板形测量与控制.doc

板形测量与控制1 简介- - 12 板形是怎样形成的？- 53 离线板形测量方法- 531 振幅与波长式测量- 632 切条式测量-64 在线板形测量方法- 741 压力式测量- 7411 气压-7412 测压元件-742 应变式测量-843 位置式测量-85 测量误差-951 校准误差-952 测量区域误差-953 钢带温度误差-954 未对准/卷形误差-955 表面缺陷/弯曲误差-106 板形控制装置-1161 调弯辊-12611正弯- 12612 负弯-1362 调液压缸/压下螺丝-1463 冷却工作辊/支撑辊-1564 窜辊-1665 动态调整辊形-167 循环控制系统-1771 板形误差-1772估算参数-1873 基础控制环-1874 监视环-198 性能-20图表列单图1 板形缺陷的种类-1图2 钢带张力，应力和应变图-2图3 板形形成图- 3图4 板，带形比较图-4图5 板，浪形比较图-5图6 切片式板形测量图-6图7 空气轴承式测量板形图-7图8 StrainWeb 转子图-8图9 Planicim辊筒横截面图-8图10 常用调节器控制板形图-11图11 正弯误差图-12图12 负弯误差图-13图13 弯辊系统图-14图14 正操作误差图-14图15 负操作误差-15图16 正负峰间幅值误差-201简介在轧制薄板时，产品的综合理想状态应该是厚度，宽度均匀，平直度好，没有内应力，如果这些能够实现，那么会使产品强度增加，更容易加工。但实际上有很多因素使得产品达不到理想状态。即使来料平直度很好，工作辊辊缝也很平直，都达到了理想状态，但在轧制过程中，作用在轧辊上的轧制力使轧辊弯曲变形，并且产生大量的热，轧辊受热不均导致其膨胀不均，所有的这些因素使得辊缝变的不平直，钢带在横向上变形不均，伸长率也就不一样。比如：边浪，两边比中间延伸长，并且钢带在展开时不平整。这些非人为原因形成的缺陷被看作是板形缺陷，达到一定程度后会引起材料报废。板形缺陷所带来的影响：影响产量：在线板形差限制了轧制速度，因此使生产水平下降。低速运行还容易引起断带。影响下道工序的加工：板形差使得下道工序穿带、纵剪工序困难。影响钢卷卷取：如果板形质量差使得钢卷卷取不规则，容易出现厚薄不均，成卷松散，搭接不紧密。而松散的钢卷又容易引起塌卷。影响打印：钢板不平，就不可能在其上面印出平整的图案来。 几种常见的不规则板形如下：板形就是在钢带横向上不同的应变的形状。应变越小，板形越好。应变可以解释为：沿纵向方向将一定长度的钢带分成几个窄条，然后将这些窄条放在一个平面上，一端对齐，另一端的不同的长度显示了不同的应变。越长应变越小，越短应变越大。张力，应力，应变的区别见图2张力很大时，钢带的浪形不明显，这是由于应变弥补了伸长率不一，使得浪形不明显，但这些应变使得在钢带横向上应力不均，形成一种潜在的板形，在钢带展开时就会显示出来。I-unit 是一个标准的板形测量单位。I-unit 可以解释为：在测应变的窄条中任意相邻的两个窄条的板形差如果为0.001%,那么就是一个I-unit,既1/100000。也可以这样理解：1000mm长的钢带（测量中间的长度）经轧制后展开边部长度变为1000.01mm，那么边部与中心的板形差 : (1000.01-1000)/1000,即1个I-uint。由公式 E=应力/应变，应力=张力/横截面面积，所以可以通过在线测量张力来计算板形。2板形的形成板形主要是钢带的形状与辊缝的形状之间不匹配，使得钢带在横向的变形不均造成的。辊缝在没有轧制力作用时是平直的，但在轧制时工作辊在轧制力的作用下弯曲，使得中间的辊缝比两侧的要大。为此，有一种措施可以对其进行纠正，即将工作辊磨成有一定凸度的形状（如：鼓形，S形），使得工作辊在起初没有轧制力作用时，中间的辊缝比两侧的小，当轧制力作用时，工作辊弯曲，使得辊缝变的平直。由于轧制力的大小取决于轧制的产品，所以辊子的凸度要根据轧制品来选择。然而，这些措施只是为我们提供了一个好的开端，板形还会随着产品宽度，温度条件的不同而发生变化。合理安排多机架轧机的轧制制度对板形控制也有帮助。轧制力要根据各机架的压下量确定（尤其在最后一架特别重要）。轧辊温度对板形影响也很大。