板形理论基础

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1、University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB板形理论基础板形理论基础北北 京京 科科 技技 大大 学学孙孙 蓟蓟 泉泉7/28/20241University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB 板带材由于其外形具有可剪裁、拼合、弯曲、冲压成型及护盖包容能力的特点，在国民经济各部门中被广泛应用。 同时，还有与其断面形状简单，便于采用高速度、自动化和连续化的先进生产方式进行大批量生产，致使板带材在钢产量中所占的地位和比例不断提高。 板带材生产技术水平

2、不仅是冶金工业发展水平的重要标志，也反映了一个国家工业与科学技术发展的水平。7/28/20242University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB板、带产品的外形、使用与生产特点 板、带产品外形扁平宽厚比大，单位体积的表面积也很大，这种外形特点带来其使用上的特点：1)表面积大，故包容覆盖能力强在化工、容器、建筑、金属制品、金属结构等方而都得到广泛应用；2)可任意剪裁、弯曲、冲压、焊接、制成各种制品构件，使用灵活方便，在汽车、航空、造船及拖拉机制造等部门占有极其重要的地位；3)可弯曲、焊接成各类复杂断面的型钢、钢管、大型工

3、字钢、槽钢等结构件，故称为“万能钢材”7/28/20243University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB板、带材的生产具有以下特点： (1) 板、带材是用平辊轧出，故改变产品规格较简单容易，调整操作方便算机控制和进行自动化生产； (2) 带钢的形状简单，可成卷生产，且在国民经济中用量最大，故必须而且能够实现高速度的连轧生产； (3) 由于宽厚比和表面积都很大，故生产中轧制压力很大，可达数百万至数千万牛顿，因此轧机设备复杂庞大，而且对产品厚、宽尺寸精度和板形以及表面质量的控制也变得十分困难和复杂。7/28/20244U

4、niversity Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB板、带材技术要求 对板带材的技术要求具体体现为产品的标准。板、带材的产品标准一般包括有品种(规格)标淮、技术条件、试验标准及交货标准等。根据板、带材用途的不同，对其提出的技术要求也各不一样，但基于其相似的外形特点和使用条件，其技术要求仍有共同的方面，归纳起来就是“尺寸精确板形好，尺寸精确板形好，表面光洁性能高表面光洁性能高”。这两句话指出了扳带钢主要技术要求的四个方面。 7/28/20245University Of Science and Technology Beiji

5、ng轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB(1) 尺尺寸寸精精度度要要求求高高 尺寸精度主要是厚度精度，因为它不仅影响到使用性能及连续自动冲压后步工序、而且在生产中的控制难度最大。此外厚度偏差对节约金属影响也很大。板、带钢由于BH很大，厚度一般很小，厚度的微小变化势必引起其使用性能和金属消耗的巨大波动。故在板、带钢生产中一般都应力争高精度轧制以及按负公差轧制。7/28/20246University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB2) 板形要好板形要好 板形要平坦，无浪形瓢曲才好使用。例如，对普通中厚板，其每米长度上的瓢曲度

6、不得大于15mm，优质板不大于l0mm，对普通薄板原则上不大于20mm。因此对板、带钢的板型要求是比较严的。但是由于板、带钢既宽且薄，对不均匀变形的敏感性又特别大，所以要保持良好的板型就很不容易。板、带愈薄，其不均匀变形的敏感性越大，保持良好板型的难度也就愈大。显然，板型的不良来源于变形的不均匀，而变形的不均又往往导致厚度的不均。因此板型的好坏往往与厚度精确度也有着直接的关系。 7/28/20247University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB(3) 表面质量要好表面质量要好 板、带钢是单位体积的表面积最大的一种钢材

7、，又多用作外围构件，放必须保证表面的质量。无论是厚板或薄板，表面皆不得有气泡、结疤、拉裂、刮伤、折叠、裂缝、夹杂和压入氧化铁皮，因为这些缺陷不仅损害板制件的外观，面且往往败坏性能或成为产生破裂和锈蚀的策源地，成为应力集中的薄弱环节。例如，硅钢片表面的氧化铁皮和表面的光洁度就直接败坏磁性，深冲钢板表面的氧化铁皮会使冲压件表面粗糙甚至开裂，并使冲压工具迅速磨损，至于对不锈钢板等特殊用途的板、带，还可提出特殊的技术要求。 7/28/20248University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB(4)性性能能要要好好 板、带钢的性

