（机械电子工程专业论文）中厚板轧制平面形状控制物理模拟.pdf

摘要 摘要 本文采用铅坯模拟由连铸板坯轧制中厚板生产，试图开发一种新的 平面形状控制方法，以减少切损，提高成材率。 根据模拟试验的理论依据，结合中厚板生产实际轧制条件和现有实 验条件确定出模拟试验相关试验参数。采用正交试验方法设计了四种有 针对性的试验方案，对铅坯试件进行物理模拟实验。 本文主要研究了平辊立轧侧压率、立轧时机以及立轧次数，倒棱轧 制立辊刻槽的角度与深度以及倒棱轧制时机等对铅坯试件侧面形状及平 面形状的影响，并对其进行了深入的探讨与分析。对倒棱轧制和咬边返 回轧制相结合，对开发适合我国中厚板厂实际的新型无切边轧制工艺的 可行性进行了分析。 研究表明： ( 1 ) 平辊立轧可以有效削减板坯侧面的双鼓形，但不能消除；平辊立 轧宜安排在展宽道次终了之后。 ( 2 ) 在一定的条件下，倒棱轧制可以彻底消除板坯侧面双鼓形；倒棱 轧制宜安排在展宽道次之前；倒棱面积越大，展宽道次终了板坯侧面双 鼓量越小：倒棱角宜取6 0 。 ( 3 ) 倒棱轧制及平辊立轧使板坯端部形成鱼尾。 ( 4 ) 理想轧制方式为：纵轧一倒棱一横轧一立轧一纵轧一立轧一纵 轧。 ( 5 ) 倒棱轧制条件下的铅板切边损失减少1 3 0 ，切头损失减少 0 2 5 ，相应地成材率提高1 5 5 。 ( 6 ) 倒棱轧制与咬边返回轧制结合为开发新型中厚板无切边轧制工 艺提供可能。 关键词中厚板；倒棱轧制；双鼓量；切边；成材率 燕山大学r 学硕十学位论文 a b s t r a c t i nt h i sp a p e r , p l a t ep r o d u c t i o nw i t hb l a n kf r o mc o n t i n u o u sm e a lc a s t p r o c e s si ss i m u l a t e db yl e a ds l a br o l l i n g ，t r y i n gt od e v e l o pan e wp l a nv i e w p a t t e r nc o n t r o l l i n gm e a n si no r d e rt or e d u c ew a s t es t o c ka n de n h a n c ey i e l d a c c o r d i n gt ot h et h e o r yo fs i m u l a t i o nt e s t ，t h ec o h e r e n tp a r a m e t e r so f s i m u l a t e d e x p e r i m e n t w e r e d e t e r m i n e d ，c o m b i n e dw i t h p r o d u c t i o n c o n d i t i o n so fm e d i u mp l a t ea n dt e s tc o n d i t i o n s p e r p e n d i c u l a rt e s tw a s e m p l o y e dt ow o r ko u tf o u rp e r t i n e u tt e s t i n gm e t h o d sb yw h i c ht h ep h y s i c a l s i m u l a t i o nt e s tw a sc a r r i e do u tw i t hl e a ds p e c i m e n t h ee f f e c t so fe d g ep a s sr e d u c t i o n ，t h et i m e sa n do c c a s i o n so fe d g e p a s s ，t h en o t c ha n g l ea n dd e p t ho fc h a m f e r i n gr o l l i n g ，a n do c c a s i o no f c h a m f e r i n gp a s so nt h es h a p eo fe d g es i d ea n dp l a n es u r f a c ew e r es t u d i e d a n da n a l y z e di nd e t a i l t h ep r a c t i c a b i l i t yo fd e v e l o p i n gan e wp r o d u c t i o n t e c h n o l o g y ，w h i c h c o u l dm e e tt h en a t i o n w i d e p r o d u c t i o n d e m a n do f m e d i u mp l a t ew i t h o u ts i d ec u t ，w a sa n a l y z e dc o m b i n e dw i t hc h a m f e r i n g r o l l i n ga n du n d e r c u tr e t u r n t h er e s u l t