板形控制概述-(2474)

1、軋制技術(shù)及連軋自動(dòng)化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,冷軋帶鋼的板形控制技術(shù),軋制技術(shù)及連軋自動(dòng)化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室東 北 大 學(xué),王 鵬 飛,主要內(nèi)容,冷軋板形控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀,,平直,中浪,邊浪,板形的一般概念：,帶鋼是否平直,冷軋板形控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀,導(dǎo)致斷帶,導(dǎo)致后續(xù)加 工難度增大,板形快速調(diào)整—液壓彎輥,通過(guò)合理制定壓下規(guī)程可以一定程度上滿(mǎn)足板形控制的要求，但調(diào)節(jié)范圍受限，不能達(dá)到現(xiàn)代軋機(jī)板形控制精度的要求。為了更好地控制板形，特別

2、是在軋制過(guò)程中能及時(shí)地根據(jù)板形缺陷快速調(diào)整輥型以控制板形，廣泛采用彎輥的方法，即采用液壓缸的壓力使工作輥或支承輥產(chǎn)生附加彎曲，以改變輥縫形狀，保證板材平直度和斷面形貌偏差符合要求。,冷軋板形控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀,冷軋板形控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀,板形調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),冷軋板形控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀,普通四輥軋機(jī),冷軋板形控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀,調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主要有工作輥正/負(fù)彎輥，軋輥傾斜控制，板形控制能力較弱，只能用于一般的冷軋帶鋼生產(chǎn)，或在連軋機(jī)中作為控制壓下機(jī)架，而不

3、作為板形調(diào)節(jié)機(jī)架,冷軋板形控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀,六輥軋機(jī),冷軋板形控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀,六輥軋機(jī) 通過(guò)上下中間輥沿相反方向進(jìn)行軸向的相對(duì)橫移，改變工作輥與中間輥的接觸長(zhǎng)度，使工作輥和支承輥在板寬范圍之外脫離接觸，可以有效地消除有害接觸彎矩，使工作輥彎輥的控制效果得到了大幅增強(qiáng)。通過(guò)軋機(jī)中間輥的橫移，可以適應(yīng)軋制板寬的變化，實(shí)現(xiàn)軋機(jī)的較大橫向剛度，具有較強(qiáng)的板形控制能力,HC及其它軋輥橫移式軋機(jī),日本日立公司創(chuàng)立的HC軋機(jī)，即中間輥可以軸

4、向移動(dòng)的六輥軋機(jī)，由于消除帶寬以外工作輥與支撐輥間的接觸，從而減小了工作輥撓度和帶材邊部減薄，并可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，提高了板形控制的能力，目前已得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 在HC軋機(jī)可移動(dòng)中間輥和工作輥彎輥的基礎(chǔ)上，增設(shè)中間輥正彎輥，成為UC軋機(jī)，因而具有更強(qiáng)的板形控制能力。在HC軋機(jī)的基礎(chǔ)上，還可派生出工作輥也可以軸向移動(dòng)的HCMW,UCMW六輥軋機(jī)，僅對(duì)工作輥進(jìn)行軸向移動(dòng)的HCM四輥軋機(jī)等。 工作輥軸向移動(dòng)不僅有利于

5、控制板形，對(duì)均勻工作輥磨損也是非常有利的措施。無(wú)論是工作輥移動(dòng)還是中間輥移動(dòng)，都提高了彎輥力的作用效果。,冷軋板形控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀,冷軋板形控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀,六輥軋機(jī)的分類(lèi),冷軋板形控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀,六輥軋機(jī)板形調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主要有工作輥正/負(fù)彎輥、中間輥正/負(fù)彎輥、軋輥傾斜和中間輥橫移控制。六輥HC/UC類(lèi)軋機(jī)剛度大、板形控制能力強(qiáng)，常用于單機(jī)架配置的生產(chǎn)，或者用于連軋機(jī)組中的末機(jī)架配置，用于實(shí)現(xiàn)成品帶鋼的板形控制。,冷軋板形控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)

6、狀,連續(xù)可變凸度軋機(jī)（CVC）,CVC軋機(jī)是德國(guó)西馬克公司于80年代初開(kāi)發(fā)，第一臺(tái)軋機(jī)于1982年投入運(yùn)轉(zhuǎn)。由于其獨(dú)特的控制板截面形狀和板形控制特性，自研制以來(lái)，在鋼板帶和鋁板帶軋制中獲得了廣泛的應(yīng)用。,冷軋板形控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀,a. 中間位置 b. 正凸度 c. 負(fù)凸度,冷軋板形控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀,連續(xù)可變凸度軋機(jī)（CVC）,冷軋板形控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀,連續(xù)可變凸