8、能要求主要包括机械性能、工艺性能和某些钢板的特殊物理或化学性能。一般结构钢板只要求具备较好的工艺性能，例如，冷弯和焊接性能等，面对机械性能的要求不很严格。对甲类钢钢板，则要保证性能，要求有一定的强度和塑性。对于重要用途的结构钢板，则要求有较好的综合性能，除要有良好的工艺性能、一定的强度和塑性以外，还要求保证一定的化学成分，保证良好的焊接性能、常温或低温的冲击韧性，或一定的冲压性能、一定的晶粒组织以及各向组织的均匀性等等。7/28/20249University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB 此外，除了上述各种结构钢板以外

9、，还有各种特殊用途的钢板，如高温合金扳、不锈钢板、硅钢片、复合板等，它们或要求特殊的高温性能、低温性能、耐酸耐碱耐腐蚀性能，或要求一定的物理性能(如磁性)等。7/28/202410University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB衡量板形的主要内容：衡量板形的主要内容：成品带钢的断面形状（凸度、楔形）成品带钢的平直度等7/28/202411University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB板形的数量表示方法板形的数量表示方法（1）与沿板宽方向的厚度

10、分布有关的断 面形状； （2）同钢板平坦度有关的板形。7/28/202412University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB中浪、边浪产生原因中中浪浪 是由于轧制力造成的轧辊弯曲变形“不足”，使有载辊缝形状与入口凸度不匹配，在宽度的中部压下率“过大”所造成的。边边浪浪 则有两种可能，一种是由于轧辊弯曲变形“过大”，使有载辊缝形状与入口凸度不匹配，在宽度的边部压下率“过大”所造成的。另一种原因是由于轧辊磨损，特别是与带钢边部相应处的磨损造成边浪。7/28/202413University Of Science and T

11、echnology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB表示板形最常用的四种方法表示板形最常用的四种方法用相对波峰值表示 用松弛系数表示 用张力差表示 用板形参数表示7/28/202414University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB1.1.凸度凸度hchEhe40mm带钢断面形状表示方法带钢断面形状表示方法 绝对凸度CR为带钢宽度方向中点与两侧左右标志点（ hL hR）厚度平均值之差。7/28/202415University Of Science and Technology Beijing轧钢技术

12、新进展轧钢技术新进展USTB 为绝对凸度与标志点平均厚度之比相对凸度相对凸度7/28/202416University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB3. 边部减薄E为带钢实际边缘厚度2. 楔形左右标志点厚度之差7/28/202417University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB4. 断面形状的数学表达式对宽而薄的热带可能存在三、四次项边部减薄可用正弦或余弦表示一次项为楔形的反映二次项（抛物线）为左右标志点间形状7/28/202418Univer

13、sity Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB7/28/202419University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB是距带钢中心距离为 点处发生的残余应力；C为常数； 为平坦参数，并与下列参数有关：前后张应力， mp轧前、轧后厚度， mm工作辊、支撑辊的凸度， mm液压弯辊力， KN（2）残余应力简化计算公式7/28/202420University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB凸

14、度与平坦度之间的关系凸度与平坦度之间的关系凸度决定于轧辊有载辊缝的形状，因此对轧辊有载辊缝形状有影响的都对出口带钢的断面形状有影响。平坦度决定于宽度方向各假想小条的均匀延伸，因此与入口带钢相对凸度及出口带钢相对凸度是否匹配有关。7/28/202421University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB宽度方向各假想小条宽度方向各假想小条7/28/202422University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB式中 H、h 原料和带钢轧后的平均厚度 、

15、原料和带钢轧后的凸度 保证带钢轧后平直的条件7/28/202423University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB当=0时，为板形良好的条件；当0时，带钢必将出现边部浪形。 板形参数7/28/202424University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB 判断板形良好的条件7/28/202425University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB临界应力系数，需由实验获得；带

16、钢材料的弹性模量和泊松比；带钢的厚度和宽度。带钢翘曲的极限应力7/28/202426University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB张应力分布与板形缺陷7/28/202427University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB板形控制，实质上就是控制带钢凸度，使=/板形与轧辊有载辊缝形状的关系有载辊缝形状由下列因素决定：有载辊缝形状由下列因素决定：工作辊的原始辊型DW0 工作辊的热辊型DWT 工作辊的磨损凸度DWM工作辊的弯曲挠度fWb工作辊的压扁

