一、项目背景与总体思路
1.项目背景
国家“双碳”战略目标、《中国制造2025》以及国家《新能源汽车产业发展规划》共同指出，无取向硅钢需要不断满足新能源汽车电机高效、高性能的产业需求；国家发布《电力变压器能效限定值及能效等级》、《变压器能效提升计划》，要求电网到2023年新增高能效变压器占比达75％以上。首钢将新能源汽车用高牌号无取向与特高压用取向硅钢作为战略产品进行研发。
随着节能减碳政策的落地实施，电工钢持续向着高端、高效、高牌号发展。对驱动电机、变压器的效率、能耗要求更高，而体现在原材料电工钢上是更高的磁性能和尺寸水平，电工钢往更高硅含量、更薄厚度和更严格的横向厚差水平，以及更充足的供应能力方向发展。在钢铁全行业利润下行的发展大趋势之下，实现电工钢高质高效低成本绿色生产。
首钢电工钢年产量170万吨，高硅电工钢90万吨，全部1580产线生产，占其总产能48.7%。高硅电工钢为提质增效不断加硅增宽减薄、增加轧制难度，一次轧成率仅60%。同时为提升产品竞争力，首钢提出横向厚差C25<35μm极致要求。因此大宽厚比、超低横向厚差背景下高硅电工钢优质高效稳定生产是制约1580产线的最大难题。
2019年开始首钢对高硅电工钢产品进行市场深耕，本项目的实施，从热轧设备、工艺等不同角度对各个主要难点进行了攻关，开发了一系列的专有核心技术，为首钢硅钢技术发展做出决定性的作用。
2.存在问题和技术思路
针对项目难点本项目结合国家绿色低碳发展新格局，从工艺制度、专属设备集成、针对性的自动化控制功能开发和创新等多个维度开发了一系列的核心技术。
2.1 超低横向厚差控制技术
高硅电工钢性能与叠片系数相关，因此硅钢片要求超低同板差，但其高硅特性导致实际生产过程中出现凸度大、边降大、凸度突变等问题，凸度（横向厚差）控制成为高硅电工钢生产的行业难题，本文采用如下解决方案：
1）设计精轧工作辊新辊型辊增加凸度控制域；
2）通过设计特殊辊型、窜辊策略重点解决边部磨损大的问题；
3）通过加热制度的优化，在高效加热同时改善板坯的横向温差。
2.2 大宽厚比小凸度下的稳定轧制技术
高硅电工钢轧制过程中主要问题是跑偏、带钢头部反复起浪，尾部在机架内呈蛇形游走等突出的问题，主要采取如下解决思路：
1）通过开发基于秒流量平衡的变张力控制技术、针对的高硅电工钢反复起浪专属浪形控制技术提高头部穿带稳定性；
2）在设备对中方面，通过粗轧对中设备控制、F1E恒压力控制、中心线可变控制与侧导板强力对中，实现粗轧-精轧一体化对中调控技术，改善带钢的非对称轧制；
3）结合带钢变形原理与设备自动化控制发明了带钢尾部稳定性的控制技术。
二、主要技术内容和创新
1.超低同板差控制技术
创新点1超低同板差控制技术：自主开发凸度边降综合调控辊形、轧辊均匀磨损技术与基于工作辊动态热平衡的同板差控制技术，在高效加热同时改进了横向温差，攻克高硅电工钢大宽厚比下超低同板差控制的行业难题。
图1 超低同板差控制技术技术思路
关键技术1：凸度轮廓控制技术
存在难点：前部机架窜辊位置达到极限位置，凸度仍不能满足下游客户要求。
控制策略：为提高前部机架凸度控制能力，采用解析法对CVC辊形进行了全新设计，提高凸度能力的同时减小边降，自主开发小凸度CVC辊形设计技术，辊形负窜凸度控制能力提升0.2mm，相同窜辊下凸度减小5-7μm。（申请专利CN202311061989.2）
图2 优化辊型以及新旧辊型控制域对比
攻关效果：相同窜辊凸度减小5-7μm。
存在难点：开轧初始以及轧制节奏变化等导致辊温低，凸度增加。
控制策略：开轧、轧制节奏修改工作辊水量控辊温，实现辊温达到动态平衡，固化到模型控制中。（申请专利CN202310187653.4）
图3 凸度与辊温对应图
图4 间隙时间水量
图5 开轧工作辊阶梯水量
攻关效果：凸度减小2-4μm。
关键技术2：边降控制技术
存在难点：高硅电工钢边部晶粒严重长大，造成边部存在粗糙、边裂等对轧辊磨损大。
控制策略：
1、修改窜辊的行程和步距，数值逐渐缩小，减少边部磨损，固化到一级模型中。（申请最佳操作法《降低轧辊磨损的窜辊方法》）
图6 步距行程双衰减的窜辊策略
2、磨损补偿辊型（申请专利CN202410015169.8）
图7 补偿辊型
3、边部大喷嘴，并减少喷嘴间距，增加轧辊润滑油（申请专利ZL 2019 1 0094096.5）
图8 边部集中润滑
攻关效果：C25-C40边降降低4-9μm。
关键技术3：板坯横向温差控制技术
存在难点：通过导热系数研究和埋藕实验确定了加热炉各段的加热制度，但快速加热后存在板坏温度不均匀的情况。横向温差导致带钢两侧变形抗力不同，从而引起轧机两侧辊缝倾斜，带钢产生跑偏。
