（材料加工工程专业论文）宽带钢热连轧板形控制参数优化.pdf

摘要 摘要 随着现代板材加工工业向高度自动化方向的发展，轧制带材板形的精确控制变 得越束越重要，用户对扳带钢板形质量要求越束越高，尤其随着宽薄规格产品需求 量的增加，其板形控制问题也成为研究的重点，因此对薄规格产品板形控制参数及 控制模型等方面做深入分析，对于全面提高企业的经济效益和社会效益具有深远的 意义。 采用轧件会属变形与辊系弹性变形耦合求解方式对热轧板带轧后厚度分布进行 计算，考虑了轧件的宽展，前后张力的横向分布，轧辊的热膨胀，交叉角引起的凸 度，轧制压力和辊f b 3 压力的横向不均匀分布及弯辊力对扳形的影响，利用条元分析 法作为基本方法开发了软件，以大量实测数据为基础，建立了p c 轧机板形控制模拟 系统软件，对板形控制参数进行优化，计算结果与实测结果吻合很好。采用影响函 数法对轧制宽薄规格带钢时的辊系弹性变形进行了研究，并探讨了工作辊弯辊力与 p c 角的最佳配置关系，得出了如下的结论： 建立的宽带钢热连轧仿真系统运用本文所给的数学模型计算薄规格产品各道次 的轧制压力值与唐钢现场生产中所测得的轧制压力值进行比较，计算值与实测值的 偏差均小于1 0 ，模拟结果可靠，精度较高。 开发的耦合模拟系统软件适用于多种规格的板带热轧过程模拟研究，可以得到 有关轧制压力分布、辊日j 接触压力分布、出口板厚横向分布及前后张力横向分布等 大量信息。 p c 轧机轧辊交叉角增大，辊身中间和边缘部位的辊问压力同时增大，对应于带 钢边部处的辊间压力减小。采用不同的交叉角将影响辊间压力横向分布，进而影响 板凸度，交叉角增大板凸度降低。p c 轧机交叉角的变化，使其具有了较强的板形、 板凸度控制能力，得出了最佳弯辊力与p c 角的配置关系，使p c 轧机控制效果最明 显。 研究成果可进行多种规格下的板带热轧过程模拟研究，宽薄带规格成功地轧制 n 2 0m m 以下，而且其稳定性得到了很大的提高，带钢的质量也有了较大的改善， 因此对生产有重要的理论与实际意义。 ， 图3 0 表1 3 参5 4 关键词：p c 轧机；辊系弹性变形；热轧宽薄带钢：板形控制 分类号：t g 3 3 5 1 3 ； 河北理j 二人学硕十学位论文 a b s t r a c t a st h ed e v e l o p m e n to fm o d e r np l a t ep r o c e s s e si n d u s t r yt oh i g ha u t o m a t i o nd i r e c t i o n ， t h ea c c u r a t ec o n t r o lo fr o l l i n gb e l tm a t e r i a l ss h a p eb e c o m e sm o r ea n dm o r ei m p o r t a n t ，i ti s r e q u i r e dh i g hf o rt h ep r o f i l es h a p eq u a l i t yo fs t r i ps t e e l ，e s p e c i a l l ya l o n gw i t ht h ei n c r e a s e o fd e m a n do fp r o d u c t sq u a n t i t yt h a tw i d ea n dt h i ns p e c i f i c a t i o n s ，p r o b l e mo fi t sp r o f i l e s h a p ec o n t r o la l s ob e c o m e st h ef o c a lp o i n to fr e s e a r c h ，t h e r e f o r ei ti st h o r o u g h l ya n a l y z e d f o rp r o f i l es h a p ec o n t r o lp a r a m e t e ro ft h i ns p e c i f i c a t i o n sp r o d u c ta n dm o d e lc o n t r o l ，i th a s p r o f o u n dm e a n i n gf o rr a i s i n ga l l s i d e d l ys o c i e t ya n dt h ee c o n o m i cb e n e f i t so fe n t e r p r i s e t 1 l i s p a p e rc a l c u l a t e s t h ee x i t s t r i p t h i c k n e s st r a n s v e r s ed i s t r i b u t i o na f t e re a c h f i n i s h i n gs t a n do fh o tr o l l i n gs t r i pw i t ht h ec o u p l e dm o d e so f m e t a ld i s t o r t i o no fs