《宽带钢生产线板形质量控制理论和应用讲义(钢板铝板板形控制方面的资料-杨荃)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《宽带钢生产线板形质量控制理论和应用讲义(钢板铝板板形控制方面的资料-杨荃)（54页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1图 1.1 板带的横截面轮廓hcheohedhedheoe2 BWe1宽带钢生产线板形质量控制理论和应用北京科技大学高效轧制国家工程研究中心2011.081 板形基础知识板带材做为基础原材料，被广泛应用于工业、农业、国防及日常生活的各个方面，在国民经济发 展中起着重要的作用。随着科学技术的发展，特别是一些现代化工业部门如建筑、能源、交通、汽车、 电子、机械、石油、化工、轻工等行业的飞速发展，不仅对板带材的需求量急剧增加，而且对其内在 性能质量、外部尺寸精度和表面质量诸方面提出了严格的要求。日益激烈的市场竞争和各种高新技术 的应用使得板带的横向和纵向厚度精度越来越高，也推动着轧机机型和板形控制
2、技术的不断向前发展。 对于热轧、冷轧板的尺寸精度问题，有相对成熟的专门研究方法和解决手段。对于板形问题，无论是 研究领域或技术应用领域的工作，都具有更大的难度。有关板形的基础知识是解决板形问题所必需掌 握的。1.1 板形的概念 板形（Shape）所含的内涵很广泛，从外观表征来看，包括带钢整体形状（横向、纵向）以及局部 缺陷；从表现形式看，有明显板形及潜在板形之分。 板带的横截面轮廓（Profile）和平坦度（Flatness）是目前用以描述板形的两个重要方面。横截面 外形反映的是带钢沿板宽方向的几何外形，而平坦度反映的是带钢沿长度方向的平坦形状。这两方面 的指标相互影响，相互转化，共同决定了带
3、钢的板形质量，是板形控制中必须兼顾的两个方面。1.1.1 横截面轮廓 横截面外形的主要指标有凸度（Crown） 、边部减薄（Edge Drop）和楔形（Wedge） 。1.1.1.1 凸度 凸度 Ch是反映带钢横截面外形最主要的指标，是指带钢中部标志点厚度 hc与两侧标志点 heo和 hed2平均厚度之差： Ch=hc-(heo+hed)/2 （1-1） 式中 Ch -带钢凸度； hc -带钢中点厚度； heo-带钢操作侧标志点厚度； hed-带钢传动侧标志点厚度。 标志点位置 e1一般取为 25mm 或是 40mm，也有文献介绍为 50-100mm 或 0.05BW，BW为带钢板 宽。各符号
4、意义如图 1.1 所示。1.1.1.2 边部减薄 边部减薄是指带钢边部标志点厚度与带钢边缘厚度之差： Eo = heo- heo （1-2） Ed = hed- hed （1-3） 式中 Eo -带钢操作侧边部减薄； Ed -带钢传动侧边部减薄； heo-带钢操作侧边缘厚度； hed-带钢传动侧边缘厚度。 边缘厚度位置 e2一般取为 5mm，也有文献介绍为 2-3mm。1.1.1.3 楔形 楔形 Wh是指带钢操作侧与传动侧边部标志点厚度之差： Wh = heo - hed （1-4） 式中 Wh -带钢楔形度 。1.1.1.4 比例凸度 比例凸度 Cp是指带钢凸度与厚度之比： CpCh/hc*
5、100% （1-5） 式中 Cp-带钢比例凸度。1.1.2 平坦度 带钢平坦度是指带钢中部纤维长度与边部纤维长度的相对延伸差。带钢产生平坦度缺陷的内在原 因是带钢沿宽度方向各纤维的延伸存在差异，导致这种纤维延伸差异产生的根本原因，是由于轧制过 程中带钢通过轧机辊缝时，沿宽度方向各点的压下率不均所致。当这种纤维的不均匀延伸积累到一定 程度，超过了某一阈值，就会产生表观可见的浪形。 平坦度的表示方法有很多，如波高法、波浪度法、纤维相对长度差法、残余应力法、矢量法等。 连轧过程中，带钢一般会被施以一定的张力，使得这种由于纤维延伸差而产生的带钢表面翘曲程 度会被消弱甚至完全消除，但这并不意味着带钢不存
