（材料加工工程专业论文）港陆1250mm精轧机组辊形曲线优化.pdf

f。、illlllf jr、，iil_二_旧旧1 at h e s i si nm a t e r i a l sf o r m i n ge n g i n e e r i n g r o l lc o n t o u ro p t i m i z a t i o no f g a n g l u12 5 0 m m h o t s t r i pf i n i s h i n gm i l l b y j i as h i b o s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rx uj i a n z h o n g i n s t r o u c t o rg o n g d i a n y a o n o r t h e a s t e mu n i v e r s i t y j u n e2 0 0 8 r 1、1 ，r 一 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢 ：正 恧。 学位论文作者签名：壤缸鹄 日期： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 半年口一年口一年半口两年口 学位论文作者签名： 啄氏饯 签字日期： 导师签名： 签字日期： 上7，t 一 一、 ， l ， f ，_ 毒 东北大学硕士学位论文摘要 港陆1 2 5 0 m m 精轧机组辊形曲线优化 摘要 板形和板凸度是板带材的一项主要质量指标和决定其市场竞争力的重要因素。随着 用户对板带材产品质量要求的日益提高，板形问题已显得越来越突出，并成为国内外众 多板带生产厂家关注的焦点。研究分析表明，热轧带钢板形控制的核心是辊缝形状控制， 工作辊与支撑辊的初始辊形是承载辊缝形状最主要、最直接的影响因素，也是最灵活、 最有效的板形控制手段。工作辊和支撑辊初始辊形设计是热轧带钢板形控制的主要手段 之一。因此，研究辊形曲线优化设计具有实际意义。 轧制过程中带材板形受入口凸度、前后张力、轧制力、弯辊力、轧制速度等诸多因 素的影响，并且具有较强的非线性。本文结合港陆1 2 5 0 m m 板形控制系统开发项目，根 据轧辊弹性变形理论，采用影响函数法开发了面向对象的四辊轧机弹性变形模拟计算软 件，准确地模拟出一定工艺条件下的轧件轧后断面分布，为板形控制系统模型的建立和 参数优化提供了理论依据，具有重要的理论意义和实际应用价值。该模块适用于普通四 辊轧机、p c 轧机和c v c 轧机轧辊弹性变形计算，为热轧带钢板形控制提供了解析工具。 在保证各机架带钢出口凸度控制能力的前提下，通过优化工作辊和支撑辊的辊形曲线， 改善了辊间压力分布，延长了支撑辊轧制周期。为了便于用户使用，本文采用o l e 和 v b a 技术，在v b 6 环境下开发了友好的四辊轧机弹性变形解析软件的用户界面。本文 的主要研究内容： ( 1 ) 根据轧辊弹性变形理论，采用影响函数法开发面向对象的四辊轧机弹性变形 模拟计算软件。 ( 2 ) 根据各个机架弯辊力范围及带钢出口凸度的控制能力，以保证带钢出口平直 度良好及辊间压力均匀化为目标，合理地设计了精轧机组工作辊及支撑辊辊形曲线。现 场实际应用结果表明，采用本文所设计的辊形曲线，不仅可以满足热轧带钢不同轧制规 程的要求，而且降低了工作辊与支撑辊端部接触应力值，减少了支撑辊边裂及剥落现象 的发生，延长了支撑辊使用寿命，确定了适合港陆现场实际情况的辊形曲线。 ( 3 ) 采用o l e 技术和v b a 技术，在v i s u a lb a s i c6 0 环境下开发了友好的用户界 面。 关键词：辊形曲线优化，板凸度，板形，轧辊弹性变形 i i 、 j p k ，p 0 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t r o l lc o n t o u ro p t i m i z a t i o no fg a n g l u1 2 5 0 m mh o ts t r i p f i n i s h i n gm i l l a b s t r a c t p r o f i l ea n dc r o w np r e c i s i o no fs t r i pa r ei m p o r t a n tq u a l i t yt a r g e t s ，a n dt h e ya le i m p o r t a n t f a c t o r st od e t e r m i n et h em a r k e tc o m p e t i t i v ep