so b t a i n e da r ea sf e l l o w s ： ( 1 ) vr o l l i n ge f f i c i e n t l yr e d u c e ss i d eo v e r l a po f p l a t e ，b u tc a l l tr e m o v e v r o l l i n gh a db e t t e rb ea r r a n g e da f t e rb r o a d s i d ep a s s e s ( 2 ) o ns o m ec o n d i t i o n ，c h a m f e rr o l l i n gm a yr e m o v es i d eo v e r l a po f p l a t ec o m p l e t e l y ；c h a m f e rr o l l i n gs h o u l db ea r r a n g e db e f o r eb r o a d s i d e p a s s e s ；t h eo v e r l a ps h a r p l yd e c r e a s e sa st h ec h a m f e ra r e ai n c r e a s e s ；c h a m f e r a n g l es h o u l db e6 0 0 ( 3 ) c h a m f e rr o l l i n ga n dvr o l l i n gm a k ee n ds h a p es h o wf i s h - t a i l ( 4 ) p e r f e c tr o l l i n gp a t t e r ni s ：s i z i n g 。c h a m f e rr o l l i n g - b r o a d s i d e m l l i n g - f i n i s hr o i l i n g _ + vr o l l i n g 。f i n i s hr o l l i n g - - * vr o i l i n g ( 5 ) i nc h a m f e rr o l l i n g ，s i d ec u tl o s so fl e a dp l a t ed e c r e a s e sb y 】3 0 ， c r o pe n dl o s sd e c r e a s e sb yo 2 5 。a n dy i e l di n c r e a s e sb y1 5 5 i i 摘要 ( 6 ) i t sp o s s i b l et of o u n dan e wt r i m m i n gf r e ep l a t er o l l i n gm e t h o db y c o m b i n i n gc h a m f e rr o l l i n gw i t hs i d e b i t ea n dr e t u r n k e y w o r d sp l a t e ；c h a m f e rr o l l i n g ；o v e r l a p ；t r i m m i n g ；y i e l d ! i i 燕山大学硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文中厚板轧制平面形状控 制物理模拟，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进 行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除己注明部分外不包含他 人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和 集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。 作者签字 荪越 日期：妇；年，碉硝曰 燕山大学硕士学位论文使用授权书 中厚板轧制平面形状控制物理模拟系本人在燕山大学攻读硕士学 位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学 所有，本人如需发表将署名燕山大学为第一完成单位及相关人员。本人完 全了解燕山大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关 部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权燕 山大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的 全部或部分内容。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者躲稚穆 导师签名：碱 日期：也n6 年，口月“日 日期：d 刀车一月日 第1 章绪论 1 1 课题背景 第l 章绪论 成材率是企业管理水平、工艺装备水平、技术操作水平和产品质量的 综合体现。提高成材率是钢铁工业节约原料和能源、降低成本、提高经济 效益的重要途径。