CN103752622A - 一种消除铸坯边部缺陷的厚板轧制控制方法 - Google Patents

Abstract

一种消除铸坯边部缺陷的厚板轧制控制方法，包括如下步骤：1）连铸坯出炉后，在开始轧制前进行转钢，原连铸坯边部两侧成为进入轧机轧件的头尾，开始成形阶段轧制；2）成形轧制最后一道次，使用厚边展宽轧制方法；3）成形阶段轧制完成后钢板90度转钢，原先连铸坯两侧再次成为进入轧机轧件的两侧，开始展宽阶段轧制；4）展宽轧制最后一道次，使用厚边展宽轧制方法；5）展宽阶段轧制完成后钢板再次90度转钢，开始最后精轧阶段的轧制；6）进入精整切板工序。本发明通过三次转钢轧制，连铸坯边部缺陷转换到最终被切除的厚板头尾部分，保留原有两次转钢轧制的平面形状控制优势，成品钢板不会出现“水桶腰”现象，切实降低了切边量，减少了切损。

Description

一种消除铸坯边部缺陷的厚板轧制控制方法

技术领域

本发明涉及厚板轧机的轧制过程控制技术，尤其涉及一种消除铸坯边部缺陷的厚板轧制控制方法。

背景技术

在厚板生产过程中，成品钢板边部有时会出现裂纹缺陷，这些包含缺陷的钢板边部都需要被切除，从而降低产品的收得率，进而降低了生产效益。因此，对于板带材边部缺陷问题，有必要采取技术措施，减轻乃至消除边部缺陷的发生。边部裂纹缺陷的具体定义为：

热轧带钢边裂缺陷是指钢板边缘沿长度方向的一侧或两侧出现破裂（邸洪双等，《热轧板带边部缺陷形成机理及研究现状》，河南冶金，2008年6月）。

边部裂纹缺陷在其他文献中，有时又被称为边部线状缺陷（edge seamdefect，《热轧低碳钢边部线状缺陷的消除方法》，中国专利CN102699028A）或边部黑线（夏小明等，《热轧带钢边部黑线产生机理》，钢铁研究学报，2010年6月）。

产生边部裂纹的原因主要有两类：一是连铸生产过程造成的连铸坯缺陷，比如连铸坯边缘存在微裂纹、皮下气泡以及边部有夹杂，这些缺陷在后续轧制的轧制环节，被放大显性显现出来；二是轧制过程造成的缺陷，轧件的边角部金属在轧制过程中流动到轧件的上下表面（邸洪双等，《热轧板带边部缺陷形成机理及研究现状》，河南冶金，2008年6月）。

关于边部裂纹缺陷，已有的专利和文献大多数针对热连轧机生产的钢卷，较少有厚板轧机相关的技术方案被公开。

热连轧和厚板轧机的异同：相同点是：热连轧机和厚板轧机都属于热轧（hot rolling）过程，轧制钢板温度在1200～700℃，两者生产的产品都切去轧制品的头尾部分。不同点：热连轧产线的精轧机采用多机架连续轧制的轧机布置方式，热连轧产线的粗轧机布置有强力立辊或其他侧压装置，用来把连铸坯宽度调整到带钢成品宽度，厚板轧机产线的精轧机是单机架轧机，采用往复可逆轧制的生产方式，厚板轧机产线有的有单独的单机架粗轧机，有的精轧机兼做粗轧机，通常不配置强力立辊，轧机前后布置有转钢辊道，通过轧制道次前后的钢板90度旋转，调整钢板宽度，所以厚板轧机多道次的轧制过程，通常在整个轧制过程中转两次钢，根据转钢前后被分为了三个轧制阶段：成形轧制阶段、展宽轧制阶段、延伸轧制阶段，参见图1，（具体细节描述见《中国中厚板轧制技术与装备》1.7.1节，王国栋，冶金工业出版社，2009）。

