【文章內(nèi)容簡介】 性二次型逆問題控制理論(inverse linear quadratic, ILQ)被用來提高活套的控制能力。在薄帶生產(chǎn)線上，除了批量軋制外，半無頭軋制(semiendless rolling)和快速產(chǎn)品切換技術也具有很好的應用前景，它可以實現(xiàn)不同規(guī)格產(chǎn)品的快速切換同時保證較高的尺寸精度和較小的機架間的張力波動。 德國西馬克公司采用差壓活套和張力計活套控制技術來檢測板帶寬度方向的張力分布，自動調(diào)節(jié)軋機輥縫，改善活套板帶張力控制的穩(wěn)定性，擴展了活套的控制功能。日本東芝公司采用PI+ILQ活套綜合控制，實現(xiàn)了活套角度與板帶張力同時閉環(huán)，使板帶張力控制的穩(wěn)定性有了一定程度的改善。對薄規(guī)格板帶產(chǎn)品，產(chǎn)品厚度偏差小于25μm，寬度偏差小于10mm，PI+ILQ綜合控制與單獨采用PI控制相比，活套張力波動和高度波動分別只有后者30%和20%左右。 意大利Danieli自動化部提出了一種基于摩擦補償?shù)幕瑒涌刂?sliding mode, SM)模式，用于熱軋板帶機架間活套控制，通過在希臘Sovel SA熱軋板廠精軋機組進行測試，顯示出了比傳統(tǒng)的PI活套控制更具優(yōu)勢和效率。 (三)冷軋帶鋼生產(chǎn)技術的發(fā)展 1．酸洗技術 在酸洗線中采用了拉伸破鱗和紊流酸洗技術。酸洗技術由硫酸酸洗發(fā)展到鹽酸酸洗，在鹽酸酸洗方面，淺槽紊流酸洗技術可以提高酸洗效率，提高酸洗線的酸洗速度，節(jié)省酸液，可以回收再利用。我國已經(jīng)可以自行設計制造冷軋淺槽紊流酸洗的生產(chǎn)線。為了提高軋制過程的效率，已經(jīng)發(fā)展了大型酸軋聯(lián)合機組，由于酸洗線和軋制線的連接，提高了生產(chǎn)效率，減少了帶鋼切頭損失，使冷軋機組上了一個檔次。近年來我國新建的寬帶鋼冷軋生產(chǎn)線一般均采用了國際上最先進的酸洗冷軋聯(lián)合機組(CDCM)，將酸洗冷軋集中在一條作業(yè)線上進行連續(xù)處理，從酸洗到冷軋完成僅需進行一次開卷和卷取，與過去工藝相比，節(jié)約了投資，降低了生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟效益。達涅利公司開發(fā)了用于厚板生產(chǎn)的推拉式酸洗作業(yè)線(PPPL)、連續(xù)式酸洗作業(yè)線和熱浸鍍鋅作業(yè)線。 2．冷軋技術 8 冷連軋機根據(jù)產(chǎn)品精度要求，可以采用4輥式和6輥式。如果軋制精度要求高，規(guī)格比較薄，應選擇6輥式。六輥式軋機有HCM、HCMW、UCM、UCMW、CVC6等不同機型，其中UCM軋機是日本三菱日立公司開發(fā)的新一代六輥冷軋機，相比于HCM軋機增加了中間輥彎曲，其中間輥不僅能夠軸向移動還設有正彎輥，工作輥則設有正負彎輥。UCM軋機增加工作輥軸向移動即成為UCMW軋機，UCMW軋機具有較好的2次和4次板形的調(diào)整功能，又可以較好的控制邊部減薄，應用較多?？赡媸杰垯C除了普通單機軋機外，還出現(xiàn)了雙機架可逆式冷軋機，已經(jīng)在我國濟鋼等單位得到應用。