CN103906583B - 热轧板坯的形状调节设备以及形状调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的热轧板坯的形状调节设备以及形状调节方法，解决在现有技术中无法将板坯展宽轧制时由先后端部非稳定变形引起的成品率降低和板厚的增加抑制为最小限度，并且无法以较高的生产率将板坯成形为预期的目标尺寸的问题。使用在进行板坯展宽轧制的展宽轧压机（2）的板坯输送方向上游侧配置水平轧制机（1）、或者在上游侧和下游侧分别配置入侧水平轧制机（1）、出侧水平轧制机（3）而构成的板坯形状调节设备，对一个热轧板坯（10）同时实施由水平轧制机（1）或水平轧制机（1）与水平轧制机（3）进行的板厚轧制和由展宽轧压机（2）进行的展宽轧制。
Description
技术领域
本发明涉及热轧板坯(hot slab)的形状调节设备(shape control equipment)以及形状调节方法。详细地涉及在使通过连续铸造(continuous casting)制造出的板坯的板厚、板宽成形时，控制板坯前后端(top and tail ends of slab)的平面形状(plain viewpattern)来减少切料头损失(crop loss)，并且抑制板坯前端宽度中央部的局部增厚来消除粗轧道次(reducing pass number of rough rolling)的减少和输送不良(conveyingtrouble)的问题的热轧板坯的形状调节设备以及形状调节方法。
背景技术
由于在连续铸造机中浇铸的板坯的浇铸速度(casting speed)基本不取决于板坯宽度，所以以提高生产率为目的而采用以大宽度浇铸板坯并在热轧生产线上将展宽轧制为与产品宽度对应的规定板宽(reduce the width of a slab)的方法。开发了定径机(sizing mill)、精整压力机(sizing press)作为进行展宽轧制的装置来使用。该定径机是通过在板宽方向两侧对置配置的轧辊来实施板坯展宽轧制的装置，但由于辊与板坯的接触长度(contact length)短，所以向板坯宽度端部的剪切变形(shear deformation)大，引起被称为鱼尾(fish tail)的板坯前后端的凹形状(concave shape)而成为成品率恶化的原因。在这样的背景下，以增加与板坯的接触长度、抑制鱼尾为目的，开发了精整压力机来实现成品率大幅度的提高。利用该精整压力机进行的加工，展宽轧制荷载与板坯-模具之间的接触长度大致成正比。因此从制约设备荷载的观点出发，进行最大300mm左右的宽度改变。然而，一般的热轧带钢产品的宽度为700mm～2200mm左右而各不相同。即使在热轧生产线上利用精整压力机装置，在连续铸造工序中也需要通过其它机会浇铸多个水准的宽度的板坯。
另外，在增大精整压力机的能力而增大展宽轧制量的情况下，在精整压力机加工中产生如下两个问题。一个是由于大展宽轧制而使板坯前端厚度增加，从而展宽轧压后的粗轧的道次增加因而降低生产效率的问题A。另一个是无法将板坯非稳定部(长度方向两端部)的平面形状修正为矩形，从而如图14所示在粗轧后切料头损失(crop loss)增加而使成品率恶化的问题B。
对于上述问题A，以往公知有为了提高展宽轧制后的啮入性而增大图15所示的模具倾斜角θ来控制板坯厚度方向的增厚位置来防止增厚的方法A(参照专利文献1)。然而，在板坯宽度窄的情况下或展宽轧制量大的情况下效果很小。对于上述问题B，以往公知有调整图16所示的板坯与模具的接触长度L来调节前后端形状的方法B(参照专利文献2)。