由于产生边部裂纹的原因分成了连铸工序原因和轧制工序原因两大类，现有的相关技术大多针对其中某一类原因，给出各种技术方案。

对于轧制工序造成的边部缺陷，主要措施包括旨在提高温度带钢横向温度均匀性的加热、轧线冷却水使用等工艺管理措施（参见中国专利CN102699028A、CN101912875A）；通过侧压装置改进，减少边部不均匀变形的带钢边部变形改善（日本专利JP10156408）（夏小明等，《热轧带钢边部黑线产生机理》，钢铁研究学报，2010年6月）；通过调整水平轧机压下量和速度等工艺参数来缓解边部不均匀变形情况（参见中国专利CN102527735A）。

对于连铸工序造成的边部缺陷，主要措施集中在连铸工序的工艺参数优化及连铸装备的研发使用技术（中国专利CN102101124、王耀山《应用板坯边部遮蔽技术解决中厚板边裂问题的研究》，甘肃冶金，2010年4月等）。

本发明针对连铸工序造成的边部缺陷，利用厚板转钢轧制的特点，设计出全新的轧制控制方案，在轧制工序消除了连铸工序原因的成品边部缺陷，这是本发明与众不同之处。

由于下文中在比较不同的转钢轧制方法优缺点时，将比较钢板成品的平面形状轮廓优劣，所以下面简要介绍平面形状控制（节选自《中国中厚板轧制技术与装备》1.7.4.1节）。

“在中厚板生产中，影响成材率的因素有切头尾、切边、氧化铁皮、轧废、质量缺陷等，其中平面形状不良造成的切损占了很大的比例。中厚板轧制过程的特殊性造成其轧后的平面形状多不呈矩形，在交货以前必须进行切头尾和切边处理。因此研究轧制过程中的平面形状变化规律，使轧制钢板的平面形状矩形化，减少切头尾和切边损失，对提高钢板的成材率有重要作用。

平直形状控制技术实际就是轧制钢板的矩形化技术，平面形状控制的主要手段是采用中间道次的变断面坯料轧制，最著名的是日本川崎水岛厂开发的MAS轧制法（Mizushima automatic plan view pattern control system，即水岛平面形状自动控制方法），在轧制初始的成形阶段和展宽阶段轧制时，沿轧制方向将轧件两端轧成楔形，使轧件的四角在随后的轧制过程中被充满，整个轧件呈近似矩形，从而减少了切头尾及切边的损失。”

在目前的现代化中厚板轧机中都具备了类似MAS轧制法的基于厚边展宽轧制法的平面控制功能。

针对连铸工序造成连铸坯边部微裂纹缺陷，进而引发的厚板成品边部缺陷，现有技术方案的措施集中在连铸工序。然而由于目前连铸工序的直接输出品--连铸坯的边部缺陷缺乏足够精确的检测手段，主要靠人工肉眼观察边部的气泡、针孔等缺陷，耗时耗力，漏检率高，而且没有直接在表面显现的微裂纹等缺陷，需要切割取样后，用显微镜观察样品切片才能检测出，这种检测方法不适应于大工业生产应用。这就造成了连铸工序改进效果评价的困难，每当连铸工序有所变化时，需要较长的周期，直到轧制完成后，才能判断连铸工序变化对边部缺陷的影响，而且还易与第二类缺陷的产生原因混淆。

考虑厚板轧机的生产特点，如果生产过程中仅转一次钢，使得连铸坯的边部最终转换为钢板的头尾，钢板头尾部分在轧后的精整出厂前会被切除，可以消除连铸坯边部缺陷对成品缺陷的影响。实际生产实践中也发现采用仅一次转钢的轧制方法，边部缺陷发生率明显减少了，但是另一个问题出现了，即钢板平面形状不良。由于一次转钢，没有成形阶段，成形阶段最后一道次的平面形状控制方法也无法使用，造成钢板长度方向的宽度很不均匀，有明显的“水桶腰”（参见图2），虽然边部缺陷少了，但是由于平面形状不良，边部切损并没有下降，没有达到最终的提高成材率的目的。