钢铁产品中，原料费用占成本8 2 以上1 1 1 。如何投入一 定的原料，生产出尽可能多的产品，使企业获得最高的利润，成为企业始 终追求的目标。 中厚板生产中，无论从科学管理上，工艺装备上，还是从技术操作上， 日本走在世界最前列。表现在钢板的成材率上坯到材平均达9 6 2 【2 】。我国 的中厚板生产存在着很大差距。如板坯连铸比低，轧机装备水平低，钢板 生产工艺落后，辅助设备陈旧及生产管理水平低等。与工业发达国家的综 合评价比，我国中厚板生产水平大约落后1 0 年多【3 】。 为发展我国中厚板生产，提高钢板的成材率，行业各部门作了大量的 工作。如努力提高板坯连铸比，改造旧有轧机以提高装备水平，开发平面 形状控制技术以减少切损，采用负公差轧制等【4 】。 平面形状控制技术的研究在这几年也取得了一定的发展，舞钢轧钢厂 开发的咬边返回轧制法及留尾法已有效地提高了钢板的成材率，给企业带 来了显著的经济效益【5 】。 本文试图开发一种新的平面形状控制技术，并借助于日本川崎水岛厂 开发的t f p 无切边轧制工艺，通过模拟试验作一些基础性研究： ( 1 ) 试验用铅坯代替连铸坯模拟中厚板变形； ( 2 ) 分析平辊立轧及倒棱轧制对铅坯侧面形状及平面形状的影响； ( 3 ) 分析倒棱轧制与咬边返回轧制相结合对开发新型无切边轧制工艺的 可能性； ，( 4 ) 最终得出提高成材率一般性规律。 燕山人学r 学硕十学何论文 1 2 国内外发展现状 1 2 1成材率 所谓成材率，其含义是指投入一定数量的原料( 钢锭、连铸坯) 所生产 出合格钢材的多少【6 】。就统计概念来讲，它是所获合格品量与所耗原料量 的百分比，其计算公式为： 成材率= 器l o 。 成材率是钢铁企业的重要技术经济指标之一。它体现了钢铁企业从 坯料到钢材，即轧钢生产工艺范围内的投入与产出。当前，我国钢铁企 业成材率随着连铸坯比例的提高也在不断的提高。 近年来，中厚板轧制技术主要发展了通过a g c + 监控a g c 的结合达 到板厚的高精度化及通过平面形状的矩形化( m a s 轧制法) 达到成材率的 提高【7 】。在板凸度( 平直度) 控制方面，1 9 9 1 年作为世界首创应用了四辊轧 机，由于在实现板形高精度化的同时提高了板凸度的高精度控制，使每 道次的压下量成倍加大捧l 。其效果是：轧制道次减少，生产效率提高；由 于每次压下率的加大有利于钢板的低温韧性和抗拉强度等性能的提高【9 1 。 此外，为充分发挥控制板凸度以及板形能力优秀的轧机的作用，需要高度 的工艺计算机控制系统和高精度的数学模型经过对“成品轧制压下适 度计算”和“成品轧制压下适应控制计算”等轧机变形基本理论的研究 使通用性强的高精度控制得到推广【i o l ；同时使保证板形平坦且无残余应 力的高性能矫平技术亦得到开发和应用i l ”。还有提高中厚板性能的控轧 控冷技术( t m c p ) 【1 2 】亦于8 0 年代得到应用。 板宽控制技术方面，陆续开发成功利用立辊的大幅减宽技术和调宽 压力机等改变板宽的技术，均对加热后的板材具有减宽3 0 0 m m 左右的能 力，成为对板坯可自由控制轧制的重要技术。加上在连铸方面实施板坯 定宽度批量生产以提高生产效率和成材率，使多品种、小批量生产得以 容易实现。 平面形状控制技术方面，1 9 7 9 年日本水岛厂最早开发成功了平面形 2 第l 章绪论 状控制技术( m i z u s h i a m a u t o m a t i cp l a n v i e w p a t e m c o n t r o ls y s t e m ) ，简称 m a s ，它是利用绝对液压a g c 系统，在轧制开始的成形道次和展宽道次 中，将板坯前后两端与中部相比给予不同的压下量而轧成楔形，使轧件 在轧制终了时呈近似矩形，克服以往钢板头尾部出现的鱼尾状和两侧出 现的鼓桶形，从而可减少头尾和两侧的切损约3 4 1 1 3 。设置立辊机 架和实行宽度自动控制( a w c ) 为克服轧成的钢板两侧出现重叠或凹形缺 陷，减少切边量( 多达6 0 1 0 0 m m ) 1 4 1 , 于8 0 年代只本就开始对旧机组进 行改造，增加立辊机架，如鹿岛厂立辊机架系独立型，距粗轧前约9 m ： 水岛厂立辊机架布置在靠近水平机架之后；演变到浦项2 号厚板轧机于 1 9 8 9 年在精轧机架前增设了附着式立辊机架( 距水平机架仅4 m ) ，同时增 建了有同一型式的粗轧机，这是世界上目前唯一的有两架立辊的厚板轧 机。1 9 9 7 年1 0 月投产的清项3 号厚板轧机亦有同型的立辊机架。利用立 辊的功能设置了宽度自动控制。鹿岛和浦项2 号厚板轧机利用立辊的短 行程控制功能，对板坯前后两端与中部给予不同的侧压量，从而使扳坯 在展宽终了时能获得近似矩形的轧件，也起到了平面形状控制的作用1 1 ”。 水岛厂在m a s 的基础上，于1 9 8 5 年还开发了t f p 术( t r i m m i n gf r e e p l a t e ) ，中文直译为不切边钢板，实际上由于废边量很小，不用圆盘剪或 剪机切边，而改用铣刀铣边) 。在实行m a s 控制的同时，以立辊对钢板 两侧进行带前馈的自动控宽( f f a w c ) 。