邯钢冷轧薄板工程施工技术总结 - 图文(3)

平直度测量仪：共1套，F5机架后1套

液压辊缝传感器：共10套，F1 ~ F5每个机架2套 光电焊缝检测仪：共1套，F1轧机入口1套

4.2 产品质量控制 4.2.1质量控制目标

冷轧产品最终是为用户服务,要满足不同用户的各种使用条件和要求。冷轧带钢生产技术总的发展方向就是要不断提高和完善产品的质量，主要也就是要提高带钢的厚度精度和平直度，这是衡量带钢产品质量的两个重要指标。

4.2.2原料控制

4.2.2.1 原料的化学成分

冷轧最终产品的质量并不仅仅取决于冷轧本身，而与它的上道工序炼钢、铸坯和热轧以及它的下道工序退火等都有直接关系。尤其在炼钢过程中，严格控制好钢水的化学成分是保证冷轧板质量的重要基础。钢水中的化学成分，特别是C、Si、Mn等元素的含量对产品的力学性能影响很大。而抗拉强度、屈服强度和延伸率决定着冷轧产品的使用性能，特别是薄板的成形性能。所以说，炼钢时严格控制好它的化学成分是保证生产出优质冷轧板的重要基础和前提。也可以这样说，控制好炼钢时钢水的化学成分对冷轧产品的质量起着决定性作用。具体要求见下表。

表8（冷轧对热轧原料的化学成分要求）： 钢 等 级 CQ(商用级) DQ(深冲级) DDQ(超深冲级) DDQ（IF）(用于镀锌) HSLA(高强度低合金钢) HSS(高强度钢)

冷轧板生产对于CSP热轧卷的机械性能也有要求，主要是带钢的屈服强度和抗拉强度必须要能满足冷轧在大张力作用下的轧制，而不至于被拉断。对于生产CQ、DQ和DDQ级的冷轧板卷，要求CSP热轧卷的屈服强度和抗拉强度必须要能满足：σs =295~330 N/mm ，σb =350~390 N/mm；而对于生产HSS和HSLA级的冷轧板卷，则要求CSP热轧卷的屈服强度和抗拉强度必须达到：

HSS： σs =310 N/mm ，σb =410 N/mm HSLA：σs =340 N/mm ，σb =490 N/mm

2

2

2

2

2

2

C（%） ≤0.06 ≤0.045 ≤0.045 ≤0.007 ≤0.1 ≤0.1 Si（%） ≤0.034 ≤0.034 ≤0.03 ≤0.30 ≤0.50 ≤0.50 Mn（%） ≤0.30 ≤0.25 ≤0.22 ≤0.03 ≤1.4 ≤0.50 S（%） ≤0.015 ≤0.010 ≤0.008 ≤0.010 ≤0.025 ≤0.035 P（%） ≤0.021 ≤0.017 ≤0.015 ≤0.015 ≤0.025 ≤0.035 4.2.2.2 原料的几何尺寸

邯钢冷轧厂的原料都来自CSP车间。当CSP的最终产品形成以后，带钢的横向断面形状缺陷和纵向厚度的不均匀性就已经确定。虽然经过冷连轧机的轧制，也不能完全改变，而只能在一定程度上减轻。即使冷轧机在轧制前对辊缝形状进行了预设定，但在轧制过程中，轧机辊缝并不能保持规定的几何形状，而是完全适应热轧带钢原有断面形状的变化。冷轧机组通过轧制只能改变来料的绝对断面形状，而无法改变它的相对断面。用户所要求的冷轧产品的断面形状和平直度在热轧过程中就已经形成了。如果在冷轧过程中试图改变带钢的相当断面，就必然会引起带钢平直度的变化。所以，要想提高冷轧产品的质量，就必须严格控制热轧产品的尺寸精度。

冷轧厂要求来自CSP车间的热轧卷必须控制好如下一些主要技术参数，否则无法进行正常轧制。具体要求是：

宽度公差：0 ~ 20 mm 长度超差：不超过8 m

镰刀弯：每2m长度上不超过4mm 凸度：最大50μm 平直度：最大220I单位

带头带尾厚度超差：最大为公称厚度的±10%，但不超过±0.4mm 热轧卷的卷取温度：610 ~ 670℃

4.2.3板带厚度控制 4.2.3.1影响产品厚度的因素

影响冷轧带钢厚度的因素很多，也很复杂，归纳起来，主要有以下几个方面的因素。

4.2.3.1.1 原料的影响

冷轧的原料如果宽度尺寸不均将会引起轧制力波动，从而引起辊缝形状的变化，影响轧件厚度。原料中的化学成分和组织不均匀，轧制温度的变化都会对轧件厚度产生重要影响。

4.2.3.1.2 轧机刚度的影响

众所周知，在轧制过程中，带钢受轧制力的作用会产生塑性变形，而轧机机座本身受轧制力的作用要产生弹性变形，轧机出口带钢厚度就是由轧机的弹性曲线和带钢的塑性曲线交点来确定的。轧机