t o c ka n d r o l le l a s t i cd e f o r m a t i o n i tc o n s i d e r sal o to fi n f l u e n c i n gf a c t o r st os h a p eo fs t r i p ，s u c ha s t h ew i d es h o wo fr o l l e dp i e c e ，t h el a t e r a id i s t r i b u t i o no ff r o n ta n db a e kt e n s i o n ，t h eh o t e x p a n s i o no fr o l l e r , t h ec l o w nt h a tc r o s s i n ga n g l ea r o u s e s ，t h el a t e r a ln o n - u n i f o r m d i s t r i b u t i o no fr o l l i n gl o a da n dc o n t a c tp r e s s u r e ，b e n d i n gf o r c ea n ds oo n i th a sd e v e l o p e d p l a t es i m u l a t i o ns o f t w a r eo fp cm i l lw i t he l e m e n tm e t h o da sb a s i cm e t h o da n dt h ep l e n t y o fd a t ao fa c t u a lm e a s u r e m e n ta sb a s e ，t h a tc a r r i e so u to p t i m i z a t i o nt op a r a m e t e ro fb o a r d s h a p ec o n t r 0 1 t h er e s u l to fc a l c u l a t e da n da c t u a lm e a s u r e m e n tc o i n c i d e sv e r yg o o d i th a s s t u d i e de l a s t i cd e f o r m a t i o no fr o l l e r sd u r i n gr o l l i n gw i d ea n dt h i ns p e c i f i c a t i o ns t r i ps t e e l b yi n f l u e n c ef u n c t i o n ，a n dh a sd i s c u s s e db e n d i n gf o r c eo fw o r k i n gr o l la n do p t i m a l c o l l o c a t i n gr e l a t i o no fp ca n g l e 。a n dh a sr e a c h e df o l l o w i n g c o n c l u s i o n s ： c o m p a r ew i t ht h er o l l i n gp r e s s u r ev a l u eo ft h i ns p e c i f i c a t i o n se a c hp r o d u c tr o a da s m a t h e m a t i c sm o d e lu t i l i z i n gt h i sp a p e rc a l c u l a t e de s t a b l i s h e dh o tw i d es t r i p se m u l a t i o n s y s t e mw i t ht h ea c t u a lm e a s u r e m e n ti nt h es t e e lp r o d u c t i o no ft a n g s h a nb o na n ds t e e lc 0 1 a d ，t h ed e v i a t i o no fc a l c u l a t i o na n dm e a s u r e m e n tv a l u e si ss m a l l e rt h a n1 0 ，i t s s i m u l a t e dr e s u l ti sr e l i a b l e ，a n dh i g h e rp r e c i s i o n t h ec o u p l es i m u l a t e ds y s t e m a t i cs o f t w a r ea p p l i e st ot h er e s e a r c ho fb o a r dt a p eh o t c o u r s eo fr o l l i n gu n d e rv a r i o u ss p e c i f i c a t i o n s i tc a ng e tt h ep l e n t yo