6、在板形缺陷。它会随着带钢张力在后部工序的卸 载而显现出来，形成各种各样的板形缺陷。因此仅凭直观的观察是不足以对带钢的板形质量做出准确 判别的。由此出现了诸多原理不同、形式各异的板形检测仪器，如张力分布式板形仪、平坦度仪等。 它们被安设在轧机的适当位置，在轧制过程中对带钢进行实时的板形质量监测，以利于操作人员根据 需要调节板形，或是指导板形自动调节机构进行工作。1.1.2.1 带钢的波浪高度和波浪度 带钢的波浪度表示为：3dw = Rw/Lw*100% （1-6） 式中 dw -带钢波浪度； Rw -带钢波浪高度； Lw -带钢波浪长度。1.1.2.2 带钢的平坦度（延伸率差） 带钢的延伸率差表
7、示为： w = dw2 /4*105（I-Unit） （1-7） 式中 w -带钢的平坦度（延伸率差） 。b) z y x B Lw w Rw o W(x,y) 图 1.2 带钢的平坦度承载辊缝 轧件残力应力 理论分布 板形仪显示 应力分布 生成浪形 双侧边浪 中浪 四分之一浪 边中复合浪 单侧边浪 + 0 - - 0 + 图 1.3 带钢的应力分布41.1.2.3 带钢的张力分布带钢的张力分布可以回归为多项式形式： （x) = A0+A1x+A2x2+A4x4+ （1-8） 式中 （x）-带钢横向张力分布； A0 -带钢横向张力分布平均值； A1 -带钢横向张力分布的线性不对称分量； A2
8、-带钢横向张力分布的二次对称分量； A4 -带钢横向张力分布的四次对称分量。 有时用车比雪夫正交多项式表示： （x) = C0+C1x+C2（2x2-1）+C4（8x4-8 x2+1） （1-9） 式中 C0 -带钢横向张力分布平均值； C1 -带钢横向张力分布的线性车比雪夫系数； C2 -带钢横向张力分布的二次车比雪夫系数； C4 -带钢横向张力分布的四次车比雪夫系数。1.1.3 凸度与平坦度的转化及板形良好判据 作为衡量带钢板形的两个最主要的指标，凸度与平坦度不是孤立的两个方面，它们相互依存，相 互转化，共同决定了带钢的板形质量。 带钢平坦度良好的必要条件是带钢在轧制前后比例凸度保持恒定：
9、 （Cin/Cout）/(hin/hout)=1.0 (1-10)式中 hin-入口厚度； hout-出口厚度； Cin-入口凸度； Cout-出口凸度。 需要指出的是，式（1-10）是在不考虑带钢横向金属流动情况下得出的结论。在热轧生产中尤其 是粗轧及精轧机组的上游机架，带钢厚度大，金属在轧制过程中很容易发生横向流动。因此比例凸度 可以在一定范围内波动而平坦度也可以保持良好。通常用 Shohet 判别式表示如下： -K K 时，将出现中浪；当 3600s 时，则认为各片单元温度相等；反之，则以为梯极进行计算。实际所取的各边界rintdt条件考虑了地理位置和四个季节变化对温度的影响。图 4.4
10、 工作辊温度计算和测量264.2.1 轧辊热辊形在线计算模型 开发出温度场的计算模型，代入一定的工况条件和各已知参数计算，可仿真出下机后的工作辊温 度场。在用温度场模型求出各片单元温度值后，根据各片单元温差计算得到某机架工作辊的热辊形： （4-6）)()()(CkktTTDWC式中-第片单元相对中点的热胀量；)(ktCk-工作辊直径，；DW-热胀系数；-辊身中点温度，；CT-第片单元的温度，。)(kTk此式计算了工作辊热变形后沿辊身不同位置的热辊形，若用辊身中点的热胀量减去辊身两边热胀 量的平均值则得到辊身中点的热凸度。275 板形测量仪表5.1 凸度测量仪 5.1.1 凸度仪的测量原理 在轧
