不锈钢粗轧工艺模型优化与完善
《7台金自动4c}2007年增刊(s1)
不锈钢粗轧工艺模型优化与完善
马文博
(宝山钢铁股份有限公司不锈钢分公司热轧厂，上海200442)
[摘要】不锈钢1 780 lyre热轧机组设备性能非常适合生产热轧不锈带钢。但本轧线只有1台粗轧机，粗轧区域
极易成为本轧线的瓶颈区域。根据不锈钢300及400系列的不同变形特点，对粗轧设定模型进行深人研究，从
减少粗轧道次、缩短粗SLSL制时间及提高不锈钢精轧开轧温度等方面人手，对原有不锈钢粗轧工艺模型进行优
化与完善，通过模型的优化进一步提高不锈钢的产能及产品质量。
[关键词]不锈钢；粗轧生产工艺；数学模型
0引言
不锈钢1780热轧生产线于2003年12月正式
投入生产。本生产线是从日本三菱引进的1条工
艺设备居世界领先水平及自动化控制程度非常高
的现代化生产线，应用了三菱先进的3级计算机
自动控制系统。其设备性能非常适合生产热轧不
锈带钢，同时也为优化生产过程提供了可能。
粗轧区域主要由粗轧除鳞系统、大立辊、四辊
可逆粗轧机以及热卷箱等设备组成。其中粗轧机
的最大轧制压力为4 200t，功率为7 500 kW x 2。
粗轧区域平面布置及与加热炉和精轧区域的关系
如图1所示。
图l热轧线平面布置图FCE!一FcE3一加热炉；Hs卜高压水除鳞箱；vE_大立辊；RM一四辊粗轧机；Ruw一粗轧出口宽度仪；(：嗍卷箱；争飞翦
FlE_精轧小立辊；F1，卜精轧机；FDw一精轧出口宽度仪；DCI，卜地下卷取机
粗轧区域工艺主要是对加热后的连铸板坯进
行表面除鳞(清除一次氧化铁皮)、轧制成满足精
轧要求的厚度和宽度(包括RAWC)的中间板坯。
其压下规程有水平压下和垂直压下2种规程。因
为2种规程是相互影响的，在确定总的压下规程
时，2种压下规程都应反复计算检验，即在确定每
1道次的压下规程时要满足设定的功率分配比。
此外，还要预测水平压下的宽展量，计算每个粗轧
出口道次宽度，使得实际宽度达到目标宽度。
对不锈钢轧制来说，由于不锈钢热变形的最
佳温度范围小，超出最佳加工温度范围带钢容易
产生缺陷，因此粗轧区域同时具有抢温快轧和对
中间坯进行保温的功能。在不锈钢生产过程中，
要保证中问坯的表面不能产生损伤，否则，将影响
带钢的表面质量。而且由于轧制条件与温度和成
分密切相关，不同的不锈钢钢种对应各自的加工
工艺，因此在不锈钢热轧带钢生产中，需根据各类
钢种的不同变形特点进行轧制。
1现状
自投产至今，生产不锈钢品种有：SUS301、
SUS304、SUS316L、SUH409L、SUS410S(L)、SUS420J1、
SUS430等。由于本轧线只有1台粗轧机，往往需
要经过5—7道次的往返轧制才能轧出满足要求
的中间坯。在最初的生产过程中，由于有大压下，
为了生产的稳定性，因此没有将速度放的过快。
但随着生产规模的扩大，生产中加热炉会同时3
[收稿R期]2【x)6们．10
[作者简介】马文博(1976-)．女．山东淄博人，助理工程师，硕士，主要从事数学模型方面工作。
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《冶金自动化》2007年增刊(s1)
炉生产，同时对于精轧7机架连轧来说，只要不是
特别薄规格均可以用较快的速度进行轧制，此时
粗轧的瓶颈现象就显得尤为突出。为了充分发挥
设备水平，进一步提高热连轧机组的产能，必须尽
量减少粗轧道次，缩短粗轧轧制时I刈，提高精轧开
轧温度。本着充分发挥设备水平，稳定生产高质
量产品，使工艺和设备特点紧密结合的原则，我们
对粗轧的工艺模型进行了优化，通过模型的优化
进一步提高1 780 him热连轧机的产能以及不锈钢
的产品质量。基于本线的实际生产状况，本文就
以SUS304和SUS4-30这两种典型钢种为例来介绍
粗轧工艺模型的优化与完善。
2粗轧工艺模型优化与完善
2．1粗轧压下设定及调整