我國新建的串列式冷軋機大多采用德國SMSDEMAG開發(fā)的6HCVC Plus軋機或日本三菱日立開發(fā)的6HCVC軋機，利用中間輥的軸向移動來控制輥縫形狀，具有良好的帶鋼板形控制能力和穩(wěn)定性。最近我國中冶京誠公司開發(fā)的5機架八輥串列，拓普公司開發(fā)的5機架十四輥連軋生產(chǎn)線均已投入生產(chǎn)，一般用于年產(chǎn)能力60萬t左右的冷軋帶鋼生產(chǎn)線。 為了提高產(chǎn)品的厚度精度，除了傳統(tǒng)的AGC控制方式外，現(xiàn)代冷連軋機普遍配備了激光測速儀、機架間測厚儀等檢測儀表。激光測速儀直接測量帶鋼的速度，其測量精度可以達到177。%，激光測速儀配合AGC控制技術可以提高出口帶鋼厚度控制精度，%。利用支撐輥的滾動軸承化以及高響應速度的交流調(diào)速，再配以高精度軋制技術，可以實現(xiàn)高速軋制技術，國外已經(jīng)可以達到2800m/min。 3．連續(xù)退火技術 連續(xù)退火技術是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高強鋼重要的生產(chǎn)技術，其關鍵核心技術是退火后的快速冷卻技術。我國已經(jīng)引進快速冷卻技術，目前急需國內(nèi)消化引進再創(chuàng)新，開發(fā)具有我國特色的連續(xù)退火快速冷卻技術。 連續(xù)退火技術是重要的控制冷軋板質(zhì)量的技術。近年來對退火工藝技術研究，主要集中在開發(fā)柔性退火技術，其中心思想是利用退火過程中溫度的控制，改變鋼材的相變過程，得到不同的組織和性能，滿足用戶的多方面的需求。 4．板帶涂鍍層及表面技術 連續(xù)式熱鍍鋅生產(chǎn)技術，要點是研究熱鍍鋅板鍍層的抗粉化性能，防止材料表面氧化造成的漏鍍點。對于合金化熱鍍鋅汽車用高強鋼來說，一般在鋼中添加了較多硅和錳等易氧化元素，在連續(xù)鍍鋅機組進行再結(jié)晶退火時，這些元素會發(fā)生外部氧化，并富集在鋼板表面。為了抑制再結(jié)晶退火時易氧化元素在鋼板表面的富集，JFE公司開發(fā)了擴大硅和錳等合金元素添加量范圍的合金化熱鍍鋅鋼板。如在退火前對鋼板表面進行電鍍，延緩鋼板表面易氧化元素的富集；在熱軋階段即對易氧化元素的表面富集進行抑制等。針對易氧化元素在鋼板表面的富集，研究了低硅成分設計和相應的退火工藝設計，采用鋁代替硅，既保證了基板的性能，又改善了鍍鋅板的鍍層質(zhì)量。充分考慮連續(xù)熱鍍鋅的鍍鋅溫度制度，針對高強汽車用鍍鋅板組織要求，建立了可以兼顧熱鍍鋅和連續(xù)退火的工藝制度，得到需要的鍍層質(zhì)量和材料組織與性能。合金化鍍鋅已經(jīng)較大幅度地提高了熱鍍鋅鋼板的涂層質(zhì)量，在汽車行業(yè)得到了廣泛的應用。對于汽車車身用合金化熱鍍鋅鋼板來說，當強度超過了980MPa，除了需要改善材料性能、確保鍍層附著性和防銹性能外，在鋼板的成形、焊接和延遲破壞技術等方面也需要不斷取得進步。 熱鍍鋅板技術今后研發(fā)的重點主要是：對鋅液成分的改善和稀土等微量元素的添加對熱鍍鋅的影響；對鍍鋅板表面粗糙度進行控制；對鋼板的表面質(zhì)量即表面缺陷狀態(tài)、清潔度和表面形貌的控制；對鋅鍋流場進行研究，改進鋅鍋的加熱方式和鋅錠的加入位置；解決先進高強度鋼 (AHSS)如雙相鋼(DP)、相變誘導塑性鋼(TRIP)、復相鋼(CP)和馬氏體鋼(MART)的退火熱處理制度與鍍鋅工序之間的矛盾以及高強度鋼中的合金元素與鋼板可鍍性之間的矛盾。 