CN104475448B - 一种预防极薄钢卷“塌芯”缺陷的生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预防极薄钢卷“塌芯”缺陷的生产工艺。它是将原料钢卷经过开卷机开卷后，卷取机钳口夹住带钢头部并卷取带钢1.5圈，然后对带钢进行5‑7道次的轧制，将2.5‑3.0mm厚度的带钢轧制成0.3mm以下薄规格带钢，然后经过卷取机卷取成品钢卷后，经卸卷、称重、打捆后入库。本发明成品卷取采取大张力启车工艺，将芯部启车张力加大到1.6～2倍的设定卷取张应力，然后缓慢减小，直至钢卷外径为800mm时恢复到70N/mm²的设定张应力，卸卷中收缩卷筒后2°倒转钳口。本发明采用上述不增加卷取圈数的硬芯张力冷轧方法能够节省套筒制造和运输费用，有效地消除极薄卷的“塌芯”缺陷，提高生产节奏和效率。

Description

一种预防极薄钢卷“塌芯”缺陷的生产工艺

技术领域

本发明涉及冶金行业的板带钢生产工艺，特别适用于冷轧极薄钢卷的生产工艺。

背景技术

当前，很多钢企特别是中小型民营钢企都在生产冷轧带钢，其中0.3mm以下厚度的极薄冷硬钢板占到了很大比例。在生产上述薄规格产品时，一般使用的都是配有大张力卷取机的可逆冷轧机组。由于可逆冷轧机组的工艺特性，下线钢卷芯部实际是由数圈未轧到目标厚度的较硬带钢绕成的。对于0.3mm以下厚度的极薄冷硬钢卷，通常的做法一是采用套筒轧制，同时借助皮带助卷器将带头卷绕在卷取机卷轴上的套筒上；二是采用硬芯张力卷取，加大卷取圈数，提高硬芯层厚度(也相当于在卷芯放置了一个厚套筒)。

无论是采用套筒轧制或是加大卷取圈数的硬芯张力卷取轧制，冷轧钢企的生产成本都会有所增加，前者增加了套筒制造和物流费用，后者抗“塌芯”缺陷的效果并不理想(见图1)，且直接降低了成材率，这对目前处在激烈的钢铁市场竞争中的钢铁企业可能是致命的。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种预防极薄钢卷“塌芯”缺陷的生产工艺。该工艺使用2.5-3.0mm厚度钢卷采用较大的极限压下率轧制0.3mm以下薄规格钢卷，即采用不增加卷取圈数的硬芯张力轧制方法。本发明不但节省了套筒制造和物流费用，还有效地消除极薄卷的“塌芯”缺陷，提高生产节奏和效率，提升极薄卷生产企业的市场竞争力。

本发明的技术方案是：一种预防极薄钢卷“塌芯”缺陷的生产工艺，其特征是，以酸洗后的热轧钢卷或二次退火的冷硬钢卷为原料钢卷，经过开卷机开卷后，带钢头部先后进入轧机和卷取机，卷取机钳口夹住带钢头部并卷取带钢1.5圈；然后对带钢进行5-7道次的轧制，采用≥91％的极限压下率将2.5-3.0mm厚度的带钢轧制成0.3mm以下薄规格带钢，然后经过卷取机卷取成品钢卷后，经卸卷、称重、打捆后入库。

所述成品的设定卷取张应力为70N/mm²，比现有技术中通常设定的卷取张力降低了10％，以减小卷芯部位带钢承受的压力，同时也能避免因张力过小产生松卷缺陷，并保障下游开卷工序的正常进行。

所述轧制过程中使用极压性能超强的轧制油，能在轧制0.2mm带刚时承受1800t的轧制力的挤压。轧制油的使用温度控制为55～58℃，浓度控制在2.5～4.0％，皂化值为160～180mgKOH/g，油箱液位维持在160～180cm，配合强力启车吹扫以减少卷芯残油量，增大硬芯层带钢间摩擦力、降低层间压力。

所述卸卷工序为：收缩卷筒后小角度(2°)倒转钳口、钢卷低速出钳口，目的是松开芯部夹紧的翘头，预防卸卷时内圈松动；司索指挥天车轻吊轻放，防止夹钳刮碰翘头导致内圈松动及外力冲击产生“塌芯”。

