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1、中厚板板形控制技术分析曾凡德（萍钢股份公司九江轧钢厂）摘 要：本文从板形控制原理出发，建立了负荷分配算法流程和弯辊力计算流程，分析了轧制力和弯辊 力对板形控制的规律，并提出了在中厚板轧制过程中如何调整轧制力和弯辊力，使得板形得到良好控制。 关键词：中厚板、板形控制、板凸度、轧制力、弯辊力1 引言经过技术改造后的中厚板厂，特别是近年来投产的中厚板生产线，其高精度液网GC系统、近置式测厚仪的投入有效地降低了板厚尺寸的偏差,使得中厚板的纵向尺寸精度有了很大的提高1；在中厚板的横 向厚度差,即板凸度和板形的控制上，大刚度的中厚板轧机配上先进的板形控制技术，如动态负荷分配法、 弯辊技术、CVC横向窜辊技
2、术与PC辊交叉技术或轧辊分段冷却技术等等的应用，实现了良好的板形控制。 2 板形控制原理为了保证板形良好，必须遵守均匀延伸，即板凸度一定的原则去确定精轧道次的压下量 2。由于轧后钢板的断面形状即是有载辊缝形状，因此板形控制的实质就是控制钢板宽度方向上的有载辊缝，从而获得所需的板凸度和平直度。影响有载辊缝形状的因素较多,主要有使辊系产生弯曲变形的轧制力和弯辊 力、改变轧辊辊形的热膨胀和热磨损、工作辊辊形等2。有载辊缝形状可用如下方程描述3：PFC =+ E + E + E + E + EA（1）R K K c c H H W W 0 0 PF式中：C 有载辊缝形状；P轧制力；F弯辊力；K 辊系轧
3、制力作用下的弯曲变形，RP又称为轧机横向刚度；K 辊系在弯辊力作用下的弯曲变形，又称弯辊横向刚度； 可变辊形， Fc根据CVC或PC技术参数确定其值；口一热辊形；忆”一磨损辊形； 初始辊形，根据板形控H W 0 制需要，进行辊形设计和磨辊； A 上一道次钢板凸度； E 、 E 、 E 、 E E 相关系数。C W H E03. 中厚板板形控制技术分析从板形控制原理可以看出，控制钢板的板凸度就是控制有载辊缝的形状，即控制公式（ 1）后边各影响因素。下面将从轧制力和弯辊力两个方面对各影响因素进行分析。3.1 轧制力由式（1）可知，板形与轧制力之间关系比较密切。理论和实践都已经证明，如果最后几道次轧
4、件满足等比例凸度变化，则轧件终轧板形良好，而等比例凸度反映在轧制力上就是最后几个轧制道次的轧制 力基本上呈线性下降2，4。按负荷分配算法流程图，如图1，执行的轧制规程预计算，其显示的最后三道 次轧制力成线性关系。因实际轧制过程中如轧件温度、轧辊磨损与热膨胀的影响，须动态调整轧制规程，其调整方法是调 整最后一个道次的轧制力 F 3，5。如果轧件的最终道次板形出现边浪，则降低 F ，如果轧件出现中 last last 浪则增加 F 。 F 减少会使得最后三个道次的许可轧制力相应的减少，但是其他轧制道次的许可轧制 last last力增加，反之 F 增加会使得最后三个道次的许可轧制力相应的增加，其他
5、轧制道次的许可轧制力减少。 last初始约束条件kF = 1，kF = 0.95初始化总轧制道次nhmaxn = Int (ln z arg et /ln(1 - 8 m ) h0NoYes计算1n道次的最大压下量寻找kF使得hn htarg eth ht arg etn=n+1建立函数gGF),用二分法调整根据其单调性利 k F使得 eminh - hn t arg et图2轧制力斜率与最后道次轧制力的关系若将轧制力下降斜率称为板形控制系数，即改变其系数大小，可控制最后几道次轧制力的变化。根 据实际板形将板形控制系数K输入到过程机中，轧制规程就根据板形的变化调整的K值来重新给定轧制 规程。如
6、图2,若情况a出现中浪，减小k t K就使F 增加一些，得到情况b；若情况a出现边浪，1 last增大K t K，使F 减少一些，得到情况c。2 last3.2 弯辊力弯辊力控制板形的方法是通过改变工作辊与支承辊间相互弹性压扁量的分布曲线，从而改变了工作 辊的挠度。弯辊力设定计算是在轧机设定计算结束之后进行，用轧制规程预报的轧制力按照轧辊热磨损 模型公式(2)、热膨胀模型公式(5)循环计算轧辊热膨胀量、热磨损量，进而计算可能产生的钢板凸度， 根据式(1)从目标凸度出发反算出凸度小于临界值的弯辊力基准值。先对轧辊在轧制过程中的轧辊热磨损 和热膨胀进行分析。图 3 轧辊磨损单元分割示意图轧辊磨损在