的弹塑性曲线就是轧机的弹性曲线和轧件的塑性曲线的总称，即P－H图，它是轧机厚度自动控制的理论基础。在轧制过程中，轧件的变形抗力通过轧辊轴承、压下装置等最后传给机架，从轧辊到机架这一系列部件都要产生一定的弹性变形，这些受力部件的弹性变形的总和，最终都使轧辊的辊缝增大，使轧出的轧件厚度大于实际设定的辊缝值，两者之差即辊缝增大量称为轧辊的弹跳，弹跳是由轧机的弹性变形引起的。轧机刚度的物理意义为轧机工作机座抵抗弹性变形的能力，即当轧机产生1mm弹性变形时所需要的轧制力大小，此力越大，则轧机的刚度越大。

P－H图可以较直观地分析坯料厚度H、轧件厚度h，轧制压力P，以及轧辊辊缝S0等参数的关系。在上图中，

A为轧机弹性曲线，B为轧件的塑性曲线，其中tgα即为轧机的刚度系数，tgβ为轧件的塑性系数，A曲线和B曲线的交点h1即为出口厚度。利用P－H图可综合分析轧件与轧机间相互作用力和变形的关系，可形象地分析造成厚度偏差的各种原因及轧机的调整过程。例如：在轧制过程中，轧辊因为磨损使辊缝增大，从S0 增大到S0 +δS ，此时轧制力由P降低，出口厚度由h1增大为h2，在实际操作中，可通过移动压下来补偿实际辊缝的变化。

4.2.3.1.3 轧机辊系的稳定性对厚度的影响

邯钢冷轧的六辊五连轧机组在轧制过程中，为了维持轧机辊系的稳定性，工作辊、中间辊和支承辊的中心其实并不在一条直线上，而是存在一定量的偏移。

为了换辊的方便，轧机工作辊、中间辊和支承辊的轴承座与牌坊的门形框架间都存在一定量的间隙。在轧制过程中，工作辊与其轴承

座如无固定的侧向力约束，将处于不稳定状态（即工作辊在轧制冲击力作用下，时而向入口侧移动，时而向出口侧移动）。工作辊的这种自由状态，会导致轧件厚度不均匀而降低轧制精度，同时也会使辊系之间的正常摩擦关系破坏而加剧轧辊的磨损，并使轴承承受反复冲击而降低其寿命。因此，为了保证轧制过程中轧机辊系的稳定性，就必须保证工作辊在轧制时对于支承辊的稳定位置，即让工作辊轴承始终承受一个方向不变的水平力。

保持工作辊稳定性的有效方法，是使两工作辊连心线相对于两支承辊连心线沿轧制方向有一个偏移量，或使两中间辊连心线相对于两支承辊连心线沿轧制方向有一个偏移量。偏移量的大小应使工作辊轴承反力T在轧制过程中恒大于零且力的作用方向不变。

邯钢冷轧六辊五机架轧机采用的传动形式为工作辊驱动，其实现辊系稳定采用的方法是：两中间辊连心线相对于两支承辊连心线沿轧制方向向出口侧有一个偏移量，偏移量e =5 mm。在每个单片牌坊的出口侧内侧面都设置有上下2个支撑辊轴承座压紧缸。轧制时，压紧缸将支撑辊轴承座紧紧地贴在牌坊入口侧内侧面的硬质滑动衬板上以消除侧面间隙。

4.2.3.1.4 轧制工艺对厚度的影响

冷轧时，轧制速度的变化、带钢前后张力的变化、摩擦系数的波动等都会引起带钢厚度的变化。 轧制速度的变化会影响摩擦系数和带钢的变形抗力，从而引起轧制压力和压下量的波动。如果变形速度增加，则金属的变形抗力相应增加，而摩擦系数减小，使轧制力减小，带钢的厚度就会发生变化。

张力有利于轧制更薄的产品，它主要是会对带钢的塑性产生影响。如果张力突然增大，带钢的塑性将会下降，相应地轧制压力也会降低，从而使带钢厚度减薄。

另外，轧辊的热膨胀和轧辊的磨损也会对带钢的厚度产生一定的影响。

4.2.3.2 产品厚度控制措施

4.2.3.2.1 连轧机各机架轧制速度控制与秒流量恒定原理

根据CSP来料的不同特征，对于同一个批次的热卷原料，计算机在将相关的技术参数输入进去后，再根据轧制模型确定各机架的压下分配量，并相应计算出各机架的轧制力和轧制力矩等轧制参数，然后依据金属秒流量恒定原理算出各机架的速度。邯钢冷轧各机架的速度值计算以工艺规定的F5机架最大轧制速度为依据。金属秒流量厚度自动控制的理论基础是轧机入口和出口金属体积秒流量恒定原理，它是串列式冷轧机最基本的控制技术，决定着冷轧板带的厚度精度。