控制策略：
1、加热炉源头一加和均热段进行对称加热，减小各段逐渐升高造成的单侧温度高。
图9 对称加热
2、针对性的采取非对称加热控制措施，将均热段炉门侧蝶阀开启90%，其它开启15%~30%，提高炉门侧温度，改善炉门侧温度场分布。
图10 烧嘴流量布置
3、边部加热器采用不对称加热补偿横向温差。（申请专利ZL 2021 1 1413329.7）。
图11 边部加热器非对称加热
攻关效果：横向温差由35.67℃降低至10℃，在炉时间由260min降低至160min。
图12 攻关关键指标改善
攻关效果成效：C25＜35μm命中率由48.29%提升至96.51%；凸度C25均值由38.96μm降低至28.67μm，超越新日铁、浦项。
2. 大宽厚比小凸度下的稳定轧制技术
创新点2大宽厚比小凸度下的稳定轧制技术：通过活套变张力控制等稳定穿带控制技术、全线对中设备功能优化、以及楔形控制跑偏等尾部稳定抛钢技术，解决了高硅电工钢大宽厚比、小凸度下稳定轧制的行业难题。
图13 大宽厚比小凸度下的稳定轧制技术技术思路
关键技术1：头部稳定轧制技术
存在难点：电工钢对温度、粗轧板形、辊缝等极为敏感容易反复起浪，宽薄比加大，凸度减小等加剧了不稳定。
控制策略：1、粗轧来料镰刀弯+两侧延伸差值，选择系数给定精轧调平值。（申请最佳操作法《提高带钢头部稳定性的方法》、专利ZL 2019 1 0862936.8）
2、精轧辊缝调节速度由0.15mm/s增加至0.3mm/s，跟随人工调整的方向自动调平定量叠加0.3mm，速度（2mm/s）。（申请最佳操作法《快速消除硅钢头部浪形的调平方法》、专利ZL 2019 1 1314921.4）。
攻关效果：取向非对称平直度由52.38%降低至6.89%。
图14 精轧头部针对性调节
图15 头部快调功能
攻关效果：取向非对称平直度由52.38%降低至6.89%。
存在难点：现场工艺条件变化、二级设定精度、人工对活套的干预等造成活套角度过高或过低影响张力稳定。
控制策略：
1、手动干预、速差补偿，根据钢种规格优化液压缸速度，实现活套准确控制。
2、起套瞬间活套以高增益控制，活套角度＞设定角度，张力＞设定张力180%，程序默认活套接触带钢，进入本体控制，目标：实际张力大＞设定张力150%。（申请专利ZL 2021 1 0350119.1）
3、厚度偏差大，活套出现周期震荡，反向干预活套防止活套超调。（申请最佳操作法《稳定带钢头部张力的活套最佳操作方法》、专利ZL 2019 1 1314921.4）。
图16 张力优化效果
图17 活套手动控制方法
攻关效果：精轧张力波动值降低35.74%，精轧头部中心线极差由96.4mm降低至71.3mm。
关键技术2：全线对中控制技术
存在难点：超低横向厚差下，带钢自对中性差，带钢在轧机内来回跑偏游走，影响轧制稳定性。
控制策略：1、出入口侧导板、立辊、带钢四线合一，需要用实坯进行标定，立辊可以根据实际情况在线移动。
图18 活套手动控制方法
2、精轧入口侧导板加导轮减小预设开口度；精轧侧导板先打开再关闭消除间隙；
图19 侧导板强力对中技术、精轧侧导板刚性控制
3、立辊、卷曲侧导板根据带钢宽度和来料镰刀弯积分给定预设开口度。
（精轧立辊和卷曲侧导板控制方式申请专利CN202310220053.3、ZL 2020 1 0123500.X）
图20 F1E智能辊缝控制技术
攻关效果：精轧镰刀弯±60mm命中率由75.7%提升至92.3%。
关键技术3：尾部稳定轧制技术
存在难点：尾部不同于头部，处于失张状态，跑偏最为严重。
控制策略：
1、尾部强力对中：降低弯辊加强对中，降速增加张力，固化到模型控制。（申请最佳操作法、专利ZL 2021 1 0343545.2）
2、楔形控制跑偏：F1、F2制造楔形，F3、F4消化楔形并控制带钢方向，F5-F7控制带钢微偏转的一致性。（申请最佳操作法《控制精轧机甩尾的调平方法》、专利ZL 2019 1 0587456.5）
图21 楔形控制跑偏
攻关效果：甩尾发生率由2.34%降低至0.53%。
图22 攻关关键指标改进
攻关效果成效：一次轧成率由63.27提升至98%；取向硅钢宽薄规格机时块数由21.3卷提升至27.5卷；取向非对称平直度由52.38%降低至6.89%；单计划轧制块数由40卷提升至60卷。
三、主要技术指标先进性
1.主要指标先进性
表1 主要指标先进性
牌号 | 技术指标 | 国外先进水平 | 国内先进水平 | 本项目 | ||
