2012-3-CSP热连轧机无取向硅钢边降控制技术研究与应用

 第4
7卷 第3期 2 0 1 
2年3月钢铁
Iron and 
Steel V
ol.47,No.3March 2
012CSP热连轧机无取向硅钢边降控制技术研究与应用
郭德福1, 何安瑞1, 邵 健1, 王崇明2, 赵海山2, 兰 宇2
(1.北京科技大学高效轧制国家工程研究中心,北京100083; 2.马鞍山钢铁股份有限
公司一钢轧厂,安徽马鞍山243011
)摘 要:通过掌握CSP热连轧工艺生产无取向硅钢的工艺特点,分析了热轧无取向硅钢边降形成
的机制,指出了热轧控制无取向硅钢边降的必要性。最后基于大量的现场跟踪测试及试验数据,提出了一套CSP热连轧工艺生产无取向硅钢的边降控制技术方案,并应用于工业现场,取得了明显效果,满足了下道冷轧工序的边降控制需求。关键词:热轧;CSP;无取向硅钢;边降;控制
文献标志码:A  文章编号:0449-749X(2012)03-0051-
05Research and Application on the Edge Drop 
Control Technologyof Non-Oriented Silicon Steel for CSP Hot Strip 
MillsGUO De-fu1, HE An-rui 1, SHAO Jian1, WANG Chong-ming2
ZHAO Hai-shan2, L
AN Yu2(1.National Engineering Research Center for Advanced Rolling Technology,University 
of Science andTechnology Beijing,Beijing 100083,China; 2.No.1Steel Making and Rolling 
Plant,MaanshanIron and Steel Co.,Ltd.,Ma’anshan 
243011,Anhui,China)Abstract:According to mastering the production process characteristic of non-oriented silicon steel for CSP hot stripmills,the edge drop formation mechanism of non-oriented silicon steel rolled by CSP hot strip mills was investiga-ted,and the necessity of edge drop control was presented.Finally,based on lots of tracking tests and experimentaldata,a set of edge drop control technology program of non-oriented silicon steel for CSP hot strip mills was put for-ward and applied into the industrial field.It was 
obtained the good results that the edge control requirements of thenext cold rolling 
process can be met.Key 
words:hot rolling;CSP;non-oriented silicon steel;edge drop;control基金项目:国家高技术研究发展专项经费资助项目(2009AA04Z163
)作者简介:郭德福(1985—),男,博士生;  E-mail:ustbg
df@163.com;  收稿日期:2011-04-28  中国工业的高速发展,
人体意术对硅钢这种功能材料的需求越来越大,其广泛用于旋转电机如马达和发电
机等制造领域[1]
。尤其是无取向硅钢,其较取向硅
钢有更大的市场需求以及相对较低的生产难度,目前已是各企业产品开发和转型的主要品种。随着薄板坯连铸连轧技术的发展,人们发现其特殊的工艺
特点在生产无取向硅钢方面具有独特优势[
2]
,从此大量针对薄板坯连铸连轧工艺生产无取向硅钢的研究工作相继展开了。板形作为带钢产品的一项重要质量指标,特别是无取向硅钢的边降,其好坏直接影响叠片后铁芯的性能乃至整个产品发热及效率,对
电机的性能提升有重要影响[
3]