o w e rf o rs t r i pp r o d u c t s t r i ps h a p ep r o b l e m sg e t m o r ea n dm o r eo u t s t a n d i n ga n db e c o m et h ep o i n tf o c u s e db ym a n yp r o d u c e r s a t t e n t i o na t h o m ea n da b r o a da st h ei n c r e a s i n gq u a l i t yd e m a n d so ns t r i pp r o d u c tm a d eb yu s e r s a c c o r d i n g t or e c e n t l ys t u d y ，t h ek e yo fh o t - s t r i ps h a p ec o n t r o li st h er o l lg a ps h a p ec o n t r 0 1 t h ei n i t i a lr o l l c o n t o u ro fw o r ka n db a c k u pr o l li st h em o s td i r e c ta n dm a i ni n f l u e n c i n gf a c t o ro fr o l lg a p w i t hl o a d ，a n da l s oi st h em o s tf l e x m l ea n dd f f e c t i v em e t h o do ft h es h a pc o n t r 0 1 o n eo ft h e m a j o rm e t h o do fh o t s t r i ps h a p ec o n t r o li st h ed e s i g no ft h ei n i t i a lr o l lc o n t o u ro fw o r ka n d b a c k u pr o l l s oi ti sp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c et os t u d yr o l ls h a p ec u l n e w o r kp i e c ew a si n f l u e n c e db ym a n yf a c t o r ss u c ha so r i g i n a lp r o f i l e ，t e n s i o n ，r o l l i n g f o r c e ，b e n d i n gf o r c ea n dr o l l i n gv e l o c i t y t h e s ei n f l u e n c e sa l lw e r en o n l i n e a r a s s o c i a t e dw i t h t h ep r o j e c to fs t r i ps h a p ec o n t r o ls y s t e mf o rg a n g l u1 2 5 0 m mh o ts t r i pf i n i s h i n gm i l l b a s e d o nt h et h e o r yo fr o l l s e l a s t i cd e f o r m i n g , t h ec a l c u l a t i o nm o d u l eo fr o l l se l a s t i d t yd e f o r m a t i o n i n4 - hm i l lw a sd e v e l o p e db yt h ei n f l u e n c ef u n c t i o nm e t h o d , t h es t r i pp r o f i l eu n d e rt h e s p e c i f i e dc o n d i t i o nw a s s i m u l a t e da c c u r a t e l y t h em o d u l ew a sa p p l i c a b l ef o rc a l c u l a t i n gr o l l s e l a s t i c i t yd e f o r m a t i o ni nc o n v e n t i o n a l4 - hm i l l ，p cm i l la n dc v c m i l l i tw o u l db eau s e f u l t o o li