另一方面，作为不增加设备的负担并且抑制成为成品率下降的原因的前后端的被称为鱼尾的凹形状、并且扩大连续铸造板坯的宽度改变量的方法，提出将定径机与精整压力机组合的方法(专利文献3)。这是为了防止鱼尾而在利用精整压力机在板坯前后端预先进行预成形之后利用定径机进行定常部的宽度改变的方法，实现650mm左右大小的宽度改变。另外，在精整压力机预成形中进行大幅度改变时，板坯前端的板厚增加，由于与输送用辊碰撞而难以输送。因此还设计了利用在输送线上设置的能够朝上方施加荷载的下辊来机械地矫正板坯前端的装置进行运用(专利文献4)。
专利文献1：日本特开2009-6361号公报
专利文献2：日本专利第2561251号公报
专利文献3：日本特开2008-254036号公报
专利文献4：日本特开2008-254033号公报
然而，在上述现有技术中存在以下课题。
在上述现有的方法A中，增减板坯前端厚度的效果很小，不涉及大幅度提高效率。模具的角度是一定的，所以通过板坯宽度无法得到充分的效果。另外，在上述现有的方法B中，模具长度有限，所以效果是有限度的。没有特别提及抑制增厚的效果，可以认为缺少效果。
另外，在专利文献3中，竖型轧制机中的每一道次的宽度改变量很小，为了增大板坯的宽度改变，需要很多轧制道次，所以生产率差并且板坯温度降低。此外为了利用精整压力机对板坯前端进行大展宽轧制，在前端部增厚很大，专利文献4中的矫正装置的导入成为前提条件，所以在设置空间、设备费、运行成本等很多方面都有问题。
即，在现有技术中存在如下问题：无法将由板坯展宽轧制时先后端部非稳定变形引起的成品率降低和板厚的增加抑制为最小限度，并且无法以高生产率将板坯成形为预期的目标尺寸。
发明内容
本发明的发明人们为了解决上述问题进行了认真研究，完成了以下主要结构的本发明。
(1)一种热轧板坯的形状调节设备，是对从加热炉抽出的热轧板坯即板的板宽、前端平面形状和板厚轮廓进行调节的设备，所述热轧板坯的形状调节设备的特征在于，将水平轧制机和展宽轧压机从板坯输送方向的上游侧按照所述水平轧制机即入侧水平轧制机、所述展宽轧压机的顺序，以小于从加热炉抽出时的板坯长度的0.3倍的配置间隔设置，并在展宽轧制时对板坯的前端部、尾端部的一方、或者双方作用压缩力，所述水平轧制机具有在板厚方向两侧对置配置的水平轧辊，所述展宽轧压机具有在板宽方向两侧对置配置的一对展宽轧压模具。
(2)在(1)所述的热轧板坯的形状调节设备的基础上，接近所述展宽轧压机的下游侧还设置具有一对水平轧辊的水平轧制机即出侧水平轧制机，从板坯输送方向上游侧按照所述入侧水平轧制机、所述展宽轧压机、所述出侧水平轧制机的顺序设置。
(3)一种热轧板坯的形状调节方法，使用(1)所述的热轧板坯的形状调节设备，所述热轧板坯的形状调节方法的特征在于，水平轧制机与展宽轧压机以小于从加热炉抽出时的板坯长度的0.3倍的配置间隔设置，并在展宽轧制时对板坯的前端部、尾端部的一方、或者双方作用压缩力，对一个热轧板坯同时实施由所述水平轧制机进行的板厚轧制、和由所述展宽轧压机进行的展宽轧制。
(4)在(3)所述的热轧板坯的形状调节方法的基础上，在由所述展宽轧压机进行的展宽轧制中进行所述水平轧制机的轧制速度控制。
(5)一种热轧板坯的形状调节方法，是使用(2)所述的形状调节设备的形状调节方法，该热轧板坯的形状调节方法的特征在于，水平轧制机与展宽轧压机以小于从加热炉抽出时的板坯长度的0.3倍的配置间隔设置，并在展宽轧制时对板坯的前端部、尾端部的一方、或者双方作用压缩力，在利用展宽轧压机对从加热炉抽出的热轧板坯遍布板坯全长进行一次或两次以上展宽轧制时，在板坯前后端的展宽轧制的过程中通过入侧出侧水平轧制机的水平轧制来施加压缩力、拉伸力，并且在出侧水平轧制机开始轧制时利用入侧水平轧制机施加压缩力。
