王廣科
(寶山鋼鐵股份有限公司厚板部，上海 200941)
摘要：湛江鋼鐵公司厚板廠4 200 mm厚板精軋機(jī)近期多次出現(xiàn)因軋制過程板凸度偏大導(dǎo)致的異常換輟情況，調(diào)查后發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)異常換輟情況全部是FN07/FN08配輟在機(jī)時(shí)發(fā)生的。經(jīng)過反查配輟軋制實(shí)績，檢測軋輟表面硬度及軋輟金相組織等，發(fā)現(xiàn)凸度異常變化是多種因素綜合造成的結(jié)果。根據(jù)現(xiàn)有條件，制定軋制計(jì)劃編排優(yōu)化、配輟方案變更、軋制塊數(shù)再平衡等措施，有效地改善了軋制板凸度偏大的問題，降低了異常換輟次數(shù)。
關(guān)鍵詞：凸度；輟面硬度；軋制計(jì)劃；配輟
1背景及現(xiàn)狀
湛江鋼鐵4 200 mm厚板精軋機(jī)采用四輥可逆式CVC+Plusx作輥輥形，軋制品種以普通結(jié)構(gòu)鋼為主，如Q235B&Q345B等，此外還有少量高強(qiáng)結(jié)構(gòu)鋼，如Q420B、Q550CFD、Q690CFD,管線鋼如L415M、L450M、X70M,模具鋼如 BSM48C 等。目前，常用配輥主要有以下3套：FN05/FN06、FN07/FN08&FX01/FW06,其中 FN、FX、FW 系列精軋機(jī)工作輥制造廠家分別為日本新日鐵、中國邢臺(tái)軋輥公司、中國武漢軋輥公司，其工作輥材質(zhì)均為ICDP(無限冷硬鑄鐵)。國內(nèi)其他寬厚板廠,如沙鋼5 000 mm軋機(jī)工作輥材質(zhì)主要包括ICDP普通無限冷硬鑄鐵、MICDP改進(jìn)型無限冷硬鑄鐵、無限冷硬升級(jí)型鑄鐵及高珞鐵等[1];而湘潭厚板廠3 800 mm軋機(jī)工作輥則采用無限冷硬高Ni、Cr鑄鐵材質(zhì)軋車?yán)ァ?/p>
2017年9月起，每當(dāng)4 200 mm精軋機(jī)在機(jī)使用FN07/LN08配輻時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)因板凸度過大導(dǎo)致的厚度和板形質(zhì)量難以控制情況，從而不得不進(jìn)行提前換輻。精軋機(jī)異常換輻不但影響了軋制節(jié)奏，而且存在批量尺寸質(zhì)量缺陷的隱患[2-3] , 對現(xiàn)場生產(chǎn)穩(wěn)定性及計(jì)劃性產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響。
本文針對上述現(xiàn)狀,從軋輻表面硬度及金相組織、軋制計(jì)劃編排、配輻方案、軋制塊數(shù)等角度進(jìn)行分析,并提出了相應(yīng)的解決措施。
2異常換輥原因分析
2.1軋輥表面硬度及金相組織的影響
FN07/FN08配輻初始信息如表1所示。2017 年9月起，使用過程中發(fā)現(xiàn)FN07/FN08配輻在機(jī)使用磨損量逐步增大，如圖1所示,其磨損值相比之前增加了約20%?30%。軋輻在機(jī)磨損速率異常造成計(jì)算輻縫凸度和實(shí)績輻縫凸度偏差較大，從而影響板形控制，從而不得不進(jìn)行異常換輻（非計(jì)劃臨時(shí)換輻）。因此,推測軋輻在機(jī)磨損量增大與軋輻表面硬度及金相組織發(fā)生變化有關(guān)。
硬度調(diào)查部位為3處:DS?750 （距離DS端部750 mm處）、CL、WS?750 （距離WS端部750 mm處），調(diào)查結(jié)果如表2、3所示（DS為傳動(dòng)側(cè),CL為中央,WS為工作側(cè)）。
軋輻FN07/FN08用到目前的表面硬度與出廠時(shí)表面硬度進(jìn)行對比,其硬度（Hs）降低了 2?4，而輻號(hào)FN08這根軋輻表面硬度比FN07表面硬度還要低一些。
軋輻FN07/FN08金相組織結(jié)果如圖2、3所示。將出廠時(shí)和此次調(diào)查時(shí)進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)FN07和FN08的金相組織中碳化物變得有些粗大，而FN07和FN08軋輻金相組織對比沒有發(fā)現(xiàn)明顯差異，也沒有發(fā)現(xiàn)不同取樣部位之間的差異（工作側(cè)、中央、傳動(dòng)側(cè)）。