已有的减轻或消除热连轧、厚板边部缺陷的相关专利和公开文献，头痛医头，脚痛医脚，对连铸工序造成的连铸坯缺陷集中在连铸工序解决。现有厚板包括热连轧工序的技术方案集中于两个方面，一是温度相关工艺参数优化和冷却水装备的改进，二是侧压装置的改进及水平轧机压下量、速度等工艺参数的调整。就厚板轧制过程而已，这些技术措施没有充分利用厚板生产的工艺、装备特点。另一方面，仅仅减少一次转钢，则造成了虽然解决的边线问题，但是产生了平面形状不良的新问题，没有达到减少边部切损的最终目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种消除铸坯边部缺陷的厚板轧制控制方法，消除连铸工序产生的连铸坯边部缺陷对厚板成品缺陷的影响，减少成品钢板边部切除损失，可以从根本上消除连铸坯微裂纹、针孔等连铸坯边部缺陷造成的厚板边部缺陷，提高生产效益。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种消除铸坯边部缺陷的厚板轧制控制方法，包括如下步骤：

1)连铸坯出炉后，到达轧机前、在开始轧制前，进行转钢操作，转钢完成后，原先连铸坯的边部两侧成为进入轧机的轧件的头尾，开始成形阶段的轧制，即原先存在边部质量缺陷的连铸坯边部，转换成了成形轧制阶段的进入轧机的轧件的头尾部分；

2)在成形轧制阶段的最后一道次，使用厚边展宽轧制方法，以此控制成品钢板的头尾轮廓平直；

3)成形阶段轧制完成后，钢板90度转钢，原先连铸坯两侧再次成为进入轧机的轧件的两侧，此时开始展宽阶段的轧制；

4)在展宽轧制阶段的最后一道次，再次使用厚边展宽轧制方法，控制成品的两侧轮廓的平直；

5)在展宽阶段轧制完成后，钢板再次90度转钢，此时原先连铸坯两侧部分转换成为进入轧机的轧件的头尾，开始最后的精轧阶段的轧制，即在最终的轧制阶段，原先存在气泡等缺陷的连铸坯的边部，转换成了最后轧制成品钢板的头尾部分；

6)钢板轧制完成后，进入后续的精整切板工序。

在本发明轧制方法中，

当连铸坯出炉后，到达轧机前、在开始轧制前，先进行转钢操作，转钢完成后，原先连铸坯的边部两侧，成为进入轧机的轧件的头尾，开始成形阶段的轧制，即原先存在气泡、针孔等边部质量缺陷的连铸坯边部，转换成了成形轧制阶段的进入轧机的轧件的头尾部分。

在成形轧制阶段的最后一道次，使用厚边展宽轧制方法，目的是控制成品的头尾轮廓平直；

成形阶段轧制完成后，钢板90度转钢，原先连铸坯两侧，再次成为进入轧机的轧件的两侧，此时开始展宽阶段的轧制；

在展宽轧制阶段的最后一道次，再次使用厚边展宽轧制方法，目的是控制成品的两侧轮廓的平直；

在展宽阶段轧制完成后，钢板再次90度转钢，此时原先连铸坯两侧部分，转换成为了进入轧机的轧件的头尾，开始最后的精轧阶段的轧制。即在最终的轧制阶段，原先存在气泡等缺陷的连铸坯的边部，转换成了最后轧制成品的头尾部分。另一方面，由于在前面的成形阶段和展宽阶段的最后一道次使用了厚边展宽轧制方法，保证了成品钢板的平面形状近似矩形，避免了出现“水桶腰”现象。

钢板轧制完成后，进入后续的精整切板工序。此时由于连铸坯缺陷造成的边线被新轧制方法转换到了成品钢板的头尾位置，边线到钢板端部的距离在40mm以内，这是由轧制过程的总压下量等因素决定的，而由于考虑到钢板头尾材料性能的波动，钢板头尾切除量在100mm以上，也就是说显现出边线缺陷形貌的位置距钢板端部的距离远小于考虑到材料性能的钢板实际头尾切除距离，即彻底消除了连铸坯边部质量缺陷给厚板成品成材率造成的影响。