ns h a p ea n df l a tc o n t r o li nh o ts t r i pr o l l i n g o nt h ep r e m i s et h a ts t r i pc “) 、na te x i to n e a c hs t a n dw a sc o n s i d e r e d , d i s t r i b u t i o no fp r e s s u r eb e t w e e nr o l l sw a si m p r o v e da n dr o l l i n g r e c y c l eo fb a c k u pr o l lw a se x t e n d e db yo p t i m i z i n gw o r ka n db a c k u pr o l ls h a p ec u l v e av i s u a l i n t e r f a c eo ft h i ss o f t w a r ew a sd e v e l o p e dw i t ho l ea n dv b ai nt h ec i r c u m s t a n c eo fv b 6 t h e m a i nw o r k sw e r es h o w na sf o l l o w i n g ： ( 1 ) b a s e do nt h et h e o r yo fr o l l s e l a s t i cd e f o r m i n g , t h ec a l c u l a t i o nm o d u l eo fr o l l s e l a s t i c i t yd e f o r m a t i o ni n4 一hm i l lw a sd e v e l o p e db yt h ei n f l u e n c ef u n c t i o nm e t h o d ( 2 ) t a k et h es t r i pf l a t n e s si nw e l la n dt h eu n i f o r mr o l li n t e r m e d i a t ep r e s s 弱t a r g e t ，w o r k r o l ls h a p ew a sd e s i g n e dp r o p e r l ya n dt h el i m i to fr o l lb e n d i n gf o r c ea n ds t r i pc r o w na te x i to n e a c hs t a n dw e r ec o n s i d e r e d t h ea p p l i c a t i o ni np r o d u c t i o ns h o wt h a tr o l ls h a p ec o u l ds a t i s f y d i f f e r e n tr o l l i n gs c h e d u l e t h ep h e n o m e n o no fc r a c ka n df l a k i n ga tt h ee n do fb a c k u pr o l l o c c u r e df o rs t r e s sc o n c e n t r a t i o nw a sr e d u c c da n db a c k u pr o l ll i f ew 弱e x t e n d e d i l l 舯、 j ， j f l ，i | l 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t ( 3 ) av i s u a li n t e r f a c eo ft h i ss o f t w a r ew a sd e v e l o p e dw i t ho l ea n dv b ai nt h e c i r c u m s t a n c eo fv b 6 k e yw o r d s ：r o l lc u r v eo p t i m i z a t i o n ，c r o w n ，s t r i ps h a p e ，e l a s t i cd e f o r m i n g i v 目录 目录 独创性声明i 摘要u a b s t r a c t i i i 第1 章绪论l 1 1 研究背景1 1 2 板形控制的基本理论和方式1 1 2 1 板形控制的基本理论1 1 2 2 板形控制的方式6 1 3 辊系弹性变形理论发展状况1 3 1 3 1 弹性基础梁法1 3 1 3 2 