消除热轧板楔形缺陷的应用研究－－硕士学位论文.pdf

东北大学 硕士学位论文 消除热轧板楔形缺陷的应用研究 姓名：张国兵 申请学位级别：硕士 专业：材料工程 指导教师：刘春明;胡恒法 20061201 尔北人学i 稃硕十学何论文摘要 摘要 针对上海宝钢集团梅山钢铁股份有限公司熟轧板厂的c v c 热连轧机组，提出一种 新的板楔形分配设定方法。首先计算出热连轧机组总的轧件比例楔形变化值，然后按各 机架压下率占整个机组总压下率的比例，将总比例楔形变化值分配给各机架，进而可计 算出各机架轧后板楔形。通过适当分配各机架的板比例楔形和板楔形，可在不产生板形 缺陷的条件下充分发挥c v c 轧机的能力，得到板楔形符合要求的产品。采用此方法进 行板楔形分配设定，同时结合辊系弹性变形模型、工作辊热凸度计算模型、c v c 工作 辊横移设定模型、负荷分配模型等，开发了计算板楔形调整和c v c 工作辊横移设定的 软件。利用所开发的软件对现场生产条件进行计算，其结果优于现场设定结果。 建立了辊系弹性变形、工作辊热凸度、工作辊和支撑辊的磨损、板凸度及楔形调整 和工作辊横移设定以及负荷分配模型，并在这些模型的基础上，根据束料板坯的原始楔 形值和轧后板带的目标楔形值，设定热连轧精轧机组的c v c 工作辊横移量，同时计算 各机架轧后板凸度和楔形值、轧制力分布等参数。采用所计算的数值指导现场生产，取 得了较好的结果。 提出现场实际控制板楔形缺陷的方法及理论依据以及在现有热连轧机组上消除板 形楔形缺陷的工艺诀窍，实现了板形楔形缺陷的有效控制。依掘本研究的结果，在f 常 生产条件下，粗轧束料的两边厚度差控制在5 0 0 “m 以内时，精轧出口9 0 的成品两边 厚度差可控制在5 0 t t m 以内。热轧板楔形缺陷的消除不仅提升了梅钢产品的市场形象， 而且为企业创造了可观的经济效益。 关键词：楔形；凸度；c v c ；热连轧；数学模型 东北人学j ：程硕十学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t an e ws e t u pm e t h o do fc r o w na s s i g n m e n to fh o ts t r i pw a sd e v e l o p e da i m i n ga t c v ch o tt a n d e mm i l li nt h em e i s h a ni r o n & s t e e lc o m p a n y ( m e i g a n g ) ，b a o s t e e l g r o u p t h et o t a lp r o p o r t i o n a lc r o w nv a l u eo fr o l l i n gs t o c kf o rt h ec v ch o tt a n d e m m i l lw a sf i r s t l yc a l c u l a t e d ，a n dt h e na s s i g n e dt oe a c hs t a n da c c o r d i n gt ot h e p r o p o r t i o no ft h er e d u c t i o nr a t i oo fe a c hs t a n dt ot h ew h o l er e d u c t i o nr a t i o b a s e do n t h ea b o v er e s u l t ，t h ec r o w no fs t r i pa f t e rp a s s e de a c hs t a n dc a nb ec a l c u l a t e d t h r o u g h a na p p r o p r i a t es e t u po ft h ep r o p o r t i o n a lc r o w na n dt h ec r o w nt oe a c hs t a n d ，t h ep o w e r o fc v ch o t s t r i pm i l lc a nb ee x e r t e d ，a n dt h ep r o d u c t sc o i n c i d e n tw i t ht h ed e m a n do f w e d g ep r o d u c e da tk e e p i n gt h ef l a t n e s so fh o ts t r i p as o f t w a r ef o rc a l c u l a t i n gt h e a d j u s t m e n to fc r o w na n dt h et r a v e r s i n gs e t u po fc v cw o r kr o l lw a sd e v e l o p e db y u s i n gt h en e w c r o w n s e t u pm o d e lt o g e t h e rw i t ht h ee l a s