為了在高壓下率條件下也能夠高效率、低成本制造高強(qiáng)度帶鋼，需要采用自由程序軋制技術(shù)。高強(qiáng)度帶鋼的軋制負(fù)荷大，使帶鋼具有高精度尺寸有很大困難。并且由于高強(qiáng)度帶鋼尾部容易發(fā)生跑偏，通板性較差，容易發(fā)生通板故障。
為解決上述問(wèn)題，建立高強(qiáng)度熱軋帶鋼高質(zhì)量高效率制造技術(shù)，新日鐵住金對(duì)以下技術(shù)進(jìn)行了研究開(kāi)發(fā)。①采用在水冷過(guò)程中可以進(jìn)行測(cè)溫的溫度計(jì)，對(duì)帶鋼熱軋工藝進(jìn)行全面控制，從而使帶鋼性能均勻化。②提高生產(chǎn)效率的自由程序精軋技術(shù)和控制，從而帶鋼跑偏的高速通板技術(shù)。③使生產(chǎn)效率******化的軋機(jī)節(jié)奏控制技術(shù)。
1、高強(qiáng)度帶鋼高質(zhì)量制造技術(shù)（全面溫度控制）
高強(qiáng)度帶鋼的力學(xué)性能在很大程度上受熱精軋過(guò)程熱履歷的影響，所以本開(kāi)發(fā)工藝中的全面精細(xì)溫度控制對(duì)提高高強(qiáng)度帶鋼的力學(xué)性能十分重要。圖2是新日鐵住金開(kāi)發(fā)的全面溫度控制系統(tǒng)圖。該系統(tǒng)通過(guò)對(duì)帶坯加熱溫度控制、精軋機(jī)架間的冷卻控制和輸出輥道（ROT）冷卻控制，實(shí)現(xiàn)了從精軋前到卷取全過(guò)程的溫度全面控制。
在對(duì)帶鋼性能有很大影響的ROT冷卻中，新日鐵住金采用了自主開(kāi)發(fā)的、在冷卻帶水環(huán)境下可以高精度測(cè)量帶鋼溫度的溫度計(jì)，對(duì)卷取溫度進(jìn)行前饋控制（FF）。
為了制造高強(qiáng)度和高加工性兼?zhèn)涞母邚?qiáng)度帶鋼，必須對(duì)ROT冷卻過(guò)程中的帶鋼溫降進(jìn)行精細(xì)控制，使帶鋼具有相應(yīng)的組織。為此開(kāi)發(fā)出使用上述新型溫度計(jì)對(duì)軋件急冷終止溫度、中間空冷時(shí)間和卷取溫度同時(shí)進(jìn)行控制的技術(shù)。
2、高強(qiáng)度帶鋼的高效率制造技術(shù)
為實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度帶鋼的高效率制造，不僅需要高速通板技術(shù)縮短軋制時(shí)間，而且需要有自由程序軋制技術(shù)，并且對(duì)軟鋼和高強(qiáng)度帶鋼應(yīng)采用不同的自由程序軋制技術(shù)。
下面對(duì)進(jìn)行自由程序軋制所需要的鋼板斷面輪廓高精度在線預(yù)測(cè)技術(shù)、帶鋼跑偏防止技術(shù)以及軋機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)間最小化、提高生產(chǎn)效率的軋機(jī)節(jié)奏控制技術(shù)進(jìn)行介紹。
2.1、鋼板斷面輪廓在線預(yù)測(cè)技術(shù)
在對(duì)軋制負(fù)荷有很大不同的軟鋼和高強(qiáng)鋼進(jìn)行自由程序軋制時(shí)，軋制帶鋼使帶鋼輪廓達(dá)到目標(biāo)值并且保持帶鋼平坦度良好的技術(shù)十分重要。為此，需要鋼板斷面輪廓高精度在線預(yù)測(cè)技術(shù)。