fi n f o r m a t i o n ，s u c ha s r e l e v a n tr o l l i n gp r e s s u r ed i s t r i b u t i o n ，c o n t a c tp r e s s u r ed i s t r i b u t i o n ，e x p o r tb o a r dt h i c k l a t e r a ld i s t r i b u t i o n i a t e r a ld i s t r i b u t i o no ff r o n ta n db a c kt e n s i o n ，a n ds oo n n 摘要 w i mt h ei n c r e a s eo fp cm i l e rc r o s s i n g 姐g l ci n c r e a s e s ，c o n t a c tp r e s s u r eo fr o l l e r m i d d l ep o s i t i o na n de d g ep o s i t i o ni sa tt h es 枷et i m ei n c r e a s e s , a n dc o n t a c tp r e s s u r eo f t h es i d ed e p a r t m e n tp l a c eo fs t r i ps t e e lr e d u c e sl i t t l e w i t hd i f f e r e n tc r o s s i n ga n g l ew i l l a f f e c tc o n t a c tp r e s s u r el a t e r a ld i s t r i b u t i o n , a n dt h e ni n f l u e n c ec r o w n w h e nc r o s s i n ga n g l e i n c r e a s e s ，c r o w nr e d u c e s t h ec h a n g eo ft h ep cc r o s s i n ga n g l em a k e sp cm i l lh a v eh a d m o r es t r o n gb o a r ds h a p ea n db o a r dp r o t r u d i n gd e g r e ec o n t r o la b i l i t y , a n di th a v er e a c h e d t h ed i s p o s i t i o nr e l a t i o no fb e s tb e n d i n gf o r c ea n dp c c r o s s i n ga n g l e ，a n dm a k et h ep c m i l l c o n t r o ie f f e c tm o s to b v i o u s t h er e s e a r c ha c c o m p l i s h m e n to ft h i sp a p e rc a nc a r r yo u tt h eb o a r d t a p eh o tc o n l 鸵：o f r o l l i n gu n d e rv a r i o u ss p e c i f i c a t i o n st oi m i t a t er e s e a r c h w i d et h i ns t r i ps p e c i f i c a t i o n s s u c c e s s f u l l yr o l l i n gg ot o2 0m mb e l o w ，a n di t ss t a b i l i t yh a sg o t t e ng r e a tr a i s i n g , t h e q u a l i t yo fs t r i ps t e e la l s oh a sg o t t e ng r e a t e ri m p r o v e m e n t t h e r e f o r et h er e s e a r c hh a s i m p o r t a n tt h e o r e t i c a la n da c t u a lm e a n i n g f o rp r o d u c i n g f i g u r e3 0 ，t a b l e1 3 ，r e f e r e n c e5 4 k e yw o r d s ：p cm i l l ；r o l l e rs y s t e me l a s t i cd e f o r m a t i o n ；h o tb r o a ds t r i p ；f l a t n e s sc o n t r o l c h i n e s el i b r a r yc a t a l o g ：t g 3 3 5 1 3 m 独创性说明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得 河北理工大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同 工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表 示了谢意。 