7、度軋機(jī)（CVC）,分為CVC-4H和CVC-6H軋機(jī)CVC-4H軋機(jī)為四輥軋機(jī)，工作輥輥型磨削加工成具有一定曲線特征的形貌，實(shí)現(xiàn)軋機(jī)輥縫形狀的連續(xù)可變。CVC-6H軋機(jī)為六輥軋機(jī)，中間輥被磨削加工成具有一定曲線特征的形貌，通過(guò)中間輥橫移，實(shí)現(xiàn)軋機(jī)有載輥縫的連續(xù)可變。,CVC軋機(jī)控制板形的特點(diǎn) CVC輥型和彎輥是CVC軋機(jī)控制板形的兩種獨(dú)立的控制方法。一般來(lái)說(shuō)，一種方法只能控制一種簡(jiǎn)單的板形缺陷（對(duì)稱(chēng)邊浪或中間浪），兩種方法配

8、合一起使用才能既控制第一種簡(jiǎn)單的又能控制第二種復(fù)雜的板形缺陷（四分之一浪或者邊中復(fù)合浪）。但如果兩種方法使用不當(dāng)，第二種板形缺陷則不能得到有效控制。因此，存在CVC輥型調(diào)整與彎輥力調(diào)節(jié)兩種方法最佳配合的問(wèn)題。理論上最佳配合的目標(biāo)函數(shù)是出口帶材的橫向張力分布均勻，使總張力消失后帶材平直度達(dá)到板形精度的要求。,冷軋板形控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀,森吉米爾軋機(jī)具有整體鑄造（或鍛造)的機(jī)架，剛度大，并且軋制力呈放射狀作用在機(jī)架的各個(gè)斷面上。 工作輥徑

9、小，道次壓下率大，最大達(dá)86％。有些材料不需中間退火，就可以軋成很薄的帶材。 設(shè)備質(zhì)量輕，軋機(jī)質(zhì)量?jī)H為同規(guī)格的四輥軋機(jī)的三分之一。軋機(jī)外形尺寸小，所需基建投資少。,冷軋板形控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀,森吉米爾軋機(jī),冷軋板形控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀,冷軋板形控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀,冷軋機(jī)的發(fā)展方向,冷軋板形控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀,,,理論和設(shè)備,軋機(jī)裝備水平不斷提高；板形檢測(cè)設(shè)備的精度和穩(wěn)定性不斷提高；板形控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)配置的不斷完善和提高。,,,計(jì)算機(jī)、通信

10、、仿真技術(shù)等學(xué)科的發(fā)展提高了板形控制的自動(dòng)化、智能化水平；板形控制新理論、新工藝的出現(xiàn)帶來(lái)了新的板形控制思路。,冷軋板形控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀,冷軋板形控制技術(shù)代表軋鋼領(lǐng)域單項(xiàng)技術(shù)最高水平之一。板形控制是厚度控制沿帶材寬度方向上的延伸，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)多，各板形調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)對(duì)板形的影響規(guī)律復(fù)雜，因此板形控制系統(tǒng)是一個(gè)多變量，強(qiáng)耦合，非線性的復(fù)雜控制系統(tǒng)。隨著用戶(hù)的要求逐漸增高，以及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的愈加激烈，國(guó)內(nèi)主要冷軋帶材生產(chǎn)廠均在冷軋生產(chǎn)線上使用板形控制系

11、統(tǒng)，而這些板形控制系統(tǒng)全部依賴(lài)進(jìn)口。全世界只有極少數(shù)著名跨國(guó)公司可以提供全套工業(yè)生產(chǎn)所需的冷軋板形控制技術(shù)與控制系統(tǒng)。,,板形控制技術(shù)領(lǐng)先選手,冷軋板形控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀,,,冷軋板形控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀,我國(guó)板形控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀,初步開(kāi)發(fā)出滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)的板形控制系統(tǒng),尚未開(kāi)發(fā)出可成熟用于實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)的板形檢測(cè)設(shè)備,板形控制技術(shù)整體水平還比較低,,,,,,,,,,,,,,,,,,檢測(cè)設(shè)備,控制系統(tǒng),整體水平,冷軋板形控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀,