。硅钢成品经历热轧和冷轧过程,要控制好冷轧硅钢的边降,必须从热轧原料抓起,中低牌号无取向硅钢热轧过程中会发生相变,
rgd-208边部与中部金属的变形和温度差是造成相变进而引起不均匀变形的主要因素[4]
。目前国内CSP
安全带包
工艺开发无取向硅钢还处在初级阶段,该工艺条件下针对边降控制的研究基本还是空白。本文以马钢
热轧CSP为例,在CSP生产线设备和控制系统配置已经固定的情况下,通过掌握无取向硅钢在热轧过程中的变形规律以及大量的工业试验,提出了一套该工艺条件下无取向硅钢边降控制技术方案。
1 CSP热连轧机无取向硅钢的边降
控制
1.1 马钢热轧CSP生产无取向硅钢概况
马钢CSP热连轧生产线是引进德国西马克(SMS)-德马克(Demag
)公司的CSP技术。2003年10月投产,目前年产量约200万t。马钢CSP投产后不久,
为了增强市场竞争力,着力开发高品质板带
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钢,并进行“薄板坯连铸连轧生产电工钢新技术研究”工作,于2005年3月成功轧制出第1批
MGW600无取向硅钢热轧卷,这是中国首次应用薄板坯连铸连轧工艺生产电工钢产品。目前马钢热轧CSP生产线已能大批量生产各种中低牌号无取向
硅钢,年产量约40万t。1.2 CSP热轧无取向硅钢边降控制能力及不足
无取向硅钢在性能和板形上的特殊要求以及CSP设备和工艺的特殊性,决定了CSP热轧工艺在
无取向硅钢边降控制能力的不足,且还存在一些不利因素。下面以马钢热轧CSP为例进行分析。1)CSP热连轧精轧机组全部采用CVC窜辊和强力弯辊技术,虽具有强大的凸度及平坦度控制能力,
但不能对硅钢边降进行有效的控制。2)CSP热连轧精轧机组全部采用CVC轧机。
CVC轧机工作辊采用特殊的“S”
型辊形,且以控制板形为目的进行窜辊设定;另外,CSP基本上为同宽轧制,这样在轧制过程中(特别是轧制中后期),工作辊磨损严重,
易形成非对称或局部不均匀磨损情形,导致带钢边部出现“猫耳”及“陡边”现象,从而造成较大边部减薄(
见图1)
。图1 轧制末期热轧无取向硅钢的断面轮廓Fig.1 Strip 
profile of non-oriented silicon steelafter hot rolling at the rolling 
end1.3 CSP热轧无取向硅钢的边降控制现状
图2为热轧无取向硅钢横向厚差定义示意图。其中:B为热轧硅钢成品宽度,b为冷轧硅钢成品宽度,d为热轧硅钢横向厚差标志点距边部的距离。
现场生产中热轧硅钢横向厚差Ed定义如下:Ed=max{hc-hw,hc-hd }
(1)式中:hc为热轧硅钢成品带钢中心处厚度,mm;hw为热轧硅钢成品带钢操作侧边降标志点厚度,mm;
hd为热轧硅钢成品带钢传动侧边降标志点厚度
图2 热轧无取向硅钢横向厚差定义示意图Fig.2 Graph for the definition of non-oriented siliconsteel transverse thickness deference after hot rolling
mm。d的取值一般为5、15、25、40、100mm。当d=
15mm时,即E15被定义为边降。
图3为热轧CSP工艺开发无取向硅钢之初的成品断面取样情况。从图3可看出,E40与E25基本与带钢凸度一致,在距带钢边部15mm的范围内,边部减薄显著,边降值E15达到80μ
m甚至更大。一般情况下,下游冷轧工序根据自身工艺设备的边降控制能力及用户的边降控制要求,
对热轧无取向硅钢成品边降提出的要求为40~50μ
m。在未采取任何边降控制措施之前,热轧CSP工艺无取向硅钢的边降控制水平只能达到上述要求的40%左右,与下游工序的要求相差甚远
图3 热轧无取向硅钢的横向厚差Fig
.3 Transverse of non-oriented silicon steelthickness deference after hot rolling
2 热轧无取向硅钢边降形成机制及控
制必要性
2.1 热轧无取向硅钢边降形成机制
目前,针对边降形成机制,国内外学者已作了大量的研究,且一致认为边降是带钢轧制过程中轧机辊系弹性变形和带钢金属三维弹塑性变形共同作用
的结果[5]
。热轧过程中边降的形成,也主要是以下
·
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第3期郭德福等:CSP热连轧机无取向硅钢边降控制技术研究与应用
静压试验
几个方面的影响。
