CN105817480A - 一种抑制轧辊氧化速率的装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种抑制轧辊氧化速率的装置及其使用方法，涉及轧辊氧化防护领域，解决减缓轧辊表面氧化速率的问题，本装置用于带钢轧制过程中，带钢轧制过程采取四级计算机控制L4～L1，本装置是由一对气体喷嘴组成，分别安装在精轧前机架的轧辊出口工作侧及传动侧的两侧切水板下方，每个气体喷嘴的喷口正对切水板与轧辊的接触处，每个气体喷嘴与制氮装置通过不锈钢管道连接；一对气体喷嘴的开闭受L2的下发指令控制。本发明能够根据轧辊辊径及辊缝的调整，气体喷嘴形成随动，实现轧辊脱离辊缝后的气体保护,减少轧辊表面高温阶段与空气接触的概率，确保轧辊表面氧化速率得到抑制和控制，为轧辊表面形成均匀致密的氧化膜奠定基础。

Description

一种抑制轧辊氧化速率的装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及轧辊氧化防护领域，尤其是指一种轧制过程中抑制轧辊氧化速率的装置及其使用方法。

背景技术

带钢表面质量的提升是产品质量的重要表征之一。随着科技发展，带钢的需求正在向高强、减薄、绿色的方向发展，这给带钢表面质量的控制提出了更为苛刻的要求。轧辊是热轧生产过程中的基本变形工具，其与带钢的表面质量、板形都息息相关，而且在很大程度上决定了产线的作业效率，因此，对带钢表面质量的严格要求势必涉及对轧辊表面质量的提升。

目前，有关轧辊表面质量的提升已经有较成熟的技术：

(1)轧制润滑技术，在带钢轧制过程中，在轧辊表面均匀覆盖特殊的润滑油，降低带钢与轧辊的摩擦系数，从而降低轧制负荷，减少轧辊表面氧化膜的裂纹扩展的剪切力，从而延长轧辊表面氧化膜保持完好的寿命，提高了轧制效率，提高了带钢表面质量，其缺点是对轧制稳定性有影响。

(2)轧辊冷却，轧辊表面氧化膜保持完善的寿命与轧辊表面的温度息息相关，围绕轧辊表面温度的降低，提高轧辊冷却水的压力是重要的工艺要点，通过大量的理论计算与实践，轧辊冷却水的压力控制在17kg是相对最优的，其对带钢脱离高温区一段距离后开始冷却。

(3)带钢冷却，与轧辊表面温度相关的除了轧辊冷却外，带钢表面温度的降低也至关重要，在保证带钢内部温度不降低的情况下，当前有防剥落水装置，降低带钢表面温度，其缺点是对轧制油有一定的干涉作用。

(4)轧辊材质改善，主要通过对轧辊成分及热处理的改变，使其达到组织均匀细化，硬度增高，减少表面氧化膜的剥落概率，其缺点是目前最好的材料是HSS已经较为普遍得到推广使用。

另外，现有的带钢轧制过程由计算机控制，一般采取四级计算机控制L4～L1,其中：管理计算级L4，对合同进行收集整合后下方至L3(属于最高层的一级，类似ERP，其功能是合同管理)；生产控制级L3，主要是生产计划的调整和发行(发给L2)；过程控制级L2，主要执行基于数学模型的轧制规程制定与优化功能，并将设定计算值下发给L1；基础自动化级控制L1，主要完成设备的顺序控制、位置控制、速度控制等，接收执行来自过程控制级L2的设定值。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在的问题，提供一种抑制轧辊氧化速率的装置，其能减缓轧辊表面氧化速率，达到降低控制轧辊表面氧化膜厚的目的，从而为形成均匀致密的氧化膜创造条件，减少轧辊氧化膜剥落的概率，确保带钢表面质量。

本发明的另一目的是提供一种抑制轧辊氧化速率的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种抑制轧辊氧化速率的装置，用于带钢轧制过程中，所述带钢轧制过程由计算机控制，采取四级计算机控制L4～L1,其中：L4为管理计算级；L3为生产控制级；L2为过程控制级L2；L1为基础自动化级控制L1，其特征在于：