新日铁 | 浦项 | 国内先进钢厂 | ||||
提质 | 同板差（μm） （C25均值） | 32 | 35 | 41 | 28.67 (领先) | |
C40命中率 | 92.44% | 99.53% (领先) | ||||
稳定性 | 烫辊过渡材（块） | 6 | 2.83 (领先) | |||
轧制块数（块） | 50-55 | 60(领先) | ||||
高效 | 在炉时间（min） | 210 | 160(领先) | |||
2.主要创新成果
本项目共累计形成14项专利。
表2 发明专利列表
国别 | 法定编号 | 目前状态 | 专利名称 （和法律文件一致） | 专利类别 | 专利在本成果的作用 |
中国 | ZL 2021 1 0612271.2 | 有效 | 一种立辊标定方法、装置及电子设备 | 发明 | 核心 |
中国 | CN202310220053.3 | 有效 | 一种精轧立辊的辊缝控制方法和装置 | 发明 | 核心 |
中国 | ZL 2020 1 0123500.X | 有效 | 一种卷取入口侧导板预设开口度的控制方法及控制装置 | 发明 | 核心 |
中国 | ZL 2021 1 0343545.2 | 有效 | 热轧精轧机组的控制方法、控制系统及工控设备 | 发明 | 核心 |
中国 | ZL 2019 1 1314921.4 | 有效 | 一种控制带钢头部稳定性的方法及装置 | 发明 | 核心 |
中国 | ZL 2019 1 0862936.8 | 有效 | 一种取向硅钢非对称平直度的控制方法及装置 | 发明 | 核心 |
中国 | ZL 2019 1 0587456.5 | 有效 | 一种控制带钢甩尾的方法及装置 | 发明 | 核心 |
中国 | ZL 2021 1 0350119.1 | 有效 | 一种轧制过程控制方法 | 发明 | 核心 |
中国 | CN202310462235.1 | 有效 | 一种无取向硅钢热轧带钢的制备方法及带钢 | 发明 | 核心 |
中国 | ZL 2021 1 1413329.7 | 有效 | 一种控制带钢横向温差的方法及装置 | 发明 | 核心 |
中国 | CN202311061989.2 | 有效 | 一种辊形确定方法 | 发明 | 核心 |
中国 | CN202410015169.8 | 有效 | 一种带钢凸度的控制方法及电子设备 | 发明 | 核心 |
中国 | CN202310187653.4 | 有效 | 一种工作辊热平衡的控制方法和装置、设备、介质 | 发明 | 核心 |
中国 | ZL 2019 1 0094096.5 | 有效 | 一种改善硅钢边部轮廓的横向润滑能力分布方法 | 发明 | 核心 |
形成最佳操作法6项。
四、项目经济和社会效益
经济效益：
本项目自2021年起在首钢迁钢1580产线上应用，结合国家绿色低碳发展新格局、硅钢六机架连轧新产线对原料品质及产量的新需求，通过各项技术的应用，实现轧制稳定性提升、高效高质加热与超低同板差控制，2023年高硅产品产量提升至68.1万吨，在轧制稳定性提升产量增量、提升切边成材率、减少工序返修费用等方面创造效益合计2730.4万元，经济和社会效益显著。
表3 经济效益
年份 | 成材率 年效益/万元 | 减少返修 年效益/万元 | 各项合计 年效益/万元 |
2021年 | 254.34 | 165.95 | 420.29 |
2022年 | 573.31 | 339.37 | 912.68 |
2023年 | 919.35 | 478.42 | 1397.77 |
21—23年 | 1747 | 983.74 | 2730.74 |
社会效益：
1、带动1580产线综合制造能力提升
通过项目各项技术和措施的实际应用，实现超低同板差控制、轧制稳定性提升与节能降耗，高硅产品尺寸与板形控制取得巨大进步，高硅产品年产量提升至68.1万吨。
2、提升首钢高硅高牌号无取向硅钢供货能力及盈利水平
新能源市场拓展背景下，高硅产品溢价能力持续凸显。项目推进实现首钢独家高硅高牌号批量稳定供货，相关技术对于提升首钢高牌号产品品质与品牌效应，扩大市场占有率有积极作用。
3、推广应用价值
项目研发过程中形成高硅高牌号无取向硅钢超低同板差控制技术、稳定轧制成套技术与高效高质加热控制技术，所取得的研究成果可以进行首钢内部不同产线及不同产品的转移和推广。
摘自：中国钢铁工业协会
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