宫明龙-冷轧-板型控制

冷轧板带材生产 13冷轧板带生产 酸洗与除鳞 13冷轧板带生产 板带材高精度轧制和板形控制 高精度 指厚度 纵向和横向 的精确度 是由辊缝的大小和形状决定的 板带材轧制中的厚度控制横向厚差与板形控制技术 板带材轧制中的厚度控制 1 P h图的建立与运用2 板带厚度变化的原因和特点3 板带厚度控制方法4 关于板带钢轧制中的最小可轧厚度问题 横向厚差与板形控制技术 板形与横向厚差的关系影响辊缝形状的因素轧辊辊型设计辊型及板形控制技术 1 p h图的建立与运用 板带轧制产生两个过程 轧件塑性变形过程和轧机弹性变形 弹跳 过程 轧机弹性变形 弹跳 过程 h s0 p k 1 h 轧出带材厚s0 轧辊理论空载辊缝p 轧制力k 轧机的刚度 p h图的建立与运用 1 式为轧机的弹跳方程 由虎克定律知轧机弹性变形与应力成正比 则弹跳值应为p k 该式可绘成近似的直线A线 又称轧机弹性变形线 斜率k为轧机的刚度 1 p h图的建立与运用 轧制力的经验公式 轧件塑性变形过程 p h图的建立与运用 轧件塑性变形过程 当来料厚度一定 由一定h值对应一定p值可得近似直线B线 又称轧件塑性变形线 斜率M为轧件塑性刚度 与A线相交纵坐标为轧制力p 横坐标为板带实际厚度h A B p h图的建立与运用 A B A B A B p h图的建立与运用 p h图的建立与运用 为了保持h不变 无论B线怎样变化 A线总要与B线相交在同一条直线C上 该线为等厚轧制线厚度控制实质 不管轧制条件如何变化 总要使A B两线交于C线 即可得到恒定厚度 高精度 的板带材 由此可见 p h图的运用实是板带厚度控制的基础 2 板带厚度变化的原因和特点 三点 S 由轧辊的偏心运转 磨损与热膨胀及轧辊轴承油膜厚度的变化所决定 它们都是在压下螺丝定位时使实际辊缝发生变化的K 在既定轧机轧制一定宽度的产品时 认为不变P 主要因素 故可影响到轧制力的因素必会影响到板带的厚度精度 使B线发生偏移 如图 3 板带厚度控制方法 1 调压下 2 调张力 3 调轧制速度多种厚控方法有机结合使用 才能取得更好效果 最主要 最基本 最常用的还是调压下的方法 特别是液压压下 前馈AGC M K 厚控增益系数当来料波动 h时 压下必须调 h M K的压下量才能消除厚度差 这种调厚原理用于前馈 预控AGC 在入口处预测料厚的波动 以调整压下 消除影响 后馈AGC 压下有效系数 辊缝传递 转换 函数 h S 压下有效系数 辊缝传递函数 1 轧机刚度k愈大 其值也愈大 是决定板厚控制性能好坏的一个重要参数 轧制力AGC或厚度计AGC 把轧辊本身当作间接测厚装置 通过所测得的轧制力计算出板带厚度来进行厚度控制 为反馈 后馈 控制 利用前后张力来改变轧件塑性变形线B的斜率以控制厚度 可不必移动A线 即S 不必改变 就使h保持不变 一般用于冷轧薄板 热轧末架采用张力微调 张力变化不可过大 往往与调压下配合使用调张力之缺点 对热轧带钢和冷轧较薄品种时 张力变化不可过大 往往与调压下配合使用 只用于厚度波动小的情况 这就是说 冷连轧中 张力厚控也只是用于后几架的精调AGC 4 关于板带钢轧制中的最小可轧厚度问题 最小可轧厚度 在轧机上轧制一定产品时 钢板愈薄 压下愈困难 不管如何压紧压下螺丝或加大液压压下的压力 不管反复轧制多少道 也不能使产品再薄的厚度影响因素 a 钢的屈服极限 s愈小 轧件宽度愈小 工作辊径D愈小 工艺润滑效果愈好 使最小可轧厚度愈小b 轧制速度愈高 轧辊材质的弹性模数E值愈大 使最小可轧厚度愈小 获得最小可轧厚度采取如下措施 1 有效地减小金属在轧制过程中的实际变形抗力 减小工作辊径 采用高效率的工艺润滑剂 适当采用张力轧制 适当穿插软化热处理2 