水岛厂以m a s + t f p 的效果，使 成材率稳定在9 4 以上，是目前世界上最高的厚板成材率【l “。 1 2 2 提高中厚板成材率的措施 成材率是企业管理水平、工艺装备水平、技术操作水平和产品质量 的综合反映。成材率高低直接影响企业的经济效益。提高中厚板成材率 措施主要从以下几方面考虑： 1 2 2 1管理水平的现代化人是生产力最活跃的因素。一个企业要提 高经济效益，就必须加强领导，强化管理，用行之有效的管理制度和严 格的考核办法去协调处理工作中遇到的各种问题，充分发挥人的主观能 动性和创造性，努力提高生产中各项经济技术指标。中厚板生产也是这 燕山大学r 学硕士学何论文 样，在大力提高设备及工艺装备水平的同时，做到“精料、精轧、精整”， 最大限度提高钢板的成材率。 现代中厚板生产是一复杂的系统工程。这就要求现代化的工具辅助 人的工作。计算机时代早已带给人们一场新的革命。中厚板生产厂用于 控制、管理用的大型计算机给企业注入了新的活力。通过计算机的参与 管理生产，大大提高了钢板成材率及其他经济技术指标。 1 2 2 2 装备水平的现代化 ( 1 ) 厚板轧机上液压a g c 系统现代厚板轧机为提高生产钢板的尺 寸精度，几乎都采用了液压定位控制( a g c ) 系统。该系统与老的电动一机 械压下系统相比，具有承受高的轧制负荷能力、高的调整速度和加速度 及良好的动态控制特点与定位精度高等性能。液压a g c 系统的应用，使 钢板全长厚度偏差得到了很好的控制【1 7 】。 ( 2 ) 移动工作辊的h c w 型厚板轧机1 9 8 5 年1 1 月世界上第一台工作 辊可移动的( w r s ) $ l 机在日本钢管公司福山钢板厂投产。该轧机具有 7 3 5 0 0 k n ( 7 5 0 0 吨) 的轧制力。大的轧制力矩，长达1 0 0 0 r a m 的工作辊移 动行程和强有力的工作辊弯曲( w r b ) 能力。此轧机可达到以下目的： 提高控n s l 匍j 高强度、高塑性材料的能力： 通过提高热装轧制( h c r ) 能力，实现自由计划轧制( s c h e d u l e f r e e r o l l i n g ) ； 通过改进钢板形状、边部减薄( e d g ed r o p ) 平直度的控制，提高钢板的 质量和成材率【i 引。 ( 3 ) p c 轧机新日铁公司投资3 0 亿日元，于1 9 9 1 年秋动工改造君津 厂4 7 2 7 m m 厚板轧机为交叉s l 制( p a i rc r a s s ) 简称p c 轧机。即上( 下) 工作 辊与上( 下) 支撑辊平行，上下工作辊交叉成o 1 0 角度，并于1 9 9 2 年3 月 正式投产。该轧机可达以下目的【1 9 】： 板凸度由7 0 1 0 0 i _ t m 下降到2 0 3 0 9 i n ； 成材率由9 4 5 提高到9 5 5 ； 钢板平直度提高； 轧制道次减少，生产率提高。 4 第1 章绪论 ( 4 ) 现代化的在线检测仪及剪切设备钢板轧成后，其平面形状极其 复杂。过去靠人工检测或机械化线确定剪切尺寸，操作精度低，速度慢。 近年来开发的板形识别装置( p s g ) 为钢板的精整实现了机械化和自动化。 其功能如图所示。 钢板剪切过去用人工操作的侧刀剪和圆盘剪，剪切质量和效果低。 而当今最先进的剪切设备为滚动式双边剪( d s s ) 和定尺剪( d s ) 组成的组 合剪( c s l 具有如下功能【2 o 】： 自动设定剪切长度、宽度及剪刃间隙；选择剪切方式：实现辊道自 动化操作；实现两剪刃之间的连锁。 1 2 2 - 3平面形状控制技术中厚板的平面形状由于钢板的端部及侧边 的不均匀变形，还有侧弯及断面的折叠等，都会影响钢板的平面矩形化 程度，在切定尺时大大影响成材率的提高。为此，平面形状控制技术得 到了飞速发展；特别是7 0 年代后期，引进高压力、高响应性的液压a g c 系统，借助各种先进的检测元件的计算机控制技术，使大量的平面形状 控制方法得以实现。图1 1 及图1 ，2 表示了它的发展过程【2 1 1 2 2 1 ： 应用内容 w o r d a s 1 卜一技术分析自丰管理活动 烈 过程控制机 h 厚板精整1 y 小型计算机 铜板尺- | 测母、划线自动化 日j 字竹业伞自动化 联台卿切臼曲化 板宽柃自动化( 扳边) 将实际尺- r 测胥数据前馈给f 丁序 将实际尺寸测磕数据送轧制操作者 凹形成品长ij 光电效应板ij 板宽 ij 按定踔离测 j 广二 厂= - 1 钢板洲长计 度捌每装置ii 宽测定器i 1 测定装置i1 定次长度 图1 1板形识别相关系统略图 f 瞎卜l o u t l i n eo f c o r r e l a t e ds y s t e ma b o u ts h a p eo f s t r i pi d e n t i f y i n g 5 燕山大学1 二学硕十学付论文 变形研究 平黼糌装h 台棚撇h i h 谪百 平面形状颤测模 型的开发 里塾! 