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武钢热轧板生产技术进步
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武钢热轧板生产技术进步
武汉钢铁(集团)公司 许凌冬
摘要：介绍武钢的1700 mm、2250 mm、1580 rnrn轧机在建的CSP生产线及武钢热轧投产30年来在热轧
控制技术上所取得的技术进步；特别指出热轧高端产品的技术进步，对武钢热轧的发展具有指导意义。
关键词：武钢 热轧 技术进步 控制技术
1 概述
1．1 1700 nm生产线
武钢1700 mm热轧机于1974年9月破土动工，1978年12月12日一次试轧成功。它的整套轧机设备从日本引进，配套电气设备从德国和比利时引进，当时具有国际先进水平；整个生产流程由4台电子计算机分为两级进行控制，计算机的控制功能分为跟踪、轧制节奏、设定计算机程序控制、质量控制、数据处理、操作指导6个方面。生产的带钢产品厚度为1．2～12．7 mm，主要品种有普、优碳素钢，低合金钢和硅钢的板、卷、带材，年设计生产能力为301万t。
从1700mm生产线投产至今，热连轧生产技术不断地进行着引进、消化、吸收和创新的工作：研制开发了自产钢数学模型等生产技术，较好解决了投产初期自产钢坯生产中的问题；开发了适合冷轧用钢卷的生产技术，有效减少了热轧工序的带钢表面裂纹；1979年2月22日取向硅钢试轧成功，其磁性达到GO的最高牌号G9，比国产的D310高11个级别；1994年出色完成主轧线计算机控制系统的改造，为新产品的开发、新工艺的应用及有关技
术改造提供了广阔的计算机功能平台，热轧材的宽度、厚度、FT7、CT 4项精度命中率由85％提升至95％以上；1997年引进法国克莱西姆公司技术，对精轧F4～F7轧机进行改造，带钢凸度超标比由原来的33．9％下降到13．84％，平坦度超过7I单位的比例由原来的19．3％下降到6．9％，年生产2．0 mm以下集装箱用钢达2万t以上，超过原设计能力；1993—1995年，对卷取机进行系统改造，使故障率下降50％、废钢量减少70％以上，产品规格由原设计厚度不超过12．7mm扩展至16 mm，品种增加至管线钢X80级别；1998—2000年，分别对精轧电气、卷取电气主干实施改造，及G辊道变频改造，取得显著效果，故障率直降
90％；研制出带钢钢板矫直机全自位辊系，使矫直机在任何工况条件下工作辊各个环节都具有自动位置调整功能，是国内首次实现的具有全自位功能的矫直机，具有国际先进水平；等等。
1．2 2250 mm生产线
武钢2 250 mm生产线是目前世界上轧制能力最大、轧制宽度最宽的热连轧机之一。它采用新开发成功或得到进一步完善的系统技术，板坯可实现冷装、热装或直接热装等多种形式装炉。粗轧机组具有两种工作方式的定宽压力机，以获得灵活的宽度调节。精轧机组应用CVC 板形控制系统、SIEMENS厚度控制系统；借助这两套系统，可实现高精度轧制和自由轧制。主要装备与技术有：3座步进式加热炉；1套定宽压力机；1套大减宽和高产特点的粗轧机组；具有板形和液压根缝调节灵活，高性能的7架精轧机组；带有层流冷却系统的输
送辊道；3台带有平整功能、可以伸缩、实现液压调节的卷取机；1台自动喷字机以及先进的库区激光定位计算机管理系统；1套水处理系统，可实现零排放；1个具有数控技术的磨辊间。
自2003年3月29日建成投产以来，2250 mm生产线年产量已达500多万吨，已超过500万t设计能力。
1．3 1580 1TIITI生产线