t i cd e f o r m a t i o nm o d e lo fr o l l s ， t h et h e r m a lc r o w nm o d e lo fw o r kr o l l ，t h et r a v e r s i n gs e t u pm o d e lo fc v cw o r kr o l l a n dt h el o a da d m e a s u r e m e n tm o d e l t h ed e v e l o p e ds o f t w a r ew a su s e dt oc a l c u l a t i n g t h ea d j u s t m e n to fc r o w na n dt h et r a v e r s i n gs e t u po fc v cw o r kr o l l d u r i n gt h e p r a c t i c a lp r o d u c t i o n ，a n dt h ec a l c u l a t e dr e s u l t sw e r eb e t t e rt h a nt h eg o i n gs e t u p v a l u e s t h ee l a s t i cd e f o r m a t i o nm o d e lo fr o l l s ，t h et h e r m a lc r o w nm o d e lo fw o r kr o l l ， t h ea b r a s i o nm o d e l so fw o r kr o l la n db a c k u pr o l l ，t h em o d e l so fc r o w na n dc r o w n a d j u s t m e n t ，t h em o d e lo fw o r kr o l lt r a v e r s i n gs e t u pa n dt h el o a da d m e a s u r e m e n t m o d e lw e r es e t u pi nt h ep r e s e n ts t u d y b a s e do nt h em o d e l s ，t h ec v cw o r kr o l lt r a v e r s i n g v a l u e sw e r es e t u p ，t h ep a r a m e t e r so fc r o w na n dw e d g ev a l u e sa f t e rp a s s e de a c hs t a n d ，t h e d i s t r i b u t i o no fr o l l i n gf o r c ec a l c u l a t e da c c o r d i n gt ot h eo r i g i n a lw e d g ev a l u eo fr o u g h e ds l a b a n dt h et a r g e tw e d g ev a l u eo fh o ts t r i p t h ec a l c u l a t e dr e s u l t sw e r eu s e dt og u i d i n gt h e p r a c t i c a lp r o d u c t i o n ，a n dab e t t e rr e s u l ta c q u i r e d t h ek n o w - h o wa n dt h et h e o r yt oc o n t r o la n dd e l e t et h ew e d g ed e f e c tw e r ep u tf o r w a r d b a s e do nt h ep r e s e n ts t u d y , t h ew e d g ed e f e c tc a nb ee f f e c t i v e l yc o n t r o l l e du n d e rt h en o r m a l 东北人学f ：稃硕十学何论文a b s t r a c t c o n d i t i o n so fp r o d u c t i o n t h ew e d g ev a l u ef o r9 0 p r o d u c t sc a nb ec o n t r o l l e dt ol e s st h a n5 0 l a i ni ft h ew e d g ev a l u eo fr o u g h e ds l a bi sc o n t r o l l e d5 0 0u m t h ed e l e t i o no fw e d g ed e f e c to f h o ts t r i pn o to n l yc h a n g e dt h ec h a r a c t e ro fm e i g a n g p r o d u c t si nm a r k e t ，a n da l s oa c q u i r e da g o o de c o n o m i cb e n e f i t k e yw o r d s ：w e d g e ；c r o w n ；c v c ；h o tt a n d e mm i l l ；m o d e l 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 意。 