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1、板带材高精度轧制和板形控制 高精度 指厚度 纵向和横向 的精确度 是由辊缝的大小和形状决定的 板带材轧制中的厚度控制横向厚差与板形控制技术 板带材轧制中的厚度控制 1 P h图的建立与运用2 板带厚度变化的原因和特点3 板带厚度控制方法4 关于板带钢轧制中的最小可轧厚度问题 横向厚差与板形控制技术 板形与横向厚差的关系影响辊缝形状的因素轧辊辊型设计辊型及板形控制技术 1 p h图的建立与运用 板带轧制产生两个过程 轧件塑性变形过程和轧机弹性变形 弹跳 过程 轧机弹性变形 弹跳 过程 h s p k 1 h 轧出带材厚s 轧辊理论空载辊缝p 轧制力k 轧机的刚度 p h图的建立与运用 1 式为轧
2、机的弹跳方程 由虎克定律知轧机弹性变形与应力成正比 则弹跳值应为p k 该式可绘成近似的直线A线 又称轧机弹性变形线 斜率k为轧机的刚度 p h图的建立与运用 零位调整 实际上压力小时弹跳和压力并非线性关系 压力愈小变形愈难精确确定 即辊缝的实际零位很难确定 为消除这一非线性区段的影响 实际操作中可将轧辊预先压靠到一定程度 即压到一定的压力p 将此时的辊缝指示定为零位 以后以此零位为压下基础进行调整 故得出 h s p p ks 考虑预压变形的相当空载辊缝 p h图的建立与运用 轧件塑性变形过程 当来料厚度一定 由一定h值对应一定p值可得近似直线B线 又称轧件塑性变形线 斜率M为轧件塑性刚度
3、与A线相交纵坐标为轧制力p 横坐标为板带实际厚度h p h图的建立与运用 为了保持h不变 无论B线怎样变化 A线总要与B线相交在同一条直线C上 该线为等厚轧制线厚度控制实质 不管轧制条件如何变化 总要使A B两线交于C线 即可得到恒定厚度 高精度 的板带材 由此可见 p h图的运用实是板带厚度控制的基础 2 板带厚度变化的原因和特点 三点 S 由轧辊的偏心运转 磨损与热膨胀及轧辊轴承油膜厚度的变化所决定 它们都是在压下螺丝定位时使实际辊缝发生变化的K 在既定轧机轧制一定宽度的产品时 认为不变P 主要因素 故可影响到轧制力的因素必会影响到板带的厚度精度 使B线发生偏移 如图 1 轧件温度 成分和
4、组织性能的不均温度的影响具有重发性 温差会多次出现 故只在热轧精轧道次对厚度控制才有意义 2 坯料原始厚度的不均可改变B线的位置和斜率 使压下量变化 引起压力和弹跳的变化 必须选择高精度的原料 3 张力的变化通过影响应力状态及变形抗力而起作用 还引起宽度的改变 故热连轧采用不大的恒张力 冷连轧采用大张力 调节张力为厚控的重要手段 4 轧制速度的变化影响摩擦系数 冷轧影响大 和变形抗力 热轧影响大 乃至影响轴承油膜厚度来改变轧制压力 对冷轧影响大 3 板带厚度控制方法 1 调压下 2 调张力 3 调轧制速度多种厚控方法有机结合使用 才能取得更好效果 最主要 最基本 最常用的还是调压下的方法 特别
5、是液压压下 调压下 电气反馈液压压下系统 除定位和调厚功能外 还可通过电气控制系统常数的调整来达到任意 改变轧机刚度 的目的 从而可实现 恒辊缝控制 即保持实际辊缝值S不变 故h也不变 用于冷连轧轧辊偏心运转所造成的高频变化的厚度波动 调压下 调压下 改变原始辊缝 即改变A线 用于消除轧制力p引起的厚度差 即B线偏移 见原理图 调压下 由 a 图知 S h tan tan h M K 2 M K 厚控增益系数当来料波动 h时 压下必须调 h M K的压下量才能消除厚度差 这种调厚原理用于前馈 预控AGC 在入口处预测料厚的波动 以调整压下 消除影响 调压下 由 b 图知 当轧件变形抗力发生变化