在轧制过程中轧辊产生热量，两侧的热量由辊颈散发出去，这样使辊子中间的温度相对要高一些，形成温度凸度，对磨削凸度进行补偿。温度凸度要随工作辊的使用剧烈程度而变化。磨削凸度及轧制制度要事先制订，不能在线创造。轧制制度的实现，要依靠板形测量系统。这是因为钢带在卷取张力的作用下通常显得很平直，在没有板形测量设备的情况下，操作员很难对板形进行正确控制。对带形和板形的差别进行解释。带形是在材料横向上的厚度形状，应该在热轧中进行控制。板形是在材料横向上不同应变的形状，要在冷轧中进行控制。冷轧本质上不能改变带形，只能对其进行修整。有时候钢卷带形差，板形好，这时就要对带形进行修整，保留好的板形。在冷扎中，由于力是沿纵向传递，所以钢带在长度方向上增加，宽度方向上不变。要对带形差的钢带进行平整，就要使厚的区域的变形量比薄的区域的变形量大，造成伸长不一样，形成不好的板形。由于热轧能使钢带变长，宽度增加，所以能对带形控制。3离线板形测量31测量浪幅与浪长 最简单的离线板形测量方法是将轧带放在一平台上进行检测。在没有张力作用的情况下，板形会出现波浪或弯曲。板形值就可以由波浪的正负峰间幅值及 波浪的长度确定，公式如下：板形=（/2*hpp/L）2 *105hpp:波浪正负峰间幅值L:波浪长 公式成立的条件：在自然状态下波浪程正玄曲线，波长比幅值明显。这种方法对测定板形的总体趋势有效，不能得出完全准确的钢带板形的测量值。主要是因为钢带的内应力没有被完全分离，而是被分布到了钢带的邻近区域。32切片式测量 为了准确测量轧带的应力，要使用切片式测量。从钢卷上截取一段钢带，把它切成若干薄条，测量这些薄条的长度，然后在和平均长度进行比较，就可以出板形值。图6说明了这一方式，第二份图显示了所切薄条完全展开后的不同长度。由公式：板形=应变*10 5 和 应变=L/L 得：板形=L*105/L I-uintsL： 原始长度L：被切开后的长度变化4在线板形测量在线板形测量，板形仪装在轧制线，钢带经过板形辊时发生弯曲，弯曲角度由板形仪和钢带确定，作用在板形辊上的力被板形仪测得，然后利用几何关系、产品尺寸及特性把这个力转化为板形。这些需要不同的检测设备。41 压力411 气压空气轴承式板形仪许多由空气式轴承支撑能围绕固定心轴自由转动的转子组成。当转子向下弯曲时，在心轴与转子之间的空气压力随着它所支撑的钢带的张力而变化。在心轴的上下装有传感器，与转子位置对应。由于作用在同一部位上的压力与张力是呈正比例关系，这样就可用不同压力的变化来反映张力的变化。由于这个辊筒惯性较小，所以不需要驱动（能保持与钢带同步）。在自然状态下，依靠滚筒进行连续测量。412 测压元件Stressometer 和 Sundwig-BFI 的板形仪是由许多安装在整体轧辊的轴向上，长度方向上的测压元件组成。分别使用了Pressductor 和 压晶片 测压元件。Pressductor 测压元件是依靠磁致弹性效应来产生作用。当有力作用在磁性材料上的时候，比如：钢，这种材料的磁性就被改变。一个滚套紧箍在滚筒上，一方面用来保护传感器，另一方面与钢带产生一个连续的接触面。当钢带完全覆盖了传感器区域而没有覆盖感觉区域时，滚筒转动与测量出现同步。允许测量板形仪的连续零偏移。42应变StrainWeb板形仪是一个由许多转子组成的分节滚筒。这些转子被安装在固定心轴上。转子有一个靠轴承支撑的外壳，能够使内部部件自由旋转。当有垂直方向的力作用的时候，由于内部部件的结构，使得其中一部分向心轴方向弯曲。在弯曲的地方，放置应变仪就可以测出应变值。43 位置Planicim 板形仪是一个由滚筒支撑的滚套。在每个测量区域，都有四个位置传感器安装在滚轴上。由于滚套非常薄，所以由钢带张力产生的压力能使滚套发生弯曲。弯曲值由位置传感器测量，与作用的张力成正比。当钢带完全覆盖了传感器区域而没有覆盖感觉区域时，滚筒转动与测量出现同步。允许测量板形仪的连续零偏移。5测量误差51 校准 最明显的测量误差就是校准。板形仪是带有多个传感器的精密测量设备，要想设备正常工作就要对每个传感器进行校准。这些传感器由于在生产制造时作了线性度，可重复性，滞后等的测试，所以采取的校准过程应该把传感器当作一个带有零偏的线性设备。用没有载荷和带有一定载荷的测量法校准传感器，根据这一数据就能得出传感器的偏移和增益。52 测量区域 板形仪是一个张力检测设备，实际上板形就是应变。