双层梁法1 4 1 3 3 有限元法1 6 1 3 4 影响函数法2 0 1 4 本文研究内容2 0 第2 章港陆1 2 5 0 m m 精轧机组概况2 2 2 1 热连轧机组的工艺流程简介2 2 2 1 1 工艺流程框图2 2 2 1 2 工艺流程简述2 2 2 2 港陆热轧厂设备的简介2 4 2 3 热轧产品结构及主要用途2 5 2 4 港陆1 2 5 0 m m 精轧机组板形控制条件及能力分析2 6 2 5 小结2 7 第3 章四辊轧机弹性变形解析模块开发2 8 3 1 影响函数法发展概述2 8 3 2 四辊轧机受力特点和单元离散化2 9 3 2 1 四辊轧机受力特点2 9 3 2 2 离散化单元编号3 0 v 东北大学硕士学位论文 目录 3 2 3 轧制力和辊间压力离散3 0 3 2 4 工作辊和支撑辊挠度的离散3 0 3 3 影响函数3l 3 3 1 工作辊弹性弯曲影响函数3 1 3 3 2 支撑辊弹性弯曲影响函数3 1 3 3 3 工作辊弯辊力影响函数3 2 3 3 4 辊间压扁影响函数3 2 3 3 5 轧制力引起的工作辊弹性压扁影响函数3 3 3 4 计算辊系变形的协调方程3 3 3 4 1 力平衡方程3 3 3 4 2 力一位移关系方程3 4 3 4 3 变形协调关系方程3 5 3 5 收敛问题3 5 3 5 1 收敛指标3 5 3 5 2 辊间压力分布和轧件出口断面形状的修正3 6 3 5 3 平滑指数口和收敛指标的处理3 6 3 6 计算流程图3 7 3 7 功能函数说明3 7 3 7 1 支撑辊类型的设置3 7 3 7 2 为达到目标凸度而进行寻优计算3 9 3 8 小结。4 0 第4 章精轧机组辊形曲线优化4 1 4 1 辊形曲线优化前的概况及分析4 l 4 1 1 港陆精轧机组实际辊形配置4 l 4 1 2 现有辊形曲线条件下带钢凸度计算及计算结果分析4 1 4 2 辊形曲线优化计算4 4 4 2 1 各机架出口带钢凸度的分配4 4 4 2 2 辊形曲线优化4 7 4 2 3 辊形曲线优化结果5 3 v i 东北大学硕士学位论文 目录 4 3 轧制其它规格带钢时辊系变形分析5 5 4 3 1 轧制q 1 9 5 2 5 时相关参数分析5 5 4 3 2 轧制q 1 9 5 3 o 时相关参数分析5 6 4 3 3 轧制q 19 5 l - 2 7 5 时相关参数分析5 8 4 3 4 轧制s p h c 2 7 5 时相关参数分析6 0 4 3 5 轧制s p h c q b 2 7 5 时相关参数分析6 l 4 4 小结6 3 第5 章四辊轧机弹性变形分析软件界面开发6 4 5 1 四辊轧机弹性变形分析软件输入输出数据6 4 5 1 1 输入数据6 4 5 1 2 输出数据6 6 5 2 用户界面6 6 5 2 1 主界面6 7 5 2 2 数据输入界面6 7 5 2 3 变形影响率输出界面6 8 5 3 小结7 1 第6 章结论7 2 参考文献7 3 致 谢：7 6 v i i 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 1 1 研究背景 第1 章绪论 近年来，板带材是应用最广泛的钢材，随着经济的发展、市场需求的扩大，对板带 材产品的规格、质量和精度都提出了更高要求。在各项指标中，板形是检测板带产品质 量和精度的重要指标。因而，板形控制就成为板带钢生产过程中必须解决的一个主要问 题。对热轧板带来说，其性能、质量及精度要求主要包括厚度精度、板形精度、成形性 能及表面质量等。由于厚度自动控制( a g c ) 系统的不断完善和广泛采用，特别是厚度检 测设备的发展和检测信号反馈时间的缩短，使模型的自学习功能大大增强，板带的纵向 厚度精度也越来越高。相比之下，板形问题显得日益突出。板形精度是热轧带钢的一项 主要的质量指标和决定产品市场竞争力的重要因素。目前，板形控制技术【l 7 】已成为热 轧带钢生产的核心技术之一，也是当前轧制技术研究开发的前沿和热点。分析表明，辊 形，即轧辊辊身表面轮廓的形状，是产生板形缺陷的主要原因之一。由板凸度和平直度 的关系可知，板形质量的好坏和板凸度有关，而板凸度和轧辊辊缝的形状密切相关，而 辊形曲线又是能调节辊缝形状的最直接的因素，所以对辊形曲线的研究有其实际意义。 本课题主要围绕唐山港陆钢铁集团1 2 5 0 m m 板形控制系统开发造所展开。通过优化 工作辊和支撑辊的辊形曲线，降低辊耗，延长轧辊寿命，提高* l n 精度，使板带材的产 品的各项指标达到客户的要求。 1 2 板形控制的基本理论和方式 1 2 1 板形控制的基本理论 1 2 1 1 板形的基本概念 所谓板形，直观上是指板带的翘曲程度，其实质是指带钢内部残余应力的分布。衡 量带钢板形通常包括纵向和横向两个方面的指标。