所述的成品卷取采取大张力启车工艺，带钢带头夹紧卷取1.5圈后建立大张力，以保证钢卷芯部卷紧卷实，在不增加卷取圈数的条件下增大硬芯层有效厚度，提高其抗压性。即将芯部启车张力加大到1.6～2倍的设定卷取张应力，然后缓慢减小，直至钢卷外径为800mm时恢复到设定张应力70N/mm²，此举既能降低芯部轧制力，又能改善芯部带钢板型，提高硬芯层抗压性。

本发明的有益效果是：本发明通过优化设定卷取张力、调整乳化液指标、建立穿带卷取大张力、规范卸卷与吊运制度、完善启车张力制度等一系列简易技术措施，能够节省套筒制造和运输费用，降低钢企生产成本，有效地消除极薄卷的“塌芯”缺陷，提高生产节奏和效率，提升极薄卷生产企业的市场竞争力。

附图说明

图1是原有工艺生产极薄卷而频发的“塌芯”缺陷图；

图2是使用本发明后下线极薄卷的正常外观图；

图3是卸卷后某层带钢受力图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。

一种预防极薄卷“塌芯”缺陷的冷轧工艺是解决：在残酷的市场竞争下，冷轧薄板生产企业都在使用较厚的原料轧制0.3mm以下薄规格钢卷，根据目前一般的冷轧工艺，一是采用套筒轧制，同时借助皮带助卷器将带头卷绕在卷取机卷轴上的套筒上，这增加了套筒制造和物流费用；二是采用硬芯张力卷取，加大卷取圈数，提高硬芯层厚度，其抗“塌芯”缺陷的效果并不理想，且直接降低了成材率。

分析下线钢卷的受力(以顺时针卷取的卷为例)，如图3，钢卷内某层带钢所受应力由5部分组成：1)此层带钢受到的环向应力q；2)外层带钢施加的径向压应力p₁；3)内层带钢施加的径向压应力p₂；4)外层带钢施加的切向摩擦应力τ₁；5)内层带钢施加的切向摩擦应力τ₂。此时，若此层带钢薄弱部位屈服强度大于带钢层间产生的径向压力(p₁-p₂)，则下线钢卷能保持正常的稳定状态，反之则会出现“塌芯”缺陷。带钢层间的径向压力是受卷取张力的作用而产生，并由芯部向外圈逐层减小。

根据可逆冷轧机的工艺特性，下线钢卷芯部实际是由数圈未轧到目标厚度的较硬带钢绕成的，可将此硬芯层看作卷筒上受外压的内套筒，根据Mises公式推导、简化，硬芯层失稳临界压力p_cr近似为

$p_{\mathrm{cr}}=\frac{2.59E{{\mathrm{\δ}}_e}^2}{{\mathrm{LD}}_0\sqrt{D_0/{\mathrm{\δ}}_e}}---\left(1\right)$

式中：D₀为硬芯层有效外径，mm；E为硬芯层带钢弹性模量，MPa；δ_e为硬芯层有效厚度，mm；L为硬芯层计算长度(带宽)，mm。

实际上,硬芯层并不是理想的内套筒,在层间某个或某些部位会存在着初始缺陷，如头部浪形引起的空洞、来料成分不均导致的软点等。参考阿姆斯图兹(Amstutz)理论，分析图1所示塌芯卷的形貌特征：1)在环向均匀分布的径向压力作用下，硬芯层上可能出现几个初始变形波；2)随着载荷的增加，硬芯层将首先在某个薄弱部位发生屈服，形貌上凹陷为三个“半波”，一个向内，两个向外；3)在被压屈服部分，带钢中的最大应力已达到了材料的屈服强度，即层间压力达到硬芯层的最小临界压力时，硬芯层开始屈服；4)当向内的“半波”挠度(径向位移)达到一定值后，向外的两个“半波”即与外层带钢接触而受到其抗力，变形不再继续发展，此时“塌芯”卷达到新的相对稳定的状态。

从式(1)可知，当下线钢卷层间环向压力p大于失稳临界压力p_cr时，硬芯层带钢局部就会失稳发生塑变，产生“塌芯”缺陷。故要消除“塌芯”，必须从减小层间径向压力p和增大硬芯层失稳临界压力p_cr两方面着手。