签名：垂蕉i 墨日期：2 生年上月拥 关于论文使用授权的说明 本人完全了解河北理工大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学 校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复 制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵循此规定) 签名：荔啦导师签名：宰盔童笪一日期。盗之年皇月卫日 引言 引言 板带材是轧钢生产中的最重要的产品之一，它的生产技术代表着世界最先进的 轧钢技术，一个国家板材在钢产品中的比重越大，则这个国家的轧钢水平越高，热 宽带钢则是板材中的重要组成部分。板形精度是热轧带钢的一项主要质量指标和决 定其市场竞争力的重要因素，板形控制技术已成为热轧宽带钢生产的核心技术之一 和当前开发研究的前沿和热点m 随着现代板材加工工业向高度自动化方向的发 展，轧制带材板形的精确控制变得越来越重要，用户对板带钢板形质量要求越来越 高，这些都促使人们对板形理论进行更加深入和细致的研究，其目的是建立各种影 响因素与板形之间的数学模型，以便更准确地预测、设定和控制板形，提高板形控 制的质量和水平板形是由轧制过程中辊缝的形状决定的，而辊缝的形状主要是由 轧辊的形状、刚度及轧制力的大小等因素决定的。因此，通过合理地设定和修改轧 制力参数，可以达到控制板形的目的阶” 在常规热轧机上进行宽薄规格的扩展及轧制极限规格产品时，随着带钢厚度的 减薄，轧制时所遇到的问题也逐渐凸现出来，主要表现为：成品越薄，造成轧机负 荷越大，轧制越不稳定；成品越薄，轧制速度高，轧制时调控难度大，容易堆钢或 甩尾；薄规格带钢在输送辊道上运行时容易飘摆，造成卷型不良，故薄规格产品生 产作业率低、生产成本高。在轧制更宽更薄带钢时，轧制过程的稳定性及带钢的板 形控制难度增加，需对板形控制做相应调整。基于以上原因，我们进行了薄规格产 品板形控制参数及控制模型等方面做深入分析，对于全面提高企业的经济效益和社 会效益具有深远的意义。 另外，连轧机设备庞大复杂，投资巨大，不可能轻易变动。而采取在线调试手 段，不仅调试周期长而且存在人员和设备的危险，同时还会造成产品质量的缺陷， 因此，研究和开发热连轧板形控制参数优化的计算机仿真系统，对热连轧生产过程 控制系统的设计、技术改造、操作人员的培训以及控制系统关键技术的国产化等都 有非常重要的实际意义，同时作为研究的先进手段之一，具有广阔的应用静景。 本课题来源于唐钢热轧薄板厂。 河北理工人学硕士学位论文 1 文献综述 1 1 热轧宽薄带钢的生产背景 热轧宽带钢是钢铁工业重要的钢材品种，其生产技术和装备水平的高低、对整 个钢铁工业的技术进步和经济效益有着重要影响，也标志着一个国家钢铁工业的发 展水平啪 中国钢铁工业在2 0 世纪9 0 年代腾飞，到2 0 世纪未得以长足进步，不仅钢材产量 世界第一，而且通过工艺技术和装备水平的进步，在物质、能耗、质量、品种等方 面也大幅提高。随着科学技术的进步，金属加工工业j 下向高速度、高精度和自动化 方向发展，要求原材料化学成分和机械性能均匀、尺寸公差小、表面质量好。只有 这样才能发挥自动化作业线生产稳定、材料消耗低、产品质量好、成本低的长处。 钢材一方面要通过提高质量，最大限度地发挥自身的效能，以节约用量；另一方面 宴发展新的附加功能，更大限度地发挥钢材的各项性能潜力。 随着热轧薄带钢s l s f j 技术的不断发展，热轧薄带钢产能目益增大热轧宽薄带 钢作为高附加值的钢材品种，在钢材市场上遇到了很好的机会，因为在某些场合。 薄带钢和超薄带钢可以替代传统的冷轧钢和退火带钢，为钢铁企业带来丰厚的经济 效益，热轧薄带钢已经在汽车、家用电器、管道和建筑工业上的深冲、结构和镀锌 等方面得到了广泛的应用舯。因此，热轧薄带钢侵占部分冷轧薄带钢市场已成定 局。 预计2 0 0 7 年全世界热轧薄带钢的产量将达到1 9 0 0 万t ，其中超薄带钢将占很大 比例。我国目前1 8 r a m 以下薄规格带钢产量不足热轧带钢总产量的5 ，近年来对 薄规格热轧带钢的需求以每年6 的比例增长，2 0 0 5 年厚度在0 8 m m 1 8 r a m 的薄 带钢需求增长率将达到7 左右”。根据行业规划，2 0 0 5 年热轧薄板、冷轧板和镀锌 板的需求量分别为4 2 0 0 万t 、2 1 0 0 万t 和5 4 0 万t 以上，其中薄规格热轧带钢和热 轧酸洗板的需求量可能更大。到2 0 0 5 年我国热轧薄板、冷轧板和镀锌板的生产能力 保守估计可分别形成3 7 0 0 万t 、1 9 0 0 万t 和5 5 0 万t ，按8 0 达产率计算实际产 量，2 0 0 5 年可生产热轧薄板、冷轧板和镀锌板分别为3 0 0 0 万t 、1 5 0 0 万t 和4 4 0 万 t ，供需相比仍有较大缺口。 