丝型i 十 i 由扛绲形状修萨 板坯加工 一 形状预测式 形状预测代 m a s ：l4 卜一异宽轧制法 l 辊法 图i - 2 厚板平面形状控制技术的发展过程 f i g 1 - 2d e v e l o p m e n tp r o c e s so f c o n t r o lt e c h n o l o g ya b o u tp l a nv i e wp a t t e mo f h e a v yp l a t e ( 1 ) 立轧法将板坯沿长度方向和宽度方向分别定为l 方向和c 方向， 成型道次后板坯旋转9 0 。并在l 方向立轧，展宽道次后板坯旋转9 0 。并 在c 方向立轧。如图1 3 所示，立轧法可提高钢板成材率2 - 3 。 飒向方向轧捌 图1 - 3 立轧法 f i g 1 3r o l l i n go l le d g e ( 2 ) 咬边返回轧制法坯料展宽轧制到某一阶段，将坯料两侧分别沿宽 度方向咬入一定长度，形成两边薄、中阃厚的横断面形状，旋转9 0 。， 然后在同一辊缝下纵轧至成品。如图l 一4 所示，其实质是利用不等高压 6 篁釜藿黑 第1 章绪论 下产生不均匀延伸，消除端部鱼尾以提高钢板的矩形度。咬边返回轧制 法可提高成材率4 f 2 4 1 。， 画一酋 图l - 4 咬边返同轧制法 f i g 1 - 4 u n d e r c u ta n dr e t u r n i n gr o l l i n g ( 3 ) m a s 轧制法m a s ( m i z u s h i m aa u t o m a t i cp l a nv i e wp a t t e nc o n t r o l s y s t e m ) 车l * l j 法即水岛平面形状自动控制系统。它分为成型了给出合适的 厚度变化，利用不均匀变形使侧面和端部不足得到补偿。如图1 5 及图 1 6 所示【2 5 】。以成型m a s 轧制法为例，其控制过程如下【2 6 】： 由预测模型求得侧边形状变化量，把它换算成成型轧制最终道次的 板厚分布。 在成型轧制的最后一道轧制中，给出沿长度方向相应各点以规定的 厚度差；为进行下一道展宽轧制，板坯旋转9 0 。，轧制方向厚度变化。 在展宽轧制中，由于宽向厚度不同，从板边到板中心的压下率也不 同，从而宽度形状得到改善。 同样，展宽m a s 轧制法使长度方向头尾形状得到改善。 m a s 轧制法通过高精度预测模型的控制，可使钢板成材率提高 4 4 。 7 ( 4 ) d b r 法d b r ( d o g b o n er o l l i n g ) 法即狗骨轧制法【2 7 】。其原理与展 宽m a s 轧制法相似，只是在进行断面厚度调整时，考虑了金属的横向流 7 燕山大学：学硕十学位论文 动。如图1 7 所示，d b r 法可提高钢板成材率2 。 旺一睡蛩芦 转9 0 广 展宽后 最终平而形状 幽1 5 成型m a s 轧制法 f i g 1 5 m a sf o r m i n gr o l l i n g 展宽后 转9 0 。 广 普通轧制 最终平面形状 图1 - 6 展宽m a s 轧制法 f i g 1 6 m a ss p r e a dr o l l i n g 攀晷 普通轧制 图1 7d b r 法 f i g ，1 7 d b r r o l l i n g 8 第1 章绪论 ( 5 ) 差厚展宽轧制法宽轧制期间将上轧辊倾斜，仅轧制轧件端部， 以此来修正成型轧制和展宽轧制过程中变得不均匀的两边，使钢板平面 矩形化。如图1 8 所示。 日一日、转鲥 。囝一 一q 期八口黼槲 图1 - 8 著厚展宽轧制法 f i g 1 - 8 d i f f e r e n t i a ls p r e a dr o l l i n g 差厚展宽轧制法很适用于现有轧机，若该法与立辊轧制相结合，既 改善凸形切边形状又改善凸形切头形状，使钢板成材率提高由l 到 1 5 1 2 引。 ( 6 ) t f p 轧制法川崎钢铁公司水岛厂( m i z u s h i m aw o r kk a w a s a k i s t e e lc o r p ) 开发的无切边板( t r i m m i n g f r e ep l a t e 简称t f p l 轧制工艺，发 表在日本钢铁协会会刊( i s i j ) 1 9 8 6 1 9 8 8 年间，并在进一步研究和完善 2 9 1 。 该厂在1 9 8 4 年间，以基础试验研究为指导，在紧靠终轧机处设置了 一台立辊轧机。该立辊由一段平辊段和带凹槽的孔型段组成，并可上下 移动：立轧辊缝设置具有液压宽度自动控制( a w c ) 系统功能。 t f p 轧制法的生产工艺流程如图1 - 9 所示1 3 叭。 必要时在成型道次终了，采用立辊的孔型段进行所需要的倒棱轧制 以防止折边； 由成型m a s 轧制和展宽道次中立轧来控制展宽道次后钢板的宽度 轮廓； 在精轧道次中可通过使用a w c 的立轧消除宽度偏差，并获得矩形的 截面；由展宽m a s 轧制和精轧道次中立轧来控制钢板头尾形状。 。通过t f p 轧制法生产的u o e 管材产品，在剪切线上不需切边，而直 接上冷铣机s p c ( s t r a i g h tp o s i t i o nc o n t r 0 1 ) 模式进行铣边，并使钢板成材率 9 燕山大学i ：学硕+ 学位论文 提高2 达到9 6 【3 。 - - - 。