1580mm生产线于2007年12月9日一次投料试轧成功。之后，热轧厂举全厂之力，分别对机械、液压、电气、换辊、物流与计算机控制系统存在的设计缺陷及制造、安装、调试中存在的240余项问题进行集中整改，短短4个月顺利实现24．5万t的月达产目标，创全国同类生产线达产速度之最，此后每月产量都超过了设计能力。带钢成品的厚度、宽度和CT控制精度高，板形控制较好。该生产线的二级过程控制计算机数学模型是由英国的CONVERTEAM公司开发，具有当今世界热连轧最先进的控制技术。
它以取向硅钢及高牌号无取向硅钢等为主导产品，其生产规模为280万t／a，其中供冷轧原料卷110万t/a、平整分卷钢卷87．5万t/a、热轧商品卷37万妇，取向硅钢钢卷36．1万t／a，无取向硅钢钢卷9．4万t／a,，其主要工艺装备及技术有：4座加热炉(4号炉在建)、1座电磁感应炉(在建)、2架带自动宽度控制系统的立辊，2台带高低速压下系统的粗轧机、1台切头飞剪、7架精轧机，设有弯窜辊和AGC控制系统、表面检测系统、层流冷却系统、3台卷取机及钢卷运输链。1个具有数控技术的磨辊间；1套实现零排放的水处理系统；l套库区激光定位计算机系统；三级进行全线物流跟踪、控制与管理的计算机控制系统。
1．4 CSP生产线
正在建设的CSP工程由2台薄板坯连铸机、1座辊底式均热炉(均热炉入口增加了38 MPa旋转除鳞机、预留了电磁感应加热)和1条热连轧机组3部分组成。热连轧的主要设备有1台事故剪、1架立辊轧机、7机架精轧机组、1套带钢层流冷却系统、2台地下卷取机；1个
具有数控技术的磨辊间；1套水处理系统实现零排放；1套库区激光定位计算机系统；预留了用于半无头轧制的高速飞剪。机械设备连铸机和轧机、卷取机(包括其三电控制系统)由SMSD提供，均热炉(包括均热炉三电控制系统)由德新公司提供。
2 热轧控制技术
武钢热轧带钢厂目前由1700 mm、2250 mm和1580 mm三条热连轧生产线组成，这3套热连轧计算机控制系统虽然代表着我国不同时期的热连轧技术，但热轧人秉承“学用改创”的办厂方针，始终坚持了对其改进与创新。
2．1 1700 mm生产线热轧控制
2．1．1 计算机控制系统改造创新
武钢于1990—1993年完成了1700 mm热连轧生产线计算机控制系统更新改造，采用引进硬件由国内进行系统设计，并成功地开发了全套先进的应用软件，经过600 h验收考核，连续生产近4年，其间经历了各种生产条件和运行环境的考验，系统运行稳定。其设定、控制精度、数据通讯速度、负荷分布、控制技术水平等各项技术指标比原日本东芝系统更先进，功能更完善，操作维护更方便，整体技术水平达到1990年代初期的国际先进技术水平。新系统创造性地开发使用了输入双重化、新老系统并行运行和输出切换的设计技术及调试策略，既保证老系统正常生产，又有利于新系统运行软件调试和负荷试车，使更新改造工作实现不停产改造，属国内首创。
1993年以来，针对市场对产品质量要求的不断提高，热轧厂与北京科技大学合作持续对二级计算机中精轧厚度设定模型进行攻关，到目前为止，二级计算机精轧厚度设定模型主要实施了以下工作并取得了良好的成绩：①Fl～FT7温度预报；②F1～F7轧制力预报；③
F1～F7速度预报；④精轧除鳞和机架间喷水设定控制及预报；⑤F1～F7弹跳计算。
2．1．2 热轧板形控制系统改造创新
板形控制系统改造与计算机系统改造同步进行，在F4～F7采用弯窜平辊轧机，仪表使用日本T0sHIBA公司的凸度仪和平直度仪，板形控制模型由法国CLECIM提供，采用的是20世纪80年代的数学模型。板形系统的改造完成改善了热轧带钢的凸度和平直度。但是
由于历史的原因，板形控制模型没有完成最终调试，也没有很好地投入在线控制。目前板形控制基本是人工操作，精度较低。借1700 mm生产线整体技术改造的契机，吸收板形近十几年发展的先进技术，1700 mm生产线板形控制系统也将进行一次全面的改造升级。为了
