科技新进展：高品质冷轧带钢精整核心装备及关键技术开发与应用

中国金属学会

一、研究的背景与问题

钢铁工业是衡量一个国家综合经济实力的标志性工业。我国是钢铁大国，但中低端产品多，产能过剩，高端产品少，需要进口。因此，生产高品质精品带钢，促进产品升级和结构优化，是我国的重大战略需求和发展方向。高品质冷轧带钢在我国约占钢材总量的40％，在发达国家约占55％，在汽车、造船、桥梁、建筑、航空航天、仪表、电子、食品包装和家用电器等工业上具有广泛而重要的应用。以汽车工业为例，钢材作为汽车生产的主要原材料，一般占汽车生产用材的72～88%以上，而在汽车用钢的品种构成中，钢板约占50%以上，制造一辆轿车一般需要薄钢板600～800Kg。汽车板生产工艺复杂、技术难度大、产品质量要求高，特别是高档汽车面板被称为钢铁产品中的“工艺品”。因此，高品质冷轧带钢已成为未来发展的必然趋势。

精整生产线是板带从钢厂走向用户的关键环节，在钢铁工业生产中起着举足轻重的作用，是成品板带质量的最终保障。项目开展前，高品质冷轧带钢精整生产装备与关键技术主要掌握在德国西马克、日本三菱、奥地利安德里茨等国外几大钢铁集团手中。国内现有的精整工艺技术很难满足高品质冷轧带钢产品生产的质量要求，成材率与机组产量均很低，没有形成系统性的工艺控制理论，且现场仍然以经验控制为主，导致高品质冷轧带钢的边部质量、板形以及表面质量等指标与国际水平仍存在很大差距。精整装备与工艺的不足严重限制了机组产能与产品质量，更谈不上高品质稳定生产。如何攻克精整生产线的设备与工艺难题就成为解决高品质冷轧带钢产品生产技术瓶颈的关键所在。

二、解决问题的思路与技术方案

针对国内精整装备与工艺现状，燕山大学联合中国重型机械研究院股份公司、宝山钢铁股份有限公司、唐山钢铁集团有限责任公司，以实现高品质冷轧板带高效稳定精整生产为目标，立足高品质冷轧带钢精整成套装备与生产关键技术国内自主设计与开发，从带钢边部质量控制、带钢板形与表面质量控制、拉矫及上下游协同控制三方面入手展开研究，历经十余年持续攻关，突破了高品质冷轧带钢精整生产生产关键装备与技术瓶颈，形成了自主知识产权，最终实现了高品质冷轧带钢高效稳定工业化生产。

图1 高品质冷轧带钢精整核心装备及关键技术研发技术路线

三、主要创新性成果

1、高质量稳定精密剪切工艺控制技术开发。制定了板带边部质量定量评价准则，建立了圆盘剪工艺参数数据库及自学习系统，设计了圆盘剪重叠量高精度调整机构，开发出剪切中重叠量、侧向间隙和前后张力综合优化设定技术与剪切后边部缺陷自动跟踪修磨技术，攻克了板带边部扣边、毛刺、切断比失衡等共性难题，保证了稳定剪切与边部质量。

图2 工艺参数与带钢边部质量间的关系图

图3 重叠量调整机构

图4 边部修磨装置设计三维图

2、平整过程板形与表面质量高精度预报及综合控制技术开发。揭示了轧辊水平位移、轧辊磨损等非常态化生产对板形的影响规律，提出了平整过程基于工作辊水平挠曲的板形预报与控制技术，建立了平整过程工作辊表面粗糙度衰减模型，提出了相应的配辊方法与轧制压力设定方法，实现了对高品质冷轧带钢精整过程板形、表面质量以及机械性能的综合控制。

图5 工作辊水平位移示意图

3、拉矫过程延伸率闭环控制及上下游协同生产工艺技术。提出了拉矫机工作参数预设定方法，开发了拉矫过程延伸率闭环控制数学模型和闭环控制系统，保证了成品带钢板形与机械性能质量。将剖分、拉矫、重卷、检查等生产集中到一条机组上，提出了基于拉矫机组的精整上下游协调生产工艺，实现了高品质冷轧带钢高效、协同、连续生产。

图6“剖分-拉矫-重卷-检查” 机组工艺布置图

四、应用情况与效果

本项目创新成果先后推广应用于上海宝山钢铁股份有限公司、武汉钢铁有限公司、首钢京唐钢铁联合有限责任公司、鞍山钢铁有限公司、唐山钢铁集团有限责任公司、广西钢铁防城港基地、广州JFE钢板有限公司、本钢板材股份有限公司、马鞍山钢铁股份有限公司等多家企业高品质板带生产线。近十年精整生产线市场占比份额超过了60%，取得了良好的应用效果，选择国际上最具代表性的德国GEORG进行对比，毛刺高度、板形质量、表面粗糙度以及边部质量等指标均优于国外同类技术（见表1）。

图7 精整生产中的带钢；图8 拉矫过程控制

表1 本项目核心技术与国外同类技术对比

本项目申请发明专利24项，被授权21项，发表学术论文20篇，被授权软件著作权10项。经专家鉴定，项目整体达到了国际先进水平。本项目的成功研发，使我国拥有了自主知识产权的高品质带钢剖分拉矫重卷检查机组与关键精整工艺技术，实现了完全替代进口，改变了长久以来国内精整领域受制于人的被动局面，为我国钢铁企业节约了大量投资。同时，带动了我国电力电子、航空、军工、汽车工业、海洋工程等行业的科技进步。

信息来源：燕山大学

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