就纵向而言，通常指的是平直度，或 称翘曲度，俗称浪形，即沿板带长度方向上的平坦程度。就横向而言，板形所指的是板 的断面形状，即板宽方向上的厚度分布，包括板凸度，边部减薄及局部高点等一系列概 念。其中，板凸度是最为常用的横向板形代表性指标。 作为板形，可分为“显性板形 和“隐性板形”。所谓“显性板形 指的是残余应 _ 1 东北大学硕士学位论文 第1 章绪论 力足够大，带钢轧后用肉眼即可辨别的板形。而隐性板形则指带钢轧后残余应力还不足 以引起带钢的浪形，但在后续加工如纵切分条后才显现出来。由于最终轧制是带张力的 冷轧，在轧制过程中，大的张力掩盖了实际的板形缺陷，使得轧制的带钢看上去似乎平 直，而一旦除去卷取张力后，带钢板形缺陷又重新显露出来。因此，只有精确地检测带 钢内部的残余应力分布，才能及时通过轧机自动控制系统进行板形调整，从而保证实际 板形的良好。 1 2 1 2 平直度及其表示方法 ( 1 ) 相对长度差表示法 把翘曲的带钢裁成若干个纵条并铺平，则在带钢的横向各点有不同的延伸，用址三 来表示板形，如图1 1 所示。通常板形以，单位表示，其表达式见式( 1 1 ) 。 ，= ( 等) 川5 m ， 式中：，为带钢板形，以，单位表示； 世为带钢纵向延伸差，m i i l ； 三为带钢基准点长度，1 1 1 1 1 1 。 图1 1 板形的相对长度差表不法 f i g 1 1t h e d i f f e r e n c en o t i o no fs t r i ps h a p e ( 2 ) 波形表示法 翘曲的带钢切取一段置于平台上，如将最短纵条视为一直线，最长纵条视为一正弦 波，以翘曲波形来表示板形，则称为翘曲度。翘曲度通常以百分数来表示，如图1 2 所示。 带钢的翘曲度名表示为： 肚r r v 1 0 0 ( 1 2 ) l v 叫 - 2 - 东北大学硕士学位论文 第1 章绪论 式中：五为翘曲度，以百分数表示： 彤为波幅，m m ；l 矿为波长，m m 。 图1 2 板形的波形表示法 f i g 1 2t h ew a v en o t i o no fs t r i ps h a p e ( 3 ) 相对长度差表示法与波形表示法之间的关系 翘曲度元与相对长度差，之间的关系表示为： ，= 等川5 = ( 老 2 x 1 0 s = 等允2 m 3 ， 0 i2 0j 2 、7 式中：，为带钢板形，以，单位表示；旯为翘曲度，以百分数表示。 该式给出了相对长度差表示法和波形表示法之间的关系，只要测出带钢的波形就可 以求出相对长度差。 1 2 1 - 3 板凸度 板凸度是指板中心处厚度与边部代表点处的厚度之差，有时为强调没有考虑边部减 薄，又称它为中心板凸度。其表达式为： c h = h c h , i ( 1 - 4 ) 式中：g 为带钢的中心凸度，m m ； h ，为带钢的中心厚度，r a m ； 吃。为带钢边部代表点的厚度，m m 。 边部减薄也是一个重要的断面质量指标。边部减薄量直接影响到边部切损的大小， 与成材率有密切关系，边部减薄表示为： c 。= h 订一吃2( 1 5 ) 式中：c 为带钢的边部减薄，r a m ； 玩。为边部减薄区的厚度，m m ； 吃：为骤减区的厚度，m m 。 3 东北大学硕士学位论文 第1 章绪论 由于轧件的厚度与其板凸度有密切关系，所以引入了比例凸度的概念。比例凸度是 指轧件中心凸度与轧件平均厚度的比值，用公式表示为： c ，2 i l h 1 0 0 ( 1 - 6 ) 式中：c 。为比例凸度，以百分数表示： g 为板凸度，m m 万为轧件的平均厚度，m m 。 1 2 1 4 平直度与板凸度之间的关系 平直度与板凸度有密切关系，可以应用良好板形条件来加以阐述。根据体积不变定 律并考虑到良好板形时，可得良好板形几何关系： g=鱼(1-7)hh 式中：c 、c h 为轧前轧后带钢的凸度，m m ； 万、h 一为带钢轧前轧后的厚度，m m 。 冷轧过程要求严格保证良好的板形条件，所以在轧制过程中，尽管板凸度值不断减 小，可是比例凸度始终保持不变。热轧过程有所不同，为了满足产品凸度方面的要求， 在板形允许的范围内带钢比例凸度可以适当改变。因此，板形变化与板凸度变化的定量 关系是板凸度控制的基础。 轧制过程中带材产生的翘曲或波浪是由带钢宽向的不均匀延伸所至，带钢宽向延伸 与该道次板凸度变化直接相关，可用如下式表示： f 、r 、 c p 叫盖一蚩) 1 0 似0 1 8 ) 式中：a c 。为带钢比例凸度变化，以百分数表示； c 1 为入口带钢凸度，m m ；c ，为出口带钢凸度，i l l m ； 日为入口带钢厚度，m m ；日，为出口带钢厚度，m m 。 当a c p 0 时，带钢多趋向于中浪。