根据本发明，能够将精整压力机工序中因板坯的宽度改变所产生的前后端的鱼尾形状抑制为很小，并且能够防止成为输送不良、利用下游的粗轧机对宽度改变后的板坯进行水平轧制时的啮入不良、道次增加的原因的板坯前端宽度中央部的局部增厚。另外根据本发明，能够很好地维持前后端形状并且进行大幅度的宽度改变，因此能够期待提高成品率和提高连铸机的效率。
附图说明
图1是表示技术方案1所述的本发明的热轧板坯的形状调节设备的概要的侧视图(a)以及俯视图(b)。
图2是表示技术方案2所述的本发明的热轧板坯的形状调节设备的概要的侧视图(a)以及俯视图(b)。
图3是表示现有的展宽轧压机进行展宽轧制时后方分力的说明图。
图4是表示通过现有的展宽轧制形成有鱼尾部的情况下板宽中央部增厚的说明图。
图5是表示从水平轧制机下游侧施加压缩力后的中性点的移动例的线图。
图6是表示实施例1的展宽轧压后的板坯前端部的平面形状的变化例的线图。
图7是表示实施例1的展宽轧压后的板坯前端部的板厚分布相对于板坯宽度方向的变化例的线图。
图8是表示实施例1的展宽轧压后的板坯宽度中央部的板厚分布相对于长度方向的变化例的线图。
图9是表示实施例2的展宽轧压后的板坯前端部的平面形状的变化例的线图。
图10是表示入侧(a)、出侧(b)的通过各轧制机施加压缩力后的中性点的移动例的线图。
图11是表示本发明例和比较例的宽度调节后的板坯前后端部平面形状的线图。
图12是表示本发明例和比较例的宽度调节后的板坯前后端部平面形状的线图。
图13是表示实施例3的宽度调节方法的概要的侧视图。
图14是表示粗轧后的薄板坯的切料头损失的俯视图。
图15是表示模具倾斜角θ的俯视图。
图16是表示板坯与模具的接触长度L的俯视图。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式及其作用效果进行说明。在以下的说明中，“荷载”、“力”都是每个单位面积的量。
在通常的精整压力机进行的板坯的展宽轧制中，由于在增大展宽轧制量的情况下模具行程不足，所以利用模具2K的倾斜部开始展宽轧制。此时，随着模具倾斜角增大，板坯前端的鱼尾量增加，随之引起板坯前端板宽中央部的局部的板厚的增加。
本发明的发明人们详细研究了在精整压力机进行的展宽轧制中产生的板坯前端变形机理，结果构思出其有利的控制方法。在精整压力机进行的展宽轧制中，展宽轧制荷载P因模具倾斜角θ而被分解，产生如图3所示的使板坯后退的力Psinθ。另一方面，在模具2K与板坯10的接触区域，摩擦力μP(μ为摩擦系数)作用，其水平方向分力μPcosθ阻止板坯10后退。由于这两个力而在板坯前端部产生较大的剪切力，随着板坯10的后退而形成鱼尾部10FT。另外，其后方分力Psinθ所产生的剪切力随着模具倾斜角度θ增大而增加。
在板坯前端形状成为鱼尾的情况下，在板坯前端部引起板坯宽度中央部10WC的局部的板厚增加。图4表示在板坯前端成为鱼尾形状后板坯宽度中央部10WC增厚的机理和增厚后的板坯宽度中央部10WC的长度方向板厚分布的外观。若前端形成鱼尾部10FT，则板坯前端形成没有材料的部分(无材料部)，该部分的材料的束缚消失。由此鱼尾部10FT不会受到来自材料的反作用力且塑性变形量减小，另一方面，通过展宽轧制而变形的材料的体积是一定的，所以在板坯前端部，变形集中于板坯宽度中央部10WC，从而引起局部的增厚。
根据上述机理，抑制前端鱼尾和板厚的局部增厚，考虑减小作为根本原因的后方分力是有效的。