- - - - - - - 一一- - _ _ - _ j - - - - - j 图1 9t f p 的轧制次序 f i g 1 9r o l l i n go r d e ro f t f p 1 3 其它方面 1 3 1 提高连铸比 使用连铸板坯生产中厚板，与使用初轧板坯比，不仅省去了铸锭、 初轧工序，节约能源并提高了生产率；而且减少了切损，提高了钢板成 材率。同时，连铸板坯尺寸精度高便于控制，外观形状好及无缺陷的表 面质量使轧制成品尺寸精确，改善钢板平面形状提高成材率。 日本中厚板厂连铸板坯比平均已达9 2 以上，其中一半以上厂家连 铸比达1 0 0 。我国中厚板厂连铸比近几年提高得也很快。 1 3 2 采用负偏差轧制 负偏差轧制是提高半钢板成材率有效途径之一。负偏差轧制一方面 l o 第1 章绪论 有利于企业投入相同的原料，生产出更多更好的钢材；另一方面有利于 使用部门及社会以提高金属利用率f 3 2 】。 1 4 本文研究的内容 1 4 1 国内中厚板生产厂提高钢板成材率的措施 加强管理，从中厚板生产的各个环节入手，做到。精料、精轧、精 剪”，抓好金属消耗综合平衡。大力发展用连铸板坯代替初轧坯及钢锭作 原料生产中厚板，提高钢板成材率。 改造轧机装备，以提高中厚板尺寸精度，并提高钢板成材率。 采用负偏差轧制，节约金属消耗，提高钢板成材率。 在中厚板轧机上安装液压a g c 系统，采用计算机控制以获得良好的 板型和尺寸精度，提高钢板成材率。 以舞钢轧钢厂为例，开发中厚板咬边返回轧制法及留尾法等平面形状 控制工艺，提高钢板成材率【3 3 1 。 1 4 2 本文所做的工作 随着中厚板生产连铸板坯比的提高，以连铸板坯为原料生产的中厚 板如何进一步提高钢板的成材率，已成为重要的研究课题。国外各种平 面形状控制技术日趋成熟，而我国在这方面才刚刚起步。代表着世界上 最先进的t f p 无切边板生产工艺，仍在进一步开发中。 本文所开发的无切边轧制工艺，是借助于前人所从事的工作，做一 些基础研究，并为我国中厚板生产厂今后开发无切边轧制工艺的工业性 尝试创造条件。 本文所做的工作有： ( 1 ) 经浇注后的铅锭铣削加工成铅坯试样，通过正交试验设计对铅坯 试样进行模拟试验； ( 2 ) 研究平辊立轧和倒梭轧制对铅坯侧面形状的影响； 。( 3 ) 研究平辊立轧和倒棱轧制对铅坯平面形状的影响； ( 4 ) 研究倒棱轧制结合咬边返回轧制法生产无切边铅板的可能性； 1 1 燕山大学t = 学硕十学何论文 ( 5 ) n 过模拟试验得出提高钢板成材率的一般性规律。 1 2 第2 章轧制变形理论基础 第2 章轧制变形理论基础 2 1 轧制变形体积不变条件 金属压力加工中，不考虑致密度的变化，轧制前后轧件体积不变f 3 4 】。 如图2 一l 所示。 醉包 ( a ) 变形前( b ) 变形后 图2 - 1平行六面体变形前后尺寸 f i g 2 一l d i m e n s i o no f p a r a u e l e p i p e db e f o r ea n da f t e rd e f o r m a t i o n 根据体积小燹条件： ( 1 ) h b l = h b ， f 2 1 丝! 曼坐 、7 h b ， ( 3 ) 令压下系数玎：_ h 宽展系数 2 i b 延伸系数 = z i 则r 7 = 口 2 2 轧制变形最小阻力法则 所谓最小阻力法则，是指当金属在变形区内有向各个方向流动的可 能时，优先流向阻力最小的方向3 5 】。在有接触摩擦存在时，镦粗矩形六 面体，其变形情况如图2 2 所示。 燕山大学丁学硕十学位论文 根据最小阻力法则，镦粗矩形六面体可将变形分为四个金属流动区 域，图2 2 中箭头表示金属流动方向，虚线表示变形后金属流动的断面 形状。 图2 - 2 在有接触摩擦条件卜镦粗矩形六面体时变形图示 f i g 2 - 2 d e f o r m a t i o ng r a p h i cp r e s e n t a t i o no f u p s e tp a r a l l e l e p i p e du n d e rc o n t a c tf r i c t i o n 2 3 轧制变形的不均匀性 2 3 1 均匀变形与不均匀变形 为研究物体的变形情况，试把物体分成许多小格，形成坐标网格。 如图2 3 所示 l 苎垒1 图2 - 3 坐标网格 f i g 2 - 3 c o o r d i n a t em e s h 1 4 i。，。l耵叫ll 第2 章轧制变形理论基础 变形前尺寸：日、b 、片。、b 。 变形后尺寸：h 、b 、 ，、b ， 若同时黼鲁= 鲁及鲁= 詈 则物体为均匀变形；否则为不均匀变形。 2 3 2 实现均匀变形的条件 n r 塔尔诺夫斯基指出，均匀变形必须满足下述条件： ( 1 ) 变形体是等向性的； ( 2 ) 物体内部任意质点物理状态相同，特别是温度、变形抗力相同； ( 3 ) 在物理接触面上任意质点绝对及相对压下量相同； ( 4 ) 整个物体同时受工具的直接作用而不受外端影响； ( 5 ) 接触面上无外摩擦或由外摩擦引起的阻力。 由此可见，均匀变形严格地说不存在，金属压力加工中变形都是不 均匀变形。 