根据邯钢CSP热轧板卷厚度的不规则性，也是为了将原料的厚度误差最大限度地在F1机架消除掉，邯钢冷轧引进了西门子公司的扩展秒流量厚度自动控制技术，这是西门子公司90年代开发的专利控制技术，具有当今世界领先水平。该项技术的应用使冷轧板带的厚度精度由传统的15μm左右提高到8μm以下。扩展秒流量控制原理就是把传统的秒流量恒定原理扩展到了轧机入口的张紧装置，将张紧装置作为‘零号机架’处理，以便最大程度地消除原料的厚度偏差。

实际上，在一定的轧制条件下，轧件的速度与轧辊的圆周速度并不相等。根据实验测定，在轧制过程中，轧件的出口速度要略高于轧辊的圆周速度，表明轧件与轧辊在出口处产生了相对滑动，称为

前滑。前滑值通常为轧辊圆周速度的3% ~ 6%。而轧件的进口速度又要略低于轧辊的圆周速度，表明轧件与轧辊在进口处也产生了相对滑动，但与轧件在出口处产生的滑动方向相反，称为后滑。如图所示，转角α对应的区域是整个轧件的变形区，而转角γ对应的区域为前滑区，也就是变形区Ⅱ，变形区Ⅰ为后滑区。在前滑区与后滑区的交界处必然存在一点，它的变形速度与轧辊的圆周速度相等，该点称为中性点。对单机架而言，前滑对生产并无影响。但对多机架而言，它对连轧机的稳定运行是有一定关系的。要保证串列式轧机的连轧关系，就必须保证单位时间内通过每架轧机的金属体积相等，即秒流量恒定。

在邯钢冷轧机的F1机架前后和F5机架后各设置了1套激光测速仪，直接对带钢的出口速度进行精确测量。测量板带速度的传统方法是通过测速计先测出轧辊速度，并考虑到轧制前滑，再换算成带钢的速度，这种方法的精度不高。而采用激光测速技术，系统误差可控制在±0.05%，可满足冷连轧自动化控制的要求。激光测速技术是高精度秒流量控制的基础。

假设通过每个机架后的板带厚度分别为h1、h2、h3、h4、h5，板带通过各机架时的轧辊圆周速度分别为V1、V2、V3、V4、V5。轧制时，因带钢在大张力（10~100吨）作用下，带钢沿宽度方向的延伸非常小，基本可以忽略不计。根据金属秒流量恒定原理，应有

V1h1 = V2h2 = V3h3 = V4h4 = V5h5 = 常数

而在实际生产中，考虑到带钢的前滑，设各机架的前滑量分别为Δ1、Δ2、Δ3、Δ4、Δ5，上式就应是

V1（1+Δ1）h1=V2（1+Δ2）h2=V3（1+Δ3）h3=V4（1+Δ4）h4=V5（1+Δ5）h5=常数

因V5（1+Δ5）即F5机架带钢的出口速度已经通过激光测速仪精确测量出来，因此就可以依次确定其他各机架的速度值。

4.2.3.2.2冷轧生产过程中的张力轧制

冷轧生产中影响变形抗力的主要参数是加工硬化和轧制接触区的摩擦。随着冷轧加工道次的增加，由于产生加工硬化而导致金属的变形抗力逐渐提高，这就需要提供更大的轧制力来实现冷塑变形。而在冷轧生产采用大张力轧制可以降低轧制力，便于生产更薄的产品，使带材保持平直和良好的板形，防止带材在轧制过程中跑偏，还可以起适当调整轧机负荷的作用。

邯钢冷轧的F1~ F5机架都是以较大的张力工作，其中，F1~ F2机架间的张力最大，最大可达到100吨，F5机架的张力最小，它最高也能达到10吨。在F1机架前和每个机架后都设置有带钢张力测量装置。轧制时，为保持金属秒流量不变，机架间的张力是恒定的，张力的波动可以通过改变压下量或转速来自动进行调节。张力恒定是秒流量控制的基础。通过改变F1机架前的张力辊、各架轧机及卷取机的电机转速以及各机架的压下量，可以使板带的轧制张力在较大范围内变化。借助于张力测量装置并与自动化控制系统形成闭环，可以按要求实现恒张力轧制。维持各机架间张力恒定也是进行秒流量控制的基础。

