋機。但最近以來，由于對成材率的要求提高，在厚板軋機上用立輥加水平輥軋制(VH軋制)又被提出并進行了積極研究。日本川崎公司用無切邊厚板的立輥軋制法，可以控制板寬的絕對精度，使精度控制在10mm以內(nèi)，消除側(cè)邊重疊量，切邊量只有過去的16，并可生產(chǎn)出不切邊的齊邊鋼板。其精軋機上附加軋邊機。 此外在上述厚板平面形狀控制中所述的各種方法也都是控制板寬的方法。但到目前為止，幾乎所有的中厚鋼板在軋制之后都需要經(jīng)過剪切才能達到對產(chǎn)品所要求的長寬尺寸要求。5.6 表面質(zhì)量控制與精整l 鋼板表面質(zhì)量缺陷分類：一類是由鋼錠或鋼坯(連鑄坯)本身帶來的，稱為鋼質(zhì)缺陷，如結(jié)疤、夾渣等，一類是由鋼錠或鋼坯到成品鋼板各工序操作不當(dāng)或其他原因造成的，稱為操作缺陷，如刮傷、壓入缺陷、氧化鐵皮疤等。l 為防止鋼板表面缺陷的產(chǎn)生，除了提高鋼錠或鋼坯的表面質(zhì)量，嚴(yán)格各工序的操作制度外，軋制各工序的設(shè)備選型對鋼板表面質(zhì)量都有影響。而鋼板表面經(jīng)常產(chǎn)生的劃傷缺陷，在冷床運送過程中很容易產(chǎn)生。冷床類型的選擇對它有直接的影響。冷床過去一直沿用帶有拉鋼鏈和可傾倒拔爪的滑軌式冷床。這種冷床的優(yōu)點是設(shè)備簡單，造價低，缺點是鋼板和滑軌之間的摩擦很容易造成鋼板下表面的劃傷，鋼板和滑軌之間的接觸造成鋼板冷卻不均勻，冷床面積的利用率較低。為了克服上述缺點，新型厚板軋機都配有新型冷床，即圓盤輥式冷床或步進式冷床。 圓盤輥式冷床：是用若干根由電動機單獨傳動的軸組成，每根軸上又固定有一定數(shù)量的直徑700mm左右的大輪盤，相臨軸上的輪盤是交錯布置的。大輪盤下面有支持托輪以保證冷床的平面性。鋼板靠大輪盤的主動轉(zhuǎn)動前進。 步進式冷床：由具有良好平面性的多組固定托架和多組活動托架組成?；顒油屑芸捎蓹C械或液壓傳動使其上下和前后運動，以達到輸送鋼板的目的。固定托架和活動托架上都有大量均勻密布的孔眼，以保證空氣對鋼板下表面的均勻冷卻。步進式冷床和滑軌式冷床相比，投資增加80。但由于它冷卻質(zhì)量好，冷床面積利用率高，仍然為許多工廠所采用。5.7 熱處理對產(chǎn)品質(zhì)量的影響中厚板軋機用控制軋制和控制冷卻工藝已被廣泛用，以提高鋼的強度與韌性，取代了部分產(chǎn)品的?；に?。但是控制軋制、控制冷卻工藝并不能全部取代熱處理。熱處理仍然用于一些產(chǎn)品的?；幚砗偷秃辖鸶邚姸蠕摰恼{(diào)質(zhì)處理等方面，并且熱處理產(chǎn)品仍然具有整批產(chǎn)品性能穩(wěn)定的優(yōu)點。因此現(xiàn)代化的厚板軋機般都帶有熱處理設(shè)備。l 熱處理工藝：常化、淬火、回火、退火四種。前兩種可以用一種熱處理爐，回火溫度低些，可以分開也可以與前兩種共用一爐，退火爐一般是另外設(shè)立的。l 熱處理爐：連續(xù)式爐和室式爐。厚度在100mm以下的鋼板，在常化和調(diào)質(zhì)處理時多半用連續(xù)式熱處理爐。常規(guī)的鋼板熱處理爐是明火直通輥底式加熱爐。這種加熱爐由于存在加熱不均勻，加熱鋼板表面產(chǎn)生氧化鐵皮，尤其是爐底輥因燃?xì)庵械牧蚣把趸F皮等原因形成結(jié)瘤，造成鋼板F表面的劃傷等原因，影響了產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量和外觀質(zhì)量。因此已逐漸被無氧化輻射式連續(xù)加熱爐和步進梁式加熱爐所取代。 無氧化輻射式連續(xù)加熱爐采用輻射管進行間接加熱，并采用氮氣保護，從而解決了加熱均勻和鋼板表面質(zhì)量問題。 為徹底解決輥底式爐存在的下表面劃傷問題，逐漸發(fā)展了步進梁式爐(和雙步進梁式爐)。步進梁式爐采用一組固定梁，一組活動梁，用步進方式使鋼板在爐內(nèi)運動。雙步進梁式?jīng)]有固定梁，而是采用兩組活動梁。第一組可動梁將鋼板抬起來前進，第二組可動梁升起從第一組可動梁上接過鋼板并送進，如此循環(huán)工作，鋼板以一定速度平滑地運送。步進梁式爐不僅解決了鋼板下表面劃傷問題，而且鋼板速度可自由調(diào)整，在爐內(nèi)可以前進、后退、停止，大大增加了熱處理生產(chǎn)的靈活性。步進式爐同樣可采取輻射式加熱和氣體保護無氧化加熱。 對于特殊鋼板的處理常采用車底式爐和罩式爐等爐子。這些爐雖然生產(chǎn)能力低，但適用于多鋼種、小批量、各種熱處理方式的生產(chǎn)。和熱處理爐配套的設(shè)置還有淬火機，矯直機，壓力機，噴丸機等，構(gòu)成熱處理作業(yè)線。l 厚板淬火： 過去一直采用壓力淬火機，它是通過上下移動爪子與鋼板點接觸壓緊鋼板防止變形，鋼板在冷卻過程中靜止不動。這種冷卻方式冷卻不均勻，尤其在爪子的位置成為“軟點”，容易產(chǎn)生翹曲和鋼板的材質(zhì)不均。 因此目前廣泛采用輥式淬火機，這種淬火機有更大的冷卻速度，冷卻均勻，產(chǎn)量高，鋼板平直度好，并減少了氧化鐵皮的生成，改善了鋼板的表面質(zhì)量。輥式淬火機有兩對拉矯輥和兩個淬火段。鋼板在淬火機內(nèi)由多對傳送輥傳送。在第一淬火段內(nèi)水量較小(6080m3min)，壓力較大(1MPa)，鋼板連續(xù)通過，稱壓力淬火段。在第二個淬火段內(nèi)，水量較大(150300m3min)，而壓力較低(0.6MPa)，鋼板呈擺動式運動，稱低壓段。通過調(diào)整各段的水壓、流量和時間采實現(xiàn)不同的熱處理工藝制度。輥式壓力淬火機的下排輥子不能調(diào)整，上排輥子可根據(jù)鋼板厚度進行調(diào)整。目前有的鋼廠已將輥式壓力淬火機直接安裝在軋機作業(yè)線上，采用形變淬火工藝，既節(jié)省了淬火爐設(shè)備和能源消耗，又提高了產(chǎn)品性能。