学位论文作者签名： 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。 ( 如作者和导师同意网上交流，请在下方签名；否则视为不同意。) 学位论文作者签名：导师签名： 签字日期：签字日期： 东北人学工程硕士学位论文第l 章绪论 第l 章绪论 1 1 前言 进入2 1 世纪，钢铁材料面i 临着更加激烈的竞争，而f 是激烈的竞争推动着钢铁工 业的技术进步卜3 1 。钢铁工业工序的各种连续化生产流程将继续得到发展，钢的性能潜 力将通过工艺过程控制优化而得到充分发挥。高新技术的应用成为必然的发展途径。竞 争的要求和技术发展，必然会使钢铁工业实现高速度、快节奏的技术丌发和成果转化 【们。 未来钢铁研究发展方向是以性能、板形以及表面质量为主要目标，以节省资源、降 低成本和可回收利用为研究的基本原则。热轧带钢的板形是衡量热轧带钢工艺水平和产 品质量的一个重要指标3 1 。良好的板形不仅提高产品的成材率，而且将给后部工序( 冷 轧等工序) 提供良好的生产条件。随着经济技术的不断发展，热轧产品用户对板形质量 要求越来越高，因此板形质量控制作为板带生产的重要研究课题而受到人们的高度重 视。 带钢的板形精度包括带钢横截面外形几何精度( 凸度和楔形是其中的主控指标) 和纵 向平坦度，是带材轧制中的一项重要质量指标。它既决定产品的市场竞争力，也影响热 轧自身和后续工序的生产顺行。自2 0 世纪7 0 年代以来，由于市场对扳形质量的要求愈 来愈高，使板形控制技术成为板带生产的关键性技术。东北大学作为多科性国家重点大 学，在热轧带钢板形控制方面( 平直度、板凸度、边部减薄，俗称中浪、边浪、镰刀弯、 横断面契型等) 有着非常深的理论研究和实践经验，为钢铁企业大规模、快节奏的生产 组织及产品质量的提升做出了突出贡献。 1 2 热轧带钢板形控制的发展 1 2 1 板形控制的历史发展 板形是板带材质量的重要指标之一，是横截面形状和平直度的综合称谓。横截面形 状由凸度、楔形度、边部减薄和局部高点等参数表示，以凸度为主：平直度用相对延伸 差或翘曲度表示。板形控制的任务就是使带钢的凸度和平直度达到目标。 东北大学i ：榉硕十学僚论文 第1 章绪论 2 0 世纪5 0 年代带钢带钢板形控制主要用控制磨i u f l 辊原始凸度的方法来实现。由 于原始凸度磨削完成后是一固定不变的值，很难适应千变万化的s l 毒j j 生产情况。因此， 在此基础上，人们又采用人工控制压下制度和合理编制生产计划来补充其不足。但是， 这必然会影响轧机生产能力的发挥以及增加编制计划的复杂性。 由于控制手段的不完善，这一时间带钢板形控制一直处于这种落后的状态。 2 0 世纪6 0 年代以后，液压弯辊装置被应用到板带轧机上，这标志着带钢板形控制 进入了新时期。有了弯辊装置，使带钢板形的在线控制成为可能，人们可以通过这种方 法对板宽方向的板厚分布进行调节。 由瑞典a b b 公司于1 9 6 7 年研制成功可用于测量冷轧带钢平直度的分段接触式板形 辊和带钢平直度自动控制系统( a f c ) 在少数几套单机架冷轧铝带和钢带轧机上应用f h 】， 并与弯辊装置配合构成平直度闭环控制系统，这是平直度控制技术初期的一大贡献。该 板形辊是通过将测量辊分成若干个测量区段，并在每区段内安装测量传感器。测定带钢 沿宽度方向上各段的径向力分布，再经数学转化得到相应张应力分布，从而束判断板形 缺陷的类型及大小。分段接触式板形辊自2 0 世纪7 0 年代仞广泛在冷轧机上使用一直沿 用至今，其较高的测量精度及稳定的使用效果已得到了世界上众多冷轧生产厂家的认 可，并成为目前冷轧板形检测的主流装霞。 2 0 世纪7 0 年代板形控制逐渐向热带钢轧机发展。但是由于板形检测的困难，热带 钢轧机上的板形控制始终没有实现。虽然这段时期各国都十分重视板形控制，但是进展 不大。同本石川岛播磨公司于2 0 世纪7 0 年代初期丌始研制在带钢平直条件下的最往弯 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。 以后液压弯辊凸度控制技术逐渐被应用到中厚板轧机上。在中厚板轧机和宽带钢轧 机上使用后发现弯辊控制板凸度的效果没有达到预期目的，这主要是受到弯辊装置的最 大弯辊力限制，这就是所谓的弯辊力不足问题。如何j 能扩大轧机的弯辊能力呢? 曾有 人在这方面进行了大量的研究，创造出大凸度支承辊控制板凸度的n b c m 法i ”l ，倒角 支撑辊控制板凸度的c b r 法1 1 6 1 ，以及工作辊弯辊改用双轴承座工作的d c w r b 法【1 7 1 扪。 