本发明的具体工艺步骤如下：

原料钢卷经电动平车将原料跨运至在本跨内或由吊车从本跨酸洗机组出口直接下料存放，钢卷经人工检查确认后，由吊车运至开卷机钢卷鞍座上，人工切断捆带，等待上卷。切断捆带后的原料钢卷由钢卷小车自动放置到开卷机卷筒中心线(自动测宽测径)。然后，小车开始下降，钢卷小车返回到承卷位置处，等待下一个钢卷上卷。

钢卷定位在开卷机卷筒之后，外支撑升起、开卷机卷筒涨开，撑紧钢卷内径，同时压辊压紧钢卷。然后，开卷机的卷筒和压辊开始转动，带钢头部通过穿带台送入夹送辊，夹送辊夹紧带钢并开始转动，将带钢头送至直头机进行带头处理，通过侧导对中装置及卷取机前导向装置进入轧机。钢卷在第一道次开卷机上的位置，建立一定张力和速度。

第一道次穿带及轧制：带钢头部穿过轧机，经过轧机出口2#夹送辊进入2#卷取机进行卷取带钢1.5圈后，轧机根据设定的辊缝进行压下，与轧机建立张力，机组升速轧制。轧机根据带钢的原料规格及特性分配合适的工艺参数进行轧制。当带钢尾部在开卷机卷筒上只剩下2～3圈时，机组减速轧制，开卷机压辊压下以稳定带材尾部，当带尾脱开开卷机前，带对中装置的压板压下，到达轧机前的卷取机前导向装置时机组停止轧制。完成第一道次轧制。

第二道次及其他道次：轧机可以进行道次转换，按一下轧机运行按钮，就可以开始奇偶道次正常轧制。完成第一道次轧制后，带钢头部经过卷取机前导向装置进入1#卷取机进行卷取。卷取带钢1.5圈后，轧机根据设定的辊缝进行压下，与轧机建立张力，机组升速轧制。轧机根据带钢的原料规格及特性分配合适的工艺参数进行轧制。当带钢尾部在2#卷取机卷筒上只剩下1.5圈时，机组自动停车。完成第二道次轧制。

完成第二道次轧制后，根据设定道次数进行轧制。之后的每道次，当带钢尾部在卷取机卷筒上只剩下1.5圈时机组自动停车，完成奇偶道次正常切换，直至轧制到目标的带钢厚度。

在不同道次轧制时，在轧制开始前，分别投入防缠导板，吹扫和乳化液喷射。即：沿着轧制方向，分别投入轧机入口的乳化液喷射和轧机出口的乳化液吹扫。如此反复经过数道次轧制达到成品带钢后，启动卸卷小车进入卷取机(若奇道次出料，则启动轧机出口2#卸卷小车。若偶道次出料，则启动轧机入口1#卸卷小车)卷筒下方，升起鞍座低压托住带卷，卷筒缩径之后，卷取机外支撑打开，启动推板装置推住带卷以后与卸卷小车水平同步卸下带卷，并由小车将带卷送往卷取机操作侧的受卷台上，此时一个完整的轧程结束。

轧制完成的钢卷经打捆、称重后由吊车下卷，在本跨内成品卷位上暂时存放后，由汽车运走。

实施例1生产0.25mm厚度的薄规格钢卷

(1)原材料准备：选用热轧卷，厚度3.0mm，SPHC，宽度1250mm，钢卷直径1850mm；

(2)开卷：原料钢卷，经过开卷机开卷，带钢头部先后经过轧机和卷取机，卷取机钳口夹住并卷取带钢1.5圈，建立43.7KN联动大张力，即设定张力21.9KN的2倍；

(3)轧制：经过6道次的轧制，各道次的下述工艺参数使用压下率(％)为34-32-36-35-34-33，轧制力(MN)为11-10-11-10-10-9，张力(KN)制度为140-130-110-85-53-21.9，轧制速度不小于400m/min，轧制过程中使用极压性能超强的好富顿ROLKLEEN AS 2600HD弥散性轧制油，使用温度控制为55～58℃，浓度为3.0％，皂化值为160～180mgKOH/g，油箱液位维持在160～180cm，配合强力启车吹扫以减少卷芯残油量，增大硬芯层带钢间摩擦力、降低层间压力；