使用图1对本发明的实施方式进行说明。图1是表示在上述(1)中所述的本发明的热轧板坯的形状调节设备的概要的侧视图(a)以及俯视图(b)。将具有在板厚方向两侧对置配置的水平轧辊1HR的水平轧制机1、和具有在板宽方向两侧对置配置的一对模具(展宽轧压模具)2K的展宽轧压机2，从板坯输送方向的上游侧按照水平轧制机1、展宽轧压机2的顺序，以比从加热炉抽出时的板坯长度短的配置间隔η设置。即，若用L0表示从加热炉抽出时的板坯长度，则0＜η＜L0。另外，优选为0＜η＜0.3×L0。
使用该设备，对一个热轧板坯同时实施由水平轧制机1进行的板厚轧制和由展宽轧压机2进行的展宽轧制。由此在展宽轧压机2的模具2K进行的展宽轧制中，由于其上游侧的水平轧制机1的水平轧辊1HR的输送而能够对板坯施加对抗上述后方分力Psinθ的压缩力，由此控制前端形状。通过该方法，不受板坯宽度、展宽轧制量的影响而能够抑制前端部的鱼尾。并且还能够实现由鱼尾部引起的板坯宽度中央部的局部的增厚得到抑制的大展宽轧制。
其中，优选水平轧制机1进行轧制速度控制，以便不产生轧制滑动并且使压缩力作用于该水平轧制机出侧的板。
板轧制中产生滑动的条件能够通过辊缝(roll bite)内是否存在中性点(neutralpoint in flat rolling)来判定。图5表示进行假定通过水平轧制机施加压缩力的轧制解析的结果。将解析条件相当于厚度260mm、温度1000℃的板坯水平轧制到由φ1000mm的辊轧制的245mm厚度。从水平轧制机的下游侧施加压入力，由此使中性点向辊缝出口侧移动。在该轧制条件下可知如果是约11MPa以下的压入力则不产生滑动。通过该压入力即压缩力，进行板坯前端部的形状控制。
实施例1
作为实施例1，在以宽度1450mm、板坯厚260mm的板坯为对象，分为两次且每次实施325mm的展宽轧制，合计展宽轧制量650mm的情况下应用本发明。展宽轧制从模具倾斜部开始，仅在第一道次通过水平轧制机施加对抗后方分力的压缩力9MPa。图6表示展宽轧制后的前端平面形状。在通常的展宽轧制(压缩力0MPa)中形成很大的鱼尾形状。然而，在施加了压缩力的条件下能够抑制鱼尾形状，能够减少76.2％的切料头损失。另外，图7表示板坯前端的板厚轮廓。通过施加压缩力将前端部的板厚增加限制在15％左右。另外，图8表示板坯宽度中央部长度方向的板厚分布。抑制板坯最前端部的局部的增厚，能够期待减少粗轧道次的效果和解决板坯输送不良的问题。
实施例2
作为实施例2，在以宽度1650mm、板坯厚260mm的板坯为对象，一次展宽轧制中展宽轧制量为250mm的情况下应用本发明。在相对于板坯宽度的展宽轧制量很小的条件下没有增厚的问题，但鱼尾变形很显著。对在这样的条件下施加压缩力所产生的鱼尾抑制效果进行表示。展宽轧制从模具倾斜部开始，施加7MPa和9MPa作为对抗后方分力的压缩力。图9表示展宽轧制后的前端平面形状。确认了通过施加适当的压缩力来控制前端平面形状，能够减少92％的切料头损失。
图2是表示在上述(2)中记载的本发明的热轧板坯的形状调节设备的概要的侧视图(a)以及俯视图(b)。如图所示，本发明的形状调节设备是对从加热炉(未图示)抽出的热轧板坯进行形状调节的设备。具有利用左右一对模具对板坯进行展宽轧制的展宽轧压机2、以及与该展宽轧压机2接近并分别配置于该展宽轧压机的上游侧即入侧和下游侧即出侧且利用上下一对辊对板坯进行水平轧制的入侧轧制机1和出侧轧制机3。入侧轧制机1与出侧轧制机3的辊轴心间距离在展宽轧制后的板坯长度以内。