原始水平压下设定是由原始厚度分配率及道
次数决定的，并通过收敛计算进行调整以满足功
率分配率，然后对轧制力及轧制功率是否满足各
自的允许值进行检查，如果有些值超过了允许值，
那么将通过调整功率分配比进行重新计算；如果
重新计算后仍然超出允许值，那么只有通过增加
道次数对压下设定进行重新计算。
垂直压下设定则根据侧压分配比及水平压下
后产生的宽展束确定垂直压下设定以满足目标粗
轧出口宽度的要求。如果不能满足目标宽度值，
则通过增加道次数对侧压分配进行重新计算。并
对这种设定时轧制力及轧制功率是否满足各自的
允许值进行检查，如果有些值超过了允许值，那么
侧压设定将通过涮整功率分配比进行重新计算。
(1)当轧制力超限时，对超限道次的功率分配
调整：
毗=‰‘甏
式中，PWc“为电机功率设定值(kW)；Jp彤出为电机
功率调整值(kW)；矶j。。为轧制力极限值(kN)；
耽_为轧制力没定值(kN)；i(上标)为超出极限道
次数。
其它道次功率调整：嘁=‰+盖(吼。警)．
P既∞一P既I
∑(P啊“。一plPcal)
』一i
(2)
式中，PⅣⅢ。为电机功率极限值(kW)；k，m(上标)
为超出极限道次数；j(上标)为没有超出极限道次
数；n为总道次数。
枷岛：#粤 (3)
∑P吮l ’
式中，APwc曲功率分配率调整值。
(2)当功率超限时，对超限道次的功率分配调
整：
P彤&=P矸气IniI (4)
其它道次功率蒯整：
PⅡ‰：PⅡ‰l+．∑(PI眭d—P吮“。)·—里业盟 (5)
∑(P耽“。一尸睨。1)
桃。蔬 ㈤
在模型计算中，在线系统采用的是压下分配
模式，而在离线系统采用功率分配模式对压下分
配比进行调整。一旦轧制新钢种或对现有轧制参
数进行调整时，均需在离线系统下进行模拟调整，
调整成功后再拷贝到在线系统中，经在线模拟轧
钢确认完毕后才能进行正式轧制。其调整流程图
如图2所示。
开始
由在线系统向离线系统进行层
别、常数厦学习数据的拷贝
I确认轧制状态l 离
曩瀚萎髅繁券虢l 整—————t———一 调
———1—一 线
向在线系统拷贝凋整好的压下分配比
确认轧制状态
图2压下分配调整流程图
为使离线调整更接近实际轧制状况，当数据
由在线拷贝到离线系统时，必须将需调整那一层
轧制最后一卷的轧制力学习系数及轧制功率学习
系数拷贝到离线系统中，如果这个层以前从未轧
过，则寻找这个钢种轧过最后一卷的轧制力及轧
·317·
薯
《冶金自动化》200r7年增刊(S1)
制功率学习系数进行拷贝。
用功率分配方式进行离线调整时，首先需将
分配模式由压下分配方式改为功率分配模式，然
后将各道次轧制功率分配比均调整为1。经过离
线模拟后，对那些压下量过大或已经超过最大压
下量(根据最大咬入角及最小轧辊半径决定)道次
的功率分配比进行调整，通过反复调整将其调整
为随道次增加压下量逐渐减少趋势；然后再进行
模拟，检查各道次轧制力及功率是否过大，并对相
应道次的功率分配比进行微调直至符合要求为
止。在调整过程中还需充分考虑以下因素：道次
数、轧制速度、侧压分配是否合理、PDI数据是否匹
配等。如果均符合要求，可将调整参数投入在线
使用。
2．2 SUS304粗轧工艺优化与完善
SUS304是最早在1 780 toni热连轧机生产的不
锈钢钢种。SUS304属奥氏体不锈钢，是18％／8％
铬镍比例不锈钢的代表钢种。温度下降对SUS304
钢变形抗力影响大，即温度越低，变形抗力增加就
越快，因此应在尽可能高的温度下完成轧制变形．
减少轧机的负荷，提高控制精度。
为提高SUS304产品质量及产量，对SUS304粗
轧工艺做了如下修改：①为减少氧化铁皮现象，增
加了粗轧除鳞道次数，由最初的1道次除鳞增加
为3道次除鳞；②提高粗轧的轧制速度，尤其是增
加后几道次速度，因为随着道次增加，其中间坯长
度也在增加，因此增加后几道次的速度对提高整
个轧线节奏的影响更明显，同时也可保证不锈钢
