《冷轧机设计与冷轧技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《冷轧机设计与冷轧技术（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、前言31 绪论41.1 冷轧机的国内外发展现状51.2 板形控制技术的国内外发展现状61.2.1 液压弯辊技术61.2.2 HC技术（High Crown）71.2.3 CVC技术（Continuously Variable Crown）71.2.4 DC技术（Deviate Crossed Work Roll Mill）81.2.5 其它82 有限元理论及其在带钢冷轧中的应用92.1 有限元法的分析过程102.2 有限元分析软件简介122.2.1 商用软件概况122.2.2 ANSYS软件简介142.2.3 ANSYS/LS-DYNA简介152.3 有限元法在模拟带刚轧制过程中的应用163
2、板形的基础知识173.1 带钢板形缺陷的种类203.2 板形缺陷形成机理的一般分析223.3 板形理论发展现状233.3.1 板形理论研究现状243.3.2 轧件的横向流动263.3.3 轧件的边部减薄现象284 冷连轧机轧制模型的建立284.1 非线性概述284.1.1 非线性结构的定义284.1.2 冷连轧机轧制过程的非线性分析294.2 接触分析概述294.2.1 一般接触分类304.2.2 冷连轧机轧制过程的接触分析304.3 冷连轧机轧制过程的动态分析304.4 冷连轧机轧制模型建立314.4.1 轧制过程的几何模型314.4.2 轧制过程的计算模型324.5 冷连轧机轧制模型的有限
3、元分析345 板形影响因素395.1 轧辊的影响395.2 来料的影响405.2.1 来料厚度的影响405.2.2 来料宽度的影响415.3 摩擦系数的影响415.4 压下量的影响415.5 张力对板形的影响425.6 辊凸度的影响425.7 边浪和中浪的产生机理分析445.7.1 凹辊面轧制与边浪445.7.2 凸辊面轧制与中浪455.8 板形缺陷的本质分析455.9 提高板形质量的措施456 技术经济分析466.1 研究方法476.2 选择软件496.3 模型分析497 结论50致谢51参考文献52附录A 外文参考文献译文53板带轧机带带材轮廓和平直度控制研究531 轧辊变形的模拟54IP
4、SCO斯特克尔式轧机工作辊热轮廓631 理论方法64Tw，Ta，Ts分别为冷却液，大气，带刚的温度65 （3）651.2 数学解答66分别为x轴，r轴方向和时间的增量661.3 轧辊的热膨胀模型662 结构和界面设计673 模型的校准和确定6869前言近年来我国轧钢行业得到了飞速发展，钢材生产量位居世界前茅，成为世界上钢材产量最多的国家之一。板带材是广泛应用于国民经济各部门的重要原材料，是钢铁工业生产中的主干产品。随着加工和成型工业生产由手动控制向高度自动化系统控制的发展，对轧材几何形状的精确性要求越来越高。但我国目前轧钢生产的技术水平与国际先进水平相比还有相当大的差距,部分关键钢材品种还不能
5、满足国内的需要。因此提高我国轧钢生产的尺寸精度和组织性能的技术问题已经成为近年来当前及今后相当长一段时期内一个具有较高难度和重要应用价值的研究课题。板带材的主要生产方式就是轧制，因此轧制技术水平的发展对带钢的生产质量有决定性的作用。在轧钢工艺发展的每个阶段，钢材生产厂家和轧钢机械设备设计厂家都面临着许多明确的问题。如在努力的降低成本的同时，所有钢材生产厂家都面临着非常类似的问题，即改进板带材的质量问题。轧钢技术发展需要强有力的技术支撑。需要有充分的理论研究与丰富的时间经验相结合，而平面应变只是理想条件假设，实际生产中由于各种因素的复杂作用，沿着板宽方向上的变形是不均匀的，尤其是在来料有厚度差和