過(guò)去采用組合模型對(duì)鋼板斷面輪廓進(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)算，利用組合模型反復(fù)進(jìn)行軋輥?zhàn)冃斡?jì)算和軋制負(fù)荷計(jì)算，可以高精度對(duì)鋼板斷面輪廓進(jìn)行預(yù)測(cè)。但在實(shí)際生產(chǎn)中，由于時(shí)間的制約，不能進(jìn)行獲得高精度預(yù)測(cè)的反復(fù)計(jì)算，因此組合模型不適用于在線生產(chǎn)。為此，新日鐵住金開(kāi)發(fā)出不必進(jìn)行反復(fù)計(jì)算的、在線鋼板斷面輪廓預(yù)測(cè)計(jì)算方法。該方法利用軋機(jī)出入口板厚分布偏微分系數(shù)和軋機(jī)前后拉伸應(yīng)力分布偏微分系數(shù)對(duì)鋼板寬度方向的軋制負(fù)荷分布進(jìn)行計(jì)算。為了提高對(duì)軋制負(fù)荷大的高強(qiáng)度帶鋼輪廓預(yù)測(cè)的精度，利用三維FEM模型（CORMILL）對(duì)高強(qiáng)鋼板寬度方向軋制負(fù)荷分布的特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)研究，開(kāi)發(fā)出軋制負(fù)荷預(yù)測(cè)離模型（見(jiàn)圖3），可以獲得與三維FEM解析相同的帶鋼寬度方向軋制負(fù)荷分布。將該方法用于在線預(yù)測(cè)模型，提高了高強(qiáng)帶鋼薄邊預(yù)測(cè)精度（見(jiàn)圖4）。
利用上述方法提高預(yù)測(cè)精度的、在線鋼板斷面輪廓預(yù)測(cè)模型納入帶鋼精軋機(jī)組的HORP（熱帶軋機(jī)在線軋制工藝）模型（見(jiàn)圖5），在高強(qiáng)鋼和軟鋼交替軋制時(shí)，帶鋼在精軋機(jī)的通板形狀良好，獲得了要求的鋼板斷面輪廓。
此外，利用該模型對(duì)帶鋼平坦度控制參數(shù)進(jìn)行******化處理，形成了帶鋼前端的ROT通板形狀早期穩(wěn)定化技術(shù)。
2.2、精軋機(jī)帶鋼跑偏控制技術(shù)
帶鋼在穿帶時(shí)發(fā)生跑偏，沖撞到導(dǎo)板，使帶鋼邊部產(chǎn)生折疊，造成穿帶故障。特別是高強(qiáng)度帶鋼在軋制中，由于軋制負(fù)荷大，容易出現(xiàn)左右負(fù)荷不對(duì)稱(chēng)狀態(tài)。因此防止帶鋼跑偏是實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度帶鋼穩(wěn)定、高效率生產(chǎn)的重要問(wèn)題。
過(guò)去防止帶鋼跑偏的方法是基于跑偏引起的負(fù)荷差的簡(jiǎn)單控制方法，該方法不使用檢測(cè)裝置。但是這種傳統(tǒng)方法并沒(méi)有獲得很好的防止跑偏效果。新日鐵住金開(kāi)發(fā)出基于跑偏計(jì)測(cè)定值的防止帶鋼跑偏技術(shù)。
利用沿軋制方向具有多條掃描線的CCD照相機(jī)拍攝帶鋼穿帶圖像，對(duì)圖像進(jìn)行處理，檢測(cè)出帶鋼跑偏情況。即使在帶鋼邊部有水蒸氣和煙塵的情況下，也可以對(duì)跑偏情況進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)。為了補(bǔ)償跑偏測(cè)定位置的跑偏量和軋機(jī)下面的帶鋼跑偏量的差異，采用對(duì)下架軋機(jī)跑偏量預(yù)測(cè)模型，使下架軋機(jī)的矯平量達(dá)到******化。
采用上述各種技術(shù)，使帶鋼沖撞導(dǎo)板的次數(shù)降低為原來(lái)的1/5。
2.3、軋機(jī)節(jié)奏控制技術(shù)使生產(chǎn)效率******化