(4)卷取：成品卷取采取大张力启车工艺，即将芯部启车张力加大到2倍的设定卷取张力，后缓慢减小，直至钢卷外径为800mm时恢复到设定卷取张力21.9KN(即应力为70N/mm²)，此举既能降低芯部轧制力，又能改善芯部带钢板型，提高硬芯层抗压性；

(5)卸车：收缩卷筒后小角度(2°)倒转钳口、钢卷小于100mm/s的低速出钳口，目的是松开芯部夹紧的翘头，预防卸卷时内圈松动；司索指挥天车轻吊轻放，防止夹钳刮碰翘头导致内圈松动及外力冲击产生“塌芯”。

(6)最后经过称重、打捆后入库。

本发明生产的极薄钢卷如图2所示，没有“塌芯”缺陷。

实施例2生产0.22mm厚度的薄规格钢卷

(1)原材料准备：选用热轧卷，厚度2.75mm，SPHC，宽度1000mm，钢卷直径1970mm；

(2)开卷：原料钢卷，经过开卷机开卷，带钢头部先后经过轧机和卷取机，卷取机钳口夹住并卷取带钢1.5圈，建立30.8KN联动大张力，即设定张力15.4的2倍；

(3)轧制：经过6道次的轧制，各道次的下述工艺参数使用压下率(％)为35-33-35.5-35.5-34.5-33，轧制力(MN)11-11-10-10-11-10，张力(KN)140-130-105-65-40-15.4，轧制速度不小于400m/min，轧制过程中使用极压性能超强的好富顿ROLKLEEN AS 2600HD弥散性轧制油，温度控制为55～58℃，浓度控制在3.5％，皂化值为160～180mgKOH/g，油箱液位维持在160～180cm，配合强力启车吹扫以减少卷芯残油量，增大硬芯层带钢间摩擦力、降低层间压力；

(4)卷取：成品卷取采取大张力启车工艺，即将芯部启车张力加大到2倍的设定卷取张力，后缓慢减小，直至钢卷外径为800mm时恢复到设定张力15.4KN(即应力为70N/mm²)，此举既能降低芯部轧制力，又能改善芯部带钢板型，提高硬芯层抗压性；

(5)卸车：收缩卷筒后小角度(2°)倒转钳口、钢卷小于100mm/s低速出钳口，目的是松开芯部夹紧的翘头，预防卸卷时内圈松动；司索指挥天车轻吊轻放，防止夹钳刮碰翘头导致内圈松动及外力冲击产生“塌芯”；

(6)最后经过称重、打捆后入库。

Claims (4)

1.一种预防极薄钢卷“塌芯”缺陷的生产工艺，其特征是，以酸洗后的热轧钢卷或二次退火的冷硬钢卷为原料钢卷，经过开卷机开卷后，带钢头部先后进入轧机和卷取机，卷取机钳口夹住带钢头部并卷取带钢1.5圈；然后对带钢进行5-7道次的轧制，采用≥91%的极限压下率将2.5-3.0mm厚度的带钢轧制成0.3mm以下薄规格带钢，然后经过卷取机卷取成品钢卷后，经卸卷、称重、打捆后入库；所述成品的设定卷取张应力为70N/mm²；

上述成品卷取采取大张力启车工艺，将启车张力加大到1.6～2倍的设定卷取张应力，然后缓慢减小，直至钢卷外径为800mm时恢复到设定张应力。

2.如权利要求1所述的一种预防极薄钢卷“塌芯”缺陷的生产工艺，其特征是，所述卸卷工序中收缩卷筒后2°倒转钳口。

3.如权利要求2所述的一种预防极薄钢卷“塌芯”缺陷的生产工艺，其特征是，所述轧制过程中使用能在轧制0.2mm带钢时承受1800t的轧制力挤压的极压性能超强的轧制油。

4.如权利要求3所述的一种预防极薄钢卷“塌芯”缺陷的生产工艺，其特征是，所述轧制油的使用温度控制为55～58℃，浓度控制在2.5～4.0%，皂化值为160～180 mgKOH/g，油箱液位维持在160～180cm。