通過以上分析可知,軋輻表面硬度有所降低是由于金相組織變得粗大引起,這種現(xiàn)象的發(fā)生主要是因?yàn)樵诓捎秒x心鑄造工藝制造軋輥時(shí)部分鋼水凝固速度較慢,從而造成軋輥有些層面金相組織相應(yīng)地變得粗大，致使軋輥表面局部硬度降低,推測涉及徑向厚度范圍約為20 mm。軋輥金相組織變得粗大的原理如圖4所示。正常情況 下,繼續(xù)使用幾次,在用完了這部分區(qū)域后,金相組織和硬度就會(huì)恢復(fù)。
這種硬度局部變低（圖5 ）現(xiàn)象的發(fā)生，每支軋輥之間都存在一定的差異，湛鋼厚板廠精軋機(jī)使用的FN07/FN08軋輥直徑方向輥徑處于1 090?1 110 mm,正位于硬度波動(dòng)區(qū)間。
2.2軋制計(jì)劃編排的影響
表4、5是軋制計(jì)劃編排指導(dǎo)原則,規(guī)定了軋制規(guī)格組距和編排位置。從表中可以看出組距RC代碼為2和組距RC代碼為4是主要軋制規(guī)格，這個(gè)規(guī)格的數(shù)量和編排位置決定工作輥在機(jī)配輥周期內(nèi)軋制塊數(shù)和軋板凸度是否受控。
圖6為某次異常換輥發(fā)生前精軋機(jī)所軋制計(jì)劃編排順序圖。從圖6可以看出，換輥開軋后前150塊大板以2 500 mm以上寬度規(guī)格為主，隨后軋制大板寬度規(guī)格以2 300 mm為主。軋制到該配輥中后期時(shí)，軋制目標(biāo)寬度由2 047 mm反跳至2 317 mm,導(dǎo)致軋制大板凸度實(shí)際值異常增大3倍，如圖6、7所示。
為了更好地分析本次異常換輥原因，從軋制計(jì)劃編排著手尋找差異點(diǎn)。本套配輥在此前計(jì)劃換輥時(shí)軋制769塊,從軋制順序第589?647塊所軋制規(guī)格為2 292 -2 247 BB,從軋制順序第648?769塊（軋制結(jié)束）所軋制規(guī)格全部為2 047 mm, 配輥末期不存在規(guī)格反跳情況。該配輥在下機(jī)前凸度控制在0. 2 mm以下，軋制板形和厚度控制情況正常，如圖8、9所示，因此可知軋制計(jì)劃編排順序?qū)ν苟瓤刂凭哂幸欢ǖ挠绊憽?/p>
2.3軋制長度的影響
軋輥磨損不僅與軋制塊數(shù)有關(guān)，還與軋制大板各道次總長度密切相關(guān),考慮外在條件差異不大的情況下，同一套配輥軋制塊數(shù)相同時(shí),軋制大板的平均長度越長,軋輥與鋼板發(fā)生接觸的總軋制公里數(shù)越長,軋輥磨損越嚴(yán)重,軋制板凸度也越大。FN07/FN08異常換輥與計(jì)劃換輥軋制情況對比如表6所示。
3異常換輥改進(jìn)措施及效果驗(yàn)證
3.1優(yōu)化配輥方案
由于軋輥石墨組織、碳化物組織的形態(tài)和分布都沒有發(fā)現(xiàn)異常,磨損較大原因是由于離線鑄造工藝引起的金相組織變得粗大,導(dǎo)致軋輥表面硬度降低，耐磨性變差。因此，決定采取重新配輥，用1支新日鐵的軋輥，配1支其他廠家的軋輥,增大交叉新配輥的耐磨性。
基于前期FN07/FN08表面硬度及金相組織的分析，決定優(yōu)化配輥方案,以減輕這一過渡區(qū)域?qū)堉品€(wěn)定性的影響。精軋機(jī)可上機(jī)配輥共有3套:FN05/FN06、FN07/FN08、FX01/FW06, FN07/FN08磨損較大，每次下機(jī)單輥磨損量基本在1 mm以上;如圖10所示，配輥FX01/FW06耐磨性較好，每次下機(jī)單輥磨損量基本在1 mm以內(nèi)。
綜合考慮每支輥?zhàn)拥哪湍バ院凸ぷ鲗映叽?，決定對可使用的幾支精軋機(jī)工作輥重新配對，即改成FN07/FW06&FX01/FN08 配對模式。其中 FN05/FN06工作層已經(jīng)所剩無幾接近報(bào)廢，除此之外又無相近輥徑可配,因而未參與本次重新配對。
3.2優(yōu)化軋制編排原則
為了使軋輥磨損均勻，對每套精軋機(jī)上機(jī)配輥軋制計(jì)劃進(jìn)行梳理，整個(gè)配輥軋制計(jì)劃安排可以分為以下5個(gè)階段，每個(gè)階段軋制計(jì)劃編排建議如下（軋制大板凸度控制在0.25 mm以下,軋制大板邊部減薄控制在0. 2 mm以內(nèi)）。
第1階段:前200塊，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)計(jì)劃要求靈活安排,但是盡可能編排寬度2 500 mm以上規(guī)格鋼板；
第2階段：200?350塊，適合安排寬度規(guī)格2 200 -2 500 mm，寬度跳躍控制在100 mm以內(nèi), 超過100 mm，至少有20 - 30塊鋼板過渡；