这些方法对控制带钢板形都有定效果。 虽然弯辊控制技术比较成熟，而且被公认是控制平直度和板凸度的有效手段，但是 2 东北大学i ：程硕士学位论文第l 章绪论 由于受弯辊能力和模型的限制，把它应用到连轧机上去还是存在不少问题。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。 所谓最优轧制规程，就是在轧制中厚板时，i i i 几道考虑最大允许力矩，修j 下所要求 的板凸度，使轧机生产能力得到发挥，后几道考虑扳平直度这一原则来编制压下规程。 在热连轧机上，起初压下设定模型是采用静态负荷分配的方法即根据操作经验统 计得到负荷分配系数，并将这些系数存于计算机中，控制时直接取用此固定系数。当生 产人发现平直度不良，就凭经验对计算机干预，修改各机架负荷分配系数。此法不适合 于轧制过程经常发生变化的情况。2 0 世纪7 0 年代中期，比利时的冶会研究中心( c r m ) 提出动态分配负荷系数的方法，即根据轧制带钢的实际条件，以保证要求的板凸度和平 直度为目标，考虑各机架的辊形及其在s l $ i j 过程中的变化，对各机架的负荷和设定值进 行分配计算，实践证明取得较好的效果。 随着用户对板形质量要求的逐渐苛刻，热轧带钢生产工艺和设备必须更先进铲为此； 各种新技术和新设备被不断开发和应用，如v c 1 9 - 2 1 、c v c 2 2 - 2 5 1 、u p c i 2 6 ，2 7 1 、p c 2 s ，2 9 1 f f c 3 0 , 3 1 l 和w r s 3 2 , 3 3 】等轧机及相应控制技术。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。可变凸度支承辊f v c l 、d a n i e l i 的板形控制全面系统( d u g s ) 也在不断地完善，大有在已被瓜分的市场上分割一席之地 的趋势。几种板形控制方式的简介如下。 1 2 2c v c ( c o n t i n u o u sv a r i a b l ec r o w n ) $ 1 机 c v c 轧机及其板形控制系统是由s m s 公司丌发的，有四辊和六辊c v c 之分。四 辊轧机是c v c 轧机的基本形式。四辊c v c 轧机又分为工作辊驱动和支承辊驱动两种。 c v c 六辊轧机是由传统的六辊轧机发展起来的。这类轧机的驱动方式可以是工作辊驱 动，也可以是中间辊或支承辊驱动。c v c 轧机的板形控制原理是工作辊直径连续变化， 上下工作辊配合时其辊缝形状随工作辊辊身长度变化而成多项式 ( y l ( x ) = a o + a i x + a 2 x 2 + a 。x “) 变化。通过工作辊轴向移动可以获得工作辊辊缝的正负凸度 的变化，从而实现对带钢凸度的控制。其凸度控制能力和工作辊轴向移动量为线性变化 关系。凸度控制能力可以达到1 0 0 0 “m 。在机架配置方面，现在成型的方法是在前部机 架采用c v c ，在后部机架采用普通平辊工作辊轴向移动。自丌发完成以来，已经运用 3 东北人学j ：程硕十学位论文 第一1 章绪论 于2 5 0 多架机架。 1 2 3p c ( p a i rc r o s s ) 轧机 p c 轧机及其板形控制系统是由同本三菱公司开发完成的。按轧辊交叉后支承辊、 中间辊和工作辊问相对位置不同，它可分为轧辊成对交叉、工作辊交叉、支承辊交叉和 中间辊交叉4 种。由于成对交叉的p c 轧机具有板凸度控制能力强、轧辊轴向力和轧辊 磨损量相对较小等特点，成为发展最快、应用最广的一种p c 轧机。p c 轧机是通过上下 轧辊的交叉来改变辊缝凸度，其凸度控制基本原理为： c 。丝 ( 1 ，1 ) 2 d ， 。 式中：c 带钢凸度；d w 一工作辊直径；b 带钢宽度：o 工作辊交叉角 ( o 1 5 0 ，设定精度为o 叭。) 。p c 轧机的特点是凸度控制范围与交叉角0 的平方成币比， 在交叉角度为o 1 5 。时( 在实际使用时交叉角控制在1 。之内) ，其凸度控制范围为0 1 4 0 0 肛m 。p c 轧机有单交叉和双交叉两种方式，单交叉的交叉移动量是双交叉的两倍。 因此在宽带钢轧机中一般选用双交叉方式，而窄带钢轧机则选用单交叉轧制方式( 如宝 钢的1 5 8 0 m m ) 。现在已经有6 5 个机架为p c 轧机，它的后部机架采用o r g ( o n l i n er o l l g r i n d i n g ) 柬消除轧辊磨损，实现自由轧制。 1 2 4w r b ，w r s ( w o r kr o l lb e n d i n g w o r kr o l ls h i r i n g ) $ l 机 w r b w r s 即工作辊弯辊和工作辊轴向移动。该方式是种使用范围很广、历史相 当悠久的板形控制方式，特别是在p c 和c v c 没有投入实际生产实践以前，东西方开发 使用的厂家都比较多。比较有名的有同本的同立( 它称之为h c w ) 、法国的c l e c i m 、 美国的u n i t e d 等。