增加轧机的刚性 主要是有效地减小轧辊的弹性压扁但在异步轧机上 虽是大辊径 也可轧出薄至几微米的带钢 可见 最小可轧厚度问题尚待进一步研究 横向厚差与板形控制技术 板形与横向厚差的关系影响辊缝形状的因素轧辊辊型设计辊型及板形控制技术 板形与横向厚差的关系 横向厚差 沿宽度方向的厚度差 决定于板带材轧后的断面形状 或轧制时的实际辊缝形状 用板带中央与边部厚度之差的绝对值或相对值表示 借助厚度测定便可得出的具体指标 断面厚差最好为零 但目前还尚未达到 中厚法 在无张力或小张力轧制时 为了保证轧件运动的稳定性 使操作可靠 轧件自动对中不致跑边和刮框 要求实际工作辊缝稍具凸形 亦即一定的中厚量 板形 板带材的平直度 指浪形 瓢曲或旁弯的有无及程度而言 决定于延伸率沿宽度方向是否相等 即压缩率是否相同 若边部延伸率大 则产生边浪 中部延伸大 则产生中部浪形和瓢曲 一边比另一边延伸大 则产生 镰刀弯 常见的板形缺陷有 镰刀弯 浪形和瓢曲 肋状皱 和 眼晴 小的局部浪皱 居于特殊的浪瓢缺陷 如图所示 板形缺陷示意图 板形缺陷 对所有板带钢产品 都不允许有明显的浪形和瓤曲 严格地说 板形缺陷又可分为视在的和潜在的两类 视在板形缺陷可用肉眼辨别 潜在板形缺陷在轧制后不能立即发现 在后部工序中才会暴露 例如 有时轧出的板材看起来并无浪瓢 但一经纵剪后即出现旁弯或者浪瓢 这便是潜在板形缺陷 板形控制的总目标是将上述两类缺陷都控制在允许范围之内 实际轧出的板材断面有时呈鼓形 楔形 中凹形或其他不规则形状 这都是板形不良的表现 板形不良会限制轧制速度的提高及轧机所能轧出的最薄规格 板形严重不良会导致勒辊 轧卡 断带 撕裂等事故的出现 甚至可能损坏轧机 边浪产生原因图示 一般认为 板形缺陷的出现来源于板宽方向上各点纵向纤维的延伸不均 为保证板形良好 必须遵守均匀延伸或所谓 板凸度一定 的原则去确定各道次的压下量 粗轧时 轧件厚 温度高 轧件断面的不均匀压缩可通过金属横向流动转移而得到补偿 但精轧时 对不均匀压缩变形的自我补偿能力很差 板带厚度愈小 对不均匀变形的敏感性也就愈大 如图 轧前厚度差或板凸量 轧后厚度差或板凸量 H h 板凸度 z hz 成品板的厚度差及厚度宽向压缩率相等即边缘和中部延伸率 相等条件 H h H h 由此可得 H h H h z hz 板凸度 h H z hz h由此可见 满足均匀变形的条件 保证变形良好 则必须使 或 H h故均匀变形下 前后道次的板厚差差值为 1 此式可知 中厚量逐道减小忽略原始辊型及因辊温差所产生的热辊型影响 此差值取决于轧辊因承受压力所产生的挠度值 这就是说 保证均匀变形 必须使后一道轧辊挠度小于前一道 即轧辊强度相同时 后一道轧制力必须小于前一道 总之 轧制力逐道减小 这也是按逐道减小压力的压下规程设计方法的理论基础 t y yt Wt 轧件中厚量 轧件宽度中心处的辊型凸度 辊缝凹度值y yt W 分别为工作辊在轧件宽度上的弯曲挠度值 热凸度 原始辊型凸度值将良好板形条件和 中厚法 操作结合起来考虑 得 t 2由此可得压力p直线如图 理想板形线 此直线反映板凸度保持一定时压力与板厚的关系 其斜率因成品板凸度及宽度而变 因产品不同而不同 各道次的压力p和板厚h基本应落在此线附近 才能保持均匀变形 但粗轧道次因对不均匀变形的自我补偿能力强 不一定遵守板凸度一定原则 p与h值落在图示阴影部分即可 与此相反 精轧道次一般应收敛在此直线上 结论 为保证操作稳定 须使轧制压力大于一定值 为保证均匀变形或良好板型 轧制压力p须随轧出厚度h正比减小 而压力减小即是轧辊挠度减小 因而使带钢 中厚量 逐道减小 亦即使板厚精度也逐道次得到提高 影响辊缝形状的因素 因辊缝形状影响板带横向厚差和板形 