改善轧辊的磨损和异常，提高板形精度，所有磨床都改造为数控磨床。在精轧F1～F3新增加了CVC轧机，也可使用CVC HVC等先进的特殊辊形，加大带钢前几机架的凸度调节，为F4～F7弯窜平辊轧机的设备利用提供保障。测量仪表也改用能连续有效的测量的凸度仪
和平直仪。板形系统机械和仪表设备的升级，使得板形控制系统能采用更先进的控制技术和数学模型，板形精度将有效和稳定的提高。
1700 mm生产线新板形控制系统将包括以下主要部分：①初始辊形的自动录入；②轧辊磨损模型的优化；③轧辊热膨胀模型的新技术应用；④轧辊窜辊设定；⑤板形预设定模型；⑥板形动态控制；⑦凸度和平直度反馈控制；⑧板形自学习。
2008年底1700mm生产线板形新系统将全面自主创新，CVC弯窜与平辊弯窜系统的混合控制具有鲜明的武钢特色。先进技术的应用和板形新系统的在线控制，必将大幅提高热轧带钢的板形质量。
2．1．3 磨床及辊形改造创新
近10年来热轧技术人员与北京科技大学合作开发了ASR支撑辊，完成了大部分数控磨床的改造。我们通过现场实测和分析，开发了几种新的辊形，把ASR向工作辊迁移，开发了磨辊数据管理系统，利用数控磨床实测的辊形数据进行自动统计和分析，为工艺人员改进
和完善工艺制度，开发新辊形提供了有力的支持。通过开发通信程序，使实际初始辊形进入板形控制系统，改善了控制系统的外部条件。通过借鉴、消化、吸收2250mm生产线和CSP的板形技术，开发和完善了1700 mm生产线的热膨胀模型和轧辊磨损模型，极大地提高了
板形的精度。2007年无取向硅钢的内控凸度精度达到了77．8％，模形内控精度达到了70．9％。
2．1．4 CT控制系统改造创新
1700 mm生产线CT控制原由一级机系统完成，该系统是1990年代初从美国西屋公司引进的，具有当时国际先进水平。随着产品的不断丰富，用户对产品质量的要求越来越高，CT控制能力已无法满足生产需要；经过十几年的不间断运行，该系统设备老化严重，故障不断增多，严重影响了生产的顺利进行。
自2003年开始，热轧厂成功开发了二级机CT控制技术，提高CT过程控制能力。由于带钢材质的不同，带钢物理特性的差别，相同水的冷却能力必然不同，从而导致CT控制需要不断变化。在一级机CT控制中，没有按材质分类，导致同厚度不同材质的控制精度有很大差异。在二级CT控制中根据材质，普钢被分为62种，取向和无取向硅钢各分为6种，每种又按厚度细分为18档，每种一组控制参数。通过调节不同分档的控制参数，提高控制水平。
取向硅钢是武钢在市场上最具竞争力的产品。在实际的生产控制中，卷取温度曲线表现是整体温度过高，头部和尾部温度或高或低，中后部温度过高。头部卷取目标温度过低，影响卷取部分的控制，最严重的可能导致卷取废钢。头部温度过高，带钢总体的控制温度也
会相应过高，也不符合CT控制的要求。为了兼顾卷取控制和CT控制，通过修改带钢头部的控制策略，提高卷取卷钢前的目标温度；分析确认带钢中部温度曲线和历史数据，提高冷却能力；减少头尾故障阀的根数，控制冷却水水温在干预和改善特定钢种的尾部程度等，使
二级机CT控制水平逐步提高。到2007年底，1700 mm生产线由二级机控制的CT精度达到了历史最好水平。
2．2 2250 rnrn生产线热轧控制系统
2．2．1 大胆改进CVC控制技术
2250mm生产线从2003年3月开始一直使用的是西马克提供的3次辊形曲线，在实际应用中，7个机架都采用这同一CVC曲线表现出了不合理性，对此，热轧厂的工程技术人员对该CVC辊形曲线进行了修改。修改后辊形曲线与传统CVC相比具有以下优点：①扩大了带钢的凸度设定范围；②在F1～F4机架CVC调节范围增大，凸度调节范围增加40％左右；③在F5～F7机架优化了CVC调节范围；④充分利用了CVC空余能力，为将来生产需要提供了保证；⑤改善了轧制环境，使工作辊和支撑在负载接触时更加安全。
2．2．2 PCFC控制技术的改造创新