本发明与现有技术的主要不同之处：

现有的轧机轧制过程控制技术，没有针对钢板边部缺陷的专门控制技术，已有技术方案中与轧机相关的技术措施，不外乎于：道次压下量及轧制速度的调整优化，钢板翘扣头控制（ski）系数的使用之类。

现有的轧机轧制流程包括五种，参见图3～图7：

1.模式a，直接纵轧；

2.模式b，轧前转钢→横轧；

3.模式c，纵轧→转钢→横轧；

4.模式d，轧前转钢→横轧→转钢→纵轧；

5.模式e，纵轧→转钢→横轧→转钢→纵轧。

其中两次转钢的控制方式为常用模式，即模式e。

为便于说明，下面把沿连铸坯原长度方向的轧制称为纵轧，把沿连铸坯原宽度方向轧制称为横轧。

本发明的技术方案实质是对边部缺陷易发的钢种区别对待，新增了一种轧制模式f，即：轧前转钢-横轧-转钢-纵轧-转钢-横轧。

本发明的有益效果：

本发明通过新的三次转钢轧制的过程控制方法，连铸坯的边部缺陷转换到了最终被切除的厚板的头尾部分，同时保留了原有两次转钢轧制的平面形状控制优势，平面形状控制功能正常运行，成品钢板不会出现像仅一次转钢那样显著的“水桶腰”现象，切实降低了切边量，减少了切损。

本发明技术方案在厚板产线实施，可提升成材率2%左右。

附图说明

图1为现有中厚板轧制技术的三个轧制阶段的示意图。

图2为钢板缺陷现象之一“水桶腰”的示意图。

图3～图7为现有轧机轧制流程中五种模式的示意图。

图8为本发明方法（模式f）的示意图。

图9为本发明实施例的控制流程图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。

参见图8，本发明的一种消除铸坯边部缺陷的厚板轧制控制方法，包括如下步骤：

1)连铸坯出炉后，到达轧机前、在开始轧制前，进行转钢操作，转钢完成后，原先连铸坯的边部两侧成为进入轧机的轧件的头尾，开始成形阶段的轧制，即原先存在边部质量缺陷的连铸坯边部，转换成了成形轧制阶段的进入轧机的轧件的头尾部分；

2)在成形轧制阶段的最后一道次，使用厚边展宽轧制方法，以此控制成品钢板的头尾轮廓平直；

3)成形阶段轧制完成后，钢板90度转钢，原先连铸坯两侧再次成为进入轧机的轧件的两侧，此时开始展宽阶段的轧制；

4)在展宽轧制阶段的最后一道次，再次使用厚边展宽轧制方法，控制成品的两侧轮廓的平直；

5)在展宽阶段轧制完成后，钢板再次90度转钢，此时原先连铸坯两侧部分转换成为进入轧机的轧件的头尾，开始最后的精轧阶段的轧制，即在最终的轧制阶段，原先存在气泡等缺陷的连铸坯的边部，转换成了最后轧制成品钢板的头尾部分；

6)钢板轧制完成后，进入后续的精整切板工序。

在基于模型过程控制的厚板自动化控制系统中的具体实施方式如下：

首先建立边部缺陷易发品种特殊代码，根据易发品种特殊代码，给出新的轧机轧制过程控制模式，即三次转钢模式，在三次转钢模式下，当连铸坯出炉到达粗轧机前的转钢辊道位置后，控制系统给出转钢指令，操作人员完成转钢操作，模型系统采纳新的钢板尺寸信息，继而自动完成后续成形、展宽、延伸阶段的轧制，轧制完成后的成品需在精整工序进行头尾切除作业。

1、建立边部缺陷易发钢种代码表

在生产计划编排系统中增加边部缺陷易发钢种代码表，当编制生产计划时，如果待轧钢板为边部缺陷易发钢种代码表中的类型，则生成新轧制模式标志（代表本发明图8中所示的轧制模式f）。具体钢种根据生产经验获得。