12、一是引進(jìn)的板形控制系統(tǒng)與國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)的設(shè)備生產(chǎn)情況并不完全符合，板形控制系統(tǒng)功能單一，對(duì)產(chǎn)品規(guī)格和品種有嚴(yán)格的限制，難以滿(mǎn)足多樣化產(chǎn)品的生產(chǎn)要求，而且對(duì)來(lái)料帶鋼的質(zhì)量要求較高，在來(lái)料帶鋼存在板形缺陷時(shí)很難消除后續(xù)生產(chǎn)帶來(lái)的重疊板形缺陷；二是國(guó)外板形控制系統(tǒng)引進(jìn)價(jià)格極為昂貴，維護(hù)費(fèi)用和備件費(fèi)用很高，中小鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)一般都難以負(fù)擔(dān)高昂的引進(jìn)費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用。這限制了國(guó)外板形控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)中小型鋼鐵企業(yè)的廣泛推廣應(yīng)用。,引進(jìn)的板形控制技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)

13、狀,冷軋板形控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀,,國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng),下游產(chǎn)業(yè)對(duì)帶鋼板形質(zhì)量要求的提高,國(guó)外公司對(duì)板形控制技術(shù)的封鎖,板形控制技術(shù)研究勢(shì)在必行,冷軋板形控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀,我國(guó)板形研究的發(fā)展方向,研究建立一系列板形控制核心模型，不斷發(fā)展板形控制理論，通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)和完善板形控制系統(tǒng)，使其在工業(yè)生產(chǎn)中能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，擴(kuò)大國(guó)產(chǎn)板形控制技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用范圍，為國(guó)內(nèi)冷軋企業(yè)的技術(shù)水平提高提供技術(shù)支持。開(kāi)發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的板形控制系統(tǒng)，

14、打破國(guó)外公司的技術(shù)壟斷；從整體上提升我國(guó)冷軋機(jī)的板形控制水平，提高我國(guó)冷軋帶材產(chǎn)品的附加值和技術(shù)含量，提高我國(guó)冷軋帶材企業(yè)的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。,板形控制的基本理論,1）. 板形缺陷的主要表示方法,相對(duì)波峰值表示相對(duì)長(zhǎng)度差表示張力差表示帶鋼斷面的多項(xiàng)式表示矢量表示法,2）.帶鋼平直條件,：相對(duì)波峰值,：帶鋼平直部分長(zhǎng)度,：帶鋼產(chǎn)生瓢曲的部分的振幅,相對(duì)波峰值表示,板形控制的基本理論,：帶鋼平直部分的長(zhǎng)度,：帶鋼瓢曲部分的長(zhǎng)度,：相

15、對(duì)長(zhǎng)度差,相對(duì)長(zhǎng)度差表示波浪部分的曲線長(zhǎng)度相對(duì)于平直部分標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度的相對(duì)增長(zhǎng)量。相對(duì)長(zhǎng)度差的 為一個(gè)I單位。,b. 相對(duì)長(zhǎng)度差表示,板形控制的基本理論,帶鋼在張力作用下顯在板形缺陷消失，而變?yōu)闈撛诎逍稳毕?，此時(shí)沿板寬方向出現(xiàn)張力不均勻分布。原來(lái)平直部分（即相對(duì)長(zhǎng)度差為0的部分）受張力大，而原來(lái)有波浪部分（相對(duì)長(zhǎng)度差大于0的部分）受張力小。此時(shí)板形可以用張力差來(lái)表示。,如果施加到標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度部分的單位張力為 T0 則板寬方向上

16、某點(diǎn)的單位張力 T(X) 可以表示為：,又有 （其中 為彈性模量）,故有,c. 張力差表示,板形控制的基本理論,板形控制的基本理論,帶鋼的板形與帶鋼的斷面形貌有關(guān)，所以為了控制帶鋼的平直度，可以將帶鋼的板形用斷面形狀參數(shù)來(lái)表示。帶鋼斷面形狀可以用帶鋼厚度（帶鋼半厚）h(x)與板寬方向離開(kāi)中心線距離x之間的數(shù)字表達(dá)式來(lái)表示。,式中 ： hc為

17、帶鋼中部厚度,表示斷面形狀特征的系數(shù),d. 帶鋼斷面的多項(xiàng)式表示,任何一個(gè)給定的斷面形狀都可以用上式來(lái)表達(dá)。但是除一次項(xiàng)與兩側(cè)壓下不等有關(guān)外，一般認(rèn)為帶鋼是左右對(duì)稱(chēng)的，所以奇次項(xiàng)不存在，同時(shí)為簡(jiǎn)化計(jì)算，忽略高次項(xiàng)，因而上式可以簡(jiǎn)化為：,由上式可知，只要知道了四個(gè)參量hc、a1、a2、a4 ，則斷面形狀就完全確定了。系數(shù)a1、a2、a4主要取決于軋輥凸度分布，單位長(zhǎng)度軋制力分布，彎輥力大小和方向。,板形控制的基本理論,斷面形狀特征系數(shù)的確