的高温轧制；③对1二中问坯厚度，原则上只要精轧
机组有足够的能力，中间坯厚度应取大一些，因此
在这里将某一层的中问坯厚度由25 nun增加到30
mill，同时也有利于减少轧制过程中的温降现象。
以上工艺参数确定之后，采用上述粗轧压下
设定及调整方法来调整压下分配，增加第1道次
的压下量，增加后几道次的速度调整余量。图3
为对这些参数修改前后速度、轧制力及功率对比
图。通过图3可以看出，对SUS304相关参数进行
优化之后，粗轧设备的利用更趋于合理，其轧制力
及轧制功率并没有增长，有些道次甚至有下降趋
势。单块板在粗轧区域停留时间可减少10 s左
右，机时产量可提高8％左右，同等条件下粗轧出
口温度提高30℃左右，对后工序的生产提供了有
利条件，同时也避免了其它质量缺陷的发生，产生
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的经济效益是显而易见的。
道次数
备道次谴度分布图
+修改前；。修改后
道次数
轧制力分布图
+修改前；*修改后
道次数
轧制功率分布罔
+修改前；*修改后
图3 s【脚04参数修改前后速度、轧制力厦功率对比图
2．3 SUS430粗轧工艺优化与完善
SUS430属铁素体不锈钢，其铬含量通常为
13％～18％，相对于马氏体钢来说，铁素体不锈钢
碳含量较低；晶格为体心立方，有磁性，热传导率
比碳钢低，意味着单位板坯厚度的加热时间长。
在高温状态下，铁素体不锈钢的晶粒容易长大，晶
粒问抗拉强度小，受拉应力影响易产生断裂。铁
素体不锈钢相对于奥氏体不锈钢来说变形抗力
低，轧制压力小，而且由于材质较软的特性，带钢
表面极易受到损伤。因此SUS430在最初的7道次
轧制时，每道次的轧制负荷较小，粗轧区域的轧制
节奏太慢，严重限制了轧机产能的发挥，粗轧的瓶
颈问题尤为突出。同时，由于粗轧区域轧件停留
时问较长，轧件温降增加，既增加了加热炉的能耗
又增加了精轧机组的轧制负荷。
通过对以往SUS430轧制数据的系统分析，特
别是对轧制过程中的轧件压下率和轧机负荷分配
的统计分析后，认为对200一厚度SUS430板坯生
产，粗轧道次采用从7道次优化为5道次是切实
《冶金自动化)2007年增刊(S1)
可行的。同时对其它相关参数也进行了优化：提
高轧制速度、增加除鳞道次数、增加中问坯厚度
道次数
(a)各道次速度分布图
+修改前；_一修改后
道次数
(b)轧制力分布图
+修改前；一牛修改后
等。通过对以上参数的调整后，最初于2005年2
月23日进行试验性轧制，随后又进行了一系列优
化，最终形成并稳定了SUS430粗轧生产工艺，图4
为对这些参数修改前后速度、轧制力及功率对比
图。
SUS430部分规格由7道次改为5道次生产
后，不但能满足粗轧机组的工艺要求，而且单块板
在粗轧区域停留时间可减少25—30 s，机时产量可
提高20％以上，同等条件下粗轧出口温度提高
30℃以上。以上数据说明，SUS430粗轧采用5道
次轧制工艺相比7道次轧制工艺，可创造更大的
经济效益。
3结束语
(1)在不锈钢带钢生产过程中，能较好地发挥
1 780 nlnl热连轧机的设备能力，同时充分考虑了
不同不锈钢的变形特点，制定了不同的粗轧轧制
工艺制度。
(2)缩短了粗轧区域的轧制时间，缓解了粗轧
区域的瓶颈现象，为大规模生产奠定了良好的基
础。
(3)在充分发挥轧机产能的同时，保证了不锈
钢的高温轧制，提高了不锈钢产品质量。
【参考文献]
道次数
(。)轧制功率分布图 [1]孙一康．带钢热连轧的模型与控制[M]．北京：冶金工业
+修改前；'修改后 出版社，2002．
[2]陆世英．不锈俐[M】．北京：原于能出版社，1995．
图4 sus4揶参数修改前后速度、轧制力及功率对比图 [编辑：徐慰珠】
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不锈钢粗轧工艺模型优化与完善.pdf