6、平直度缺陷的情况下，板形显然不能满足精度和质量日益苛刻的质量要求。在板形控制要求越来越高的情况下，研究轧制过程中金属横向延伸和边部减薄形成的原因，并对典型板形产生的机理进行研究，对横向延伸量和减薄量进行定量的计算与描述是非常必要的，对控制板形和减少边部减薄，节约资源，提高钢材的生产率都具有重要的意义1。而本文就是以本溪钢铁集团的1676mm冷连轧机为研究对象，在大型有限元分析软件ANSYS的平台上进行的板形控制研究，是针对影响和导致板形缺陷的各种因素展开的。目前国内外的轧制技术已经基本实现自动化，轧制过程日趋连续化，且日益完善，并且无头轧制的完全连续式的作业线已经从线材轧制推广到冷轧带钢生产中
7、。1996年日本的川崎制铁公司千叶厂3号机组在世界上首次实现了热带钢无头轧制，在国际上引起轰动，被认为是最引人注目的技术进步。20世纪70年代初冷轧带钢实现无头轧制后，相继实现了酸洗与冷轧；冷轧与连续退火、平整全连续生产的冷连轧机。连续化生产流程的推进，大大提高钢材轧制的成材率，并实现金属的“零”损耗 2。轧制生产正沿着高精度、连续化、高速化、大型化、自动化、信息化、和智能化方向迅速发展，使其对轧制生产过程的控制发生了根本性的变化。1 绪论本章将介绍国内外板带钢轧制的发展史，轧制及轧制技术的发展状况。板带产品是广泛应用于国民经济各部门的重要原材料。冷轧板带材的生产规模和水平往往标志着一个国家钢
8、铁工业的发展水平。然而我国冷轧板带材的生产还是一个相对薄弱的环节。虽然我国有近千套各类轧机，但远不能满足市场的需要，每年需进口的冷轧板带达百万吨。造成这种局面的原因除产量不足外，更主要是质量问题，特别是宽规格产品，其质量问题主要的是板形问题。尽管人们对板形控制理论的研究和轧机结构方面的探索也取得了大量的卓有成效的成果并逐步应用于生产实践，但由于影响板形因素的复杂性、板形检测及控制手段的局限性，就使得板形问题仍普遍存在,板带生产技术仍需继续发展。根据我国国情，只有充分掌握引进设备的技术诀窍，并积极开拓有创新精神的板形控制思路，才能不断提高板带产品的质量效益和轧钢生产的技术水平。板形技术问题是正在
9、发展中的研究领域，因而这方面的科研成就无疑具有重大现实意义。1.1 冷轧机的国内外发展现状钢的冷轧起源于德国，19世纪中叶，德国已能生产出2025mm宽度的冷轧带钢。随后，美国于1859年建成了一套25mm的冷轧机。大约在1885年左右，英国生产出170mm也是当时世界上最先进的冷轧低碳带钢.此后，冷轧带钢生产发展很快，产品宽度也不断扩大，并逐步建立了辅助设备，如剪切、卷取、矫直、平整、热处理设备等，产品质量也有了较大的提高.随着德国1917年二辊可逆式冷轧机、1932年四辊可逆式冷轧机的率先使用，掀开了现代按常规工艺生产板带材的序幕，此后冷轧带钢的最大有效宽度迅速增大，而且在一定宽度条件下，
10、其最小轧制厚度也不断减小。日本1938年在东洋钢板松下工厂安装了第一台可逆式冷轧机，开始了冷轧薄板生产。1940年在新日铁广佃厂建立了第一套四机架1420mm冷连轧机。带钢的连续冷轧的首次记录要追溯到大约1944年，当时，韦斯特利奇伯格(WestLeechburg)钢公司安装并开动了一台四机架二辊连轧机，每个机架单独用速度可调的直流电机驱动。而具有机架间张力和张力卷取机的真正的连轧机操作，大约于1915年在匹兹堡的莫里斯贝利(Morris&Bailey)钢公司和苏必利尔(Superior)钢公司安装的轧机上才得到发展。第一台四机架四辊冷轧机由美国轧机公司于1926年在巴特勒工厂投入生产。70年