2 1 文献综述 ( a ) 1 9 9 7 - 2 0 0 7 热轧薄带钢目标使用量c o ) 1 9 9 7 2 0 0 7 热轧带钢消耗量 围1 热轧薄带钢的未来市场潜力 f i f r lm a r k e tp o t e n t i a l i t yo fh o tr o l l i n gt h i ns t r i pi nt h ef u t u r e 世界其他国家薄规格带钢的需求量也在不断增加，德国专家曾对薄规格热轧带 钢的市场需求进行总结和预测，据估计，1 9 9 7 年2 0 0 7 年美国、欧共体1 5 国及日本 薄规格热轧带钢的总消耗量“”对比结果见上图。因此，热连轧带钢薄规格产品的板 形控制问题，提高产品质量就成了目前研究的重点，以适应市场的需求。 + 一 目前，从全球范围来看，发达国家的钢铁生产也已经从追求产量转移到提高产 品质量的轨道上来。虽然我国是一个钢铁生产大国，但在钢铁生产的质量和品种等 方面一直处于落后的水平，一些高精度的产品依然依赖于进口作为国民经济各部 门的重要原材料，热轧带钢被广泛应用于工业、农业、国防和日常生活的方方面 面，其产品质量的提高是人们长期以来关注的热点问题。随着科学技术的不断进 步，对带钢的品种、规格、质量和产量的要求也日益增高o ” 1 2 带钢热连轧板形控制发展现状 1 2 1 国外带钢热连轧板形控制发展现状 随着厚度精度的不断提高，提高热轧带钢产品质量的主攻方向已经逐步转移到 板形质量上来，板形控制技术也成为轧制技术研究领域中的一个研究热点“2 1 “。 在国外，由于板厚自控技术( a g c ) 以日益成熟，在提高热轧带钢纵向厚差的 基础上，对板形的横向厚度精度、平直度和边部减薄也提出了严格的要求。为此， 世界工业发达国家在不断地研究开发新设备、新工艺以更好地控制带钢的扳形。从 2 0 世纪5 0 年代开始，世界各国已发展了许多提高板形的新工艺、新技术和新设备“ 3 河北理工大学硕士学位论文 1 7 o 2 0 世纪5 0 年代以前，带钢板形控制主要用磨削轧辊原始凸度的方法加以实现。 由于原始凸度磨削完成后是固定不变的值，很难适应千变万化的轧制情况，因此， 人们又采用人工控制压下制度和控制轧辊热凸度及合理编制生产计划来弥补其不 足。但是，这必然会影响轧机生产能力的发挥和增加编制生产计划的复杂性。 2 0 世纪6 0 年代，液压弯辊装置被应用到钢板轧机上，这标志着带钢板形控制进 入了新的时期。采用液压弯辊装置的目的是为了能调节轧辊挠度，使得带钢板形的 在线控制成为可能。 日本石川岛播磨重工株式会社于2 0 世纪7 0 年代初期，开始研制在带钢平直条件 下的最佳弯辊力计算，把它作为预设定控制模型，用计算机进行在线控制，这是板 形模型控制的雏形虽然弯辊控制技术比较成熟，而且被公认是控制板形和板凸度 的有效手段，但是由于受弯辊力和模型的限制，把它应用到连轧机上去还存在不少 问题。后来出现了最优轧制规程和动态负荷分配法生产带钢的板形控制技术。 除了广泛应用液压弯辊技术外，二十世纪七十年代| ； 后，为了提高板形控制精 度，丰富板形控制手段，相继开发了各种新型轧机和新的控制技术“”“1 1 9 7 2 年日 立公司开发的h c 轧机( u g hc r o w nc o n t r o lm i l l ) ，使板形理论和板形控制技术进入了 一个新的时期。 1 9 7 4 年日本住友会属工业公司开发了v c ( v a r i a b l ec r o w n ) 轧辊技术，并在1 9 7 7 年 研制成功。它通过瞬时改变轧辊的凸度的方法来控制板形质量。 1 9 8 2 年，连续可变凸度的c v c 轧机( c o n t i n u o u s l yv a r i a b l ec r o w nm i m 由s m s 公 司开发成功。它可以连续调节一对轧辊的凸度，改变初始辊凸度的大小和正负，以 此达到控制板形的目的。 1 9 8 4 年，由日本三菱重工与新日铁合作研制的p c 轧机( p a i rc r o s s e dr o l l i n gm i m 问 世，由于其在凸度及板形方面优异的控制能力，受到了世界各国的重视。 2 0 世纪9 0 年代，法国克莱西姆( c l e c l m ) 公司研制成功动态板形辊( d s r d y n a m i cs h a p er o l l e r ) 及其板形控制系统，不仅能够对轧制辊缝进行全辊缝调节，而 且能够对轧制辊缝中任意位置进行调节，满足对轧制辊缝中任意一个局部缺陷的调 控要求。 不同机型的同时并存和相互竞争，既表明它们各有所长，也表明板形控制技术 目前仍是一项发展中的技术，存在着进一步开发研究的空间。1 。这些新的板形控 4 1 文献综述 制方法正在积极的推广应用，并被证明是有效地。在这方面日本和德国均处于领先 地位。 1 2 2 国内带钢热连轧板形控制发展现状 1 实际使用情况 在国内，我国8 0 年代以后引进的新的现代化热带钢轧机都采用当时最先进的板 形控制技术。如宝钢2 0 5 0 r a m 热带钢轧机采用s m s 的c v c 技术，宝钢1 5 8 0 m m 热带钢轧机采用的是日本三菱的p c 技术。 