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1、带钢拉伸弯曲矫直破鳞原理 矫直原理 板形简述 带钢的板形问题包括带钢的横向厚差和带钢的平直度等两个方面 板带横向厚差 ht一般以轧件中部厚度hc与轧件边部厚度he之差来表示 即 ht hc he直观上讲 所谓带钢的平直度是指其翘曲程度 就其实质而言 是指带直观上讲 所谓带钢的平直度是指其翘曲程度 就其实质而言 是指带钢内部沿横向残余应力的分布 板形的定量表示 即板形的表示方法 既是生产中衡量板形质量的需要 也是研究板形问题和实现板形自动控制的前提条件 因此 人们依据各自不同的研究角度及不同的板形控制思想 采取不同的方式定量描述板形 1 1 常见的表示方法主要为相对长度差表示法和波形表示法 1
2、相对长度表示法 将轧后翘曲的带钢裁成若干纵条并铺平 则可清楚的看出横向各点的不同延伸 一个比较简单的方法就是取横向上不同点的相对长度差 L L来表示板形 其中L是所取基准点的轧后长度 L是其它点相对基准点的轧后长度差 相对长度差也称为板形指数 L L 1 2 2 波形表示法在翘曲的钢板上测量相对长度来求出相对长度差很不方便 所以人们采用更为直观的方法 即以翘曲波形来表示板形 称之为翘曲度 将带材切取一段置于平台之上 如将其最短纵条视为一直线 最长纵条视为一正弦波 如图 则可将带钢的翘曲度 表示为 R L 100 1 3 图1 1板形表示法 另外 根据参考文献 可以得到和最长 最短纵条相对长度差
3、之间的关系为 L L 2 2 4 1 4 上式表明带钢波形可以作为相对长度差的代替量 因此只要测出带钢波形 就可以求出相对长度差 基于带钢矫直的特点 在矫直中的板形问题主要是指平直度问题 它通常有如下几类 双边浪 中浪 单边浪 肋浪 L翘和C翘 1 双边浪 这主要是因为冷轧过程中 负弯辊力过大 轧制力过高 轧辊凸度太小 工作辊和支承辊的磨损 轧辊发热等因素造成两边延伸大于中部 2 单边浪 这是因为工作辊磨削时凸度曲线不对 有横向差 直径一头大一头小 出口卷取机轴承与支承间有间隙 使卷筒摆动 弯辊故障影响 液压漏油等原因造成的带材一边延伸较其他部分大 3 中间浪 这是因为在轧制过程中轧制力过小
4、正弯太大 卷取张力过大弯辊给错了 轧辊原始凸度不合理等因素造成中部延伸比边部大而形成 4 肋浪 也称 眼睛 这是因为冷轧时由于各种原因造成局部延伸过大 位置既不在中间 也不在两边 板带材中晶粒度的不均匀分布在压力加工时也可能引起这种缺陷 这种板形缺陷很不好消除 这是平整所不希望见到的一种板形缺陷 5 L翘在轧制时由于各种原因 造成带钢上下表面的延伸不一致 从而使带钢沿长度方向呈现向上或是向下的翘曲 这种翘曲在实际矫直中很难消除 6 C翘 带钢沿宽度方向呈现向上或是向下的翘曲 图1 2板形示意图 连续拉伸矫直机组 按矫直方式 板带材矫直机可分为辊式矫直机 张力矫直机 连续张力按矫直方式 板带材矫
5、直机可分为辊式矫直机 张力矫直机 连续张力矫直机和连续拉弯矫直机等四类 这里介绍连续张力矫直机 图1 3连续拉矫机组示意图 3 B R 4 B R 连续式矫直机的入口和出口均设有张力辊 带钢可以在较大的张力下进行更高速率的运行 需矫平的带材在张力辊组施加的张力作用下 连续经过上下交替布置的多组小直径的弯曲辊剧烈弯曲 如图1 3 连续式拉伸弯曲矫直技术是在拉伸矫直和辊式矫直的基础上问世的 发挥了两种工艺的优点 又打破了其局限性 具有以下特点 1 厚度 2mm的板形缺陷 辊式矫直机很难使带钢矫平 特别是 0 5mm的带钢 在辊式矫直机上几乎无法矫平 而 连续 张力矫正机对瓢曲也无能为力 拉弯矫直机