在本发明的形状调整方法中，使用上述形状调节设备并利用展宽轧压机2对从加热炉抽出的热轧板坯遍布板坯全长地进行1次或2次以上展宽轧制。此时，在板坯前后端的展宽轧制的过程中通过入侧出侧轧制机的水平轧制施加压缩力、拉伸力，且在出侧轧制机开始轧制时通过入侧轧制机施加压缩力。
施加上述压缩力、拉伸力关键是满足出入侧的轧制机的轧制中性点存在于辊缝内的必要条件(不产生滑动的必要条件)。满足该必要条件的压缩力的范围能够通过轧制理论来计算。例如图10是表示计算利用入侧(a)、出侧(b)的各轧制机能够将板坯向展宽轧压机压入的压缩力的结果的线图。计算条件是初始板坯尺寸＝260mm厚×1450mm宽，温度＝1100℃，摩擦系数＝0.3，入侧、出侧各水平轧制机的出侧厚＝245mm。
根据图10(a)，在入侧轧制机中，随着来自辊缝出口侧的压入力(从轧制机向展宽轧压机的压缩力)增加，中性点向辊缝出口侧移动，但如果是11.0MPa以下的压缩力则不产生滑动。根据图10(b)，在出侧轧制机中，随着来自辊缝出口侧的压入力(从轧制机向精整压力机的压缩力)增加，中性点向辊缝出口侧移动，但如果是17.2MPa以下的压缩力则不产生滑动。
实施例3
使用图2所示的方式的形状调节设备(这里使入侧轧制机与出侧轧制机的辊轴心间距离≤初始板坯长)，利用展宽轧压机对初始尺寸为宽度1450mm、厚度260mm的板坯进行一次遍布全长的250mm展宽轧制。此时，在当前端部展宽轧制时利用入侧轧制机相对于板坯行进方向施加7.7MPa的压缩力、当尾端部展宽轧制时利用出侧轧制机相对于板坯行进方向施加7.7MPa的压缩力的情况(本发明例)、和不施加上述压缩力的情况(比较例)的两种条件下实施宽度调节，进行切料头损失量的比较。其结果是，如图11所示，本发明例(○)中宽度调节后的板坯前后端平面形状与比较例(●)相比是能更接近矩形的形状。其结果是，(a)前端切头重量与比较例相比减少84.3％(计算式：(1-本发明例切料头损失重量/比较例切料头损失重量)×100(％))，(b)尾端切头重量与比较例相比减少22.3％(计算式：(1-本发明例切料头损失重量/比较例切料头损失重量)×100(％))。
实施例4
使用与在实施例3中所使用的设备相同的宽度调节设备，利用展宽轧压机对初始尺寸为宽度1450mm、厚度260mm的板坯分两次进行全长展宽轧制，每次进行325mm、计650mm的展宽轧制。此时，每次进行各展宽轧制，在当前端部展宽轧制时利用入侧轧制机相对于板坯行进方向施加7.7MPa的压缩力、当尾端部展宽轧制时利用出侧轧制机相对于板坯行进方向施加7.7MPa的压缩力的情况(本发明例)、和不施加上述压缩力的情况(比较例)的两种条件下实施宽度调节，进行切料头损失量的比较。其结果是，如图12所示，本发明例(○)中宽度调节后的板坯前后端平面形状与比较例(●)相比是能更接近矩形的形状。其结果是，(a)前端切头重量与比较例相比减少85.0％(计算式：(1-本发明例切料头损失重量/比较例切料头损失重量)×100(％))，(b)尾端切头重量与比较例相比减少80.5％(计算式：(1-本发明例切料头损失重量/比较例切料头损失重量)×100(％))。
实施例5
使用与在实施例3中所使用的设备相同的形状调节设备，利用展宽轧压机对初始板坯尺寸为宽度900mm、厚度260mm的板坯进行一次遍布全长的350mm展宽轧制。接着在利用出侧轧制机进行水平轧制时，在当该水平轧制开始时(前端啮入时)利用入侧轧制机相对于板坯行进方向施加各种不同压缩力(压入压力)的情况(本发明例)、和不施加的情况下(比较例)的多种条件下实施宽度调节。考查出侧轧制机的出侧板坯厚度(简称出侧轧制机出侧厚度)、轧制率、啮入角度(详细地说是啮入角度的上限)、轧制荷载，其结果如表1所示。