但 是，由于有内应力的存在，所以只要比例凸度变化在一定的范围内，带钢仍然会保持平 直，这一凸度范围就叫做平直度的死区。热轧平直度死区可用下式给出： 4 东北大学硕士学位论文 第1 章绪论 一8 。( 告 4 c ， 4 。( 鲁 6 ( 1 9 ) 式中：c 。为带钢比例凸度变化；b 为带钢的宽度，m m 。 根据以上概述，平直度与比例凸度之间的关系式： ，= a c ，x 1 0 5( 1 - 1 0 ) 式中：，为板形，以，单位表示：a c 。为比例凸度差，以百分数表示。 翘曲度与比例凸度之间的关系式： a = 6 3 6 6 1 9 7 7 i c 一( 1 - 1 1 ) 式中：名为翘曲度，以百分数表示；a c 。为比例凸度差，以百分数表示。 由式( 1 - 1 0 ) 、( 1 - 1 1 ) 得到板形的i 单位表示与百分数表示的翘曲度关系式： a = 0 2 0 1 3 1 7 ， ( 1 - 1 2 ) 式中：a 为翘曲度，以百分数表示；，为平直度，用，单位表示。 1 2 1 5 板凸度的影响因素 影响板凸度的因素很多，包括轧辊，轧件和轧制条件等诸方面。其中，涉及轧辊的 影响因素有轧辊轴承，轧辊弯曲挠度，轧辊剪切挠度，轧辊间接触变形，轧辊与轧件的 接触变形，轧辊表面状态，轧辊温度，轧辊磨损，轧辊初始凸度及轧辊的机械特性等： 涉及轧件的影响因素有轧件厚度，轧件轧前变形历史，轧件热处理状态，轧件表面状态， 轧件材质及加热温度等；而涉及s l 带f j 条件的影响因素有轧制温度，轧件速度，润滑情况 及前后张力等。此外，还有一些随时间变化的因素也影响着轧件的轧后板凸度。所有以 上各种因素的综合作用，决定着轧后的最终板凸度及相应的板凸度。虽然上述关于影响 板凸度所涉及的因素众多且复杂，但是这些因素可归结为以下四个方面，并通过这些方 面而起作用。这四个方面的具体内容包括： ( 1 ) 轧制载荷引起的轧辊弯曲变形； ( 2 ) 轧制载荷引起的轧辊表面压扁变形； ( 3 ) 轧制过程的轧辊热变形； ( 4 ) s l 匍j 过程的轧辊磨损。 5 - 东北大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 2 2 板形控制的方式 实际生产中由于产品规格和轧制条件不断变化，且辊形不断磨损，不可能用一种辊形 去满足各种轧制情况。因此在轧制过程中要根据不同情况不断地对辊形和板形进行灵活 调整和控制。控制辊形目的是控制板形，故辊形控制技术实际就是板形控制技术，但后 者含义更广，往往把辊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进 去，板形控制技术分为设备方法和工艺方法两大类。 1 2 2 1 板形控制方式( 设备) 2 0 世纪7 0 年代以后，板形与板凸度的控制就成为轧制技术研究与开发的主攻课题， 在充分研究板形理论的基础上，相继出现了很多板形控制技术。用于板形控制的设备方 面，出现了液压弯辊、h c s l 机、p c s l 机、c v c s l 机、轧辊分段冷却等。后从8 0 年代起 开始进入实用阶段。这些新型的板形控制设备，加强了热连轧机组的板凸度和平直度控 制能力，改变了以往单一依靠改变精轧负荷分配及更改工作辊凸度的板形控制方法，使 板形控制水平得到相当程度的提高。这些技术以其先进性和可靠性迅速得到各钢铁企业 的认可，并得到迅速推广和应用。 ( 1 ) 液压弯辊 液压弯辊技术是1 9 6 5 年开发成功的【8 】，1 9 7 0 年开始应用于生产。其技术原理为：利 用液压装置提供的横向载荷使工作辊或支撑辊产生附加弯曲变形，来补偿轧制力等各种 因素的变化，达到控制板形的目的。根据弯辊力施加部位的不同，液压弯辊可以分为工 作辊弯曲和支撑辊弯曲两种方式。每种方式又有正弯曲( 弯辊力与轧制载荷的方向相同、 轧辊挠度减小) 和负弯曲( 弯辊力与轧制载荷的方向相反，轧辊挠度增加) 之分，如图 1 3 所示。工作辊弯曲具有弯辊力小，操作方便、反应灵敏、结构简单、可与其它方法组 合应用等特点，所以应用较多。当工作辊正、负弯曲同时采用时，弯辊效果更佳( 板形 控制范围可以增大一倍) 。支撑辊弯曲，由于支撑辊刚度大，施加弯辊力后可以避免由 于轧辊刚度不够引起的复合浪形。但为了便于安放弯辊油缸，支撑辊弯曲需要延长支撑 辊辊径，导致轧机结构复杂而庞大。人们根据液压弯辊的技术原理先后开发了单轴承座 工作辊液压弯辊( w r b ) ，双轴承座工作辊液压弯辊( d c b ) 以及支撑辊液压弯辊( b l 氇) 等轧机。液压弯辊作为一种基本板形控制手段，在热轧机中已获得了广泛的应用。目前 在热轧机上应用比较多的是工作辊正弯曲。 - 6 东北大学硕士学位论文 第1 章绪论 a ) 工作辊正弯曲b ) 工作辊负弯曲 c ) 支撑辊正弯曲d ) 支撑辊负弯曲 图1 3 液压弯辊技术原理图 f i g 1 3t e c h n o l o g i cp r i n c i p l eo f r o l lb e n d i n gb yh y d r a u l i cm e a n s ( 2 ) h c 轧机 h c s l 机为高悴i - r - 厶匕i ：j 匕, 板形控锘r j s l 机简称【9 m 】。用于生产f l c j h c s l 机是在支撑辊和工作辊 之间加入中间辊并使之作横向移动的六辊轧机。也有在支撑辊背后在撑以强大的支撑 梁，使支撑辊能作横向移动的新四辊轧机。h c s l 机的主要特点有： 1 ) 具有强大的刚度稳定性。即当轧制力增大时，引起的钢板横向厚度差很小，因 为它也可以通过调整中间辊的移动量来改变轧机的横向刚度，以控制工作辊的凸度，此 移动量以中间辊端部与带钢边部的距离表示，当这个距离大小合适，即当中间辊的位置 适当，即在所谓的n c p 点时，工作辊的挠度即可不受轧制力变化的影响，此时的轧机的 横向刚度可调至无限大； 2 ) 具有很好的控制性。即在较小的弯辊力作用下，就能使钢板的横向厚差发生显 著变化。h c s l 机还设有液压弯辊装置，由于中间辊可轴向移动，使在同一轧机上能控 制的板宽范围增大了； 3 ) h c s l 机由于以上的特点因而可以显著提高带钢的平直度，可以减少板、带钢边 部减薄，减少切边损失； 4 ) 压下量由于不受板形限制而可以适当提高，由于h c s l 机的刚度稳定性和控制性 - 7 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 都较一般四辊轧机好的多，因而能高效率的控制板形。因此h c , l 机自1 9 7 2 年以后得到 了较快的发展。 h c $ l 机的出现从理论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支撑辊之间以及工作辊与 被轧板带之间的不均匀接触变形，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，因而位于板宽之外的辊间接触段，形成有害接触部分使工作辊受到 悬臂弯曲力而产生附加挠曲。基于这种分析和对轧机的总体弹性变形分布的研究，创造 出h c s l 机。如图1 4 所示，由于消除了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，同时以使液压弯辊装置能有效的发挥控制板形的作用。这是h c $ l 机技术中 心之所在，是板带轧机设计思想的一大进步。 图1 4 h c 轧机辊系示意图 f i g 1 4r o l ls y s t e mc h a r to fh cr o l l i n gm i l l h c s l 机的结构特点是中间辊的轴向窜动，因而具有优异的凸度控制能力，经过不 断的发展和完善，形成移动中间辊、工作辊及配合正负弯辊的h c m 、h c w 、h c m w 、 u c 等系列轧机，使其不仅用于冷轧，而且用于热轧；不仅用于普碳钢，而且用于不锈 钢、硅钢及有色金属等，是目前世界上应用较广且效果较好的一类轧机。 但是有实验证明，h c s l 机的辊间压力峰值非常高，而h c $ l 机的抽动正是为了消除 8 东北大学硕士学位论文 第1 章绪论 “有害接触区”，因而辊间接触弧长度必然缩短，同时接触压力呈三角形分布，致使抽 动辊端部接触产生较大的接触压力尖峰，其数值将比常规四辊轧机增大3 0 1 0 0 ( 取 决于抽动辊端部设计的合理性) ，因而将加速支持辊的剥落和增大辊耗，或要求采用抗 剥落性能更高的支持辊材质。这也是h c 轧机的一个局限性。 ( 3 ) p c 轧机 p c s l 机【1 4 d 7 】是一种通过改变轧辊间在水平方向的相对位置来控制板形和轧辊凸度 的新型轧机。成对交叉辊是指上下工作辊交叉，而上下工作辊与相应的支撑辊保持平行。 轧辊交叉法具有很强的凸度控制能力，它的原理在于辊缝的几何变化，而它又受相邻轧 辊间轴线角度调节的影响，其作用类似于一个可调节的抛物线形的辊形曲线。支撑辊交 叉是指上下支撑辊交叉，而上下工作辊保持平行；工作辊交叉是指上下工作辊交叉，而 上下支撑辊保持平行，成对交叉方式结构图如图1 5 所示。 轧机的工作原理是：成对的工作辊和支撑辊交叉，使得轧辊辊缝呈抛物线形，相当 于工作辊具有原始凸度，这种当量轧辊凸度c ，可用下式表示： c ，= 等筹( 1 - 1 3 ) 式中：b 带材宽度，m m ； 0 工作辊交叉角度，r a d ； d 。工作辊直径，m m 。 