6、则能消除带材的瓢曲 边浪和镰刀弯等三维形状缺陷 带材各条纵向纤维在拉伸和弯曲应力的联合作用下 沿长度方向产生了不同程度的塑性延伸 各条纵向纤维的长度趋向于一致 从而减小内应力的不均匀分布 由纵向纤维长度差造成的板形缺陷得以消除 其根本特点是在张力水平远低于材料屈服极限的情况下 T s 10 s 3 使带材产生永久塑性延伸 2 弯曲辊组和矫平辊组均是从动辊 没有驱动装置 因而可与带材同步运动 不会因打滑而擦伤表面 3 与辊式矫直机相比 其结构简单 重量轻 维修方便 操作容易 4 连续 张力矫正机矫正带材时 带材必须受到超过 s的拉伸 才能产生残余变形 对宽厚度较大的带材 势必付出张力所需的能量
7、功耗大 易拉断 s b的带材 与此相反 拉伸弯曲矫直机组中带材的张应力小得多 不会断带 也不会影响带材质量 能耗比拉伸矫直机要小得多 5 在酸洗机组中作为机械破鳞装置 通过对热轧来料的拉弯矫直处理 不但能改善板形 同时可获得有效的破鳞效果 从而降低酸液消耗并显著提高整个酸洗线的生产效率及带钢质量 6 带钢退火后进入拉伸弯曲矫直 获得相应的延伸 减小或消除退火屈服平台 即屈服点延伸YieldPointElongation 机械性能和板形有了明显改善 其某些性能的改善超过冷平整的效果 7 用于热镀锌机组 可以使锌花更细致 镀层更均匀 8 适用于几乎所有的带材加工作业线和各种金属材料 矫正厚度范围广
8、 尤其是厚度 0 1 2mm的薄带效果更好 而且矫直速度高 一般工作速度为30 700m min 最大可达1000m min 张力辊辊及其传动系统 张力辊组负责提供矫直所需的张力 它由入口张力辊组和出口张力辊组组成 两个辊组都是驱动的 但出口张力辊组的线速度高于入口张力辊组 张力辊组常采用四辊式 即入口和出口辊组各由四个张力辊组成 由于带材以 S 形经过这些辊子传导出来 所以又称四辊式 S 辊组 目前张力辊组常用的传动系统主要有集中传动与单独传动两大类 在张力辊组的集中传动方式中 前后张力辊组中的各个张力辊通过齿轮箱 行星齿轮差动机构由一台主传动电机集体驱动 并由差动调速装置产生带材矫平所需的
9、延伸率 单独传动是指入口和出口张力辊组中每个张力辊组都单独由直流电机或交流变频电机传动 拉伸弯曲矫直原理 半形缺陷的产生机理一般认为板形缺陷来源于带钢横截面上各点沿轧制板形缺陷的产生机理一般认为板形缺陷来源于带钢横截面上各点沿轧制方向的延伸不相同 延伸较大的部分被迫受压 而延伸较小的部分则被迫受拉 拉伸作用不会引起板形问题 但是当压缩应力超过一定的临界值时 该部分板材将产生不同形式的屈曲 边部延伸大就产生边浪 中部延伸大就产生中浪 浪形产生的部位取决于带钢局部延伸量偏大处 连续拉弯矫直机的原理是弹塑性拉弯矫直理论 带材在轧制及平整工序中由于不均匀延伸使内部产生应力 当其值达到一定程度时 会造成
10、板形的瓢曲或浪形 拉弯矫直机改善板形正是利用了内应力的存在 需矫平的带材在张力辊组施加的张力作用下 连续经过上下交替布置的多组小直径的弯曲辊剧烈弯曲 如图1 4 图1 4连续拉伸弯曲矫直机示意图 1 入口张力辊 2 导向辊 3 预弯矫直辊 4 抗横弯矫直辊 5 抗纵弯矫直辊 6 导向辊 7 出口张力辊 在ScaleBreaker中 BreakingUnit有延伸带钢作用 LevelingUnit起矫直带钢作用 在这里把BreakingUnit 当作 延伸 LevelingUnit当作 反弯 带钢矫直处理原则 带通过拉矫后板形会发生显著的变化 通过控制相关工艺参数的设置可以达到改善板形 消除翘曲
11、的目的 不同的辊子切入量搭配方案将产生不同的带钢翘曲结果 2 延伸辊组的辊径较小 因而 在切入量不大时即可使带材产生较大的延伸 延伸辊组主要是消除来料板带的浪形 平直的带钢经过1 延伸以后 产生下L翘和下C翘 经过1 延伸和2 延伸以后 同样产生下L翘和下C翘 必须通过后续反弯辊组消除这种缺陷 结论 拉伸弯曲矫直的根本特点是在张应力水平远低于材料屈服极限的情况下 T s 10 s 3 使带材产生了塑性延伸 金属带材拉伸弯曲矫直的主要问题有以下三个 确定矫直不良板形所需要的带材延伸率 2 确定实现上述延伸率所需要的张力和矫正辊的半径和数量 3 对工艺参数进行合理的调整 消除反复弯曲之后带材产生的
