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1、第16章 调宽工艺优化16.1减少切损的方法可通过防止板坯端部形成非矩形形状即所谓的鱼尾或舌头来减少立轧后的切损。已经提出且成功地用于解决这个问题的一些方法如下1：利用凸型板坯法 这种方法是指由连铸机生产出凸型板坯，这种板坯经水平轧制后，其中心延伸较大而使鱼尾减少；润滑轧制法 这种方法是指孔型辊立轧时施加润滑。因为轧辊润滑减少了轧辊咬入时的摩擦系数，所以狗骨形变小；后推板坯轧制法 该方法中，从后部将板坯推入立辊来进行轧边。这种推入可由推力装置(图16.1a)或水平轧机(图16.1b)来实现；凸形断面轧制法 按照该方法，立轧前通过水平凹辊轧制使板坯得到凸的横断面轮廓。利用可变孔型尺寸轧辊法 利用
2、孔型辊能显著提高调宽效率。然而，这种方法的应用仅局限于当板坯尺寸与孔型尺寸相匹配的场合。一旦板坯厚度比孔型高度小时，局部变形不再受立辊侧壁的约束，结果板坯横断面与用平立辊得到的相似。这个问题可通过利用具有可变孔型尺寸的立辊来解决；板坯端部预成形法 该方法就是在立轧前对板坯边端部进行压缩。凸形断面轧制法、利用可变孔型尺寸轧辊法及板坯端部预成形法等将在以下章节详细介绍。16.2 凸形断面轧制法凸形断面轧制法对切损的影响由Chong等2进行了研究。板坯的凸度通过水平凹辊轧制得到。为了定量研究轧辊凹度对端部切损的影响，作了平辊及凹形辊轧制塑料泥实验，凹形辊为在200mm辊面长度上具有0.1mm和0.1
3、5mm凹度。实验中相同原始尺寸的板坯轧制到最终厚度大约2.5mm左右。经过10道次轧制，厚度从名义的23mm减少到4.5mm。表明轧材凸度对平面形状有较大的影响。如图16.2所示，当采用0.15mm凹度轧辊辊型时，端部切损比用平辊时减少50。图16.1 将板坯推入立辊1：(a)推力装置，b)水平机架图16.2 轧辊辊型对水平轧制时端部切损长度的影响 216.3 可变孔型尺寸轧辊法的应用已有两种基本的可变孔型尺寸轧辊法得到应用：可调孔型尺寸轧辊法及多孔型轧辊法。可调孔型尺寸轧辊法 - 一种可调孔型尺寸轧辊的设计法是由美国联合工程与铸造公司提出的 3。这种方法中(如图16.3)，合成辊由两主要部分
4、组成，其中一部分是带不可辊环的轧辊主体，而另一部分是则带可调辊环。每一部分都有允许调整孔型尺寸的螺纹。这种调整通过由安装在可调辊环上部的两个马达组成的调整机构及两套圆柱齿轮完成。多孔型轧辊法 调宽能力也可通过采用在一对轧辊上用2个或多个不同尺寸的孔型来提高。在由Mesta Machine提出的设计方法中4，立辊通过花键类连接器与心轴相连(图16.4)。轧辊高度调整机构位于在每个立辊下，为所选孔型起在轧制线上定位的作用。图16.3 具有可调孔型尺寸的立辊 3图16.4 具有多孔型辊的立轧机架 416.4 板坯头尾预成形法通过下列方法来实现板坯的头尾预成形，如图16.5所示：火焰切割轧辊压边压缩用
5、火焰切割使板坯头尾预成形将导致很大的切损。已表明轧辊立轧仅对板坯尾部预成形有效，而压缩预成形则对板坯头尾部均有效。预成形方法预成形后板坯平面形状方法的效果火焰切割导致切损轧辊压边仅对尾部有效压缩对头尾部均有效图16.5 板坯端部预成形 416.5 板坯头尾压缩预成形法图16.6描述了采用由日本石川岛播磨公司开发的压边法6预成形板坯头尾部的效果。这种压边法是立轧前对板坯头尾端的角部进行压缩。与常规立轧相比，据说采用该方法可减少切损30。由日本日立公司开发的预成形压力机7的简图如图16.7所示。该设备包括一对锤头2，锤头的中间部分是扁平的，与板坯边部平行，而它的末端部分有锥度。锤头2在横向往复移动