17、变形FWb7/28/202428University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB轧出带钢凸度应为轧辊有载辊型曲线凸度的两倍： = 2 则保证带钢板形良好，轧辊的有载辊缝形状应满足： 轧辊的有载辊形曲线凸度7/28/202429University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB式中 Kp轧机横向钢度系数t/mm； KS1工作辊弯辊钢度系数t/mm； KS2支持辊弯辊钢度系数t/mm； KW工作辊凸度影响系数； KB支持辊凸度影响系数；K0原料凸度影

18、响系数。板形控制的基本原理7/28/202430University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB板形良好的线性方程： 可控制凸度为X7/28/202431University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB 带钢板形良好线簇7/28/202432University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB带钢板形良好区间7/28/202433University Of Science

19、and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTBCRF4F5F6F1F2F3F7C1C3C2C5C4连轧板形控制的特点7/28/202434University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB 带钢相对凸度的关系对冷轧带钢，由于板形良好的范围比较窄，所以必须严格按相对凸度恒定的法则控制各机架出口相对凸度，故要求热轧卷具有要求的7/28/202435University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB带钢轧机板形控制装置用

20、于改变轧辊辊型，如CVC、PC及VC等。改变支撑辊与工作辊边部有害接触长度及辊系刚度，HC、UC等。弯辊装置（正弯辊）。7/28/202436University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB辊缝方程和板形方程 忽略带钢轧出后的弹性恢复，轧件出口断面形状就是轧辊辊系有载辊缝形状(板宽范围内)。 7/28/202437University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB工程中，采用辊逢凸度CR表示断面形状的特征 即辊身中点(亦即轧件中部点)与相对于轧件

21、边部(去掉边部减薄段后)辊身处有载辊缝值之差值S(c)或S(e) ，即为厚度控制中的S。CR即前面所述的0，因此辊缝方程为 对现代带钢热连轧机，由于设置了HCW、CVC或PC等机构，因此对带钢出口断面形状的设定主要是靠c和F，而将P、H、w及的看作扰动量来处理，因此采用了完全不同的控制策略。7/28/202438University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB当采用CVC轧机时，可控辊型c式中：B带宽； d横向串动量；R辊形曲线（最大、最小直径差）；系数。当采用PC轧机时，可控辊型c式中：B带宽； Dw工作辊直径；上下

22、辊交叉角（相对于原平行轴线）7/28/202439University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB影响辊缝形状的因素 板、带材横向厚差和板形主要决定于轧制时实际辊缝的形状，故必须研究影响实际辊缝形状的因素，并据以对轧辊原始形状进行合理的设计。 影响辊缝形状的因素主要有轧辊的弹性变形，轧辊的不均匀热膨胀和轧辊的磨损。7/28/202440University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB(1)轧辊的不均匀热膨胀 轧制过程中轧辊的受热和冷却条件沿辊身

23、分布是不均匀的。在多数场合下，辊身中部的温度高于边部(但有时也会出现相反的情况)，并且一般在传动侧的辊温稍低于操作侧的辊温。在直径方向上辊面与辊心的温度也不一样，在稳定轧制阶段，辊面的温度较高，但在停轧时由于辊面冷却较快，也会出现相反的情况。轧辊断面上的这种温度不均使辊径热膨胀值的精确计算很困难。为了计算方便，一般采用如下的简化公式：7/28/202441University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB轧辊的热凸度轧辊的热凸度是指由于在轧制时轧辊受高温作用而产生的凸度。这是一个复杂的热传导问题，应考虑如下因素：(1)轧

24、制前带材的热含量；(2)在接触弧处变形功和摩擦产生的热量；(3)通过接触弧传导给轧辊的热量；(4)由于冷却导致在轧辊表面的热量散失；(5) 传导给轧辊轴承的热量。7/28/202442University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB(2)轧辊的磨损 轧件与工作辊之间及支撑辊与工作辊之间的相互摩擦都会使轧辊不均匀磨损，影响辊缝的形状。但由于影响轧辊磨损的因素太多，故尚难从理论上计算出轧辊的磨损量，只能靠大量实测来求得各种轧机的磨损规律，从而采取相应的补偿轧辊磨损的办法。7/28/202443University Of S