6、时 h S K M K 3 h S 压下有效系数 辊缝传递函数 1 轧机刚度k愈大 其值也愈大 是决定板厚控制性能好坏的一个重要参数 轧制力AGC或厚度计AGC 把轧辊本身当作间接测厚装置 通过所测得的轧制力计算出板带厚度来进行厚度控制 为反馈 后馈 控制 调压下 原理 为了厚度的自动调节 必须在轧制力p发生变化时 能自动快速调整压下 辊缝 调压下之缺点 如轧件变形抗力很大即M很大 而轧机刚度K又不大时 效率就低 如冷连轧薄钢板的最后几架 调压下就不如调张力 此外 对于轧辊偏心等高频变化也无能为力 调张力 利用前后张力来改变轧件塑性变形线B的斜率以控制厚度 可不必移动A线 即S 不必改变 就使
7、h保持不变 一般用于冷轧薄板 热轧末架采用张力微调 张力变化不可过大 往往与调压下配合使用调张力之缺点 对热轧带钢和冷轧较薄品种时 张力变化不可过大 往往与调压下配合使用 只用于厚度波动小的情况 这就是说 冷连轧中 张力厚控也只是用于后几架的精调AGC 调轧制速度 通过调速来调张力和温度 从而改变厚度 例如 热连轧机 采用加速轧制与AGC相配合加速轧制的目的 为了减小带坯进入精轧机组的首尾温度差 保证终轧温度的一致以减小厚度差 4 关于板带钢轧制中的最小可轧厚度问题 最小可轧厚度 在轧机上轧制一定产品时 钢板愈薄 压下愈困难 不管如何压紧压下螺丝或加大液压压下的压力 不管反复轧制多少道 也不能
8、使产品再薄的厚度影响因素 a 钢的屈服极限 s愈小 轧件宽度愈小 工作辊径D愈小 工艺润滑效果愈好 使最小可轧厚度愈小b 轧制速度愈高 轧辊材质的弹性模数E值愈大 使最小可轧厚度愈小 获得最小可轧厚度采取如下措施 1 有效地减小金属在轧制过程中的实际变形抗力 减小工作辊径 采用高效率的工艺润滑剂 适当采用张力轧制 适当穿插软化热处理2 增加轧机的刚性 主要是有效地减小轧辊的弹性压扁但在异步轧机上 虽是大辊径 也可轧出薄至几微米的带钢 可见 最小可轧厚度问题尚待进一步研究 横向厚差与板形控制技术 板形与横向厚差的关系影响辊缝形状的因素轧辊辊型设计辊型及板形控制技术 板形与横向厚差的关系 横向厚差
9、 沿宽度方向的厚度差 决定于板带材轧后的断面形状 或轧制时的实际辊缝形状 用板带中央与边部厚度之差的绝对值或相对值表示 借助厚度测定便可得出的具体指标 断面厚差最好为零 但目前还尚未达到 中厚法 在无张力或小张力轧制时 为了保证轧件运动的稳定性 使操作可靠 轧件自动对中不致跑边和刮框 要求实际工作辊缝稍具凸形 亦即一定的中厚量 板形 板带材的平直度 指浪形 瓢曲或旁弯的有无及程度而言 决定于延伸率沿宽度方向是否相等 即压缩率是否相同 若边部延伸率大 则产生边浪 中部延伸大 则产生中部浪形和瓢曲 一边比另一边延伸大 则产生 镰刀弯 常见的板形缺陷有 镰刀弯 浪形和瓢曲 肋状皱 和 眼晴 小的局部
10、浪皱 居于特殊的浪瓢缺陷 如图所示 板形缺陷示意图 板形缺陷 对所有板带钢产品 都不允许有明显的浪形和瓤曲 严格地说 板形缺陷又可分为视在的和潜在的两类 视在板形缺陷可用肉眼辨别 潜在板形缺陷在轧制后不能立即发现 在后部工序中才会暴露 例如 有时轧出的板材看起来并无浪瓢 但一经纵剪后即出现旁弯或者浪瓢 这便是潜在板形缺陷 板形控制的总目标是将上述两类缺陷都控制在允许范围之内 实际轧出的板材断面有时呈鼓形 楔形 中凹形或其他不规则形状 这都是板形不良的表现 板形不良会限制轧制速度的提高及轧机所能轧出的最薄规格 板形严重不良会导致勒辊 轧卡 断带 撕裂等事故的出现 甚至可能损坏轧机 边浪产生原因图
11、示 一般认为 板形缺陷的出现来源于板宽方向上各点纵向纤维的延伸不均 为保证板形良好 必须遵守均匀延伸或所谓 板凸度一定 的原则去确定各道次的压下量 粗轧时 轧件厚 温度高 轧件断面的不均匀压缩可通过金属横向流动转移而得到补偿 但精轧时 对不均匀压缩变形的自我补偿能力很差 板带厚度愈小 对不均匀变形的敏感性也就愈大 如图 轧前厚度差或板凸量 轧后厚度差或板凸量 H h 板凸度 2 h2 成品板的厚度差及厚度宽向压缩率相等即边缘和中部延伸率 相等条件 H h H h 由此可得 H h H h 2 h2 板凸度 h H 2 h2 h由此可见 满足均匀变形的条件 保证变形良好 则必须使 或 H h故均