6、，它们的运动由导向杆5及导位板7保证。该运动由带活塞杆4的液压缸3实现。板坯1通过辊道6送进压力机，在锤头2间定位。压力锤头有沟槽可防止板坯翘曲并使隆起位置移向板坯中央。图16.6 板的平面形状15：(a)常规轧制, (b)板坯端部压缩预成形法 图16.7 日立公司板坯预成形压力机的示意图 7 板坯端部压缩预成形的效果可通过优化预成形长度L及锤头角度来提高。一项由Miyake等5用塑性泥(模拟比1/15)的研究表明，切损随着预成形长度L增加而成指数下降，如图16.8所示。图16.8 板坯预成形长度与切损面积比之间的关系 516.6 板坯端部挤压预成形法的特性 Awazuhara等7对不采用预成
7、形时立轧后鱼尾长度(图16.9a)与预成形时(图16.9 b、c)进行了比较。表明压缩预成形时，所采用的锤头所带锥度越小，鱼尾长度越小。 板坯端部预成形既可以采用仅有倾斜部分的锤头(图16.9b)完成，也可以采用倾斜与平直部分相结合的锤头(图16.9c)实现。后者将使鱼尾长度大量减少。图16.9 立轧后鱼尾长度7：a)没有压缩预成形，b)用带锥面的锤头预成形，c)用带锥面及平直面的锤头预成形 图16.10给出了一个比较常规立辊轧边、后部强力推进板坯轧制、及板坯端部预成形时所生成的总切损量的情况。对于减宽量大约10时，与常规立轧相比，后部强力推进轧制法和预成形法均可减少切损50以上。减宽量超过1
8、0后，随着减宽量增加其改进效果也增加8。 图16.10 板坯端部预成形法和后部强力推进板坯轧制法减少切损的情况 816.7 退返轧制工艺 板坯端部预成形的另一种变化是由日本川崎制铁公司9开发的所谓的“退返轧制法”(如图16.11)。应用于水平轧机上轧制钢锭，退返轧制法包括如下5个步骤：步骤1 初始压下以便去除氧化铁皮和减小钢锭厚度及宽度方向的锥度。步骤2 厚度方向上初次退返轧制，厚度初始值为h1，这将在铸锭头端形成一个台阶而成为hb(如图16.11a)；接着让板坯空过(图16.11b)，并沿厚度方向在铸锭尾端进行退返轧制；随后反方向轧制(图16.11c)使金属向退返轧制中形成的台阶流动。步骤3
9、 宽度方向上退返轧制，导致铸锭头、尾端部形成台阶，接着金属向台阶流动。步骤4 第二次厚度方向上退返轧制，锭头、尾端部产生台阶，消除步骤3中形成的狗骨。步骤5 最后小压下，而金属向残余台阶流动。据报道，这个工艺与常规轧制操作相比，可减少切损4。图16.11 退返轧制法的示意图 916.8 防止板坯横断面脱方的方法 板坯横断面脱方的主要原因是板坯一侧升高。一般可用孔型辊或带底腔的锥度辊来防止。 另一种方法是最近由Kokubo等10提出的，如图16.12所示。当两立辊轴线垂直于板坯前进方向时，板坯有一侧升高成倾斜角度的倾向。为了防止这种升高，这边的立辊以与板坯前进方向成角度斜置。对于可逆道次，立辊斜
10、置角为。其作用是产生轧辊切向力的一个分量f(图16.12a)将板坯推向辊道，如图16.12b所示。图16.12 采用倾斜立辊防止板坯升高 10 图16.13给出了由Kokubo等提出的倾斜立辊装置的一个简图。立辊下轴颈由一个球面止推轴承支持，而上轴颈则依靠一套安装在缸里的活塞进行径向约束。就静态缸而言，通过活塞的合适定位，立辊就能够以所需角度斜置。16.9 防止板坯翘曲的方法 减宽量太大将导致板坯翘曲(图16.14示)，通常靠限定压边量的最大允许值来避免。然而，可利用支撑辊和制轮器使这个值增加。如图16.15中三种防止翘曲的系统是： a) 中心支撑。 b) 两端支撑。 c) 三点支撑。三点支撑