1)轧制过程中工作辊在带钢边部的压扁量要明显小于中部,从而带钢产生边部减薄。
2)受自由表面的影响,板带边部金属和内部金属的流动规律不同。边部金属受到的侧向阻力比内部要小得多,除纵向流动外,还发生明显的横向流动,使带钢发生边部减薄。
3)热连轧机均为四辊轧机,工作辊和支持辊是沿着整个辊身接触的。在板宽范围以外的区域,支持辊和工作辊之间存在有害接触区,使轧辊发生多余的挠曲变形,也会造成带钢边部减薄。
2.2 热轧无取向硅钢边降控制的必要性
从边降形成的机制可知,无取向硅钢只要经历轧制过程就必然产生边降。一般无取向硅钢要经历热轧及冷轧这两道轧制工序,要想确保最终成品边降合格,必须在热轧及冷轧环节均进行边降控制。
1)目前,无取向硅钢冷轧中采用的机型多为UCM(Universal Crown Mill)轧机或UCMW轧机。这类轧机虽配置了工作辊弯辊、中间辊弯辊、中间辊窜辊、工作辊窜辊和精细分段冷却等多种板形控制手段,具有强大的板形控制能力,但在不额外配置专门边降控制技术(如边降控制辊形及边降闭环控制系统)的情况下,其边降控制能力是有限且是较小的。
2)随着用户对冷轧成品硅钢边降要求越来越高,目前要求控制在10μm以内甚至更低(7μm),即使下游冷轧工序配备专门的边降控制设备及控制系统,在如此高要求的前提下,如果热轧来料边降较大,即使冷轧加以控制也无法满足要求。
3 CSP热轧无取向硅钢边降控制技术开发及应用
  为了控制边降,国际上出现了许多具有边降控制功能的轧机和技术,包括日立公司的HC系列轧机、三菱公司的PC轧机、川崎公司的T-WRS技术和西马克公司的EDC轧辊技术等[6]。这些技术虽然边降控制效果明显,但多用于冷轧工序。本文在不改变现有设备及控制系统的前提下,基于热轧硅钢边降形成的机制,并通过现场大量的试验和摸索,目前到了一套CSP热轧无取向硅钢边降控制技术方案,并取得了良好的效果。
3.1 采用变接触支持辊技术
4辊轧机的有害接触区也是造成硅钢边降的主要原因之一。以马钢热轧CSP为例,其精轧机为1 800mm宽轧机,硅钢主轧宽度规格为1 200~1 250mm,支持辊采用平辊,即常规工作辊辊形。因此在轧制过程中存在严重的有害接触区。为了消除有害接触区的影响,本文将变接触支持辊技术引入CSP热连轧机中。所谓变接触支持辊技术(简称VCR),就是研制出一种新型的支持辊辊形曲线(如图4所示),使其辊系在轧制力作用下工作辊与支持辊间的接触线长度能与轧制宽度的变化自动适应,以减小和消除辊间两端的有害接触区,使辊缝对轧制压力的波动表现出较高的刚性[7]
图4 采用VCR技术的辊间接触状态
机械滑道Fig.4 Contact state between rolls while using
VCR technology
以马钢热轧CSP-F7机架为例,在带钢宽度为1 230mm、弯辊力为0、窜辊为0等工艺条件下,采用辊系变形计算模型,分别计算了常规支持辊与VCR支持辊在该工况参数下的辊缝横向刚度,计算结果表明:采用VCR技术后,其对应的辊缝横向刚度由0.73(kN·mm-1)/μm增大到1.05(kN·mm-1)/μm,提高了43%。
3.2 精轧前实行立辊轧制
边部发生减薄是由于轧制过程中边部金属流动性好,因此可考虑板坯在宽度方向厚度分布,特别是边部厚度分布对带钢边降的影响。CSP生产线精轧机前均配置有立辊。精轧机立辊在侧压过程中,减宽量一部分转化为带钢的纵向延伸,而其余部分引起带钢厚度的增大,特别是边部,通常形成明显的鼓形。而宽度方向厚度分布在板坯与精轧大压下后成品间的传递关系目前在理论上也不能很好解释及
量化,因此本文将通过试验方法分析热轧CSP精轧立辊轧制工艺对硅钢边降的影响。
在CSP热连轧生产中,精轧前立辊轧制的侧压量小,且主要以轧制力模式进行控制。图5为在不同立辊轧制力作用下,热轧无取向硅钢成品的横向厚差值及单位长度横向厚差变化。从图5可以看
·
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出,不同的立辊轧制力不能改变具体的边部横向厚差值或边降。但是,立辊轧制力越大,边部区域单位长度下横向厚差的变化量将越小。例如距边部5~15mm及15~25mm区域内,立辊轧制力为
1 
300kN时,单位长度横向厚差变化量分别为0.4和-0.2μ
m/mm;立辊轧制力为90kN时,单位长度横向厚差变化量分别为1.2和0.8μm/mm。因此,适当增大立辊轧制力,可以有效地减小边部区域(距边部25mm以内)的单位长度横向厚差变化量,从而有利于下游冷轧工序的边降控制