所述装置是由一对气体喷嘴组成，所述一对气体喷嘴分别安装在精轧前机架的轧辊出口工作侧及传动侧的两侧切水板下方，每个气体喷嘴的喷口正对切水板与轧辊的接触处，每个气体喷嘴与制氮装置通过不锈钢管道连接；

所述一对气体喷嘴的开闭受所述L2的下发指令控制。

所述一对气体喷嘴各自固定在所述不锈钢管道出口，由管道的刚性支撑。

所述制氮装置采用分子筛空分制氮装置。

所述一对喷嘴均选用Lechler的544气体喷嘴。

所述一对喷嘴的安置位置满足：氮气喷射弧面的弧度为50-60°、喷出气体所形成的保护面覆盖整个辊面接触最大宽度带钢的区域1730毫米以及到达轧辊辊面的气体保持1-2bar的气体压力。

本发明的另一目的是通过以下技术方案实现的：

一种所述的抑制轧辊氧化速率的装置的使用方法，其特征在于包含以下步骤：

S1，计算机控制中L3向L2下发轧制计划；

S2，L2中建立能够区分不同钢种的层别索引规则表，根据该层别索引规则表决定轧制钢种的层别；

S3，轧制钢种的层别决定后，根据抑制轧辊氧化速率装置的氮气保护开启原则，判定装置的氮气保护是开启或关闭；如果钢种的层别为2，判定装置的氮气保护是开启；如果钢种的层别为1或3，判定装置的氮气保护是关闭；

S4，L1根据咬钢信号判定装置的氮气保护是开启或关闭，如果L1发出咬钢信号判定装置的氮气保护是开启；如果L1发出抛钢信号判定装置的氮气保护是关闭；

S5，L2判别钢种的层别处于氮气保护以及咬钢信号处于氮气保护是否同时满足；

S6，上述步骤S5中判定钢种的层别处于氮气保护以及咬钢信号处于氮气保护同时满足，L1控制抑制轧辊氧化速率装置，开启氮气保护；

S7，上述步骤S5中判定钢种的层别处于氮气保护以及咬钢信号处于氮气保护不能同时满足，L1抑制轧辊氧化速率装置，关闭氮气保护。

所述步骤S1中，所述轧制计划包含钢种、规格、用户信息。

所述步骤S2中，所述钢种层别的分类根据碳当量进行层别划分，碳当量的计算根据钢种的碳元素集锰元素的百分含量进行计算，碳当量CEQ＝C+Mn/6，CEQ是指将钢铁中各种合金元素折算成碳的含量；

根据碳当量计算的钢种层别划分原则：

层别1，CEQ≤0.22；

层别2，0.22＜CEQ＜0.37

层别3，0.37＜CEQ。

所述步骤S3中，所述抑制轧辊氧化速率装置确定如下的氮气保护开启原则：

轧制计划从第8块开始，若层别＝1，选择氮气保护开启模式为：关；

轧制计划从第8块开始，若层别＝2，选择氮气保护开启模式为：开；

轧制计划从第8块开始，若层别＝3，选择氮气保护开启模式为：关。

所述轧制计划从第8块开始是指：一个带钢组成的轧制批次，从第一块到最后一块，平均为60块带钢，第8块指的是第8块带钢。

本发明的有益效果：

本发明能够根据轧辊辊径及辊缝的调整，气体喷嘴形成随动，实现轧辊脱离辊缝后的气体保护,减少轧辊表面高温阶段与空气接触的概率，确保轧辊表面氧化速率得到抑制和控制，为轧辊表面形成均匀致密的氧化膜奠定基础。本发明还实现了根据钢种和咬钢信号的自动开启模式，对易导致轧辊表面氧化膜生产速率快的钢种有选择性的开启氮气保护模式，这是一种最经济有效地实现抑制轧辊表面氧化膜生产速率过快的模式，提高了轧辊表面氧化膜的均匀致密性，减少辊系氧化皮的发生。

为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1为本发明抑制轧辊氧化速率的装置及轧辊出口切水板的主视图；