25、cience and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB热轧过程中的轧辊磨损热轧过程中的轧辊磨损 在热轧过程中，工作辊受周期性载荷的作用，伴随有坚埂的氧化物的研磨和温度的波动。轧银磨损与以下条件密切相关：(1) 由于轧材与支撑辊相接触产生轧辊表面的研磨； (2) 轧辊受周期性裁荷作用，表层会出现机械疲劳； (3) 周期性地受轧材的加热和水雾的冷却导致轧辊表层的热力学疲劳， (4) 腐蚀作用。7/28/202444University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB(3)轧辊的弹性变形

26、这主要包括轧辊的弹性弯曲和弹性压扁。轧辊的弹性压扁沿辊身长度分布是不均匀的，这主要是由于单位压力分布不均匀所致。此外，在靠近轧件边部的压扁也要小一些，使轧件边部出现变薄区，随着轧辊直径的减小，边部变薄区也减小，一般情况下这个区域虽然不很大，却也影响成材率。在工作辊与支撑辊之间也产生不均匀弹性压扁，它直接影响到工作辊的弯曲挠度。轧辊的弹性弯曲挠度一般是影响辊缝形状的最主要的因素。7/28/202445University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB轧机的轧辊变形有以下两大主要原因： (1)由轧制力引起的轧辊变形。如图所示

27、的二辊轧机的通常轧制情况下，当在工作辊两端施加轧制力时，轧件在两辊间产生塑性变形。工作辊受到反作用力产生挠曲，使得带材板形具有一种依赖于如轧机尺寸、带材硬度、宽度、轧制力、压下量等多种因素的形状。 由轧制力引起的轧辊变形的另一种主要形式是轧辊压扁。轧辊压扁现象发生在轧件与工作辊的接触区以及工作辊与支撑辊的接触区。7/28/202446University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB7/28/202447University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展U

28、STB7/28/202448University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB(2) 由板形调控机构引起的轧辊变形。板形调控机构常用来对轧机的辊缝形状作适当的调整，以获得良好的板形。 常用来调整辊缝形状的设备是弯辊机构，它能使轧辊产生水平或垂直面上的弯曲。弯辊力可以加在轧辊轴承座或辊身上。在轧机上对工作辊和支撑辊的弯辊系统都已经实现。 另一种调节辊缝形状的方法是采用可变辊型曲线的轧辊。这种轧辊通常由辊轴和套筒构成，装在辊轴和套筒之间的液压或机械动力设备可调整辊套的外形。7/28/202449University Of S

29、cience and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB 通常二辊轧机轧辊的弯曲挠度应由弯矩所引起的挠度和切力所引起的挠度两部分所组成，其辊身挠度差可按下式近似计算：7/28/202450University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB四四辊辊轧轧机机 支撑辊的辊身挠度差可以用上式进行近似计算。长期以来，根据对轧辊挠度的分析，认为当支撑辊直径与工作辊直径之比值较大时，弯曲力主要出支撑辊承担，故工作辊的挠度也可以近似地认为与支撑辊的挠度相等。因而就认为辊型设计时可以用支撑辊的辊身挠度

30、差来代替工作辊的辊身挠度差。但是理论和实验都表明，轧制时工作辊的实际挠度比支撑辊大得多。这主要是因为工作辊与支撑辊之间存在有弹性压扁变形，结果使位于板宽范围之外的那一部分上作辊受到支撑辊的悬臂弯曲作用，从而大大地增加了工作根本身的挠度。轧件的宽度愈小，工作辊的挠度便愈大。7/28/202451University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB 因此，四棍轧机工作辊的弯曲挠度不仅取决于支撑辊的弯曲挠度，而且也取决于支撑辊和工作辊之间的不均匀弹性压扁所引起的挠度。如果支撑辊和工作辊辊型的凸度均为零，则工作辊的挠度为：工作辊的

31、弯曲挠度；支撑辊的弯曲挠度；支撑辊和工作辊间不均匀弹性压扁所引起的挠度差7/28/202452University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB轧辊辊型设计 由于轧制时轧辊的不均匀热膨胀、轧辊的不均匀磨损以及轧辊的弹性压扁和弹性弯曲，致使空载时原本平直的辊缝在轧制时变得不平直了，致使板带的横向厚度不均和板形不良。为了补偿上述因素造成的辊缝形状的变化，需要预先将轧辊车磨成一定的原始凸度或凹度，赋予辊面以一定的原始形状，使轧辊在受力和受热轧制时，仍能保持平直的辊缝。7/28/202453University Of Scien