2 3 3 轧制变形的不均匀性 2 1 3 3 1不均匀变形理论的内容 ( 1 ) 沿轧件断面高度上的变形、应力和流动速度分布都是不均匀的； ( 2 ) 在几何变形区内，在轧件与轧辊接触面上，不但有相对滑动，而 且有粘着： ( 3 ) 变形不但发生在几何变形区内，而且也产生在几何变形区外，其 变形分布都是不均匀的； ( 4 ) 在粘着区内有一个i 临界面，在这个面上金属流动速度分布均匀， 并等于该处轧辊的水平速度【3 们。 2 3 3 2 沿轧件高度方向上的纵变形和横变形纵变形是指轧件延伸方 向的变形，变形后反映在侧面的横截面上。实验证实f 3 7 】，沿轧件高度方 向的变形分布与变形区几何形状系数有关： ( 1 ) 薄轧件，当变形区几何形状系数时，轧件高度相对于接触弧长 燕山大学1 ：学硕十学位论文 度小，压缩变形完全渗透到轧件内部，并使中心层金属流动速度大于表 面层，流动结果从外观上看呈单鼓形，如图2 - 4 f a ) 所示。 ( 2 ) 中轧件，当= 0 5 1 0 时，轧件变形区各层金属基本流动致， 从外观上看沿轧件高度平齐，如图2 - 4 ( b ) 所示。 ( 3 ) 高轧件，当 氏= 则 成 屏即表面层宽展系数大于中心层宽展系数。 若轧件侧面平齐，即6 衰= 6 中= 6 ，又设原始坯料表面、中心层宽度分 别为如、。 圆略。阽， 又d 曩 p 4 则 如 o 。 图3 - 5 ( c ) ，随着变形的深入，铅坯侧面呈“v ”形，中间段w o ，最 终变成尖角。 图3 5 ( d ) ，铅坯逐步向成品尺寸过渡，侧面“v ”形尖角部分被压成“y ” 形，铅坯侧面中部出现折叠。 ( 2 ) 铅坯在平轧过程中侧面形状成因分析试验用铅坯轧制变形属于高 轧件变形。根据变形不均匀理论，高轧件变形时沿轧件断面高度上各层金 属流动不均。在接近于轧辊表面的上下表层金属流动速度远大于远离轧辊 菌 卉囡 第3 章模拟试验 表面的中层金属流动。结果在延伸方向轧件端部出现鳄鱼嘴形，而在展宽 方向轧件侧面出现双鼓形，如图3 5 所示。 随着变形的深入，坯料厚度不能减少，变形逐步向轧件中部渗透。原 来变形只集中在坯料表面附近，现在中层金属开始参与变形，使得侧面w 段不断减少，并由平直段向曲面过渡。当w 段曲面曲率增大到向尖角过渡 时，此时w = o ，铅坯侧面形成如图3 - 5 f c ) 所示的“v ”形。 “v ”形一旦形成，若继续变形，虽然变形已渗透到轧件的整个厚度， 此时“v ”形侧面在轧制压力作用下，相对两面开始被压合形成折叠，当轧 至成品时，铅板侧面形成图3 5 ( d ) 所示的“y ”形甚至完全折叠。 3 3 1 2 平辊立轧对铅坯侧面形状的影响 ( 1 ) 平辊立轧前后铅坯侧面形状变化如图3 - 6 所示，铅坯立轧前后侧 面形状p ”。 菌场昏诼 ( a ) 平面形双鼓形( c ) 折痕形( d ) 折叠形 图3 - 6 铅坯在平辊立轧前后侧面形状 f i g 3 - 6 s i d ev i e wo f l e a dp l a n kb e f o r ea n da f t e rr o l l i n go ne d g ew i t hp l a i nm u 图3 6 ( a ) ，立轧前轧件经成型道次或展宽道次变形，使侧面出现双鼓形。 图3 - 6 ( b ) ，立轧后铅坯侧面平齐光滑、无缺陷，即平面形侧面。 图3 - 6 ( c ) ，立轧后铅坯侧面中心有一条皱褶带，宽度为t ，即折痕形侧 面。 图3 - 6 ( d ) ，立轧后铅坯侧面中心有一条折缝，其长度为n l ，即折叠形侧 面。 ( 2 ) 平辊立轧后铅坯侧面形状成因分析平辊立轧时，轧件以宽度尺寸 受侧压作为高向变形，坯料宽度远大于厚度。因此平辊立轧变形明显为高 燕山大学t 学硕十学位论文 轧件变形【1 2 】。变形只发生在侧边局部，并使轧件横断面呈所谓的狗骨形。 此时，轧件断面变形特征如图3 7 所示。三个变形区依次为： i ：难变形区 i i ：易变形区 i i i ：不变形区 图3 7 平辊立轧变形区划分 f i g 3 7 d i v i s i o no f d e f o r m a t i o nz o n ed u d n g r o l l i n go ne d g ew i t hp l a i nr o l l 卜 型 1 ( a ) e 小时( b ) e 大时 图3 - 8 平辊立轧时金属的流动 f i g 3 - 8 f l o wo f m e t a ld u r i n gr o l l i n go ne d g ew i t hp l a i nr o l l 根据这一变形特征，平辊立轧带有双鼓形侧面时，当双鼓量c 小，w 段很宽时，立辊一次压到或超过双鼓形的底面，双鼓部分的会属沿两边流 动形成狗骨，如图3 - 8 ( a ) 所示。箭头表示金属流动方向，此时立轧后铅坯侧 面平直，形成如图3 - 6 ( a ) 所示的侧面形状【5 4 1 。 对于立轧前双鼓量e 较大，w 段较窄的铅坯侧面，若平辊立轧不能一 次压到双鼓形的底部，侧面双鼓部分的金属不但要向两边流动形成狗骨， 而且要向双鼓底部中心a 处流动，如图3 - 8 ( b ) 所示【55 1 。若每次立轧时两边 向a 处流动的金属不能相遇，致使铅坯侧面中部形成皱褶，立轧后铅坯侧 第3 章模拟试验 面形状如图3 - 6 ( b ) 所示。