根據(jù)歐洲的禁令，涂鍍鋼板的鈍化過程應為無六價鉻涂層過程，為此國外已經(jīng)生產(chǎn)了無 9 鉻鈍化鋼板，但是成本比有鉻鈍化高得多。為了防止鉛的有害作用，汽車油箱用鋼板已經(jīng)過渡到采用無鉛鋼板。功能化涂層鋼板生產(chǎn)技術是涂層鋼板的重要發(fā)展方向，國際上已經(jīng)開發(fā)出耐指紋鋼板，自潤滑鋼板，防菌鋼板等功能型鋼板，我國也已經(jīng)開始生產(chǎn)。 O5面板用鋼板的生產(chǎn)技術受到重視，并已經(jīng)取得重要成果。在汽車、家電等高質(zhì)量冷軋、退火、涂鍍生產(chǎn)線上，采用表面清洗技術、乳化液過濾技術、合理的工藝潤滑技術、環(huán)境清潔化技術等，保證了鋼材表面的清潔度，提高了表面質(zhì)量。我國寶鋼、鞍鋼等企業(yè)不僅可以大批量生產(chǎn)供應O5面板，而且在成材率和質(zhì)量穩(wěn)定性方面達到和保持國際先進水平。 近年來，歐、美、日等國的一些鋼廠普遍采用預磷化熱鍍鋅板，預磷化膜既可防銹，也可消除鍍鋅板與模具摩擦后易產(chǎn)生的鋅層脫落、粉化等缺陷，已成為解決難沖壓件開裂的一種有效手段。為了克服連續(xù)式預磷化膜的“條影”缺陷，美鋼聯(lián)、神戶等公司采用遮蓋率很低的膜重，不僅從根本上消除了“條影”缺陷，對預磷化鍍鋅板的成型性和焊接性能也沒有不利的影響。為了不斷提高汽車車身用熱鍍鋅板的防腐蝕性能，還應加強對改善涂裝性能的鋅鹽磷化技術的研究，開發(fā)出既能提高磷化膜的質(zhì)量，又更加環(huán)保、成本更低、磷化時間更短的鋅鹽磷化技術。 目前，連續(xù)涂鍍技術的開發(fā)創(chuàng)新主要集中在高強度汽車用鋼的涂鍍技術、特殊的功能化涂層、減量化耐腐蝕的新的金屬合金涂層、綠色化的化學表面處理、綠色環(huán)保的涂鍍工藝和涂層材料腐蝕的評價方法等方面。 (四) 軋制設備的發(fā)展 1．爐卷軋機 傳統(tǒng)的爐卷軋機都由一臺可逆初軋機和精軋機兩部分組成，也就是用一個可逆的精軋機架配上兩個爐卷爐來取代普通的半連軋機。 現(xiàn)代軋機既需要初軋機生產(chǎn)板形好、凸度小的中間坯料，也需要精軋機有一定的力矩，能軋制厚一些的中間坯料，這就形成了初、精軋合二為一的單機架爐卷軋機，用于生產(chǎn)表面質(zhì)量要求很高的不銹鋼，能夠把200mm厚的板坯軋到3mm的帶卷。CoilPlate板卷軋機是一種單機架爐卷軋機，利用卷板技術生產(chǎn)中板，板材質(zhì)量與傳統(tǒng)的中板軋機相當，生產(chǎn)效率和收得率卻大大提高，達到了200t/h，收得率為96～97%?，F(xiàn)代的CoilPlate板卷軋機有三種不同的特有中板生產(chǎn)模式：單張中板生產(chǎn)模式，爐卷卷板軋板和爐卷軋卷。 兩機架縱列式爐卷軋機(tandem steckel mill)是一種獨特形式的帶鋼熱軋機包括兩個完全相同的四輥水平軋機，軋機之間分布著立輥軋邊機和活套分別用于初始幾個道次和最后幾道次，采用可逆式軋制，爐卷軋機機組兩邊各有一個卷取爐，輥道出口處有層流冷卻系統(tǒng)，冷卻后通過一個地上卷取機對帶鋼進行卷取。