2 开发板形控制系统方面存在的问题 热轧宽带钢板形控制系统是技术含量较高的一个较为复杂的综合系统，它包含 电子控制技术、机械制造技术、液压技术和轧钢工艺技术的开发和运用。就我国目 前的状况而言，虽然引进和将要引进的板形控制装冠很多，p c 、c v c 是重复多次 引进，但就我国目前在这一领域内涉足的深入程度而言，要完全独立自主地歼发运 用板形控制系统还有一定的差距。其主要表现在：1 ) 轧钢工艺技术没完全掌握；2 ) 液压元件的制造及液压系统的设计制造不过关；3 ) 计算机控制系统、专用控制装置 和检测仪表的制造还是空白。 上述硬件的问题直接和国家的基础工业的发展密切相关，要彻底解决还需要相 当长的时间。但在工艺技术等软件的开发运用上，还是有可能在短时间内获得突破 的。 3 开发板形控制系统方面的优势 。 1 9 9 7 年，北京科技大学和武汉钢铁公司联合开发了“v c r 变接触支持辊”和 “a s r 非对称自补偿工作辊”综合板形控制系统，并成功地应用于武钢1 7 0 0 r a m 冷 连轧机，取得了显著经济效益。自7 0 年代末，武钢1 7 0 0 r a m 现代化热带钢轧机投产以 来的2 0 多年时间里，我国的武钢、宝钢等现代化钢铁企业在热轧带钢轧机的生产和 操作方面都积累了丰富的经验。在热轧带钢板形控制技术方面，我国已经拥有p c 、 c v c ( 宝钢) 、w r b w r s ( 武钢) 的技术和使用经验，并涉足于板形控制装置的设 计、控制系统的开发、系统的调试等方面。特别是在武钢1 7 0 0 m m $ , 机的改造增加板 形控制系统，使我国在系统组成、系统设计、现场施工、系统调试方面都积累了一 定的经验。我国目前宽带钢热连轧机的装机水平和生产能力可以说整体达到了国 际平均水平，有的则代表着当代国际最新水平。国外轧钢界专业人士说世界上最先 进的热连轧机在中国。相信在今后的国内热轧带钢轧机的新建和改造中会发挥出 5 河北理工大学硕士学位论文 更大的贡献。 1 3 板形控制基础知识 取一定长度的带钢自然的放到一个平面上，常常可以观察到带钢的翘曲。翘曲 有各种形式，大多数是波浪形，薄带钢常产生皱纹或局部凸凹。翘曲有时可以遍布 整个带宽，有时只限于局部。这种翘曲与带钢的变形不均及内应力分布不均有密切 关系。 轧制过程实际上是金属在旋转的弹性体( 轧辊) 作用下发生塑性变形的过程，一 定断面形状的坯料经过轧制发生明显的纵向延伸和一定的横向流动，最终成为一定 尺寸的成品。板带轧制对变形过程有一个主要的要求，即沿板带宽度各部分有均一 的纵向延伸。设想将带钢分割成若干纵条，如果任何一条上压下量发生变化，都会 引起该窄条的纵向延伸发生变化，同时又会影响到相邻窄条的变形。由于带钢实际 上是一个整体，各窄条之间必定互相牵制，互相影响。因此，当沿横向的压下量分 布不均时，各窄条就会相应的发生延伸不均，这就会在各窄条之问产生相互作用的 内应力当这个内应力足够大时，就会引起带钢的翘曲。由于轧制过程是一个复杂 的物理过程，金属所发生的塑性变形和轧辊所发生的弹性变形受到许多因素的影 响，要想彻底消除这种变形不均，是不可能的。但是，应该将这种变形不均限制在 尽可能小的范围内，以防止带钢翘曲。 为了说明金属纵向变形不均的程度，引入了板形这个概念。所谓板形，直观说 来，是指板材的翘曲程度；就其实质而言，是指带钢内部残余应力的分布。 只要带钢中存在残余的内应力，就称为板形不良。如果这个应力虽然存在，但 不足以引起带钢翘曲，则称为“潜在的”板形不良；如果应力足够大，以致引起带 钢翘曲，则称为“表观的”板形不良” 一般认为，扳形不良是板宽方向上各点的纵向延伸不均匀造成的。设想从轧辊 辊缝中轧出的板材由一系列宽度很小的纵条组成，假设纵条之间互相没有联系，处 于自由状态，则每一纵条轧后的长度由该纵条的延伸率大小确定。但实际上这些纵 条组成了钢板的整体，每一个纵条不可能单独伸长，各纵条之间必定互相牵制、互 相影响，这样必然在带钢的i i i f 端造成一个连续的变化。所以，刚从辊缝中轧出的轧 件因其前端还比较自由，在沿宽度方向上的不均匀变形就在其前端形状上反映出 来。但当轧件长度增加后，继续轧出的轧件，当沿横向的压下量分布不均匀时，各 窄条的不均匀延伸受到前端的阻碍而不可能继续反映在前端的形状卜，从而在各窄 6 1 文献综述 条之间产生互相作用的内应力，也就是板带材沿宽度方向上的纵向拉压应力。如果 这种内应力足够大，带钢就会将板形缺陷表现出来。 1 3 1 良好板形的几何条件 如图2 所示，横坐标表示各点的横向位置，即横向各点距带钢中心的距离，纵 坐标分别为入口和出口轧件半高，入口断面形状为h g ) ，出口断面形状为| i l g ) 。设 各点对应的原始长度为以b ) ，轧后长度为，b ) ，根据体积不变定律并考虑到当保 证良好板形时，扳材轧制接近于平面变形，则纵向延伸和高度压缩之间应当有下述 关系： 铬- 端丽。丽u j 要获得良好的板形，必须保证带材沿横向有均匀的延伸。因此，必须保证轧件轧前 断面几何形状和承载辊缝形状相匹配，i i p s l 前和轧后断面几何形状之间保持一定的 几何关系。