若一次立轧向a 处流动的金属相遇并重合，立轧 后中部就出现了折叠，形成如图3 - 6 ( c ) 所示的侧面形状。 ( 3 ) 平辊立轧对铅坯侧面形状的影响平辊立轧后，铅坯侧面上下方将 出现狗骨形，这是立轧前所没有的。如果仅对狗骨高度水平压下，轧件侧 面必将再次出现双鼓形，其双鼓量的大小与立轧前的比较如图3 - 9 所示。 0 5 o 1 32 3 8 44 8 4压f 率 图3 - 9 狗骨压下前后双鼓量的变化 f i g 3 9c h a n g eo f o v e r l a pb e f o r ea n d a f t e rd o g - b o n ed e p r e s s 由图3 - 9 看出，狗骨压下后侧面必须再次出现双鼓形，其双鼓量远小于 平辊立轧前的值。其原因是侧面双鼓部分金属经平辊立轧形成狗骨后，狗 骨压下一方面要延伸变形成端部鱼尾，另一方面宽展变形，宽展形成的双 鼓量远小于立轧前的侧面双鼓量，如图3 1 0 所示，e p 。 卜- j _ 】卜 图3 1 0 立轧、狗骨压下后侧面变化 f i g 3 - 1 0c h a n g eo f s i d ev i e wa f t e rr o l l i n go ne d g ea n dd o g 。b o n ed e p r e s s 一删弱 ： 侣 燕山大学j ：学硕十学1 ：i 7 = 论文 3 3 1 3 倒棱轧制对铅坯侧面形状的影响 ( 1 ) 倒棱轧制前后铅坯侧面形状变化 图2 所示。 立轧倒棱前铅坯侧面为平直的表面， 伸道次后使铅坯侧面形成不大的双鼓。 倒棱轧制前后铅坯侧面形状见附 或经过积累压下率占不大的延 立轧倒棱后，铅坯侧面上下两个棱边受到立辊孔型刻槽的挤压延伸变 形，变形结果铅坯侧面上下部分为斜面、中间部分平直或有很小的单鼓形。 ( 2 ) 倒棱轧制对铅坯侧面形状的影响倒棱轧制后铅坯上下表面边部隆 起，类似于平辊立轧后形成的狗骨。若仅对隆起部分水平压下，铅坯侧面 情况如图3 一l l 所示。 ( 曲嘲棱时 0 专 ( b ) 水平压下时 图3 - 11倒棱及水平压下铅坯侧面形状 f i g 3 11 c h a m f e ra n ds i d ev i e wo fl e a db l a n ku n d e rl e v e ld e p r e s s 图3 - 1 1 ( b ) 反映仅对隆起部分水平压下，隆起部分产生延伸变形形成端 部鱼尾，另一方面宽展变形不足以便铅坯侧面形成双鼓，只是增大了侧面 上下部分斜面的倾角。这反映了倒棱与平辊立轧对铅坯侧面形成的不同所 在。 倒棱轧制最根本的目的是减少甚至消除展宽道次中侧面形成的双鼓 形。因为展宽轧制阶段，乳件侧面变形为延伸变形，高轧件的延伸变形不 均匀性加剧了铅坯侧面的双鼓形。因此，如何减少甚至消除宽展轧制阶段 板坯侧面的双鼓形形成为减少切损提高成材率的重要途径。 第3 章模拟试验 现就坯料直接宽展与经倒棱轧制后坯料展宽变形特点比较，来说明倒 棱s l n 铅坯侧面形状的影响。 图中阴影部分为变形区，可视为高轧件变形的滑移线场。当坯料没有 经过预成形( 倒棱) 而直接宽展时，厚轧件变形不渗透，金属流动变形到坯料 侧面时无约束，致使铅坯侧面形成双鼓。如图3 1 2 所剥5 6 1 。 经过倒棱轧制时的坯料宽展、当轧制到坯料侧面时，金属流动方向指 向试件内部，即有外端存在，这样就不会出现侧面双鼓。如图3 1 3 所示。 金属流动方向指向试件内部的条件是： 口 口 口一咬入角 眇= 9 0 。一口( 0 为倒棱角) 有资料表明( 2 3 ) ，一般a = 1 5 0 一2 2 0 0 角取1 5 。、3 0 0 、4 5 0 、6 0 0 时条件满足。 图3 1 2 坯料直接展宽轧制 f i g 3 1 2 s p r e a dr o l l i n go f b l a n k 当鉴 图3 1 3 倒棱后坯料展宽轧制变形 f i g 3 - 1 3 d e f o r m a t i o no f c h a m f e r e db l a n kd u r i n gs p r e a dr o l l i n g 燕山大学工学硕士学位论文 3 3 1 4 规律总结 ( 1 ) 铅坯在平轧过程中侧面必将出现双鼓形“v ”形及“y ”形是双鼓形 的发展。 ( 2 ) 平辊立轧安排在成型道次之后或展宽道次之后，可以减少铅坯侧面 双鼓的形成但不能彻底消除。 ( 3 ) 倒棱轧制安排在成型道次之后宽展道次之前，在一定条件下可以完 全消除铅坯侧面的双鼓形。 3 3 2 铅坯在轧制过程中侧面变形规律分析 3 3 2 1 平辊立轧时铅坯侧面变形规律分析 ( 1 ) 平辊立轧时铅坯侧面变形规律 表征坯料侧面变形规律的指标是侧面双鼓量e ，它与坯料断面宽度的关 如图3 1 4 所示。 图3 1 4 铅坯断面形状 f i g 3 1 4 s e c t i o nc o n f i g u r a t i o no f l e a db l a n k 1 图中各量满足关系：2 e = 去( 址+ 咋) 一6 中 对于双鼓形侧面，双鼓量e 可以直接测量，铅坯中部宽度b 中通过计 算得出；而对于单鼓形，单鼓量e