32、ce and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB 在设计新轧辊的辊型曲线(凸度)时，主要是考虑轧辊的不均匀热膨胀和轧辊弹性弯曲(挠度)的影响。由于轧辊热膨胀所产生的热凸度，在一般情况下与轧辊弹性弯曲产生的挠度相反，故在辊型设计时，应按热凸度与挠度合成的结果，定出新辊的凸度(或凹度)曲线。(1) 根据大量的实践资料统计，轧辊不均匀热膨胀产生的热凸度曲线，可近似地按抛物线计算；7/28/202454University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB(2) 由轧制力产生的轧辊挠度曲线，一般

33、也可以按抛物线的规律计算 轧辊热凸度曲线和挽度曲线叠加起来，得出原为平辊身的轧辊在实际轧制过程中的棍缝形状的凸度(或凹度)曲线，即：当x0时即在辊身中部，得其最大实际凸度为7/28/202455University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB 在实际生产中，原始辊型的选定并不是完全是依靠计算，而依靠经验估计与对比。在大多数的情况下，一套行之有效的辊型制度都是经过一段时期的生产试轧，反复比较其实际效果之后才最终确定下来的，检验原始辊型的合理与否应从产品质量、设备利用情况、操作的稳定性以及是否能有利于辊型控制与调整等方而来

34、衡量。凸度选得过大，会引起中部浪形，凸度过小又有可能限制轧机负荷能力的充分发挥，即为了防止边浪而不能施加较大的压力。当然在采用液压弯辊装置的现代化板、带轧机上，原始辊型凸度的选择可以大力简化。但由于弯辊装置的能力也有一定的限制，因而还需要有一定的原始辊型与之配合工作。辊型凸度选得合适时，液压弯辊在其能力范围内将能有效地消除板形缺陷。 7/28/202456University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB轧辊热辊型模型轧辊热辊型模型 轧辊热辊型是辊缝形状方程中的一项重要参数热轧时，工作辊将热膨胀，热膨胀沿辊身方向的分布称

35、为热辊型。工作辊由于与高温轧件接触而温度升高，同时由于冷却水而冷却。热辊型在换上新辊后半个多小时内变化较大，直至达到热平稳，但由于轮制与间隙的交替，辊温仍将发生动态变化，动态热辊型是影响出口处带钢板形的重要因素。 热辊型计算分为两步，首先计算工作辊的温度场，然后由温度场计算出轧辊表面的热变形。7/28/202457University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB工作辊温度场计算工作辊温度场计算 在工作辊每转一因过程中，辊表面将交替地与高温轧件、空气及冷却水接触，井与支撑辊接触，由于转一圈时间较短，仅在极薄的表面层上沿圆

36、周方向温度有显著变化，而内部沿圆周方向温度变化极小，因此，为了简化计算，可采用等效环境温度及等效传热系数方法来计算工作辊温度场，这实际上将轧辊温度场计算归纳为一个动态二维热传导问题。7/28/202458University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB具有第三类边界条件的动态二维热传导方程：边界条件需分段确定。7/28/202459University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTBDE部分，A为轧辊周围空气温度。ES部分A为辊颈部分温度(传动侧由

37、于有连接轴相连，其辊颈部分温度低于操作侧)。H为等效传热系数。对于不轧钢的间歇时间，AC段边界条件与CD段相同7/28/202460University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB等效传热系数及等效环境湿度等效传热系数及等效环境湿度 轧制时，工作辊表面圆周的不同部分处于不同的热交换状态，热带钢、冷却水、空气、支撑辊接触组成复合外部环境，为了简化计算，可用一等效环境去代替，等效的意义为在轧辊每转一圈时间里等效环境和轧辊交换的热量与实际的复合环境与轧辊交换的热量相同。 等效环境仅用两个参数表示，即等效传热系数EQUL和等效