18、定,根據(jù)板形良好條件有：,帶鋼來(lái)料的斷面形狀設(shè)為：,出軋帶鋼的斷面形狀設(shè)為：,板形控制的基本理論,板形控制的基本理論,則有：,為此必須滿(mǎn)足：,這種方法不是以板寬上某一點(diǎn)的板形來(lái)描述，而是以整個(gè)斷面的形狀來(lái)表示板形，所以它能反映復(fù)雜的板形缺陷。,這是研究某些板形控制系統(tǒng)時(shí)所采用的一種表示方法，它形象地表示了在板形控制系統(tǒng)的作用下板形變化的趨勢(shì)。設(shè)有某板形控制系統(tǒng)，當(dāng)其設(shè)定值變化為1時(shí)，帶鋼的c點(diǎn)（中點(diǎn)），q點(diǎn)（半板中心），e點(diǎn)（邊部）的板

19、厚變化分別為 ac、aq、ae 它們?yōu)樵撓到y(tǒng)對(duì)板形的影響系數(shù)。以板寬方向?yàn)闄M坐標(biāo)x，以a為縱坐標(biāo)，可以表示如下：,板形控制的基本理論,根據(jù)向量在坐標(biāo)系中的位置可以確定帶鋼板形缺陷的分布趨勢(shì),板形控制的基本理論,板形矢量 有兩個(gè)分量 和 ，即,根據(jù)該矢量在不同象限的位置，可以表示板形的不同變化趨勢(shì)和變化的劇烈程度。,板形控制的基本理論,板形控制的基本理論,邊部減薄的

20、原因,軋制力引起軋輥壓扁變形的分布特征：邊部軋輥壓扁量較小，軋制力越大，邊部減薄越嚴(yán)重。邊部金屬和內(nèi)部金屬的流動(dòng)規(guī)律也顯著不同：邊部金屬所受側(cè)向阻力比內(nèi)部要小得多，側(cè)向阻力為0。,板形控制的基本理論,凡是影響軋制力分布的因素，也影響工作輥的壓扁分布，必然影響邊部減薄。例如增大壓下量，軋制硬質(zhì)材料等均會(huì)引起邊部減薄量增大。采用較大工作輥直徑，一方面會(huì)使軋件與軋輥的接觸弧長(zhǎng)增加，從而增大縱向阻力，助長(zhǎng)橫向流動(dòng)，另一方面又會(huì)加大接觸壓扁，所

21、以必然會(huì)引起邊部減薄增大，由此可知，工作輥直徑越小，則邊部減薄也越小?？筛淖冚佇蝸?lái)減小邊部減薄，例如采用雙錐度工作輥以及可橫向抽動(dòng)的單錐度工作輥。,邊部減薄,板形控制的基本理論,a. 產(chǎn)生板形缺陷的原因,如果板帶沿寬度方向上各部分有不均一的壓下變形，則必將產(chǎn)生不均一的縱向延伸。由于帶鋼是一個(gè)整體，個(gè)部分之間必將互相牽制，互相影響。因此帶鋼內(nèi)部就產(chǎn)生互相作用的內(nèi)應(yīng)力。當(dāng)這個(gè)內(nèi)應(yīng)力足夠大時(shí)，就可能破壞帶鋼個(gè)部分之間維持平直的穩(wěn)定性條件，帶鋼

22、上就會(huì)產(chǎn)生波浪形，翹曲等板形缺陷。,b. 平直條件,要使帶鋼在軋制過(guò)程中保持平直，首要的條件就是保證帶鋼沿寬度方向上各處有均勻的延伸。,板形控制的基本理論,如圖所示為帶鋼變形前和變形后的斷面形狀， 和 分別表示帶鋼變形前中部和邊部的厚度； 和he分別表示帶鋼變形后中部和邊部的厚度，則帶鋼變形前和變形后的凸度 和 分別為：,板形控制的基本理論,為了獲得平直的帶鋼，應(yīng)使帶鋼中部和邊部有相等的延伸量，應(yīng)該保證：,即,由此可得,板形控制