w r b w r s 采用工作辊弯辊( w r b ) 控制凸度和平直度，工作辊 轴向移动( w r s ) 改善工作辊磨损而实现自由轧制。凸度控制的能力视弯辊力的大小而 定。c l e c i m 的弯辊力作到了2 4 0 t ( s o l l a cf o s 厂) ，凸度控制能力可以达到5 0 0 p , m ， 平直度可以达到3 0 i u 。 4 尔北大学l ：群硕七学位论文 第l 章绪论 1 2 5v c ( v a r i a b l ec r o w n ) 板形控制 v c 为支承辊的辊型可变。其方法不统一，有支承辊内腔液压式、支承辊外衬法、 支承辊阶梯法等。这种方式在热轧带钢中难觅其应用实例。 1 2 6d u g sr d a n i e l iu n i t e dg e n e r a ls y s t e m ) 板形控制 d u g s 是w r b w r s 的一种，并配备工作辊热凸度控制系统( r t c ：沿工作辊辊身 长度方向通过按弧线分布的工作辊冷却水喷嘴来控制工作辊冷却，从而保证工作辊热凸 度的稳定) 。在前部机架采用重型工作辊弯辊系统( + 2 0 0 t - 1 2 0 t ) 和r t c ，再配备工作 辊的轴向移动来控制带钢凸度。这种方式可以获得7 0 i _ t m 的成品凸度。后部机架采用工 作辊轴向移动来改善磨损和实现自由轧制。d u g s 系统在热轧带钢领域内的运用还不多 见。 1 3 三种常见板形控制方式的比较 目前比较成熟的板形控制方式为c v c 、p c 、w r b w r s 。就其凸度的控制能力而言， p c c v c w r b w r s 。带钢宽度越宽，相同条件下凸度控制的范围就越大。理论上c v c 的凸度控制能力可以达到1 2 0 0 a m 以上。但是若凸度控制范围超过1 0 0 0 j u n 时，c v c 工 作辊的直径差也要超过1 0 0 0 a m ，这样工作辊和支承辊之间的不均匀磨损就变得突j 出。 p c 轧机的凸度控制范围一般可达到1 4 0 0 p m ( 1 5 。的交叉角，带钢宽度2 1 3 4 m m ) 。p c 交 叉角太大时，会产生较大的轴向力( 大于s o t ) ，工作辊轴承的寿命大大降低。在w r b w r s 板形控制方式中，工作辊弯辊力的大小取决于机架牌坊刚度、工作辊辊系的结构和强度、 工作辊轴承和轴承座的承载情况等。当工作辊弯辊力为2 5 0 t 时，其凸度控制范围为5 0 0 6 0 0 j a m 。 以上板形控制方式是针对对称性板形缺陷的( 即抛物线型) ，都可以生产低凸度的 产品。对于大部分产品的凸度值要求都较大的热轧带钢轧机，如产品的绝大部分为供冷 轧原料带钢，选择p c 和c v c 方式比较好。对于非对称性板形缺陷，如奇次方板形缺陷、 边部减薄等，其控制方式有工作辊控制冷却、带锥度的工作辊轴向移动、工作辊弯辊与 液压推上组合( 武钢一热轧) 等，但这类控制方式目的还主要限于理论探讨。 5 尔北人学i ：拌硕十学傍论文 第i 章绪论 1 4 板形控制技术在我国的运用 1 4 1 实际使用情况 我国2 0 世纪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 m m 热带钢轧机采用s m s 的c v c 技术，宝钢1 5 8 0 r a m 热带钢轧机 采用同本三菱的p c 技术。我国旧轧机的改造，板形控制技术的采用也是其轧机技术改 造的重要内容之一，如武钢1 7 0 0 r a m 热带钢轧机改造的板形控制技术采用了c l e c i m 的 w r s w r b 技术。 1 4 2 我国自己的板形控制技术 1 4 2 1 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丌发和运用。就我国目前的状况 而言，引进和将要引进的板形控制装置很多，p c 、c v c 是重复多次引进，但就我固目 的在这一领域内涉足的深入程度而言，要完全独立自主地丌发运用板形控制系统还有一 定的差距。其主要表现在：( 1 ) 轧钢工艺技术没有完全掌握；( 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、专用控制装霄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。 1 4 2 2 开发板形控制系统方面的优势 自2 0 世纪7 0 年代末武钢1 7 0 0 m m 现代化热带钢轧机投产以来的2 0 多年时i 日】罩， 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。特别是武钢1 7 0 0 m m 轧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，相信在今后的国内热轧带钢轧机的新建 和改造中会发挥出更大的作用。 