38、环境温度EQUL，对这两个参数的定义有不同的方法，下面给出的为其中方法之一，将边界划分为AC、CD及DES。(1)DE只和空气接触，其等效环境为空气环境。(2)置5通过外伸的轴颈与空气或连接轴接触，(有连接袖的一端，传热系数大)。 (3)边界CD的等效环境由冷却水、空气及支撑辊组成，由于冷却水的效应最大，等效环境温度可取冷却水的温度， 7/28/202461University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB等效传热系数则可用下式计算；由于热带钢的存在，等效环境温度较难确定。由于其他参数比较固定，水温空气温度远比带钢温度低

39、，因此其主要影响因素为7/28/202462University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB 我们曾用实验数据，对F1机架的等效环境温度求得以下公式： 由于作了一系列假设，等效环境的两个参数如仅靠公式计算是不够精确的，应对实际结果进行测试，并由此来修正公式或确定这两个系数后，才能用于计算，能够实测的为经一段轧制后的工作辊表面温度及其热辊型。7/28/202463University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB工作辊表面的热辊型 由于轧辊内部存在

40、的不均匀温度场而产生辊身方向的不均匀热膨胀，形成工作辊热辊型。一般是在实测的基础上采用数字解法求解 。较为实用的计算公式 ：上式亦可进行差分化后计算，此时可将工作辊沿半径方向分成N段进行逐步计算。7/28/202464University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB 辊型及板形控制技术辊型及板形控制技术 为了补偿工作辊的挠度，可以从改变轧辊凸度入手，途经有：1、 初始轧辊凸度法，2、 冷却液控制法；3、 弯辊法；4、 采用可变凸度轧辊。 为了控制板形，上一世纪70年代后，相继开发了一些新轧机与新技术，其辊系结构、辊形及

41、调节方式各有特色，主要采用的是移辊技术、对辊交叉等技术，主要机型有日本开发的有：HC轧机、PC轧机，德国开发的CVC、UPC轧机等。7/28/202465University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB 设计原始辊型时，只考虑正常生产中相对稳定的工艺条件。但实际上由于产品规格和轧制条件不断变化，且辊型又不断磨损，想用一种辊型去满足各种轧制情况的需要是根本不可能的。这就需要在轧制过程中根据不同的情况不断地对辊型和板形进行灵活调整和控制。控制辊型的目的就是控制板形，故辊型控制技术实际就是板形控制技术，但后者含义更广，它往往

42、把板形检测以及许多旨在提高板形质量的新技术和新轧机都包括了进去。这方面的技术近年来发展很快，可以分为常用辊型控制技术及板形控制的新技术和新轧机两类。7/28/202466University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB 常用辊型控制技术主要有调温控制法和弯辊控制法等 调温控制法是人为地向轧辊某些部分进行冷却或供热，改变较温的分布，以达到控制辊型的目的。热源一般就是依靠金属本身的热量和变形热，这是不大好控制的。由于轧辊本身热容量大，升温和降温都需较长的过渡时间，而急冷急热又极易损坏轧辊。从发现辊型反常并着手调整辊温时开始

43、，到调至完全见效时为止，要经过较长的时间，在这段时间里所轧产品实际是次品或不合格品，对于现代高速板、带轧机来说，这样缓慢的调整方法是绝不能满足要求的。但近年经过革新采用提高了冷却效率的分段冷却控制，作为弯辊控制或其他控制板形方法的辅助手段还是很有效的。7/28/202467University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB板形控制技术VC辊 (可变凸度辊） 在支撑辊内设有液压内腔，通过改变内换带有不同辊型的支撑辊。VC辊优点是： (1)减少支撑辊换辊次数，同时避免了储存多个不同辊型的轧辊； (2)可补偿轧辊磨损及热辊型；

44、 (3)对现有轧机进行改造比较方便，仅需用VC辊代替原有支撑辊即可。7/28/202468University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTBVC辊也有以下缺点：(1) VC辊制造较困难；(2) 高压旋转接头及油腔密封维护难；(3) 调节轧辊凸度的量较小7/28/202469University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB7/28/202470University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢

45、技术新进展USTB7/28/202471University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB DSR动态板形辊 DSR辊是法国克里西姆公司于20世纪90年代推出的新的板形控制方法，目前已在我国宝钢2030mm冷轧机上应用。 DSR辊，由固定辊轴、金属外套筒及套筒内七个液压控制压块组成，通过调整每个压块的压力，改变支撑辊与工作辊间压力分配来调节辊缝形状，这一方法目前尚未达到大量推广的阶段，但具有很多特点。7/28/202472University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进