11、系统由日本川崎制铁公司和石川岛播磨公司共同开发11，都应用于板材轧制。该系统中，端部支撑辊也能抑制狗骨的形成。图16.13 斜置立辊装置的简图 10图16.14 立轧时板坯翘曲图16.15 防止翘曲系统11：a)中心支撑，b)两端支撑，c)三点支撑 在由日本日立公司提出的方法中，薄板坯翘曲可通过将板坯输送过一个转向辊来防止，以便使板坯以一定的接触角弯曲，如图16.16所示。对薄板坯施加前后张力强迫板坯压向转向辊。当用位于转向辊上的锤头压缩板坯时，就增加了板坯稳定性。另外两种防止板坯翘曲的方法由日本神户制钢公司的KoKubo等提出10,第一种方法如图16.17a，通过造成板坯下弯的条件，并采取防
12、止下弯的措施来控制板坯翘曲。板坯下弯的条件可由轧边时在一个机架用凸形轧辊而其余机架用凹形辊来实现。第二种方法防止板坯翘曲的方法如图16.17b所示，通过把两个轧边辊斜置来实现防翘。轧辊倾斜的结果是使轧制力F产生一个分量F,它把板坯压向辊道。16.10 防止板坯边部折叠的方法板坯边部折叠可通过应用由日本的川崎制铁公司和石川岛播磨提出的V轧辊法11来防止。每个V辊(图16.18)有平直段与沟槽段，可根据轧制条件，两个V辊同时垂直移动来选择。沟槽段能用来进行有约束轧制，因而防止板边折叠。图16.18 用V 轧辊防止板坯边部折叠 1116.11 最优调宽工艺选择 热轧带钢钢厂的最优调宽工艺必须具有下列
13、特征： 调宽能力能够满足生产率的要求； 切损最小； 资金投入最小； 操作及维护费用低。 热轧带钢轧机的理想调宽范围通常是根据生产率及连铸机调宽能力决定的。因为两个系统要大体平衡。当总生产率提高时，通常连铸机要求铸坯的宽度数减少，因而调宽的大部分任务要由热轧带钢厂承担。只有当热轧带钢轧机的理想调宽范围选定时，才能进行比较分析以便选择最优调宽工艺(图16.19)13。这个分析可通过利用离线模型如联合工程公司与国际轧钢咨询公司开发的MILLMAX离线计算机模型等方便地完成。MILLMAX模型的一些特点如下14： 可适应于大范围现有或可能的轧机配置； 准确模拟现有轧制条件； 补插准确，模型校正时对不同
14、于现有条件的情况具有适应能力； 实用性强，利用一些经验常数，用于很大的产品范围； 校正能力强，可利用标准检测仪器和本厂的在线仪表进行校正。 要达到补插准确，模型必须建立在轧制过程的物理学基础上。模型中所用到的算法描述轧材的如下4个特性：a)几何形状；b)温度；c)变形抗力；d)时间，与不同加载条件，几何形状和温度有关。一旦这些相关参数确定后，轧钢设备的载荷参数和生产率很容易地计算出来。对于轧制过程，目前的经验方法提供了大量信息可用于开发准确描述轧件及轧钢设备特性的算法。校正一个模拟轧制减宽的计算机模型很容易通过在可用的或稍作修改的轧钢设备上进行轧制实验来达到。然而，用压力机减宽就不是这种情况，因为目前仅有少数几台台调宽压力机投入了使用。为了解决这个问题，联合工程同设计工程分析部合作进行了压缩时轧件变形3维有限元分析。图16.20描述了一个板坯有限元分析网格，其原始厚度和宽度分别为228.6和1016.0 mm，用带孔型锤头进行压缩。该图明显表明有狗骨形成和沿轧件整个横断面板坯增厚。图16.20 调宽压力机板坯变形的3维有限元分析 13利用MILMAX模型完成的调宽工艺比较分析，能显示不同类型轧边机、定尺轧机和调宽压力机的特性及侧压工具几何形状对调宽效率的影响。考虑了影响调宽的主要因素。这种模型能计算产品尺寸