[表1]
[表1]
展宽轧制后(出侧轧制机入侧)的板坯在板坯前端部的宽度中央部最大增厚到400mm。根据表1，在没有施加压入压力的比较例中，出侧轧制机出侧厚比初始板坯厚260mm大。而且轧制率、啮入角度、轧制荷载都为低等级，无法实现后工序的粗轧的道次减少(由此使生产率提高)。与此相对，在施加了压入压力的本发明例中，若增大压入压力，则出侧轧制机出侧厚度大幅度减少，轧制率、啮入角度、轧制荷载都增大。在压入压力10MPa下与比较例相比，能够将出侧轧制机出侧厚减少为1/3以下，能够将啮入角度增大为2倍以上，从而实现减少后工序的粗轧中的道次，由此使生产率提高。
另外，轧制荷载与比较例相比最大增大了3倍左右，但由于是在装置能力的范围内所以不会有问题。
附图标记说明：1…入侧水平轧制机；1HR…入侧水平轧辊；2…展宽轧压机；2K…模具(展宽轧压模具)；3…出侧轧制机；3HR…出侧水平轧辊；10…板坯(热轧板坯)；10WC…板坯宽度中央部；10FT…鱼尾部；η…水平轧制机与展宽轧压机的配置间隔；P…展宽轧制荷载；θ…模具倾斜角；μ…摩擦系数。
Claims (4)
1.一种热轧板坯的形状调节设备，是对从加热炉抽出的热轧板坯即板的板宽、前端平面形状以及板厚轮廓进行调节的设备，所述热轧板坯的形状调节设备的特征在于，
将水平轧制机和展宽轧压机从板坯输送方向的上游侧按照所述水平轧制机即入侧水平轧制机、所述展宽轧压机的顺序，以小于从加热炉抽出时的板坯长度的0.3倍的配置间隔设置，在展宽轧制时以满足所述水平轧制机的轧制中性点存在于辊缝内的条件的方式，并以不产生轧制滑动并且使压缩力作用于所述水平轧制机的所述展宽轧压机一侧的板的方式进行所述水平轧制机的轧制速度控制，所述水平轧制机具有在板厚方向两侧对置配置的水平轧辊，所述展宽轧压机具有在板宽方向两侧对置配置的一对展宽轧压模具。
2.根据权利要求1所述的热轧板坯的形状调节设备，其特征在于，
接近所述展宽轧压机的下游侧还设置具有一对水平轧辊的水平轧制机即出侧水平轧制机，从板坯输送方向上游侧按照所述入侧水平轧制机、所述展宽轧压机、所述出侧水平轧制机的顺序设置。
3.一种热轧板坯的形状调节方法，使用权利要求1所述的热轧板坯的形状调节设备，所述热轧板坯的形状调节方法的特征在于，
水平轧制机与展宽轧压机以小于从加热炉抽出时的板坯长度的0.3倍的配置间隔设置，并在展宽轧制时以满足所述水平轧制机的轧制中性点存在于辊缝内的条件的方式，并以不产生轧制滑动并且使压缩力作用于所述水平轧制机的所述展宽轧压机一侧的板的方式进行所述水平轧制机的轧制速度控制，
对一个热轧板坯同时实施由所述水平轧制机进行的板厚轧制、和由所述展宽轧压机进行的展宽轧制。
4.一种热轧板坯的形状调节方法，是使用权利要求2所述的形状调节设备的形状调节方法，该热轧板坯的形状调节方法的特征在于，
水平轧制机与展宽轧压机以小于从加热炉抽出时的板坯长度的0.3倍的配置间隔设置，在展宽轧制时以满足出入侧的水平轧制机的轧制中性点存在于辊缝内的条件的方式，并以不产生轧制滑动并且使压缩力作用于所述水平轧制机出侧的板的方式进行所述水平轧制机的轧制速度控制，
在利用展宽轧压机对从加热炉抽出的热轧板坯遍布板坯全长进行一次或两次以上展宽轧制时，在板坯前后端的展宽轧制的过程中通过入侧出侧水平轧制机的水平轧制来施加压缩力、拉伸力，并且在出侧水平轧制机开始轧制时利用入侧水平轧制机施加压缩力。
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