图1 5 对辊交叉( p c ) 轧机 f i g 1 5p cm i l l _ 9 - 东北大学硕士学位论文 第1 章绪论 通过调整工作辊交叉角q 即可改变轧辊凸度，当轧辊交叉角为1 0 。时，轧辊凸度 可达1 0 0 0 1 a m 。 p c $ 1 机具有很好的技术性能： 1 ) 对带钢凸度控制范围大。由p c s l 机的轧制原理可知，改变轧机的交叉角，即带 钢宽度方向的轧辊间隙就可达到改善带钢凸度效果。因此，可以根据不同带钢产品的轧 制规程和凸度要求，通过计算机选择最佳的轧辊交叉角进行轧制可达到最小凸度要求。 另外，对于凸度调整范围要求大的带钢产品，仅用一种规格的轧辊辊形，就能满足过去 需要5 6 种辊形的要求。能生产不同的用途与尺寸的带钢，其目标凸度范围也不同，p c 轧机的适应能力极强，它的凸度调整范围比四辊轧机、强力弯辊轧机、h c , l 机、w r s 轧机( 工作辊移动) 、c v c * l 机要大得多。 2 ) 对带钢凸度控制精度高。由于p c s l 机交叉角设定精度以及计算机控制精度高， 因此凸度的命中率也十分高( 交叉角设定精度为0 0 1 。) 。对一些低凸度要求产品，采 用p c s l 机后带钢凸度的实际值与目标值在_ 2 0 9 i n 偏差之内。控制精度高的另一个重要 原因是p c , i , 机交叉角，交叉角的微小变化都能对板形产生很明显的影响。三菱重工广岛 制铁所进行了p c s l 机的轧制实验。在板厚为2 0 m m 、板宽4 5 0 m m 及压下率为4 0 相同的 条件下，当交叉角为0 。、o 5 。、1 o 。三种情况时，板形马上会出现边浪、平坦材和中 浪材。当交叉角为0 。时( 即普通四辊轧机) ，轧制后的带钢就明显出现边浪；当交叉 角上升n 0 5 。时，轧制后的带钢非常平直光洁；当交叉角上升到1 o 。时，则轧制后的 带钢在中部出现浪形。因此，利用p c s l 机上交叉角的微小变动，就可使带钢得到理想的 板形。 3 ) 有效控制带钢边部减薄。带钢边部减薄的定义是带钢离边部5 0 m m 处板厚与1 0 m m 处的板厚之差。带钢边部减薄的大小对带钢的质量和成材率都是有很大的影响。在p c 轧机上轧出的带钢边部减薄是比较小的。p c 轧机具有对凸度最大控制能力，达到低的凸 度，因此，p c , l 机也能达到最低的边部减薄。从理论上说由于p c 车i , 机的轴向力比较小， 钢板上下表面产生相反的轴向力，使钢板容易产生变形，达到同样的* l n 变形，可以用 比较小的轧制力，使边部变形也可以减少。 4 ) 提高板厚精度。对于轧制同样厚度规格的带钢，p c 轧机对带钢的轧制力比其它 轧机小，同时在轧制不同规格的带钢时通过调整其交叉角，就可以达到较高的板厚控制 精度。根据数据统计，p c , l 机在带钢全长、全宽方向的板厚精度比常规轧机高2 0 5 0 。 广田制铁所热轧厂在采用p c s l 机一年后，带钢全长方向的板厚精度5 0 9 m 可占9 9 7 。 - 10 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 由于p c s l 机上下工作辊交叉，带钢容易咬入，带钢对中性也好，因此，带钢的镰刀弯现 象也相应大大减少，这对于提高带钢质量和生产的稳定性是十分有利的。 5 ) 提高轧制能力。采用p c 轧机后在一个轧制计划中不再受轧辊辊形的限制。而一 般的热轧带钢轧机，对轧制计划有很多的限制。对不同的钢种和尺寸的带钢来说若要获 得良好的板形和凸度，工作辊的原始辊形成为主要障碍。p c 轧机能够改变交叉角，就可 以获得任意辊形曲线和凸度来消除这种障碍，并能结合o r g 在线磨辊技术实现自由程序 轧制，从而使其轧制能力大大高于其它热轧带钢轧机。 ( 4 ) c v c 轧机 c v c s l 机是连续可变凸度轧辊轧机【1 8 之1 1 。1 9 8 2 年由联邦德国施罗曼一西马克公司研 制。这种轧机主要是由两个轴向可移动与严格的圆锥体稍有差别的瓶形辊身的工作辊组 成。c v c 系列轧机的工作原理是通过上下c v c 辊沿相反方向的横移来获取不同凸度的辊 缝形状，以达到控制不同板形的目的。上下移位辊采用s 型且呈反对称布置，其辊身曲 线可以采用三次多项式( 普通c v c $ l 机) 或五次多项式来描述，如图1 6 所示。当上下工作 辊的中心位于中间位置时，所构成的空载辊缝各处高度相同( 图1 6 a ) ；如果上工作辊向 右移动，下工作辊向左移动相同的距离，辊缝中间位置的高度减小，凸度为负值f 1 6 b ) ； 反之，若上工作辊向左移动，下工作辊向右移动相同的距离，辊缝的凸度增大( 图1 6 c ) 。 工作辊移动距离的不同，辊缝的凸度也随之而异。这样，便可以获得从中凹到中凸的辊 缝形