当板形明显不好时，钢带各部分的张力不一样，这种误差就会出现。边浪最为典型。53 钢带温度 钢带在轧制时，钢带产生的热量一部分来自钢带的变形另一部分来自工作辊传递的热量。如果在钢带中产生的热量不均，那么轧带就会形成一温度轮廓，当轧带冷却时，这一温度轮廓就会转化为板形。众所周知，金属遇冷收缩。当轧带中间温度比边缘温度高时，中间的收缩量要比边缘的大，包括钢带内部的应力。温度轮廓的影响主要取决于轧制材料的膨胀系数，可用以下公式表示板形：板形=Ce*(i- )*105i：第 i个板形仪 i:第i个板形仪的温度i: 平均温度 Ce：膨胀系数（1.2*10-5/ 。 C）5.4 未对准/卷形 对大部分冷轧机来说，钢带的绷紧是由最后机架的夹送辊和张力辊实现。如果夹送辊，张力辊或其它辊，包括板形仪没有对准，由板形仪检测的张力就不能真正的反映板形。5.5 表面缺陷/弯曲板形仪的表面平直度，对板形的测量很重要，同样被看作是未对准。表面平直度误差可能是由制造缺陷或整辊弯曲造成的。6板形控制装置板形控制的目的就是：通过测量和控制指定对象在钢带横向上由不同应变产生的的张力轮廓，减小钢带潜在的板形误差。在一台轧机上，控制不同的板形缺陷，需要不同的控制装置。最常用的有：弯辊，轧辊操作，分段冷却。最新方法有窜辊，连续可变凸度辊。利用这些设备进行有效的在线板形控制。61弯辊工作辊弯曲是一种有效的方法，对近似抛物线形状的板形误差进行校正。弯辊可以向正，负两各方向弯曲。通过定点弯曲，就能得到与钢带形状相匹配的抛物线形辊缝。实际上，弯曲没有产生纯抛物线形状的变化。操作员所选对象和弯曲控制装置实现的效果存在差异，而这些差异是由控制算法解决，并校正了部分残余误差。611正弯一般的轧机在工作辊，支撑辊间存在液压平衡缸，用来支撑上面的辊子。由液压平衡缸产生的力通过工作辊轴承对工作辊辊颈产生一弯矩。通过在工作辊轴承间的杠杆和与支撑辊接触的边缘区域，使工作辊产生弹性弯曲，两端被迫分开。图 13 A点就是支撑点。这一作用的效果取决于支撑辊的导角。由平衡缸产生的工作辊弯曲被认为是正弯。这一效果能实现板形控制的目的，增加平衡压力，会使得钢带边部的辊缝也随着增加。随着平衡压力的增加，钢带边部变短，中间变长。在平衡缸作用下的工作辊弯曲，有效的改变了工作辊的凸度。通常对大部分产品板形的控制范围不两倍于工作辊的凸度。图11 由过度正弯引起的板形误差，边部短，中间长。本图假设对象具有平直的板形。612负弯通过调整在工作辊与支撑辊间的相对平衡液压缸可以实现负弯，作用效果与6.1.1节中的相反。由相对平衡液压缸产生的弯矩作用在工作辊辊颈上，使得工作辊向钢带相反的方向弯曲，边部辊缝减小。图 13 B点就是支撑点。由相对平衡缸产生的工作辊弯曲被认为是负弯。图12 由过度正弯引起的板形误差，边部短，中间长。本图假设对象具有平直的板形。6.2 液压缸/压下螺丝虽然不正确的设置弯辊是产生抛物线板形误差的主要原因，但还有其它因素。普通的板形缺陷是钢带一边长，另一边短。这种缺陷通常指操作误差。图14 显示了一个正操作误差，代表性的显示在操作员监视器上。钢带在传动侧变长，操作侧变短。图15 显示了一个负操作误差，钢带在传动侧变短，操作侧变长。操作缺陷很容易被控制，通过移动轧辊两端定位装置，在相反方向上改变楔形辊缝。有效办法是减少一侧轧制力，同时增加另一侧的轧制力，在钢带横向上生成近似线形变化的变形。这些不对称的定位装置的操作，被称为操作控制。板形和厚度控制向结合，通过对液压缸或压下螺丝的不同调节，就能实现操作校正对板形控制的目的。63工作滚/支撑辊冷却另外一种消除板形缺陷的方法是：用喷嘴控制冷却液在辊上的流量。在轧制过程中，轧辊温度发生变化（热胀冷缩），影响到了辊缝形状，所以影响了钢带的板形。一排冷却液喷嘴对准了辊身，能用来散发产生的热量。如果这些沿辊子长度方向分布的喷嘴，是彼此独立的或分区可控的，就可以使用局部控制的方法，完成散热速度，因此消除了温度轮廓。冷却液控制板形要比其它方法控制板形要慢，主要是由于辊子的温度变化需要时间。但无论如何采用冷却液控制也是一种有效的板形控制方法。支撑辊喷嘴和工作辊喷嘴对控制板形都有一定的效果，但我们发现后者的作用效果更明显。喷雾嘴要集中在各自板形测量区对应的区域。控制系统可以通过简单的