故要研究影响辊缝形状的因素 并据此对轧辊原始形状进行合理的设计 有三点 1 轧辊的不均匀热膨胀 轧制过程中轧辊的受热和冷却条件沿辊身分布是不均匀的 如图2 轧辊的磨损 轧件与工作辊之间 工作辊与支撑辊之间相互摩擦使轧辊磨损不均 影响辊缝的形状 轧辊辊身温度不均匀引起的轧辊不均匀热膨胀 一般在钢板生产过程中轧辊中部温度高 边部温度低 这种温度不均导致轧辊变为凸形 如图6 31 因此预先考虑的轧辊形状应为凹形 2 轧辊的磨损 影响辊缝形状的因素 3 轧辊的弹性变形 包括轧辊的弹性弯曲和弹性压扁 轧辊弹性压扁由单位压力分布不均所致 工作辊和支撑辊间也产生不均匀弹性压扁 直接影响工作辊的弯曲挠度 轧辊的弹性弯曲为主要影响因素 如图 轧辊的弹性变形 圆柱体的轧辊在轧制过程中受力产生弯曲 造成钢板中部厚 边部薄 如图6 30 为了弥补这种变形不均 应把轧辊做成凸形 轧辊辊型设计 为了补偿辊缝形状的变化 需预先将轧辊车磨成一定的原始凸度或凹度 赋予辊面以一定的形状 使轧辊在受力和受热轧制时 仍能保持辊缝的平直 主要考虑轧辊的不均匀热膨胀和轧辊弹性弯曲 挠度 的影响 因二者挠度相反 故设计辊型曲线时应合成热凸度与挠度 结果为 辊型及板形控制技术 控制辊型的目的就是控制板形 故辊型控制技术就是板形控制技术 但后者含义广 还包括板形检测技术和板形控制的新技术和新轧机 1 板型检测技术 仪表化已代替目测法 采用光学板型仪进行测量 与板型自动闭环控制系统配合使用 2 常用辊型 板形 控制技术 调温控制法和弯辊控制法调温控制法 人为向轧辊某些部分进行冷却和供热 改变辊温的分布 以达到控制辊型的目的 此法不易控 且缓慢 通常作为辅助手段 弯辊控制法 通过控制轧辊在轧制过程中的弹性变形来快速调整辊缝的方法 其中包括液压弯辊技术 利用液压缸施加压力使工作辊或支撑辊产生附加弯曲 以补偿由于轧制力和轧辊温度等工艺因素的变化而产生的辊缝形状的变化 保证生产出高精度的产品 该技术又分为弯工作辊和弯支撑辊两种方法 3 板形控制新技术和新轧机 HC轧机 高性能板形控制轧机两种 1 在支持辊和工作辊间加入中间辊并使之作横向移动的六辊轧机 2 在支持辊背后撑以强大的支撑梁而使支持辊作横向移动的新四辊轧机 HC轧机的特点 1 具有大的刚性稳定性 2 具有很好的控制性 3 显著提高带钢的平直度 减少带钢边部变薄及裂边部分的宽度 减少切边损失 4 压下量不受板形限制可适当提高 5 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 同时也使液压弯辊装置能有效地发挥控制板形的作用 这是HC轧机技术中心之所在 HC轧机的特点 错误观念 支持辊的挠度决定工作辊的挠度 故为提高其弯曲刚性 不断增大支持辊刚性及直径 但实际上并非如此 尽管支持辊径很大且有快速弯辊装置 板平直度仍不理想 理论与实践表明 工作辊的挠度比支持辊大数倍之多 原因 1 辊间 轧辊与轧件间的不均匀接触变形 使工作辊产生附加弯曲 2 因辊间接触长度大于板宽 故位于板宽之外的辊间接触段使工作辊受到悬臂弯曲力而产生附加挠曲 基于上述分析 创造出HC轧机 即该轧机之特点5 支持辊的凸度可变 VC辊 技术 如图支持辊带有内有油槽的辊套 用高压油来控制辊套鼓凸的大小以调整辊型 具有宽范围的板形控制能力 带移动辊套的轧机 SSM 支持辊上备有比轧辊辊身长度短的可旋转轴向移动辊套 调整辊套 使支持辊支撑在工作辊上的长度约等于板带宽度 原理同HC轧机 大凸度支持辊轧制法 NBCM轧制法 热连轧机F4 F7支持辊辊身中部采用大的凸度曲线 增大控制范围 特殊辊型的工作辊横移式轧机 如图工作辊横移式CVC轧机 辊型呈S型图a 和UPC轧机 辊型呈雪茄型图b 