第3階段：350?500塊，適合安排寬度規(guī)格2 500 -2 200mm，寬度跳躍控制在100 mm以內(nèi),超過100 mm，至少有20 - 30塊鋼板過渡；
第4階段：500?600塊，適合安排寬度規(guī)格2 100?2 200mm，寬度跳躍控制在50 mm以內(nèi), 超過50 mm,至少20 -30塊鋼板過渡；
第5階段:600塊以后，適合安排寬度規(guī)格2 100 mm以下，寬度跳躍控制在50 mm以內(nèi)，最好同一規(guī)格軋制750塊（雙爐），進(jìn)行換輥。
3.3合理安排軋制塊數(shù)
2017年8月精軋機(jī)工作輥配輥較為合理,沒有軋制大板凸度不受控造成異常換輥情況發(fā)生。經(jīng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析,8月軋制大板平均長度27.1 m, 以此作為配輥周期的軋制大板的平均軋制長度, 總軋制長度選定為22 472 m （參照近期計(jì)劃換輥軋制長度的平均值），合計(jì)830塊；11月平均長度為35 m,參考8月軋制長度計(jì)劃編排642塊。綜合以上所有因素，以后制定精軋機(jī)每套配輥軋制大板塊數(shù)為660?700塊，然后再根據(jù)每套配輥在機(jī)使用情況對軋制計(jì)劃進(jìn)行微調(diào)。
3.4效果驗(yàn)證
重新優(yōu)化配輥后,從2017年10月起共進(jìn)行17次換輥,軋制塊數(shù)及總軋制長度分布趨勢如圖11、12所示,其中第15次是計(jì)劃換輥。而其中第5次、第17次為計(jì)劃檢修原因提前停機(jī)，再無因軋制大板凸度異常所導(dǎo)致的換精軋機(jī)工作輥。
上述措施的實(shí)施，有效地改善了軋制穩(wěn)定性及板凸度控制效果,很好地滿足了現(xiàn)場生產(chǎn)的控制精度需求。
4結(jié)論
(1) FN07/FN08多次發(fā)生異常換輥的原因?yàn)檐堓伖ぷ鲗佑捕冉档汀⒛p速率加快,最終原因?yàn)殡x心鑄造工藝生產(chǎn)的軋輥存在金相組織變粗大所致。新日鐵已經(jīng)派專家到現(xiàn)場確認(rèn)，明確提出了今后要改進(jìn)鑄造工藝，同時(shí)采用新型耐磨材質(zhì)。
(2) 針對FN07/FN08磨損速率大的實(shí)際情況,綜合考慮每支輥?zhàn)拥哪湍バ院凸ぷ鲗映叽纾瑳Q定對可使用的幾支精軋機(jī)工作輥重新配對，即改成FN07/FW06、FX01/FN08配對模式，相應(yīng)提高新配對軋輥整體耐磨度。
(3) 軋制計(jì)劃編排對在機(jī)使用軋輥影響較大，每套配輥安排軋制計(jì)劃時(shí)要遵從計(jì)劃編排原則，避免寬度反跳情況發(fā)生。在配輥末期軋制大板第600塊以后，務(wù)必安排2 100 mm以下寬度規(guī)格。
(4) 軋制塊數(shù)是配輥時(shí)最重要指標(biāo)參數(shù)，要根據(jù)輥徑變化和平均軋制長度的變化調(diào)整配輥軋制塊數(shù)，達(dá)到軋輥磨損量和軋制產(chǎn)量合理平衡。
5下一步研究方向
湛江鋼鐵4 200 mm厚板軋機(jī)生產(chǎn)品種相對單一，主要是以2 500 mm寬度以內(nèi)結(jié)構(gòu)鋼為主，因此計(jì)劃編排時(shí)寬度很難嚴(yán)格按照“窄一寬一窄”的烏龜殼形狀排列，因此經(jīng)典的厚板軋機(jī)生產(chǎn)計(jì)劃編排原則需要重新認(rèn)識(shí)，避免計(jì)劃編排不合理對軋制厚度和板形控制構(gòu)成潛在風(fēng)險(xiǎn)。
目前，湛江厚板精軋機(jī)平均更換工作輥周期 約36 h，換輥過程時(shí)間約50 -60 min，相對于目前的品種結(jié)構(gòu)來說太長。為提升軋制計(jì)劃編排的靈活性，提高板坯熱裝熱送率,縮短廠內(nèi)物流周期，更好地服務(wù)于厚板工程結(jié)構(gòu)鋼敏捷制造需求，需 要打破軋制計(jì)劃編排的束縛，未來決定研究“一天一配輥”的軋制方案。通過縮短換輥周期不僅 能夠大大拓展可編排計(jì)劃空間，而且點(diǎn)檢人員每天都可以利用計(jì)劃換輥時(shí)間定期維護(hù)設(shè)備，提升 設(shè)備狀態(tài)水平，減少設(shè)備故障發(fā)生時(shí)間，穩(wěn)定厚板產(chǎn)能。
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