兩個機架都配有HAGC、彎輥、快速換輥裝置，還可以裝備竄輥或CVC+的控制，確保了中間坯料的板形和溫度。爐卷軋機通常最適于軋制不銹鋼，近年來產(chǎn)品范圍逐漸擴大到耐候鋼、高級別的微合金鋼(如螺旋焊管鋼)、高級別的晶粒取向電工鋼等。 新一代的緊湊式爐卷中板軋機既可以生產(chǎn)板卷，也可以生產(chǎn)剪切后的板材，產(chǎn)品的寬度為1524～3124mm，～51mm，生產(chǎn)的鋼種包括管線鋼、建筑用鋼、壓力容器鋼和高強度低合金鋼，板坯生產(chǎn)則采用達涅利已經(jīng)獲得專利的H2高質(zhì)量高速結(jié)晶器和動態(tài)輕壓下系統(tǒng)的薄板坯連鑄(fTSC)技術。 2．冷軋機 VAI Clecim開發(fā)了一種新式的可逆式冷軋機，該軋機配備了智能凸度工作輥竄輥、自動板形控制系統(tǒng)(AFC1級系統(tǒng))和Corum174。數(shù)學模型的二級系統(tǒng)，設計年產(chǎn)量60萬t，可以1250m/s速度軋制寬度達1650mm的板帶。 10 達涅利公司為Unicoil公司沙特AlJubail廠提供了一條先進的冷軋鍍鋅生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線冷軋機部分采用了單機架四輥可逆式冷軋機，軋機頂部裝有HAGC液壓缸，底部裝有斜鎖板可以實現(xiàn)軋制線自動調(diào)整。軋機還配備有E型活動工作輥彎輥模塊、平衡液壓缸、工作輥橫移液壓缸和工作輥自動快速更換系統(tǒng)以及用于軋輥熱凸度控制的局部冷卻噴淋架帶。 達涅利威恩聯(lián)合公司研發(fā)的先進雙機架可逆式冷軋機年生產(chǎn)帶鋼能力為60~100萬t，軋制鍍錫板時生產(chǎn)能力在20~30萬t。雙機架可逆式軋機采用4輥或6輥形式，配備由E型塊實現(xiàn)的工作輥和中間輥正、負彎輥系統(tǒng)，采用閉環(huán)回路和先進的基礎自動化和過程控制系統(tǒng)控制的工作輥和/或中間輥橫移的最優(yōu)化輥型技術。 3．平整機 瑞典的SSAB Oxel214。sund中厚板廠研制開發(fā)了一種新概念的鋼板平整機對其H2淬火作業(yè)線處理的超高強度鋼板進行平整。該平整機配備有先進精確的平整度檢測系統(tǒng)，主要的機械設備包括主平整機牌坊、上彎曲機架、輥盒、傳動系統(tǒng)和輥盒更換系統(tǒng)，可以實現(xiàn)上輥組傾斜和偏移的HAGC液壓厚度控制，每個機械設備都進行了詳細而精確的有限元分析計算，以準確判斷載荷作用下的變形行為，保證達到很高的整體剛度，盡可能減小平整過程中設備的變形。 達涅利威恩聯(lián)合公司為印度SAIL Bokaro鋼廠提供了一架平整機用于汽車板冷軋帶卷的平整。這架技術裝備先進的平整機能夠處理CQ、DQ、DDQ、EDDQ、HSLA、IF和BH等鋼種的冷軋和熱軋罩式退火帶卷，可以實現(xiàn)干式和濕式平整，并能夠滿足汽車制造業(yè)為生產(chǎn)外板所必需達到的伸長率、平直度和帶鋼表面粗糙度的要求。 近幾年，美國DBI公司進行了高強度及超高強度鋼板的加工新技術的開發(fā)，研制成功了Outboard輥式彎曲平整機，可以對3mm厚的屈服強度高達1550MPa的超高強度鋼板進行平整。