板形控制技術(shù)及應用

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1、板形控制技術(shù)及應用孫薊泉周永紅(北京科技大學)摘要概述了板形控制原理。根據(jù)有載輥縫形狀方程,分析了影響板形、板凸度的諸項因素,綜合介紹了板形控制技術(shù)及發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞板形控制板凸度輥形技術(shù)1引言近年來,隨著社會的發(fā)展和科學技術(shù)的進步,用戶對高質(zhì)量、高附加值、高技術(shù)難度的熱軋帶鋼產(chǎn)品的需求量顯著增加,對鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量、品種、性能方面的要求也越來越高。對熱軋板帶來說,其性能、質(zhì)量及精度要求主要包括厚度精度、板形精度、成形性能及表面質(zhì)量等。由于厚度自動控制(AGC)系統(tǒng)的不斷完善和廣泛采用,特別是厚度檢測設備的發(fā)展和檢測信號反饋時間的縮短,使模型的自學習功能大大

2、增強,板帶的縱向厚度精度也越來越高。相比之下,板形問題顯得日益突出。板形精度是熱軋帶鋼的一項主要的質(zhì)量指標和決定產(chǎn)品市場競爭力的重要因素。目前,板形控制技術(shù)已成為熱軋帶鋼生產(chǎn)的核心技術(shù)之一,也是當前軋制技術(shù)研究開發(fā)的前沿和熱點。板形理論從20世紀60年代發(fā)展至今,經(jīng)歷了四輥軋機軋輥變形分析、三維板材軋制分析、輥系三維有限元分析等階段;在板形控制技術(shù)方面,經(jīng)歷了基于負荷分配的板形控制、各種板形控制軋機(HC、CVC、PC等)、板形和板厚解耦控制、板形和板凸度以及斷面輪廓綜合控制等階段;此外,液壓彎輥裝置的廣泛應用,實現(xiàn)了帶鋼的凸度和平直度的在線調(diào)整控制。這

3、些理論和技術(shù)的采用都使板形控制水平得到了很大的提高,板形控制精度也得到了大幅提升。2板形控制原理由于軋出帶鋼的斷面形狀即是有載輥縫形狀,因此板形控制的實質(zhì)就是控制帶鋼寬度方向上的有載輥縫,從而獲得所需的帶材輪廓和平直度。影響有載輥縫形狀的因素較多,主要有工作輥輥形、使輥系產(chǎn)生彎曲變形的軋制力和彎輥力、改變軋輥輥形的熱輥形和磨損輥形以及一些可控輥形技術(shù)。2.1有載輥縫形狀有載輥縫形狀可用如下方程描述[2]:CR=PKP+FKF+ECωC+EΣ(ωH+ωW+ωO)+E0Δ式中CR--與帶鋼凸度有關(guān)的有載輥縫形狀;P--軋制力;F--彎輥力;KP--輥系在軋制

4、力作用下的彎曲變形,又稱為軋機橫向剛度;KF--輥系在彎輥力作用下的彎曲變形,又稱為彎輥橫向剛度;ωC--可控輥形,根據(jù)所采用的CVC或PC等技術(shù)確定其值;ωH--熱輥形;ωW--磨損輥形;ωO--初始輥形,根據(jù)板形控制需要,進行輥形設計和磨輥;Δ--入口帶鋼凸度;E0、EC、EΣ--相關(guān)系數(shù)。從輥縫方程中可知,影響帶鋼出口凸度的因素有以下三點:(1)擾動量:熱輥形和磨損輥形。當負荷分配不考慮板形最優(yōu)時,則軋制力亦將作為擾動量。(2)可控制量:可調(diào)節(jié)輥形(CVC或PC)。板形設定計算時,首先確定一個彎輥力,主要是確定CVC輥的抽動量或HC輥的交叉角。但C

5、VC輥的抽動或HC輥的交叉目前僅用于空載時輥縫形狀的調(diào)節(jié),因此主要用于板形設定模型對輥縫形狀的設定,而在線控制一般只用彎輥進行。當以板形最優(yōu)為目標進行負荷分配時,軋制力亦是一種可控制量。(3)固定量:初始輥形和彎輥力。初始輥形設計時需考慮軋制單位的特征,一旦確定,在軋制時將固定不變。彎輥力應該是可控的,但為了保留彎輥力用于軋制在線調(diào)節(jié),在設定計算時往往將其固定于某一值。2.2軋輥變形對板形的影響軋輥變形有兩大主要原因:(1)由軋制力P引起的軋輥變形在通常軋制情況下,當在工作輥兩端施加軋制力時,軋件在兩輥間產(chǎn)生塑性變形。工作輥受到反作用力產(chǎn)生撓曲,使帶材板

6、形具有一種依賴于如軋機尺寸、帶材硬度、寬度、軋制力、壓下量等多種因素的形狀。由軋制力引起的軋輥變形的另一種主要形式是軋輥壓扁。軋輥壓扁現(xiàn)象發(fā)生在軋件與工作輥的接觸區(qū)或工作輥與支撐輥的接觸區(qū)。(2)由板形調(diào)控機構(gòu)引起的軋輥變形板形調(diào)控機構(gòu)常用來對軋機的輥縫形狀作適當?shù)恼{(diào)整,以獲得良好的板形。常被用來調(diào)整輥縫形狀的設備是彎輥機構(gòu),它能使軋輥產(chǎn)生水平或垂直面上的彎曲。彎輥力可以加在軋輥軸承座或輥身上。另一種調(diào)節(jié)輥縫形狀的方法是采用可變輥形曲線的軋輥。這種軋輥通常由輥軸和套筒構(gòu)成,裝在輥軸和套筒之間的液壓或機械動力設備可調(diào)整輥套的外形。軋輥的彈性彎曲撓度是影響輥

7、縫形狀的最主要因素。目前關(guān)于軋輥的變形模型可分為二輥軋機簡支梁模型、四輥軋機簡支梁模型、分割梁模型和有限元模型。2.3可控輥形對板形的影響對于帶鋼軋機來說,CVC、PC、HC等裝置主要用于預設定(空載時調(diào)節(jié))來保證帶鋼的最終出口凸度。當采用CVC軋機時:ωC=-αΔRb2d式中b--帶寬;d--橫向抽動量;ΔR--輥形曲線(最大、最小直徑之差);α--系數(shù)。當采用PC軋機時:ωC=b22Dwθ2式中b--板寬;Dw--工作輥直徑;θ--上下輥交叉角(相對于原平行軸線)。2.4初始輥形對板形的影響由于軋制時軋輥的不均勻熱膨脹、軋輥的不均勻磨損以及軋輥的彈性

8、壓扁和彈性彎曲,致使空載時原本平直的輥縫在軋制時變得不平直了,導致板帶的橫向厚度