PCFC控制模型有热凸度模型，磨损模型，弯辊力模型，轧制压力、张力模型，空载轧辊模型，负载轧辊模型，凸度模型，平坦度模型，轧制过程中板形控制，动态凸度控制，平坦度闭环控制，轧制力补偿控制，板形轮廓控制。2250 mm生产线针对自身特点，经14个攻关小组近2年的攻关，改进创新了精轧数学模型，主要体现在以下几个部分：①轧制策
略；②道次规程预计算；③轧制压力模型、轧辊力矩模型、材料硬度模型、温度模型、轧辊弯曲模型、厚度模型；④神经网络；⑤入口修正；⑥道次规程后计算；⑦终轧温度控制；⑧神经网络的后台训练。
2．3 1580 mm生产线热轧控制系统
2．3．1 弯辊窜辊技术
板形控制技术是采用F1～F7强力弯辊窜辊，可有效控制带钢的凸度和平坦度，通过工作辊的窜动，达到轧辊均匀磨损延长轧辊的在机时间，提高轧制产能，其主要控制功能有：①窜辊设定；②窜辊位计算；③弯辊控制：④弯辊窜辊的增量及机架间平坦度、出口平坦度
和出口凸度计算。
2．3．2 计算机模型控制技术
控制模型包括热凸度模型、磨损模型、弯辊力模型、轧制压力和张力模型、空载轧辊模型、负载轧辊模型、凸度模型、平坦度模型。轧制过程中板形控制还包括动态凸度控制、平坦度闭环控制、轧制力补偿控制。在精轧实现的计算机控制功能有装钢计算、向后计算、向前计算等功能，同时具有自适应穿带，终轧温度控制、方根过滤等控制功能。
3 热轧高端产品的生产技术进步
3．1 硅钢生产技术进步
1)普钢与硅钢交叉轧制技术创新。
1700 mm生产线的3号、4号加热炉为高温炉，可生产高温取向硅钢，如何实现普钢与硅钢的交叉装炉及轧制，是一个复杂的技术问题。在技术人员的努力下，有效化解了这一难题，不但实现了常规的2对2的交叉模式，还开发了少1座炉子情况下的1对2和2对1的交叉模式，为取向硅钢的生产组织提供了极大的便利。
2)改造创新液态出渣技术。
1700mm生产线4号炉于1992年建成投产，1995年改造。3号、4号炉检修周期安排的合理性是取向硅钢生产任务能否完成的一个关键条件。但3号炉没有液态出渣功能，其炉底最大只能容纳生产5000 t取向硅钢的化渣量，限制了取向硅钢的周期轧制量。2002年3
号炉液态出渣改造后，周期生产量大幅提高，并与4号炉的生产能力相匹配，实现了炉子的交替检修，使生产和检修计划相互平衡，周期轧制量突破1万t。
3）开发无取向硅钢板形控制技术。
目前国内无取向硅钢市场竞争异常激烈，成品的板形质量成为用户关注的重点。1700 mm生产线为提高无取向硅钢的质量水平和市场形象，突破常规，大胆创新，通过开发ASR辊型及相应的窜辊策略，大大降低了带钢的凸度和模形指标，单位轧制量也大大增加。另外
克服种种困难恢复了轧辊的强制冷却系统，建立了轧辊冷磨制度，进一步稳定辊型，轧制稳定性大大提高，其凸度模形双合格率从2006年之前的30％提高到了目前的80％以上。
4)低温取向硅钢QRD生产技术的优化。
低温取向硅钢是武钢自主开发的产品。热轧厂在热轧工序中创新开发了多种板坯装炉模式，使计划安排不受加热炉的影响，在整体计划安排上，实现用4座炉子同时生产QRD，小时产量最高可达500 t以上；通过优化加热工艺制度，板坯化渣大大减少，1、2号炉的修炉周期由2个月增加到了4个月，节省了修炉时间，扩充了整体产能，优化了精轧板形控制。
5)HiB钢技术创新。
HiB钢是取向硅钢中级别最高的产品，其制造难度是一般取向硅钢的数倍。经不懈努力与攻关，最近2年HiB钢的生产取得了飞速发展，2007年成品达到了2万t，是前5年的总和，2008年成品目标5万t，这其中热轧厂起到了非常关键性的作用。2007年以来基本解决了HiB钢的边裂问题，边裂控制水平大幅度提高，每次HiB钢的生产量由1000t提高到6000 t。攻关过程中形成了多项技术创新点、技术诀窍及专利：①根据加热炉的实际状况，对引进专利内容作了较大幅度的修改，形成了自主的加热工艺控制技术；②经过认真的理论分析，对各机架的负荷进行了最优化的分配，实现了轧线水系统的自动控制；③HiB钢方面目前已形成3项专利、3项技术诀窍、多项技术创新点。