46、展轧钢技术新进展USTB7/28/202473University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB液压弯辊法液压弯辊法 利用弯辊控制法，通过控制轧辊在轧制过程中的弹性变形可以达到这一目的。所谓液压弯辊技术就是利用液压缸施加压力使工作辊或支撑较产生附加弯曲，以补偿由于轧制压力和轧辊温度等工艺因素的变化而产生的较缝形状的变化，以保证生产出高精度的产品。 液压弯辊技术一般分为以下两种：即：工作辊弯曲和支撑辊弯曲方式。7/28/202474University Of Science and Technology Beijing轧钢

47、技术新进展轧钢技术新进展USTB7/28/202475University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB1) 弯工作辊的方法(当LD35时用之)。这又可以分为两种方式，如图所示：(a)弯辊力加在两工作辊瓦座之间。即除工作辊平衡油缸以外，尚配有专门提供弯辊力的液压缸，使上下工作辊轴承座受到与轧制压力方向相同的弯辊力N1，结果是减少了轧制时工作辊的挠度。这称为正弯辊。(b) 弯辊力加在两工作辊与支撑辊的瓦座之间，使工作辊轴承座受到一个与轧制压力方向相反的作用力N1，结果是增大了轧制时工作辊的挠度，这称为负弯辊。热轧和冷轧薄板

48、轧机多采用弯工作辊的方法。7/28/202476University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB 实际生产中由于换辊频繁，用(a)式装置需要经常拆装高压管路，影响油路密封，而且浪费时间。故更倾向于采用(b)法。或者将油缸置于与窗口牌坊相连的凸台上，以避免经常拆装油管。比较理想的是(a)法与(b)法并用，即选用所谓的工作辊综合弯辊系统，可以使辊型在更广泛的范围内调整，甚至用一种原始辊型就可以满足本同品种和不同轧制制度的要求。7/28/202477University Of Science and Technology B

49、eijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB7/28/202478University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB2)弯曲支撑辊的方法(上作辊LD3.5时用之)。这种方法是弯辊力加在两支撑辊之间。为此，必须延长支撑辊的辊头，在延长辊端上装有液压缸(图1612)，使上下支撑辊两端承受一个弯辊力(N2)。此力使支撑辊挠度减小，即起正弯辊的作用。弯曲支撑辊的方法多用于厚板轧机，它比弯工作辊能提供较大的挠度补偿范围，且由于弯支撑辊时的弯辊挠度曲线与轧辊受轧制压力产生的挠度曲线基本相符合，故比弯工作辊更有效，对于工作辊辊身较

50、长(LD4)的宽板轧机，一般以弯支撑辊为宜。7/28/202479University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB 液压弯辊所用的弯辊力一般在最大轧制压力的1020范围内变化。液压缸的最大油压一般为20一30MPa，近年还制成能力更大的液压弯辊系统。7/28/202480University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB7/28/202481University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢

51、技术新进展USTB CVCCVC、UPCUPC轧辊系统轧辊系统 CVC 即连续变化凸度轧辊系统。CVC辊是德国西马克公司于1982年推出的板形控制方法，其原理是在上下工作辊上磨成一定曲线(互成180。放置)，当轧辊相对窜动时可实现辊缝形状的在线调节。7/28/202482University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB7/28/202483University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB CVC、UPC轧机的特点是： (1) 调节能力较大，一对

52、CVC辊可以满足不同宽度带钢的需要； (2) 轴间窜动机构相对说不太困难。 因此目前应用比较广泛，特别是用于冷轧时可以在轧制过程中调节而不仅是用于设定。7/28/202484University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB HC HC 轧轧机机 HC轧机是日本推出的六辊轧机，其中间辊可窜动。现已发展出多种形式如：中间辊窜动的HCM六辊轧机，工作辊和中间辊均能窜动的HCMW六辊轧机，中间辊带辊型曲线的HCCVC六辊轧机。7/28/202485University Of Science and Technology Bei

53、jing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB7/28/202486University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTBHC轧机的优点是： (1) 板形控制能力强，图19为HC轧机与常规四辊在同样弯辊力下的控制效果比较。由图14中曲线可知，HC轧机仅需不太大的弯辊力即可较好地调节带钢波形度。 (2) 可消除工作辊与支撑辊边部的有害接触部分，使带钢边部减薄现象减轻，并可减少裂边。 (3) 由于工作辊辊径减少(比常规四辊少30左右)，因此可加大压下量，实现大压下量轧制，并减少能耗。 (4) 采用标难无凸度轧辊就能满足各种带宽的带