根据式( 1 ) ，应该保证来料横断面几何形状和承载辊缝的几何形状之间相 “匹配”，即轧前和轧后的轧件断面之问应保持下述几何关系：， 端- 圆日忸j 其中一罢xs 罢，b 是轧件宽度。 圈2 轧件轧前轧后的断面形状 f i g 2s e c t i o n a lf r o ms t r i pb e f o r ea n da f t e rr o l l i n g 随板形表示方式的不同，这个几何条件的形式也不同一般为了使问题简化， 以带钢中心和边部的厚度差表示断面形状。下面讨论采用这种方法时式( 2 ) 给出的良 好板形条件应取何种形式。设轧前带钢中心和边部的厚度分别为片。和h 。，轧后相 应的厚度为j i l 。和t ，由式( 2 ) 得： 一7 河北理工大学硕十学位论文 每- 以h l e - 矿h ( 3 ) h ch th 、 式中： _ i l 一轧件的轧后平均厚度； h 一轧件的轧前平均厚度。 即 i h c 一可h c ( 4 ) 经推导得 t h c - - h e - 里秀竖( 5 )行h 式( 5 ) 就是常用的良好板形几何关系的表达式。虽然这种方法仅考虑带钢中心和 边部两点，对于复合波等较为复杂的板形缺陷，不能确切描述，但是由于这种方法 简便，因而它仍广泛的应用于板形问题研究。 1 3 2 常见的板形缺陷及影响因素 板形缺陷产生的实质是带材内部残余应力的分布不均匀直观的表现为带钢产 生浪型、瓢曲、压折、翘曲及侧弯等。板形缺陷分为以下几种主要类型，见图3 。除 了这几种主要的板形缺陷，实际板形缺陷中还包括大量无规律的残余板形缺陷。 应力分布 ii h 缺陷种类 无 纠偏方式 板形良好 支挣轭惯 斜压下 簟边渡 工作辊 双边波 正弯辊 工作轭 中浪 负弯辊 支持辊弯辊1 1 4 浪 围3 主要板形缺陷类型 r g 3 m a i nt y p e so f f l a t n e s sd e f e c t 8 口臼豳 引测吲u 1 文献综述 板形缺陷是带钢在轧制过程中受到许多因素的影响而产生的，这些因素对形成 最终产品的板形起着很大的作用。在板形自动控制系统中，这些因素并不参与板形 自动控制，但是考虑这些因素的影响，并在此基础上进行板形自动控制，则将显著 增加控制效果，能更好的发挥板形自动控制系统的作用。总括起来，这些因素可以 分为内因( 金属本性) 和外因( 轧制条件) 两个方面。 金属本身的物理性能( 例如硬化特性、变形抗力) 直接影响轧制力的大小，因而 与板形密切相关。金属的几何特性，特别是带材的宽厚比、原料板凸度是影响板形 的另一个重要因素。 轧制条件的影响更为复杂，它包括更为广泛的内容。凡是能影响轧制压力及轧 辊凸度的因素( 例如摩擦条件、轧辊直径、张力、轧制速度、弯辊力、磨损等) 和能 改变轧辊间接触压力分靠的因素( 例如轧辊外形、初始轧辊凸度) 都可以影响板形。 在实际生产中，轧辊的受力变形、热膨胀与磨损这三个因素是综合地起作用 的，它们一方面既是引起板形缺陷与横向厚差不合格的根源；另一方面，如能进行 适当调整和控制却又可使这三大因素成为改善板形和提高横向厚度均匀性的有效 手段例如：在轧制过程中，由于变形热使轧辊热膨胀而改变原始辊型，致使板形 受到影响，此时，为保持原始辊型可通过沿辊身长度方向上的分段控制冷却液的流 量，以适当调节轧辊辊身两端与中部的温度差以及辊颈与轴承的温度，就有可能减 小轧辊的凸度，从而达到原始辊缝的要求。 1 3 3 板形控制理论 熟轧带钢产品无论作为热轧商品材、酸洗热轧板原料、镀锌热轧板原料，还是 冷轧板带的原料，都对板形精度提出了严格而又程度不同的要求。板形精度已经成 为热轧带钢厂的一项主要质量指标和决定其市场竞争力的重要因素，板形控制技术 已成为热轧带钢厂的核心关键技术汹制。 在热连轧生产中，凸度和平坦度是表示带钢板形的两个重要指标，而工作辊的 弯辊是板形控制的主要手段。根据带钢的凸度和平坦度目标，对弯辊力进行设定和 调整，是板形自动控制的重要研究内容之一。 凸度和平坦度相互关联又相互矛盾。控制凸度的同时，必然影响平坦度，反之 亦然。因此，需要采取合适的控制算法。已有的控制算法存在着凸度优先和平坦度 优先两种方式，均侧重于其中的某一个指标，因而仍可能引起板形不良，具有局限 性m 。 9 河北理工大学硕士学位论文 热轧宽带钢的板形内涵包括凸度、平直度、边部减薄。带钢因工作辊的磨损而 产生的带钢边沿凸起的板形缺陷定义为带钢边部形状。板形缺陷的具体表现形式为 边浪、中间浪、边部减薄、带钢宽度方向上的厚度不均匀带钢楔形不是板形缺 陷，也不属于板形控制的范畴，它可以通过液压压下系统( 或液压推上系统) 进行工 作毒脉平调节来纠正。 一板形技术指标是钢板质量的重要标志，因此受到重视，致使板形理论及其控制 技术得到不断的进步和提高。将板形理论的发展分成三个阶段，第一阶段是以轧辊 弹性变形为基础的理论；第二阶段是日本新日铁和美国为代表的以轧件为基础的动 态遗传理论；第三阶段为钢铁研究总院建立的轧件轧辊统一的板形理论饰”1 。板形 理论研究的目的是消除和减少板带轧制中波浪和翘曲等缺陷，自由的控制板凸度 值，属于应用科学。轧件轧辊统一的板形理论可以把现代控制理论直接应用于板带 轧制过程最优控制综合，在简化装备、降低消耗、简便操作的条件下提高产品质 量。 