图2为图1的侧视图；

图3为本发明装置中轧辊氮气冷却位置主视图；

图4为图3的侧视图；

图5为本发明抑制轧辊氧化速率的方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例的附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

本发明主要涉及惰性气体的保护技术以及与上述提到的计算机控制带钢轧制过程中的基础自动化级控制L1(主要完成设备的顺序控制、位置控制、速度控制等，接收执行来自过程控制级L2的设定值)和过程控制级L2(主要执行基于数学模型的轧制规程制定与优化功能，并将设定计算值下发给L1)相关联的自动控制技术。

首先，本发明基于被轧的带钢钢种的材质不同，对轧辊表面氧化速率不同的特点，对轧制不同的带钢钢种选择不同的开启模式对轧辊辊缝区域进行充氮气保护，以减缓轧辊表面氧化膜的氧化速率，确保形成均匀致密的轧辊表面氧化膜。

另外，由于不同的钢种材质对轧辊表面氧化膜的氧化速率不同，为此将钢种按照钢种层别的不同进行分类，在计算机控制的过程控制级L2的过程机根据钢种层别的不同进行选择，自动化级控制L1根据L2下发的信号进行开启或关闭氮气保护模式。为减少氮气的浪费，在L1中增加了连锁条件，根据咬钢信号开启氮气保护，根据抛钢信号关闭氮气保护。下面详细说明本发明的抑制轧辊氧化速率的装置及方法。

针对热轧精轧轧制过程中，轧辊辊面脱离辊缝后产生表面氧化膜的现象，提供一种减缓轧辊表面氧化膜速率的控制方法，达到降低控制轧辊表面氧化膜厚的目的,从而为形成均匀致密的氧化膜创造条件，减少轧辊氧化膜剥落的概率，确保带钢表面质量。

本发明的抑制轧辊氧化速率的装置是用于带钢轧制过程中，其结构参见图1－图4。

所述装置是由一对气体喷嘴3组成，所述一对气体喷嘴3分别安装在精轧前机架F1-F4的轧辊4出口两侧(工作侧及传动侧)的切水板下方，气体喷嘴3的喷口正对切水板2与轧辊4的接触处，每个气体喷嘴3与制氮装置(未图示)通过不锈钢管道31连接，每个气体喷嘴3本身固定在各自连接的不锈钢管道31出口，靠管道的刚性支撑。本实施例中制氮装置采用分子筛空分制氮装置，分子筛空分制氮装置具有工艺简单、自动化程度高、提供气体快(15－30分钟)、能耗低，可产生1000NM3/h的氮气，能够满足轧线的供应需求，本实施例中将分子筛空分制氮装置产生的氮气通过不锈钢管道，运输到一对气体喷嘴3内。

气体喷嘴3对刚脱离轧件1的轧辊4高温段的氧化膜进行氮气喷射，一对气体喷嘴3是以一定的弧面(其弧面的弧度为50-60°)对轧辊4表面共同喷射氮气，在轧辊4上形成氮气喷射区域6，从而使轧辊4高温段至切水板2这一段轧辊高温区域形成一个氮气保护层5，该氮气保护层5可以减少轧辊高温区域的氧化膜和空气中的氧气接触，以达到减缓轧辊表面氧化膜速率，使轧辊氧化膜保持薄而致密的良好状态，减少辊系氧化皮的发生，起到有效保护轧辊表面的效果。

本发明的气体喷嘴安装在切水板下方，通过向轧辊高温区域喷射氮气来降低高温区域轧辊氧化膜氧化速率，起到有效保护轧辊表面的效果。

本发明所述一对气体喷嘴3的型号要能够覆盖整个轧辊的辊面轧制宽度1730毫米，即，气体喷嘴3喷出气体所形成的保护面可以覆盖整个辊面接触最大宽度带钢的区域1730毫米，为此，一对气体喷嘴3均选用Lechler的544气体喷嘴型号。另外，需根据气体压力确定喷嘴3的位置，使到达轧辊辊面的气体仍保持一定的压力(1-2bar的气体压力)，并形成一定的惰性气体保护场(形成覆盖辊面的气态覆盖区域)。因此，一对气体喷嘴3的安置位置需保证：氮气喷射弧面的弧度为50-60°、喷出气体所形成的保护面可以覆盖整个辊面接触最大宽度带钢的区域1730毫米以及到达轧辊辊面的气体仍保持一定的压力(1-2bar的气体压力)。