图5 不同立辊轧制力下热轧无取向硅钢的横向厚差(a)及单位长度变化量(b
)Fig.5 Transverse thickness deference(a)and variation in unit leng
th(b)of non-oriented siliconsteel after hot rolling under different edging rolling 
force3.3 控制各机架工作辊磨损
工作辊磨损辊形直接影响轧制时的承载辊缝形状,进而影响带钢板廓或横向厚差值。为了弄清工作辊磨损对硅钢边降的影响,以F7机架工作辊的轧制公里数为参照,
比较了不同轧制公里数热轧成品硅钢的横向厚差值,如图6所示。可见轧制中后期的边降E15比前期要大20μ
m以上
。图6 不同轧制公里数下硅钢的横向厚差值Fig
.6 Transverse thickness deference of silicon steel为了有效地控制工作辊磨损,在马钢热轧CSP生产现场采用了以下工艺措施及技术。
1)调整工作辊换辊制度及标准。之前F5—F7
机架以F7轧制公里数为换辊标准。改进后,F5—F7机架换工作辊须以硅钢边降和断面控制为目的。
当轧制末期边降不能满足要求时,应立即换辊。2)在上游机架F2—F4采用高速钢轧辊,F5—F7尽量采用硬度较高的工作辊,
以减小工作辊磨损。
)在板形控制系统及设备许可的条件下,可在精轧机组下游机架采用能自由窜动的常规工作辊(也称平辊)。前面提到,由于轧辊的不均匀磨损,在轧制中后期,
热轧无取向硅钢断面常出现易形成大边降的“猫耳”及“陡边”
。而采用常规工作辊可以通过一定规律的窜辊,起到均匀轧辊磨损的作用[
8]
。图7给出采用常规工作辊时,F7机架工作辊的窜辊规律。可见,在一个轧制单位内,
工作辊窜动采用的
图7 常规工作辊的窜辊规律
Fig.7 Shifting rules of conventional working 
roll·
45·
第3期郭德福等:CSP热连轧机无取向硅钢边降控制技术研究与应用
是周期性变行程变步长窜辊策略。在轧制初期,以较大窜辊步长实现大行程的周期性窜辊,来获取最大的磨损宽度和均匀的磨损程度;随着轧制进行、工作辊磨损的加剧,窜辊步长及最大行程逐渐减小,以减小轧辊磨损对带钢轮廓的影响。图8为F7机架采用常规工作辊后轧制中后期无取向硅钢断
面轮廓形状。可见,整个断面轮廓相对之前要平滑,“猫耳”及“陡边”基本消失,从而边降值也有所减小
图8 F7机架采用常规工作辊时热轧无取向硅钢的断面轮廓
Fig.8 Strip 
profile of non-oriented silicon steel whileusing conventional working 
roll in F73.4 优化目标凸度
一般情况下,兼顾热轧过程的稳定性及冷轧变形特点,热轧带钢目标凸度较理想的范围为30~60μ
m。但是考虑无取向硅钢边降控制需要,须确定一个合适的热轧目标凸度。目标凸度优化须结合冷轧工艺及最终成品边降控制水平情况。对于马钢热轧CSP生产线,通过轧制试验发现,在相同的冷轧工艺条件下,当热轧目标凸度为30μ
m时,冷轧后硅钢边降平均值达13μm;而采用20μm的目标凸度时,冷轧后硅钢边降平均值为9μ
m。因此,在无取向硅钢生产中,热轧目标凸度应控制在20~30μm范围内。3.5 应用效果
在马钢热轧CSP生产无取向硅钢的过程中,
通过采取以上一些边降控制技术方案,
取得了显著效果。大生产的取样数据表明:对于下道冷轧工序向热轧提出的40~50μ
m边降控制要求,目前95%以上已能满足要求,且经过冷轧相同工艺的轧制,最终硅钢成品边降小于等于10μm的比例达到99%;小于等于6μm的比例超过80%,达到了非常高的控制水平。
4 结论
1)指出了CSP热连轧机的板形控制设备和工
艺条件对于无取向硅钢边降控制的不足,
造成热轧边降控制水平较差,不能满足下游工序的控制要求。2
)基于边降形成机制,并结合生产现场大量的跟踪测试,提出了边降控制措施,包括采用VCR技术、精轧前实行立辊轧制、有效控制工作辊磨损及优化目标凸度等措施提高边降控制水平。
3)热轧CSP无取向硅钢边降控制技术方案在工业现场实施后,取得了显著效果,满足了下游冷轧
工序的要求,也为提高最终成品边降控制水平作出了很大贡献。
参考文献:
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床垫钢丝
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