7、每个道次后计算，只与轧件之间接触的轧辊小片(如 i 片)发生磨损如图 3所示。其热磨损公式6：FL2)U (i, t + At) = U (i, t) + a-8 (i)W冗-R式中:U(i, t)第i片在时刻t时的磨损量,mm； U(i, t + At)第i片在时刻t + t时的磨损量,mm；K 磨损系数， mm2.kN； L 轧件长度， mm； F 轧制力， kN； R 轧辊半径， mm； W轧件宽度，mm ； 8 (i)系数，。在有限元划分后，一个小片内轧辊的温度是均匀的，则根据轧辊与轧辊辊身水之间热交换如下公式T(i,t + At)二 T(i,t) + C(T(i +1,t) + T(
8、i -1,t) - 2T(i,t) + R(T-T(i,t)(3)water式中：T(i,t)第i片在时刻t时的温度，； T(i,t + At)第i片在时刻t + At时的温度，；T(i,t)第i +1片在时刻t时的温C； T(i,t)第i -1片在时刻t时的温度，C； T 辊身water水温度，C； C热传导系数，1； R轧辊与辊身水之间的热交换系数，J/K/S。 轧辊与轧件之间热交换公式6:t(十 +A) ”八丄Q (i) - L - arc(i)T - T (i, t)T (i, t + At) = T (i, t) +inf4 R b to式中：T(i,t)第i片在时刻t时的温度，C；
9、 T(i,t + At)第i片在时刻t + At时的温度，C；L 轧件长度， mm； arc 接触弧长， mm； T 轧辊渐进温， C ； 4 轧辊角速度，rad/s； R轧辊半径，mm； b小片宽度，mm ；时间系数，s； a(i), P(i)1。在轧制过程中，轧辊内外温差引起热膨胀，其膨胀模型公式如下：式中直径轧辊膨胀值,mm； T -Rollmm； a轧辊膨胀系数。e = 2 * (T T ) - D -aRoll Surf轧辊平均温度， C ； Tsurfsurf轧辊表明温度,C； D系数，(5)轧辊确定初始道次数及上游道次1、2、n-3和下游道次n-2、n-1、n的压下量dhi和轧制
10、力P,初始给定个道次弯辊力FB根据成品目标凸度C及恒比例凸度相等的原则，反算下游各道次出口目标凸度及上游末道次的出口凸度C” 3n-3根据来料凸度和和上游道道次出口凸度计上上游道次例的度变化度变将值按上游各道次上游各压次量相对压道量占上游压次量相对压下行分配例进行得配上进而道次上游各道次目标出口凸度令i=i计算轧辊磨损和热膨胀根据板凸度方程计算该道次出口板凸度CH；+1i+1根据绍特判别式判断是否平直度良好？调整弯辊力i=i+i判断弯辊力是否超限F F ?超B BMAX出令F二FB BMAX是计算比例凸度控制 曲线斜率卩调整dh；i=i+l是否是输出弯辊力计算结果F F结束图 5. 弯辊力计算
11、流程图由公式(3)和公式(4)计算轧辊与冷却水之间、轧辊与轧件之间的热交换公式可求出每个单元的 温度，然后得到轧辊辊身的平均温度值，根据轧辊热膨胀模型公式(5)可计算出轧辊的膨胀值。按照弯辊力计算流程如图5 所示，可以预先计算出精轧每道次的弯辊力大小。考虑咬入的稳定性， 要求精轧前1、2 各道次弯辊力不宜设定过大，随后以控制板凸度为主，最大限度地在前几道次降低板凸 度；在最后三道次以控制平直度为主，其预计算得到的弯辊力均须留有一定的调节余量，以根据实际板 形增大或减小弯辊力7。当弯辊力达到极值时，辊间局部磨损产生影响。据研究结果表明，弯辊对宽板板凸度的控制能力要 明显强于窄板时的情况；在板宽一
12、致的情况下，所作用的弯辊力大小与轧后板凸度之间呈线性关系。在 线控制时，可以根据目标板凸度值，通过弯辊力的在线调节，改变轧辊挠度大小，可实现有效的板形控 制。4 结论(1) 给定中厚板合理的轧制规程分配，并根据实际板形修正板形控制系数，动态调最后几道次轧制 力大小，进而改变有载辊缝形状，达到有效控制中厚板板形的目的。(2) 充分考虑轧辊的热磨损和热膨胀，采用弯辊力控制系统有利于板凸度调整和板形控制，弯辊力 设定值对现场生产有较好的指导价值。(5) 对中厚板进行合理的规程分配、适当的弯辊力设定、良好的辊形和轧辊热凸度配合，能够使中 厚板的板形得到最佳控制。参考文献：1 马正贵.中厚板轧机的板形控
13、制J.安徽工业大学学报,2008,25(3):7.2 王国栋.板形控制和板形理论M.北京：冶金工业出版社，1986.3 胡贤磊.中厚板轧机过程控制模型的研究. 东北大学博士学位论文,20024 金兹伯格 V B. 高精度板带材轧制理论与实践.北京:冶金工业出版社,20005 胡贤磊，矫志杰，邱红雷等.中厚板轧制规程的综合负荷优化分配方法的应用J.钢铁研究学报,2003, 15(2): 24.6 Shohet K N, Townsend N A. Roll bending methods of crown control in four high plate mills.JISI,1986;(11):10887 朱鹏举.中厚板轧机的板形与板凸度控制J.江苏冶金,2005,33(6):6.