11、代后，由于世界性的能源问题，美、日、英、德、俄等钢铁工业发达国家的冷轧板带生产不太景气，因而新建的冷轧机较少。这一阶段这些国家的投资基本上都花在冷轧机的改造上：改善板带产品的板形，减小板厚，降低能耗，提高轧速，采用新设备、新工艺，从而提高冷轧板带的质量和产量。这一时期，世界上出现了控制板形的多种新型轧机，也同时出现了各生产工序连续化的全连续式冷轧机。到上世纪末，由于汽车、家电等行业的迅猛发展，这一趋势稍有改观，不少国家又开始新建或准备新建一些冷轧机。现在冷轧机已经基本实现智能自动化控制，包括厚度自动控制，辊缝自动控制，自动宽度和平面形状自动控制，张力自动控制等等，虽然不是很完善，但在很多方面已
12、经能够满足实际的需求。我国冷轧板带工业起步较晚，直到1960年，鞍钢投产了第一台1700mm单机可逆式冷轧机，以后又陆续使用了1200mm单机可逆式冷轧机、MKW1400mm偏八辊轧机、1550mm二十辊冷轧机和1250mm单机架可逆式HC冷轧机，70年代武汉钢铁公司投产了我国第一套1700mm五机架冷连轧机，1988年在宝钢建成了2030mm五机架冷连轧机。此后，又陆续新建了宝钢1420mm,攀钢1220mm、宝钢1550mm工程，以及宝钢三期后工程1800mcn五机架冷轧机。国内现有上千套的冷轧机，除了新建的如宝钢2030mm, 1420mm, 1550mm等等几套轧机控制水平较高、技术较
13、先进外，还有一大批技术落后，控制水平低的轧机，为了能够生产出高精度的冷轧带钢，这些轧机迫切需要进行技术支持。1.2 板形控制技术的国内外发展现状关于板形问题的研究和应用始于60年代。W.D Stone的弹性基础梁理论和液压弯辊的实用研究，使板形问题取得了较大突破。板形控制技术从控制途径上划分为工艺方法和设备方法两大类。板形控制的工艺方法主要有：1）合理安排不同规格产品轧制。合理制订轧制规程。轧制调温法，这种方法是通过改变工作辊的温度分布，使工作辊的凸度发生变化，从而控制板形。具体又分为局部加热法和局部冷却法,其中局部冷却法可以相当有效的解决1/4浪的产生。张力控制法，通过改变张力横向分布来调节
14、轧制力的横向分布，并改善辊缝内金属的横向流动状态，实现对板形的控制。2）异步轧制法，使轧件在上下两个圆周速度不同的轧辊中完成轧制过程。在形式上分为异速轧制和异径轧制。以后各国相继开始进行这方面的研究。随着板形基础理论研究的不断深入，及用户对板形质量要求的不断提高，板形控制技术经历了辊型配置、轧辊冷却、可变凸度轧辊、轧辊横移及轧辊交叉等发展阶段。从80年代起开始进入实用阶段，开发出了各种各样的新型轧机。1.2.1 液压弯辊技术加拿大Aclan公司率先于1965年采用液压弯辊作为调节板形的主要手段，于1969年配以板形检测仪构成闭环控制，大幅度提高了板带材的板形质量，其基本原理是:通过工作辊或支撑
15、辊辊颈施加液压弯辊力，来瞬时的改变轧辊的有效凸度，从而改变承载辊缝形状和轧后带钢的延伸率沿横向的分布。只要根据具体的工艺条件来适当的选取液压弯辊力，就可以达到控制板形的目的。这种方法进一步还可以分为工作辊弯曲和支撑辊弯曲，每种弯曲还可以分成正弯和负弯。液压弯辊在改善板形方面是一项基础性的工作，在板形控制方面具有重大意义，是一种有效的板形控制手段，其他方法都必须配合采用液压弯辊技术。1）正弯工作辊：弯辊装置安装在两个工作辊轴承座之间，产生的弯辊力与轧制力同向，使工作辊产生的弹性变形与由轧制力引起的弹性变形方向相反。因此，正弯辊装置的作用是减小轧制时工作辊的挠度，使轧件在中部有较大的压下量，如在轧制过程中板带钢出现对称边浪时，则采用这种形式的弯辊装置。轧辊磨损时，辊身中部磨损较边部快。2）负弯工作辊：这种形式的弯辊装置安装在工作辊轴承座与支持辊轴承座之间，对工作辊轴承座施加一个与轧制力方向相反的作用力，使工作辊产生的挠曲与由轧制力引起工作辊的挠曲方向相同。