Outboard輥式彎曲平整機可以使鋼板橫斷面各個層次屈服，完全消除鋼板的“回憶”效應，提高鋼板表面質(zhì)量的同時確保鋼板更高的平直度。通過與DBI圓盤剪、機電一體化輥式堆垛機等多種設備的聯(lián)合，達到了全自動激光靠模式成型工藝對鋼板無殘余應力及更高平直度提出的質(zhì)量標準。 4．特厚板軋機 為了滿足造船工業(yè)和大直徑直縫焊管生產(chǎn)的需要，日本、德國、俄羅斯等國先后建成了多臺5m以上的特寬厚板軋機。目前，日本已能夠生產(chǎn)出寬5350mm，厚380mm，單重達200t的特寬、特厚、大單重鋼板?，F(xiàn)在國外籌建新建的5m以上的特寬厚板軋機主要采用單機架形式，原料則是大板坯或大鋼錠，有的還在軋機上附設立輥軋機齊邊和控寬，如日本水島廠5490mm立輥近接配置軋機、大分廠5500mm和鹿島5350mm+4830mm立輥非近接配置軋機。5m以上的特寬厚板軋機產(chǎn)能較大，國外新建廠都考慮設置一條高能力數(shù)碼信息剪切線，主要設備有板形儀、自動劃線機、切頭剪、雙邊剪和定尺剪，剪切的精度得到大大提高，板寬偏差可由現(xiàn)在的+3～8mm提高到+1～4mm，長度偏差則由現(xiàn)在的+5～10mm提高到+3～6mm。 5．鋼梁軋機 2007年4月美國Kosciusko Attla公司成功投產(chǎn)了一套25tph產(chǎn)能的寬翼緣鋼梁的新軋機，該緊湊式軋機由30tph產(chǎn)能的加熱爐、三輥粗軋機、兩架SHSU萬能精軋機、軋邊機、冷床和精整設施組成，精軋機采用達涅利的重型萬能無牌坊精軋機，其水平和垂直軋輥直徑分別為216。720/460mm。 6．CCM軋機 隨著短流程CSP薄板坯連鑄連軋技術不斷取得進步，德國的軋機制造商開發(fā)出了與CSP技術相匹配的冷軋設備，即CCM軋機(緊湊式冷軋機)，該軋機是一種兩機架可逆式冷軋機， 11 可以更經(jīng)濟地生產(chǎn)高質(zhì)量冷軋板，產(chǎn)量可以達到90萬t/a，在單機架可逆式冷軋機和串列式冷軋機之間找到了生產(chǎn)成本的最佳結(jié)合點。CCM軋機的排列是帶有一個開卷站和兩個可逆卷取機，借助多道次軋制，具有很高的操作靈活性，通過添加適量的軋機形成串列式機組，并與酸洗線連接可以組成全連續(xù)式PLTCM生產(chǎn)線。 三、軋制學科技術發(fā)展的新特點和趨勢 (一)新一代控制軋制與冷卻控制技術取得突破性進展 在標志20世紀鋼鐵工業(yè)最偉大成果之一的TMCP技術的基礎上，國內(nèi)外冶金工作者在研究新一代控制軋制和控制冷卻技術方面，進一步提出和開發(fā)了采用超快速冷卻(ultra fast cooling, UFC)的控制軋制技術－UFCTMCP。東北大學等單位和有關鋼鐵企業(yè)合作，將所開發(fā)的超快速冷卻技術先后應用于CMn鋼、微合金鋼及合金鋼棒材生產(chǎn)線、熱軋板帶生產(chǎn)線以及中厚板生產(chǎn)線，通過進行冷卻路徑控制實現(xiàn)有效控制鋼的奧氏體再結(jié)晶以及碳化物的微細析出，從而得到多樣化的相變組織和優(yōu)異的性能。 隨著超快冷速技術的開發(fā)，利用現(xiàn)代連續(xù)軋制的大變形和應變積累，實現(xiàn)了以超快速冷卻技術為核心的新一代控制軋制和控制冷卻技術