3．2 管线钢生产技术进步
1)优化板坯加热工艺。
为使管线钢微合金元素较充分地固溶，又保证原始奥氏体晶粒不过于粗化。2250 mm生产线加热炉根据本身的结构特点，在保证出炉温度的前提下，合理确定了加热工艺，板坯可采用热装方式，确定加热段在炉时间和均热段温度，保证了板坯内外温度的均匀性。
2)增加粗轧压下量。
进行高温阶段控轧，根据成品的厚度确定相应的粗轧出口厚度和粗轧R1、R2的轧制道次和压下量，利用粗轧轧机能力强的特点，有效投入除鳞系统和发挥定宽机作用，实现板坯的大压下量。
3)精轧工艺的优化与改进。
根据TMCP要求及2250 mm生产线的设备能力和成品厚度，确定了精轧负荷分配方案、相应的各机架的压下量和精轧的终轧温度。精轧入口除鳞和F1出口除鳞必须投入使用，以清除二次氧化铁皮。中间辊道上保温罩投入使用，以减少头尾温差。
4)制定合理的温度范围，确保卷取终轧温度根据2250 mm生产线卷取机能力和管线钢的综合性能要求，制定了合理的卷取温度范围。为了实现热连轧厚板全长卷取温度的稳定控制，减少其波动范围，对过程计算机的温度／速度控制进行了特殊处理，确保了控制精度。
为了得到更高的强韧性，在靠近卷取前通过适当的冷却来消除回温现象，确保最终卷取温度符合要求。
由于管线钢强度高，钢板厚，钢卷易散卷，2250 mm生产线设计了新型的打捆方式，保证了钢卷在运输中的安全，并且申请了国家专利。
3．3 汽车用钢生产控制技术
2250 mm生产线生产汽车用钢的主要控制系统有：①加热炉燃烧自动控制系统；②可控的除鳞系统；③有效的轧辊冷却水及清扫系统；④高温卷取设备；⑤带钢表面检测系统；⑥精轧轧制油系统；⑦HSS高速钢轧辊的使用。
轿车板的生产难点主要是表面质量控制、高温钢轧制及卷取、软钢的轧制稳定性、凸度板形控制、高强钢的轧制等。其主要技术要求有：①轧制计划要求；②生产现场的要求；③板坯加热与轧制要求；④磨辊的基本要求。
4 2007年主要技术经济指标
2007年热轧材“双高”产品比例大幅度提高，管线钢、耐候钢、集装箱用钢、汽车用钢、高强度结构钢等产品市场占有份额达国内领先。硅钢总产量达150万t，其中HiB钢的轧制量6万t，HiB钢的综合成材率达81．5％。加热质量指标同板差(±20℃)平均水平98．71％，最高达99．53％；炉间差平均水平95．’75％．最高达96．24％。二热轧平均日历作业率达82．51％，超过国内同行业82．50％的一流水平。
2250 mm生产线各项指标达到国内先进水平，包括：除鳞泵设备上线使用周期超过8000 h，地下卷取机关键设备卷筒上机周期超过100万t卷钢量，宽度精度超过94．28％、厚度精度超过98％，加热炉检修周期较6个月的设计检修周期大大延长，1号、2号炉为9个月，3号炉达到12个月。
2250 mm生产线的节能指标达到国内先进水平：除尘系统排烟含量在10mg／m3以下，大大低于50 mg／m3的国家标准；水处理系统处理水质pH值7．0～8．5、悬浮物含量不超过20 mg／L、油类含量不超过5 mg／L，，以及BOD5、COD等排污指标大大低于国家排污标准；新水消耗为0．59 kg／t；轧辊消耗为0．5965 kg／t；工序能耗为80．26 kg／t；油脂消耗创同行业国际先进水平，0．095 kg／t，大大低于国内同行业0．25 kg/t的最好水平；设备修理费用29．1元，t，低于国内目前最好水平34．5元／t。
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