12、纵向卷曲 Curl 和横向卷曲 Gutter 应力与应变分析 资料表明 弹塑性体在弯曲和弹复的全过程中 中性面都移向受压缩的一侧 带材的几何中间面被拉伸 在反复弯曲过程中 其延伸率可以用叠加法计算 图1 5拉伸弯曲应变和应力分布 图1 给出了带材在两次拉伸弯曲过程中的应力和应变分布 明确地表示了中性轴相对于中间轴的偏移 中心层发生了相对移动 也即是中心层发生了塑性流动 即原始中心层的应力必须超过材料的屈服应力 s 才能达到改善板形的作用 包角 图1 6包角示意图 包角的示意图如下 其中 t为带钢的厚度 p为弯曲辊的间距 H为辊子的相对交错量 关于包角根据几何关系可以得到 上式中当辊子直径不一样
13、时 在入口和出口辊子上 在交错布置的其他中间辊子上 1 5 图1 7Elongation与Intermesh之间关系 Elongation与Intermesh之间关系 无论带材为何种材料 带材延伸率与带材的前张力成直线的正比关系 为了消除带材的 马鞍形 板形缺陷在矫直机的后部需要增加一组直径逐渐增大的辊子用于最后的矫直 板形好的带材可能需要0 5 的带材延伸率 一般的板形需要的带材延伸率可达到1 而板形严重的带材所需要延伸率可达到1 5 不论带材强度高低 带材的延伸率与带材的前张力成直线关系 在带材延伸率不变的情况下 随着矫直辊直径的增加带材的张力增加 为了控制对强度性能和时效的影响 就低合金
14、钢而言延伸率可达到2 对机械除磷而言带材的延伸率0 5 1 0 是足够的 1 拉伸弯曲矫直机组对改善板形和破鳞都有很好的效果 是目前薄板带矫正的最好方法 2 只有带材的中心层发生了塑性流动 即原始中心层的应力必须超过材料的屈服应力 s 才能真正达到改善板形的作用 3 影响矫直后带材板形的因素有来料板形 板带厚度 各辊的切入深度 辊径 张力的大小及延伸率等 尤其是各辊的切入深度的影响较大 结论 破鳞原理 带钢拉伸弯曲矫直破鳞原理 氧化铁皮的破坏形式 压应力作用下的破坏形式 考虑一个性质均一的氧化铁皮在外载迅速作用下的破坏形式 此时可忽略蠕变的作用 而这时氧化铁皮在外力作用下的失效形式通常为形成贯
15、穿氧化物的裂纹 源于原本存在的微裂纹 对于受侧向压缩作用的氧化物 其破坏取决于沿氧化物与金属界面方向或平行于此方向裂纹的增长 资料表明 氧化物受压时的剥落可通过两个过程产生 通过哪一过程则取决于氧化铁皮自身强度及其与基体界面结合强度之间的关系 当界面牢固而氧化铁皮脆弱时为图2 1中的路径1 反之当氧化铁皮与基体界面的结合强度相对较小时 剥落通过路径2产生 图2 1压应力作用下的破坏形式 拉应力作用下的破坏形式 氧化物在受到拉应力作用时 由于应力只能通过金属基体传给氧化铁皮 因此如果基体自身的应变已超过屈服应变 此时氧化铁皮将不能被施加更大的应力 当金属基体的应变继续增加时 氧化物将变成一个个
16、孤岛 但其并不剥落 如图2 2所示 图2 2拉应力作用下的破坏形式 拉矫机工艺参数对破鳞的影响与控制 拉矫破鳞工作原理 利用铁基体与氧化铁皮覆层材料性能的巨大差异 采用机械方法反复弯曲 基体材料受力后产生一定的弹塑性变形 表面氧化铁皮则由一于不具有塑性且破均强度较低 同时与铁基体附着力差 这样当氧化铁皮不能适应金属形状变化而引起的内应力大于其破坏强度时 它便要破裂 带材在经过弯曲辊时上下表面处于不同的应力状态 最终产生不同形式的氧化铁皮剥落 这就是拉矫机破鳞的原理所在 延伸率的影响 用拉矫机进行机械除鳞处理时 若使带钢产生一定的延伸率 则对以后的酸洗效舞有很大影响 因为带钢酸洗速度的快慢直接取决于带钢表面氧化铁皮的破碎程度 而一般随延伸率的增大 带钢表面的氧化铁皮侧碎程度会增加 因此破鳞效果也就越好 除鳞速度也越高 但这一趋势却不是一直有郊的 尽管对饱和点的位置还有不同看法 但形成共识的却是酸洗速度将随着延伸率的提高到某一值时趋于饱和 即超过这一点后破鳞效果将不再随延伸率的增大而再有明显的己善 资料提出除鳞速度的上升 当延伸率达到约1 时出现了大致饱和的倾向 延伸率的设定 拉矫机工作状