另外，一对气体喷嘴3的开闭受L2的下发指令控制，具体在下文中提到。

下面，说明钢种层别的分类原则：

钢种层别的分类根据碳当量进行层别划分，碳当量的计算主要根据钢种的碳元素集锰元素的百分含量进行计算，碳当量CEQ＝C+Mn/6，CEQ(carbonequivalent)是指将钢铁中各种合金元素折算成碳的含量。

表1：根据碳当量计算的钢种层别划分原则

层别	CEQ
		1	CEQ≤0.22
2	0.22＜CEQ＜0.37
		3	0.37＜CEQ

所述抑制轧辊氧化速率装置确定如下的氮气保护开启原则：

轧制计划从第8块开始，若层别＝1，选择氮气保护开启模式为：OFF(关)；

轧制计划从第8块开始，若层别＝2，选择氮气保护开启模式为：ON(开)；

轧制计划从第8块开始，若层别＝3，选择氮气保护开启模式为：OFF(关)。

对上述氮气保护开启原则中的内容进行以下说明：

1，“轧制计划从第8块开始”，一个带钢组成的轧制批次，从第一块到最后一块，一般一个轧制批次平均60块带钢，第8块指的是第8块带钢；

2，钢种层别是一种位于钢种分类下面的次分类，在过程控制计算机L2中进行管理，一般用以碳当量区分，与广义上的钢种分类有冲突，在轧制数学模型中一般称之为层别；

3，气体喷嘴3的氮气保护开启模式受L2的下发指令控制，由L2计算块数，下达指令给电气L1，由L1控制阀门，开启或关闭喷嘴。

带钢轧制过程由计算机控制，采取四级计算机控制L4～L1,其中：L4为管理计算级，L3为生产控制级L3，是对生产计划进行调整并将调整的生产计划下发给L2；L2为过程控制级，执行基于数学模型的轧制规程制定与优化功能，并将设定计算值下发给L1；基础自动化级控制L1，对设备进行顺序控制、位置控制、速度控制等，接收执行来自过程控制级L2的设定值。

上述本发明抑制轧辊氧化速率装置的使用方法参见图5。

S1，计算机控制中L3向L2下发轧制计划(轧制计划内包含钢种、规格、用户等主要信息)；

S2，L2中建立能够区分不同钢种的层别索引规则表(表1所示)，根据该层别索引规则表决定轧制钢种的层别；

S3，轧制钢种的层别决定后，根据上述抑制轧辊氧化速率装置的氮气保护开启原则，判定装置的氮气保护是开启(ON)或关闭(OFF)；如果钢种的层别为2，判定装置的氮气保护是开启(ON)；如果钢种的层别为1或3，判定装置的氮气保护是关闭(OFF)；

S4，L1根据咬钢信号判定装置的氮气保护是开启(ON)或关闭(OFF)，如果L1发出咬钢信号判定装置的氮气保护是开启(ON)；如果L1发出抛钢信号判定装置的氮气保护是关闭(OFF)；

S5，L2判别钢种的层别处于氮气保护(ON)以及咬钢信号处于氮气保护(ON)是否同时满足；

S6，上述步骤S5中判定钢种的层别处于氮气保护(ON)以及咬钢信号处于氮气保护(ON)同时满足，L1控制抑制轧辊氧化速率装置，开启氮气保护(ON)；

S7，上述步骤S5中判定钢种的层别处于氮气保护(ON)以及咬钢信号处于氮气保护(ON)不能同时满足，L1抑制轧辊氧化速率装置，关闭氮气保护(OFF)。

本方法找到了一种针对抑制轧辊表面氧化速率的控制方法；实现了在L2(过程机)系统根据钢种材质不同选择性开启氮气保护的设定模式。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种抑制轧辊氧化速率的装置，用于带钢轧制过程中，所述带钢轧制过程由计算机控制，采取四级计算机控制L4～L1,其中：L4为管理计算级；L3为生产控制级；L2为过程控制级L2；L1为基础自动化级控制L1，其特征在于：