2、轧机的轧机设定模型控制系统

当接收到待轧连铸坯具备新轧制模式标志时，自动转入新轧制控制模式，具体流程图如下。

2.1侧导板自动打开宽度的给定

为保证转钢时钢板不碰擦侧导板，侧导板打开开度计算如下。

$\mathrm{side}\_\mathrm{guide}\_\mathrm{open}\_\mathrm{width}=\sqrt{\mathrm{slab}\_{\mathrm{width}}^2+\mathrm{slab}\_{\mathrm{length}}^2}+100.0---\left(1\right)$

其中：side_guide_open_width：侧导板打开开度，单位：mm;

slab_length：连铸坯长度；slab_width：连铸坯宽度，单位：mm。

2.2轧前转钢结束后，连铸坯尺寸信息的调整及再次进行轧机设定

轧前转钢结束后，应该回归原有的轧机轧制过程控制流程，因为进行了转钢操作，在控制系统中的连铸坯长宽尺寸信息需要重新对调，完成长宽尺寸信息的对调后，重新执行轧机设定模型的预计算功能，轧机按照更新过的连铸坯信息，采用常规的二次转钢计算设定流程，给出相应的道次数、压下量、速度等等工艺设定参数，轧制过程按照二次转钢流程继续进行，直至结束。

这样连铸坯的边部转变为轧制厚板的头尾部分，头尾部分在后续的精整工序被切除，从而彻底消除了连铸坯边部质量缺陷给厚板成品造成的影响。另一方面，由于保留了余下的两次转钢，平面形状控制功能正常运行，成品钢板不会出现像仅一次转钢那样显著的“水桶腰”现象，切实降低了切边量，减少了切损。

实施例

设连铸坯长度slab_length3米，宽度2米，钢种为某易发边部缺陷钢种。

参见图9，在轧制前的编制生产计划阶段，该连铸坯在计算机系统中打上的新轧制模式标签。

在轧制前，轧机控制模型判断出采用新的轧制模式。

当钢板来到粗轧机前转钢辊道后，控制系统自动给出转钢指令，并打开侧导板。

侧导板开度=461mm。

当转钢完成后，在控制系统中，slab_length=2m，slab_width=3m，并以此为基础数据，转入二次转钢模式，重新进行轧制设定计算，按照本次计算结果继续完成后续轧制过程。

本发明适应面广，且使用方便，解决了连铸工序造成的连铸坯边部缺陷引发的厚板边部缺陷，在具有自动化控制的厚板轧机上，本技术完全能够推广使用，具有广阔的技术推广前景。

Claims (1)

1.一种消除铸坯边部缺陷的厚板轧制控制方法，包括如下步骤：

1)连铸坯出炉后，到达轧机前、在开始轧制前，进行转钢操作，转钢完成后，原先连铸坯的边部两侧成为进入轧机的轧件的头尾，开始成形阶段的轧制，即原先存在边部质量缺陷的连铸坯边部，转换成了成形轧制阶段的进入轧机的轧件的头尾部分；

2)在成形轧制阶段的最后一道次，使用厚边展宽轧制方法，以此控制成品钢板的头尾轮廓平直；

3)成形阶段轧制完成后，钢板90度转钢，原先连铸坯两侧再次成为进入轧机的轧件的两侧，此时开始展宽阶段的轧制；

4)在展宽轧制阶段的最后一道次，再次使用厚边展宽轧制方法，控制成品的两侧轮廓的平直；

5)在展宽阶段轧制完成后，钢板再次90度转钢，此时原先连铸坯两侧部分转换成为进入轧机的轧件的头尾，开始最后的精轧阶段的轧制，即在最终的轧制阶段，原先存在气泡等缺陷的连铸坯的边部，转换成了最后轧制成品钢板的头尾部分；

6)钢板轧制完成后，进入后续的精整切板工序。

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