6 东北人学i ：程硕士学位论文 第1 章绪论 1 5 本课题的研究意义及目的 1 5 1 问题的提出 宝钢集团梅山钢铁股份有限公司( 以后简称梅钢) 热轧厂在轧制品种钢( x 5 2 、x 6 0 、 b m 5 1 0 等) 和冷轧基板( s p h c ) 过程中，有时会发生f 6 出口板形楔形，即带钢横断 面上不是正常的中间凸度形状，而是带钢两侧的厚度差比较明显。这种板形楔形缺陷严 重时甚至超过1 0 0 1 x m ，而楔形的国家标准通常在7 0 1 t m 以下，给下游生产厂家带来很多 不便，严重损害着梅钢的产品形象。在当今以市场为导向，以满足用户的生产需求作为 梅钢首要目标的背景下，在实际生产中如何结合下游客户的个性化需求，采取必要的手 段克服板形的楔形缺陷，成为生产厂最迫切需要解决的问题。 本研究正是针对这一现场急需解决的技术问题，主要采取对离线模型的分析、合理 分配压下量、润滑轧制及提高轧辊耐磨性等方面的工作，结合现场实际工作情况，最终 实现板形楔形控制在5 0 1 t m 以下的目标，显著提高产品质量，满足下游用户的需求。 1 5 2 研究计划要点 自从本项目立项以后，项目组立即在调研的基础上制定了详细的时l 日j 接点计划： 第一阶段( 2 0 0 5 年4 - 6 月份) ，搞清有关楔形产生的理论依据； 第二阶段( 2 0 0 5 年7 - 9 月份) ，在第一阶段工作的基础上，结合梅山1 4 2 2 车谶的 工艺特点，进行对比分析，以楔形产生的理论为依据，寻找出现场产生楔形的实际原因， 并进一步寻求克服楔形的理论支撑和实际控制手段； 第三阶段( 2 0 0 5 年l o 1 1 月份) ，了解国内外有关同类厂家处理类似缺陷的手段， 并借鉴此经验，提出针对性的解决措施，使精轧未机架( f 6 ) 出口9 0 产品的楔形控制 在5 0 1 1 1 以内。 7 东北人学i ：稃硕十学位论文第2 章国内相芙企业处理板形问题的词裔 第2 章国内相关企业处理板形问题的调查 为了能够尽快找出梅钢热轧带钢楔形问题产生的原因并提出可行的解决方案，对国 内多家企业进行了相应的调查研究，在此基础上分析了楔形产生的可能原因，提出了初 步的对策方案。 2 1 调查情况 2 1 1 企业a 2 1 1 1 原因 该企业在利用7 机架热连轧生产线生产中宽带钢过程中带钢断面厚度不均的情况时 有发生，其原因也不尽相同，以下几点为造成厚度不均的主要原因： 带钢的生产计划对于带钢质量、产量有着非常重要的影响，但现阶段中宽带由于生 产计划不稳定导致生产组织比较被动，不能按照合理轧制周期排制计划。同一周期轧制 同一宽度、厚度规格过多都将使工作辊磨损不均致使厚度不均( 主要集中在4 0 r a m 以 下的带钢) 。换规格厚度跨度大也容易造成厚度不均。 轧辊质量也是影响带钢断面厚度不均的原因之一，由于轧辊圆周、宽度方向硬度不 均，导致轧制周期的中、术期轧辊磨损不均，使带钢厚度不均( 主要集中在术期c l n 的 7 0 m m 以上规格) 。 轧辊的磨削质量不均也会导致带钢板形不稳定，轧制时会出现厚度不均的现象。 正常轧制周期中，由于检修、故障等原因停轧抽辊、装馄，或者轧机立辊、导卫位 置发生变化，使带钢不能在原有与轧辊接触处轧制，导致出现薄边等厚度不均现象。 2 1 1 2 保证带钢厚度、板形均匀的几点措施 生产计划安排上应保证同一周期内换规格跨度不大于2 0 m m 。 以精轧f 7 轧制长度计算，同一周期内厚度3 0 m m 以下规格带钢轧制不应超过2 0 k i n ， 4 0 r a m 以下规格总量不应超过4 5 k i n 。 当薄规格偏多时，适当缩短轧制周期，但缩短轧制周期会影晌作业率。 加强轧辊的检测，对轧辊硬度定期测量，检查是否满足上线要求，提高轧辊磨削精 度。 减少事故，保证轧制工艺稳定，杜绝在轧制周期的中后期抽装轧辊。 8 东北人学i ：稃硕十学位论文第2 章国内相关企业处理板形问题的凋有 2 1 2 企业b 热轧带钢的板型是衡量热轧带钢工艺水平和产品质量的一个重要指标。良好的板型 不仅提高产品的成材率，而且将给后部工序( 冷轧等工序) 提供良好的生产条件。随着 经济技术的不断发展，热轧产品用户对板型质量要求越来越高，因此，板型质量控制作 为板带生产的重要研究课题而受到人们的高度重视。 2 1 2 1 工艺布置 该企业的1 5 0 0 热轧带钢设备是国内自己制造的第一套宽带钢设备，设计产品宽度 7 0 0 1 3 5 0 m m ，厚度1 2 2 0 m m ，连铸板坯宽度7 5 0 1 4 0 0 m m ，厚度1 6 0 m m ，配有板 坯高压水除鳞、e l 立轧机、r 1 四辊可逆轧机、热卷箱、飞剪、精除鳞箱、e 2 立轧机、 f l f 6 精轧机、层流冷却、卷取机、打捆机等。 2 1 2 2 熟轧带钢出现的主要质量问题 热连轧过程中曾出现的质量问题有：平直度、板凸度、边部减薄，俗称中浪翔左浪、 镰刀弯、横断面契型等，这些缺陷严重时可能造成带钢轧裂、折叠、精轧机组或卷板机 卡钢，甚至造成更严重的设备事故。该企业1 5 0 0 热轧带钢试生产以来主要出现的质量 问题有： 产品规格厚度 3 5 m m ，尤其是 2 5 m m 主要质量问题有：中间浪和边浪。 横向厚差楔形规律较明显，厚规格楔形更明显。主体表现为操作侧较厚，传动侧较 薄。 