在熱軋帶鋼生產(chǎn)線上，從加熱爐出口到地下卷取機(jī)之間有許多軋件。這些軋件的長(zhǎng)度、壓下率和軋制速度各不相同。特別是在軟鋼和高強(qiáng)鋼交替軋制時(shí)，每個(gè)軋件的處理時(shí)間有很大差異。新日鐵住金開(kāi)發(fā)出使軋機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)間最小化的軋機(jī)節(jié)奏控制技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)對(duì)加熱爐抽出鋼坯時(shí)間、鋼坯和軋件在生產(chǎn)線上的移動(dòng)速度以及進(jìn)入軋機(jī)時(shí)間的控制，縮短了軋機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。
該軋機(jī)節(jié)奏控制模型不僅可以用于軋機(jī)控制，而且也用于提高瓶頸生產(chǎn)工序效率的在線生產(chǎn)模擬系統(tǒng)。
生產(chǎn)模擬系統(tǒng)按軋機(jī)節(jié)奏控制模型的要鋼要求進(jìn)行出鋼，確定鋼坯出爐時(shí)間。然后利用軋機(jī)節(jié)奏控制模型對(duì)鋼坯和軋件在生產(chǎn)線上的移動(dòng)速度進(jìn)行計(jì)算。
鋼坯出爐判定模型根據(jù)是否發(fā)生待料、步進(jìn)梁的往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)間等決定鋼坯出爐時(shí)間。其中，鋼坯在爐時(shí)間和待料時(shí)間的關(guān)系用基于實(shí)機(jī)數(shù)據(jù)的概率模型表示，用蒙特卡羅法對(duì)是否發(fā)生待料進(jìn)行概率判斷。
該模擬系統(tǒng)對(duì)實(shí)際冷鋼坯在爐時(shí)間分布進(jìn)行模擬計(jì)算，從計(jì)算結(jié)果可以看出，該系統(tǒng)可以很好地模擬冷鋼坯在爐時(shí)間分布，并且該系統(tǒng)對(duì)精軋機(jī)平均空轉(zhuǎn)時(shí)間的預(yù)測(cè)誤差為0.1s，對(duì)計(jì)算生產(chǎn)效率具有很高的精度。利用該生產(chǎn)模擬系統(tǒng)可以確定提高生產(chǎn)效率的切入點(diǎn)和對(duì)提高生產(chǎn)效率措施的效果進(jìn)行測(cè)算，從而更有效地進(jìn)行設(shè)備改造投資。利用這些技術(shù)，使鹿島廠熱軋機(jī)組的產(chǎn)能由670t/h提高到800t/h，增加了20%。
3、結(jié)語(yǔ)
新日鐵住金開(kāi)發(fā)出高強(qiáng)度帶鋼的高質(zhì)量制造技術(shù)，該技術(shù)對(duì)帶鋼軋制進(jìn)行了帶坯加熱溫度控制、精軋機(jī)架間冷卻控制和ROT冷卻控制等對(duì)軋件的全面溫度控制。該技術(shù)提高了對(duì)帶鋼斷面輪廓和平坦度的控制效果，使高強(qiáng)度帶鋼的尺寸精度和平坦度達(dá)到了軟鋼帶鋼的水平，并實(shí)現(xiàn)了自由程序軋制。利用軋制節(jié)奏控制技術(shù)對(duì)高強(qiáng)鋼和軟鋼交叉軋制進(jìn)行時(shí)間管理，使鹿島廠熱軋機(jī)組的產(chǎn)能由670t/h提高到800t/h，增加了20%，實(shí)現(xiàn)了高尺寸精度和高效率的生產(chǎn)。帶鋼跑偏控制技術(shù)的開(kāi)發(fā)和實(shí)用化，使跑偏故障浪費(fèi)的能耗大大減少，全年節(jié)能70TJ，產(chǎn)量增加1%。并且由于軋輥壽命延長(zhǎng)降低了帶鋼的制造成本。由于上述的熱軋高強(qiáng)鋼高質(zhì)量、高效率生產(chǎn)技術(shù)的開(kāi)發(fā)，使鹿島廠熱軋機(jī)組熱軋帶鋼年產(chǎn)量達(dá)到550萬(wàn)t，其中包括220萬(wàn)t的高強(qiáng)度帶鋼。