4.2.3.2.3 F1机架出口厚度控制措施

① F1机架前馈控制（从两个方面进行预控）：

在厚度自动控制系统中，把F1机架前的5# 张力辊看作是零号机架（压下量为零）。因为零号机架没有压下量也就不存在前滑。在这里，带刚的速度从理论上讲应该与辊子的圆周速度相等，也就是F1机架的入口速度。为防止零号机架因为某种原因与带钢速度不同步，从而使F1机架前的带钢张力发生变化而产生厚度波动，将F1机架前的激光测速仪测量的带钢速度作为一个闭环的实际值用于张紧装置的速度控制，以保持F1机架前带钢的恒定张力。

F1机架前设置有1台X射线测厚仪，通过测量入口带钢的实际厚度并与其给定值进行比较，分析出偏差值，并送往过程控制计算机系统。计算机经过一系列计算以后，算出了相应的速度（张紧装置）和轧辊辊缝（F1机架）的补偿量，并通过基础计算机控制系统自动进行补偿。F1机架前的张力控制器通过保持板带张力恒定可自动设定正确的辊缝，从而把输入F1机架的板带厚度偏差基本消除掉。

② F1机架反馈控制（F1机架支撑辊偏心补偿控制）

在实际生产中，可能由于磨辊不精确、轧辊磨损或者因温度的影响等都会引起轧辊一定的偏心，此偏心的存在又必然会引起轧辊辊缝形状的周期性变化，从而影响板带的厚度。而这种变化通过厚度自动控制是无法补偿的。为了解决这个问题，邯钢冷轧机组在第一机架采用了西门子公司最新开发的轧辊偏心补偿技术，补偿由于支撑辊偏心造成的板带周期性厚度误差。该项技术是目前冷轧控制领域尖端技术之一，它对控制系统的动态响应性能和分析判断能力有着极高的要求。它的具体控制方法就是，通过对F1机架后测厚仪的测量信号进行傅立叶变换，不断将F1机架出口带钢厚度的实际值与辊缝的理论设定值进行比较，分析出带钢厚度的周期性偏差值，并将此偏差值送到二级计算机控制系统。

二级计算机根据轧制模型计算出F1机架辊缝设定值的补偿量。然后，基础自动化系统补偿设定值，并对F1机架的辊缝实行闭环实时控制，从而减少或消除支撑辊偏心对带钢厚度的周期性影响。

③ F2机架前馈控制

F1机架出口带钢厚度的剩余偏差值都被F1机架后的测厚仪记录下来，并被放入到一个缓冲存储器中，一方面作为一个前馈控制量直接作用于F2机架的辊缝。另一方面，自动控制系统还将此厚度偏差转化为一个速度修正值直接作用于F1机架以及它前面的张紧装置，通过改变F1 ~ F2机架间的张力自动修正F1机架后的剩余厚度误差。这就给第二机架后创造了一个稳定的厚度条件，随后机架以相应的恒定速度关系轧制带钢。在末机架，针对不同的板带输出要求，轧机控制模式可采用光整模式，压下模式或张力限制模式。

4.2.3.2.4液压AGC厚度控制

邯钢6辊CVC 冷连轧机的所有AGC油缸全部由德国西马克公司提供。轧辊的压下和抬升是靠顶部的AGC油缸来实现的。AGC油缸安装在上支撑辊轴承座与机架的上轭之间，每台轧机设置了2个AGC缸，均由伺服阀控制，主要用来提供所需的轧制力，并补偿辊径的变化。油缸外径Φ1040，活塞直径Φ799，活塞杆直径Φ740，油缸行程约200mm，油缸压下速度约3mm/s，单缸最大液压推力约1250吨。每个油缸都设置了一套位置传感器和一套压力传感器。AGC液压缸的工作原理如下图所示。

+

在液压主回路和每个AGC缸之间设置了2个并列的伺服阀PA01/1YVHS1和PA01/1YVHS2。压下时，通过伺服阀的快速响应速度和高精度的输出量来准确控制油缸的行程。在每个AGC油缸里面安装有一个高精度的位置传感器（SONY磁尺），位置精度可控制在±1μm。

第一次轧制前或每次换辊后都要重新对轧线标高进行标定，即轧辊位清零。具体操作由下支撑辊底部的斜楔调整装置根据输入的参数自动调节，以确保辊缝控制的准确性。轧制时，根据压下量分配，各机架都对应有一个辊缝初始设定值S0。。通过伺服阀向油缸的无杆腔供应28 MPa 的压力油（主压力回路上通过一个蓄能器保持系统供油压力最低不低于22MPa），油缸压下。在油缸的有杆腔中接有一低压回路，通过一个蓄能器始终保持有杆腔在压下状态下里面的油压为5 MPa ，这样既可以对有杆腔起润滑作用以减小摩擦，又能防止有杆腔出现真空。在轧制过程中，辊缝的任何细微变化都能通过位置传感器检测到。如果位置传感器的标定位置发生了改变，产生了变化量ΔS，此变化量能在极短的时间

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