2 1 2 3 解决板型问题的主要措施 保证液压a g c 自动厚度控制系统运行正常，并通过试验进行弯辊力差补偿，解决 楔形问题。 优化轧辊凸度。通过对入口和出口带钢厚度、轧制力、入口和出口带钢凸度、带钢 的比例凸度变化等参数的收集整理，制定出：当不存在工作辊横移时，对工作辊或支撑 辊或二者都给予一定的加工凸度。当采用横移圆杠型工作辊时，凸度加工在支撑辊上。 提高液压弯辊在线的调节和响应速度。 调度室均衡控制生产节奏，稳定轧辊热涨参数，严禁快节奏与停轧待温日j 隔重复出 现。 尽快引进板形仪并调试投入使用，以实现板形的闭环控制。 9 东北人学一i ：程硕+ 学何论文 第2 章国内相芙企业处理板形问题的调奔 开展操作工板形技能培i ) i l ，提高操作工控制水平与实践经验。 2 1 3 企业c 2 i 3 1 生产线简介 该企业仅有中板生产线，是1 9 9 8 年投产的，主要设备包括六段连续燃气推钢式加热 炉l 座、2 8 0 0 m m 四辊可逆式轧机1 架、a d c o 汽雾式控冷装冒1 套、四重式强力十一 辊热矫直机1 台、辊盘式冷床2 台、s m s 三轴三偏心双边滚切剪l 组、d m s 型滚切定 尺剪1 组、标印机1 台和其它辅助设备。主要电气设备和控制系统均出国外引进，实现 自动化控制。 2 1 3 2 原料尺寸和产品规格 该企业生产的产品的主要规格、产品结构分别如表2 1 和表2 2 所示。 表2 1 原料尺寸 t a b l e2 1s i z eo fm a t e r i a l s 序号品种代表钢号 l o 东北人学i = 程硕十学位论文第2 章国内相关企业处理扳形问题的凋查 2 1 3 3 产品缺陷和技术措施 钢板性能缺陷主要集中在：屈服强度、抗拉强度、延伸率和冷弯性能不合，表面缺 陷主要集中在分层、气泡、纵裂和央杂等。 技术措施：( 1 ) 针对不同钢种不断优化化学成分控制范围；( 2 ) 控制央杂物数量、 大小、形状和分布，提高钢水纯洁度；( 3 ) 减少钢坯内部裂纹、疏松和缩孔等缺陷，提 高钢坯质量；( 4 ) 优化轧制生产工艺制度，减小工艺参数波动范围，避免有害组织产生 几率；( 5 ) 精心操作，提高水平，保证钢板表面质量。 该企业由于是采用单机架往复式轧制轧制中板，所以情况对于梅钢的连轧生产的借 鉴作用不大。 2 1 4 企业d 2 1 4 1 轧辊强度不足造成的问题 该企业在轧制3 5 m m 厚度以下规格带钢时，连续几个班次报告有双边浪出现，带钢 温度高时情况有改善，温度不好时浪形加剧，减小f 6 轧机负荷后，有改善，但不能完 全消除，更换f 6 工作辊后，有的能消除浪形、有的不起作用。调查显示，出现浪形的 工作辊均为大直径新辊，按规定首先用在f 6 机架上，暂无在前几架次使用的记录。轧 辊均为同一厂家生产，月初新到货。 根据这种情况，企业首先实测了本批轧辊的硬度，发现其指标普遍偏低，其汐瀚出 现浪形的轧辊直径车小后，用于f 5 机架，而f 6 轧机使用另一厂家的轧辊，双边浪不再 出现。 由此得出双边浪出现的原因：本批轧辊自身强度不足，在承受轧制力的过程中与支 持辊接触面的弹性压扁大，由于轧制力沿辊身长度方向呈抛物线分和，中间弹性压扁大 于两边，在f 6 形成凹辊缝，导致带钢边部延伸大于中h j 出现边浪。 2 1 4 2 轧辊边部冷却不足造成的问题 该企业轧制5 0 0 m m 以上宽规格带钢时，极易出现双边浪，轧制薄规格宽带钢尤为 严重，边浪出现的时间一般在换工作辊后轧制2 0 3 0 块钢。边浪出现后，换f 6 工作辊 后情况缓解，但轧制1 0 多块钢后边浪再次出现，改轧4 0 0 m m 左右的窄规格带钢后不再 出现边浪。调查显示，这种很有规律边浪的出现和粗轧辊、支持辊的更换周期没有必然 联系，工作辊为多次上线的辊，质量没有问题，现场与以前不同的是轧机新更换了一批 4 , , i l 人学i 群硕十学位论文第2 章国内相笑企业处理板形问题的凋奋 冷却轧辊用的水耙子。 对这批水耙子进行调查，其喷水孔喷水正常，水耙子弯曲度合格冷却水能喷到工 作辊辊面上，循环水压力稳定。但测量显示，本批水耙子喷水管的总支度不符合规定， 标准的水耙子1 7 根水管，喷水宽度6 0 0 m m ，但本批水耙子虽然喷水管也有1 7 根，但 相互间距离太小，导到喷水宽度只有5 0 0 5 2 0 m m 。 因此，问题很清楚，是水耙子喷水宽度不足，对轧辊的冷却宽度不足，当轧制超过 5 0 0 m m 的带钢时，轧辊边部冷不充分，随着轧制量的增加，轧辊边部热凸度增加大于 中部，使带钢边部延伸大，出现边浪。 解决方法是将水耙子的水管向两边掰丌成微扇形，使喷水宽度达到6 0 0 m m ，边部浪 形得以解决。 2 1 4 3 轧辊磨削量造成的问题 该企业在精轧换完辊轧制烫辊材和过渡材后，轧制正品材过程中易出现中i 、日j 浪形， 厚度规格在4 ，2 5 m m 以下，改轧窄规格没有明显改善，加大f 6 的负荷作用不明显，换 一架f 6 工作辊有时能使中闯浪形缓解，但有时浪形加剧。在粗轧辊役木期及从4 0 0 m m 窄坯料换轧4 9 5 m m 以上宽坯料时，中间浪情况更严重。 