所述装置是由一对气体喷嘴(3)组成，所述一对气体喷嘴(3)分别安装在精轧前机架的轧辊(4)出口工作侧及传动侧的两侧切水板下方，每个气体喷嘴(3)的喷口正对切水板(2)与轧辊(4)的接触处，每个气体喷嘴(3)与制氮装置通过不锈钢管道(31)连接；

所述一对气体喷嘴(3)的开闭受所述L2的下发指令控制。

2.如权利要求1所述的抑制轧辊氧化速率的装置，其特征在于：

所述一对气体喷嘴(3)各自固定在所述不锈钢管道(31)出口，由管道的刚性支撑。

3.如权利要求1所述的抑制轧辊氧化速率的装置，其特征在于：

所述制氮装置采用分子筛空分制氮装置。

4.如权利要求1所述的抑制轧辊氧化速率的装置，其特征在于：

所述一对喷嘴(3)均选用Lechler的544气体喷嘴。

5.如权利要求1或2或4任一项所述的抑制轧辊氧化速率的装置，其特征在于：

所述一对喷嘴(3)的安置位置满足：氮气喷射弧面的弧度为50-60°、喷出气体所形成的保护面覆盖整个辊面接触最大宽度带钢的区域1730毫米以及到达轧辊辊面的气体保持1-2bar的气体压力。

6.一种如权利要求1到5所述的任一项所述的抑制轧辊氧化速率的装置的使用方法，其特征在于包含以下步骤：

S1，计算机控制中L3向L2下发轧制计划；

S2，L2中建立能够区分不同钢种的层别索引规则表，根据该层别索引规则表决定轧制钢种的层别；

S3，轧制钢种的层别决定后，根据抑制轧辊氧化速率装置的氮气保护开启原则，判定装置的氮气保护是开启或关闭；如果钢种的层别为2，判定装置的氮气保护是开启；如果钢种的层别为1或3，判定装置的氮气保护是关闭；

S4，L1根据咬钢信号判定装置的氮气保护是开启或关闭，如果L1发出咬钢信号判定装置的氮气保护是开启；如果L1发出抛钢信号判定装置的氮气保护是关闭；

S5，L2判别钢种的层别处于氮气保护以及咬钢信号处于氮气保护是否同时满足；

S6，上述步骤S5中判定钢种的层别处于氮气保护以及咬钢信号处于氮气保护同时满足，L1控制抑制轧辊氧化速率装置，开启氮气保护；

S7，上述步骤S5中判定钢种的层别处于氮气保护以及咬钢信号处于氮气保护不能同时满足，L1抑制轧辊氧化速率装置，关闭氮气保护。

7.如权利要求6所述的装置的使用方法，其特征在于：

所述步骤S1中，所述轧制计划包含钢种、规格、用户信息。

8.如权利要求6所述的装置的使用方法，其特征在于：

所述步骤S2中，所述钢种层别的分类根据碳当量进行层别划分，碳当量的计算根据钢种的碳元素集锰元素的百分含量进行计算，碳当量CEQ＝C+Mn/6，CEQ是指将钢铁中各种合金元素折算成碳的含量；

根据碳当量计算的钢种层别划分原则：

层别1，CEQ≤0.22；

层别2，0.22＜CEQ＜0.37

层别3，0.37＜CEQ。

9.如权利要求6或8所述的装置的使用方法，其特征在于：

所述步骤S3中，所述抑制轧辊氧化速率装置确定如下的氮气保护开启原则：

轧制计划从第8块开始，若层别＝1，选择氮气保护开启模式为：关；

轧制计划从第8块开始，若层别＝2，选择氮气保护开启模式为：开；

轧制计划从第8块开始，若层别＝3，选择氮气保护开启模式为：关。

10.如权利要求9所述的装置的使用方法，其特征在于：

所述轧制计划从第8块开始是指：一个带钢组成的轧制批次，从第一块到最后一块，平均为60块带钢，第8块指的是第8块带钢。