12、匀变形下 前后道次的板厚差差值为 1 此式可知 中厚量逐道减小忽略原始辊型及因辊温差所产生的热辊型影响 此差值取决于轧辊因承受压力所产生的挠度值 这就是说 保证均匀变形 必须使后一道轧辊挠度小于前一道 即轧辊强度相同时 后一道轧制力必须小于前一道 总之 轧制力逐道减小 这也是按逐道减小压力的压下规程设计方法的理论基础 t y yt Wt 轧件中厚量 轧件宽度中心处的辊型凸度 辊缝凹度值y yt W 分别为工作辊在轧件宽度上的弯曲挠度值 热凸度 原始辊型凸度值将良好板形条件和 中厚法 操作结合起来考虑 得 t 由此可得压力p直线如图 此直线反映板凸度保持一定时压力与板厚的关系 其斜率因成品板凸度
13、及宽度而变 因产品不同而不同 各道次的压力p和板厚h基本应落在此线附近 才能保持均匀变形 但粗轧道次因对不均匀变形的自我补偿能力强 不一定遵守板凸度一定原则 p与h值落在图示阴影部分即可 与此相反 精轧道次一般应收敛在此直线上 结论 为保证操作稳定 须使轧制压力大于一定值 为保证均匀变形或良好板型 轧制压力p须随轧出厚度h正比减小 而压力减小即是轧辊挠度减小 因而使带钢 中厚量 逐道减小 亦即使板厚精度也逐道次得到提高 影响辊缝形状的因素 因辊缝形状影响板带横向厚差和板形 故要研究影响辊缝形状的因素 并据此对轧辊原始形状进行合理的设计 有三点 1 轧辊的不均匀热膨胀 轧制过程中轧辊的受热和冷却
14、条件沿辊身分布是不均匀的 如图2 轧辊的磨损 轧件与工作辊之间 工作辊与支撑辊之间相互摩擦使轧辊磨损不均 影响辊缝的形状 轧辊辊身温度不均匀引起的轧辊不均匀热膨胀 一般在钢板生产过程中轧辊中部温度高 边部温度低 这种温度不均导致轧辊变为凸形 如图6 31 因此预先考虑的轧辊形状应为凹形 影响辊缝形状的因素 3 轧辊的弹性变形 包括轧辊的弹性弯曲和弹性压扁 轧辊弹性压扁由单位压力分布不均所致 工作辊和支撑辊间也产生不均匀弹性压扁 直接影响工作辊的弯曲挠度 轧辊的弹性弯曲为主要影响因素 如图 轧辊的弹性变形 圆柱体的轧辊在轧制过程中受力产生弯曲 造成钢板中部厚 边部薄 如图6 30 为了弥补这种变
15、形不均 应把轧辊做成凸形 轧辊辊型设计 为了补偿辊缝形状的变化 需预先将轧辊车磨成一定的原始凸度或凹度 赋予辊面以一定的形状 使轧辊在受力和受热轧制时 仍能保持辊缝的平直 主要考虑轧辊的不均匀热膨胀和轧辊弹性弯曲 挠度 的影响 因二者挠度相反 故设计辊型曲线时应合成热凸度与挠度 结果为 轧辊辊型磨削的凸凹曲线 t y yt如t为正 则轧制力引起的挠度大于不均匀热膨胀产生的热凸度 故原始辊型应磨成凸度 反之 磨成凹度 如叠轧薄板 才能使辊缝在实际轧制过程中保持平直 辊型及板形控制技术 控制辊型的目的就是控制板形 故辊型控制技术就是板形控制技术 但后者含义广 还包括板形检测技术和板形控制的新技术和
16、新轧机 1 板型检测技术 仪表化已代替目测法 采用光学板型仪进行测量 与板型自动闭环控制系统配合使用 2 常用辊型 板形 控制技术 调温控制法和弯辊控制法调温控制法 人为向轧辊某些部分进行冷却和供热 改变辊温的分布 以达到控制辊型的目的 此法不易控 且缓慢 通常作为辅助手段 弯辊控制法 通过控制轧辊在轧制过程中的弹性变形来快速调整辊缝的方法 其中包括液压弯辊技术 利用液压缸施加压力使工作辊或支撑辊产生附加弯曲 以补偿由于轧制力和轧辊温度等工艺因素的变化而产生的辊缝形状的变化 保证生产出高精度的产品 该技术又分为弯工作辊和弯支撑辊两种方法 3 板形控制新技术和新轧机 HC轧机 高性能板形控制轧机如图示两种 在支持辊和工作辊间加入中间辊并使之作横向移动的六辊轧机 在支持辊背后撑以强大的支撑梁而使支持辊作横向移动的新四辊轧机 HC轧机的特点 1 具有大的刚性稳定性 2 具有很好的控制性 3 显著提高带钢的平直度 减少带钢边部变薄及裂边部分的宽度 减少切边损失 4 压下量不受板形限制可适当提高 5 消除了辊间的有害接触部分而使工作辊挠曲得以大大减轻或消除 同时也使液压弯辊装置能有效地发挥控制板