54、材轧制，减少了轧辊备件。 20世纪70年代至1987年，世界上已建立了180多架HC轧机，至今其仍是一种较流行的机种。7/28/202487University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB HC轧机的出现从理论和实践上纠正了一个错误观念，即认为支撑辊的挠度决定于工作辊的挠度，因而为了提高其弯曲刚度，便不断增大支撑辊直径。但实际上尽管支撑辊很大且有快速弯辊装置，其板平直度仍然不理想。而且理论与实践表明：工作辊的挠曲一般大于支撑辊的挠曲达数倍之多。其原因一方面是由于工作辊与文撑辊之间以及工作辊与被轧板带之间的不均匀接触变形

55、，使工作辊产生附加弯曲；另一方面则由于轧辊之间的接触长度大于板宽，因而位于板冤之外的辊间接触段，即有害接触部分使工作辊受到悬臂弯曲力而产生附加挠曲。7/28/202488University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB 最近几年来，基于这种分析和对轧机总体弹性变形分布的研究，创造出HC轧机。由于消除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形的作用。这是HC轧机技术中心之所在，是板、带轧机设汁思想的一个大进步。7/28/202489University Of Scienc

56、e and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTBSSMSSM轧轧机机 带移动辊套的轧机(SSM)。日本新日铁公司在四辊轧机的支撑辊上装备了比轧辊辊身长度短的可移动辊套。辊套可旋转，而且可沿着辊身作轴向移动。调整辊套轴向位置，使支撑辊支撑在工作辊上的长度约等于带钢宽度其原理与HC轧机相似。SSM轧机7/28/202490University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTBPC PC 轧轧机机 (Pair (Pair Cross Cross roll)roll) 成对辊交叉(PC)轧制技术。

57、在日本新日铁公司于1984年首次采用了工作辊交叉的轧制技术。PC轧机的工作原理是，通过交叉上、下成对的工作辊和支撑辊的轴线形成上下工作辊间辊缝的抛物线，并与工作辊的辊凸度等效。7/28/202491University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB等效轧辊凸度Cr由下式表示： 7/28/202492University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB 因此，如图所示，调整轧辊交叉角度即可对凸度进行控制。PC轧机具有很好的技术性能：(1) 可获得很宽的

58、板形和凸度的控制范围，因其调整辊缝时不仅不会产生工作辊的强制挠度，而且也不会在工作辊和支撑辊间由于边部挠度而产生过量的接触应力。与HC轧机、CVC、SSM及VC辊等轧机相比，PC轧机具有最大的凸度控制范围和控制能力。(2) 不需要工作辊磨出原始辊型曲线。(3) 配合液压弯辊可进行大压下量轧制，不受板形限制。 7/28/202493University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB 但是由于PC轧机轧辊交叉将产生很大的轴向力，对辊子的磨损很严重，因此将影响辊子的使用寿命，目前交叉角不超过1o 。一般PC轧机都带有再线磨辊装

59、置，以保持辊缝形状的稳定。7/28/202494University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTBCVC、PC、HC技术的各自特点： 1、调节范围。PC轧机的凸度调节能力较大，等调节的凸度大于1mm，CVC当抽动10mm，可适当改变凸度5mm。 2、调节机构。PC轧机调节机构复杂，CVC的抽辊机构相对简单许多。 3、轴向力。PC轧机轴向力最大，这亦是限制交叉角进一步加大的主要因素，PC轧机轴的向力最大可达轧制力的10%，达到2000kN，而CVC轧机一般仅为200kN左右。7/28/202495University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB4、弯辊力大小。PC轧机轧辊交叉，限制了弯辊力的加大，一般最大为8001000kN,而CVC轧 机 弯 辊 力 可 以 加 大 到 1500kN甚 至2000kN。 虽然，各种轧机有各自的特点，PC、CVC在热轧机上应用的很多，而HC轧机在冷轧上应用的则较多。7/28/202496University Of Science and Technology Beijing轧钢技术新进展轧钢技术新进展USTB谢 谢！7/28/202497