调查发现两个主要症结：1 ) f 1 f 6 工作辊磨削量严重不足，特别是f i 、f 2 、f 3 架次 的辊，表面有肉眼明显可见的麻点，磨辊工认为决定质量好坏的关键是成品架次的辊， 只要将成品辊磨好，其它架次的辊磨削量多少不重要；2 ) 粗轧辊在轧制4 0 0 m m 窄料期 问成品孔中间磨损严重，岗位不能及时调整移钢机挚片。 这两个因素相互作用，首先，工作辊磨削量不足，不能消除上一轧制单位给辊面带 来的损伤，使得本单位在轧制量不大的情况下既发生很大的磨损，且因为f 1 f 3 承受的 负荷大，轧制条件恶劣，头几架次的磨损大于后面架次，随着轧制公罩数的增加，这种 差异越来越大，形成| j i 面架次的凸型断面被后续平辊轧制的不良局面，带钢中间延伸大 于两边，势必产生中间浪。其次，如果粗轧轧制大批量的窄料，在改轧宽料时，本身粗 轧辊中间就有磨损，来料为凸型，而精轧f 1 - f 3 辊磨削量不足呈凹形，两种因素叠加， 至成品机架很难保持协调一致的板凸度，中i 日j 浪情况就更加严重。 基于上面分析的解决措施有：1 ) 改变工作辊磨削观念，磨削量要保证，f 1 一f 3 的磨削 量更要大于其它架次；2 ) 4 0 0 r a m 窄坯料尽量放在粗轧辊役未期轧制；3 ) 祝轧轧制窄料时 要调整板坯在成品孔的位置，使其均匀磨损。 1 2 东北人学工程硕十学位论文第2 章国内相关企业处理板形问题的调有 2 1 4 4 轧辊熟凸度造成的问题 轧制3 2 5 r a m 以下薄规格带钢时常有中日j 浪出现，有的在精轧换辊后轧制1 5 2 0 块 钢出现，有的出现在精轧轧制单位的中后期，有的距轧制单位还剩2 0 块钢左右出现， 变化没有规律。增大f 6 负荷不能消除中间浪，换f 6 工作辊一般情况下起作用，但有时 需同时换f 4 、f 5 、f 6 三架工作辊，有时换工作辊也不能彻底解决浪形。 详细的调查表明，导致上述现象的主要原因就是轧辊热凸度，但一方面热凸度本身 变化就没有太大的规律性，一方面又受轧辊磨削质量、粗轧和粗轧支持辊磨损、z c l 铜j 温 度、冷却水压力和温度、s l n 速度变化、轧制节奏、各架负荷分配等诸多因素的影响， 所以表现各有不同，影响了对热凸度的判断。不过多次的观察和实践表明，当轧制一定 数量带钢后出现中间浪时，f 6 换上一套新的工作辊，在9 5 情况下都会对板形改善起 到积极的作用，8 5 的情况下能消除中间浪。出现中间浪后，将f 6 工作辊抽出，立即 用手摸辊面辊子中日j 烫手，两侧热，边部微温。温度测量和换辊的实践都表明，在错 综复杂的影响因素中，热凸度扮演了重要的角色，对中问浪的影响不容忽视。 对中间浪的彻底解决方法还在继续研究中，从现场生产看，换辊的确是个有效的解 决办法，但也实在是无奈之举，因为即使换一架辊，在准备充分的情况下，也会耽误1 0 分钟的轧钢时间。为此，在f 6 机架使用了特殊设计的水耙子，将中| 、日j 粗喷水管从3 根 增加到7 根，以缓解热凸度的影响，现已起到一定的作用，中间浪的发生频次明显减少， 浪形显著程度办减轻。 2 2 对楔形产生原因的分析 在热轧带钢生产过程中，楔形的产生通常是由于轧机机架左右两侧压力不平衡或 胁机架的来料两侧轧制条件存在差异，使得轧制时的辊缝左右两侧不对称所造成。 在热连轧过程中，楔形的控制是与板凸度控制紧密相连的。原料的形状，轧辊的空 载辊型( 原始凸度、热凸度和磨损曲线) ，轧辊的弹性变形( 弯曲挠度和压扁) 以及轧 制过程中的温度控制等都会对板凸度和楔形的控制产生影响。 目前国内外有关凸度和楔形的工业化主要组合控制手段有三种：工f 负弯辊+ 轧辊热 凸度控制系统+ 工作辊窜辊：正弯辊+ 对辊交叉( p c ) ；连续凸度变化的轧辊+ 工作辊弯 辊+ 工作辊窜辊。 梅钢1 4 2 2 连轧机组在轧制过程中的相关模型有r s u 、f s u 、f t c 、s s u 等。轧机 的凸度和楔形控制组合手段主要是：连续凸度变化的轧辊( c v c ) f i 3 + 3 2 作辊弯辊 l3 尔北人学i 稃硕十学付论文第2 章国内相芙企业处理板形问题的凋杏 ( w r b ) f i 6 + 工作辊窜辊( w r s ) f i 6 。我们通过大量的跟踪对比分析发现带坯厚度 较大时金属易于横向流动，具有较大的断面凸度调节能力，当带坯厚度小于6 - g r a m 时， 材料易于纵向流动，不可能获得良好的凸度调节能力；此时不但会引起平直度的恶化， 也会造成楔形缺陷的产生，因此凸度和楔形的控制关键在较大厚度断面时就使断面凸度 和楔形达到要求的目标值，在以后的机架中使轧机前后相对凸度差保持不变。考虑到现 阶段精轧f 0 机架的特点以及粗轧束料的实际控制水平，在轧制过程中必须注意保持温 度，控制f 0 出口的板形，只有控制精轧前机架的凸度和楔形，才能使最终成品获得良 好的凸度和楔形。 。 经过双方的共同协作分析，提出引发楔形主要有以下几方面原因： 1 f 6 出口板形楔形可能是多机架# l a j 缺陷累积的结果。如果坯料尺寸不合格，断面 薄厚不均，粗轧时每一次轧制都产生轻微的楔形，随着带坯厚度的减少，断面凸度调节 能力下降，楔形缺陷