11、机出口设置一个或多个 C 型架，C 型架的上方安装有射源（一个或多个） ，下方设有数量不 等的传感器，当带钢连续通过 C 型架时，传感器将接受到的不同能量转换成电流信号传送给信号处理 单元，再经过计算机的处理和计算不断得到不同断面的凸度。 凸度的测量方法一般有两种：间接测量法和直接测量法。间接测量法使用两个 C 型架，一个固定，用于测量带钢的中心厚度，另一个 C 型架在几何空间上 尽可能地靠近第一个 C 型架，并且射源以一定速度沿带钢宽度方向来回移动，用于扫描测量带钢的厚 度分布。然后比较两个带钢的测量结果。间接计算出带钢的凸度。如图 5.1 所示。也有采用三个独立 的 C 型架，分别测量传动
12、侧、中心点和操作侧的带钢厚度，从而间接得到带钢凸度。如图 5.2 所示。图5.1 两C 型架式凸度仪 图5.2 三C 型架凸度仪直接测量法采用联立式多通道测量原理。它设置多个射源和一组传感器（512 个或更多） ，能够在 同一时刻测量出带钢同一断面的厚度分布情况。因此，它的测量结果不受带钢不平直度的影响。如图 5.3 所示。12345图5.3 直接测量式凸度仪 图5.4 C 型架相对于带钢的运行路线5.1.2 凸度仪的应用情况 热轧带钢的凸度测量通常都设置在精轧机出口，所以要求凸度测量仪表不仅要有很高的测量精度， 而且还要有很好的环境适应能力，即很高的可靠性。目前只有美国的 Radiometr
13、ie 公司、德国的 IMS28公司和日本的 Toshiba 公司等能生产各类凸度测量仪表，而美国的 Radiometrie 公司包含了多个凸度仪 的著名品牌，如原美国的 DMC，德国的 Eberline 和英国的 Daystrom。 我国已建和在建的热轧带钢厂大都配置了凸度测量仪表，本钢的 1700mm 热轧厂，原来使用的是 英国的 Daystrom 的 M215P 间接式凸度仪，在后来的改造工程中选用 Eberline 公司的 M312 系列产品； 鞍钢的热连轧机原来使用的也是 M215P，在 1780mm 热轧中选用 IMS 公司的双 -ray 固定式凸度仪； 武钢 1700mm 热轧使用
14、的凸度仪是日本 Toshiba 公司的行走式凸度仪；宝钢 2050mm 热轧和 1580mm 热轧均选用的是德国 IMS 公司的产品。 从测量原理可以看出，间接测量法的凸度仪的测量结果并不能完全反映带钢的凸度。因为它使用 两个 C 型架，其中一个 C 型架上的射源来回移动，在轧制过程中，带钢高速地通过凸度仪。相对于带 钢而言，横向方向来回移动的射源以Z字方式行走，它不可避免地受到带钢不平坦度的影响。因此， 此种凸度仪的精度要低些，但价格确要低许多。 直接式凸度仪克服了间接测量法凸度仪的缺点，其响应和精度都大大提高，当然，价格也较贵。 直接测量法的凸度仪具有以下特点： 可以独立测量带钢的凸度，而
15、间接式凸度仪必须和测厚仪配套使用。如果测厚仪出现故障，则 间接式测凸度仪无法使用。直接式凸度仪不存在这个问题。 响应速度快。 一些直接式凸度仪不仅可以测量凸度，而且还同时得到带钢的厚度、宽度和温度测量值。做到 一机多用。 价格昂贵，一次性投资大。5.1.3 某厂 1700 热连轧凸度仪的应用实例 某厂 1700mm 热轧生产线上使用的是德国 IMS 公司的直接式凸度仪。但由于测量通道少，只有 28 个测量通道，因此不能一下测出整个带钢的轮廓，轧制时需要沿着带钢宽度方向来回移动扫描的方 式来测量。 该凸度仪的测量系统由以下四个部分组成： SSMC 轮廓测量系统 光学宽度测量系统 带钢温度测量系统 长期数据存储系统 具有以下的主要特性： 测量原则：实时的、立体的、多通道的测量系统； 测量的参数：截面轮廓，温度轮廓，凸度，中心点厚度，楔形度，边部降及最高最低点； 测量精度：所测点厚度偏差0.1%； 零点漂移：周围环境稳定条件下，8 小时内的能够保持在0.1； 通信接口：TCP/IP 以太网通信； 数据显示：彩色显示器及打印机。 C 形架相对于带钢的运行路线如图 5.4 所示，以 1 到 5 为例进行说明。1 和 3 为一个测量周期，3 和 5 为另一个测量周期，也就是