近十年来，提高轧制质量的重点放在寻求板凸度和平直度的有效控制上，各种 板形控制技术也因此应运而生。 2 热带钢板形控制技术 随着对板带钢横向厚差( e p 板凸度、平赢度) 要求的日趋严格，原始板凸度和平 直度控制方法不能满足生产需要，为此世界各大冶会设备设计制造集团相继推出各 自的板形控制技术，其中最具有代表性的有：日立公司的h c ( h i b hc r o w l i ) 轧机、 西马克公司的c v c ( c o n t i n o u s l yv a r i a b l ec i o w n ) 轧机、三菱公司的p c ( p a i rc l o s s ) 轧机、德马克公司u p c ( u n i v e r a s lp r o f i l ec o n - t r 0 1 ) 轧机、戴维公司的a m w r ( a x i a l m o v a b l ew o r kr o l l ) 轧机、住友公司的v c ( v a r i a b l e 口o w n ) 轧机，以及达涅利联合工 程公司的s c ( s e l f - c o m p e n s a t i n g ) 轧机嘲。经过多年的生产实践，目前比较有效的板 形控制方式有c v c 、p c 、w r b w r s ，呈三足鼎立之势。但板形问题仍然存在，因 此仍需调整精轧机工作辊的原始凸度、负荷分配和弯辊控制等，提高预设定的精 度。板形控制主要是根据需要对轧制过程中的轧辊挠度、热凸度和磨损导致的轧辊 断面变化进行补偿的技术1 。几种板形控制方式的简介如下： n a m w r 轧机 a m w r 轧机基本上是工作辊轴向可移动的四辊轧机，工作辊配有弯辊装置，通 过工作辊的移动调节轧辊之问的接触位置，达到消除有害接触区的目的，提高工作 辊弯辊的工作效果。 1 0 1 文献综述 根据轧制要求，a m w r 轧机工作辊工作方式有以下三种： ( 1 ) 带钢板凸度控制方式( h c 方式) 这种方式通过移动带辊型的工作辊，调整工 作辊与支持辊的接触长度。c 是轧辊和带钢端部日j 的距离，c 值越小，带钢凸度越 硝、。 ( 2 ) 一侧带梢的轧辊位置控制方式 这种方式是通过移动一侧带梢( 锥形端) 的工作辊来实现带钢横向厚度控制。 锥形端调整方式( t a 方式1 。根据带钢的宽度来移动工作辊，轧制出最小板凸 度和边部减薄的带钢。 锥形端摆动方式( t o 方式1 。工作辊在一个短行程范围内摆动，以减少带钢 板凸度，并且防止与带钢边部接触的工作辊不均匀磨损 ( 3 ) 周期移动方式 这种方式是给轧机提供自由轧制的能力，通过周期性移动工作辊，避免工作辊 受不均匀磨损而使热凸度平滑。 2 1 c v c 轧机 c v c 轧机就是把上下工作辊都研磨成瓶形轧辊，然后相互颠倒1 8 0 。安装在机 架里，因而在工作辊之问形成对称的辊缝轮廓。当上下工作辊沿轴向作相对移动 时，按其移动方向的不同而形成辊缝轮廓的正凸度和负凸度。由于轴向移动量是无 级的，因而系统可连续进行可变凸度控制。根据t h y s s e n 的经验，当轧辊移动范 围为_ + 1 0 0 m m 时，辊缝的可交凸度范围为1 0 0 5 0 叩m 。 3 ) p c 轧机 。 p c 轧机为成对轧辊交叉，即上支持辊与上工作辊作为一对，下支持辊和下工 作辊作为一对，上下两对辊组轴线的垂直面相交叉成一个很小的角度，从而得到很 大的轧辊凸度，如表1 和图4 所示。 表1 轧机主要参数 t a b l e lm a i np a r a m e t e r o f t h er o l l h c 轧机cvc轧机pc轧机 工作辊直径，m 中间辊直径，1 1 1 1 1 1 支撑辊直径，n u n 弯辊力，k n 移动行程。m 交叉角度，。 鲫 7 7 5 1 5 0 0 o 1 0 0 7 4 0 1 5 0 0 0 2 0 0 土1 4 0 7 4 0 1 5 0 0 0 2 0 1 2 河北理工大学硕十学位论文 图4 p c 轧机 f i g 4p cr o l l 其控制原理是：上、下工作辊形成的辊缝截面随轧辊交叉角度的变化而变化， 可形成具有凸度变化的辊缝截面，交叉轧辊的效果等效于带凸度轧辊的凸度效益， 凸度等效量可由下式表示： c - 竿一筹j - ， 式中： c ，等效辊缝凸度； b 一轧制带钢宽度； 日一轧辊交叉半角； 。 4 工作辊直径。 p c 轧机的特点是凸度控制范围与交叉角0 的平方成正比，交叉角为0 1 5 。时 ( 实际使用时控制在1 。以内) ，其凸度控制范围为0 1 4 u o g m 。p c 轧机有单交叉 和双交叉2 种方式，单交叉的交叉移动量是双交叉的2 倍，目前宽带钢一般采用双 交叉方式，窄带钢采用单交叉方式。 随着交叉角增加，等效辊缝凸度增大，交叉角的变化范围在0 。1 2 。之间，具 有良好的凸度控制效果，且随板带宽的增大，控制效果也变好。 p c 轧机的使用效果： ( 1 ) 通过上、下辊组微小的交叉角度调节，能在较大范围内很好的控制带钢凸 度。 ( 2 ) 工作辊磨损与普通四辊轧机相似。 ( 3 ) 因为具有较大的带钢凸度控制能力，故只需一套轧辊辊型系统，减少轧辊 库存，可灵活安