这种轧机工作辊横移时 辊缝凸度可连续由最小值变到最大值 调控板形的能力很强 辊缝控制 NIPCO 技术 支持辊由固定的辊轴 旋转轴套 若干个固定在辊轴上的液压缸所组成 液压缸顶部装有液压轴承 通过控制液压缸的压力可连续调整辊缝形状 控制能力很强 CVC系统的原理 对辊交叉 PC 轧制技术 交叉上下成对的工作辊和支持辊的轴线形成上下工作辊间辊缝的抛物线 并与工作辊的辊凸度等效 调整轧辊交叉角度即可对凸度进行控制 具有很好的技术性能 特点 获得很宽的板形和凸度控制范围 PC轧机与其他轧机相比 具有最大的凸度控制范围和能力 无需工作辊磨出原始辊型曲线 配合液压弯辊可进行大压下量轧制 不受板形限制 用辊芯差别加热法控制辊型 为了补偿轧辊的磨损 在支持辊辊芯钻孔 插入电热元件 分三段进行区别加热来修正辊凸度 可三区段加热的支撑辊 泰勒轧机 如图用以冷轧薄板带 平直度可达到拉深矫直后的程度 小工作辊为游动辊 靠上下轧辊摩擦带动 可通过合理分配及控制上下传动辊的马达电流控制转矩 来分配F1和F2的大小 以达到控制小辊旁弯的目的 可自动控制板形 得到很高的带钢平坦度及厚度精度 使薄边及裂边减少 成材率提高 此外还有FFC轧机 异径五辊轧机 UC轧机 Z型轧机及自动补偿 SC 支承辊系统 UC轧机侧支撑机构 Z型轧机的辊系配置 自动补偿支撑辊 板带材轧制制度的确定 轧制工艺的内容 压下制度 速度制度 温度制度 张力制度及辊型制度等轧制工艺的制订原则 1 在设备能力允许的条件下尽量提高产量 2 在保证操作稳定方便的条件下提高质量 3 应保证板带材组织性能和表面质量 2 在保证操作稳定方便的条件下提高质量 轧制工艺的制订步骤制定压下规程的方法很多 一般为经验法和理论法两大类 经验方法是参照现有类似轧机行之有效的实际压下规程 经验资料 进行压下分配及校核计算 理论方法就是从充分满足前述制定的轧制规程的原则要求出发 按预设的条件通过数学模型计算或图表方法 以求最佳的轧制规程 这是理想和科学的方法 通常板带生产制订压下规程的方法和步骤为1 根据原料 产品和设备条件 在咬入能力允许的条件下 按经验分配各道次压下量 这包括直接分配各道次绝对压下量或压下率 确定各道次压下量分配率及确定各道次能耗负荷分配比等各种方法 2 制定速度制度 计算轧制时间并确定逐道次轧制温度 3 计算轧制压力 轧制力矩及总传动力矩 4 校核轧辊等部件的强度和电机过载过热能力 5 按前述制订轧制规程的原则和要求进行必要的修正和改进 设计题目 用钢种为Q235 断面尺寸为115 1600毫米的板坯轧制8 2900 17500毫米钢板的压下规程设计 已知条件 开轧温度1200 横轧时开轧温度1120 轧机为单机架四辊可逆式 设有大立辊及高压水除鳞装置 机前还设有回转板坯的锥形辊道 工作辊辊身直径930 980毫米 支持辊辊身直径1660 1800毫米 辊颈直径1300毫米 辊身长度4200毫米 工作辊轴承为滚动轴承 支承辊轴承为油膜轴承 轧机最大允许轧制压力42000KN 主电机功率2 4600KW 转速0 30 60rpm a 40rpm s b 60rpm s 最大允许扭转力矩2 2240KJ 2 制定压下规程1 确定板坯长度 板坯长度依据毛板尺寸和板坯断面尺寸按体积不变定律求出 确定毛板尺寸时一般取轧件轧后两边剪切余量为 b 100mm 2 头尾剪切余量为 l 500mm 2 2 确定轧制方法 主要是确定粗轧操作方法 粗轧操作方法主要有 全纵轧法 当板坯宽度达到毛板宽度要求时采用 它的优点是产量高 但钢板组织和性能存在严重的各向异性 横向性能特别是冲击韧性太低 横轧 纵轧法 当板坯宽度小于毛板宽度而长度又大于毛板宽度时采用 其优点是板坯宽度与钢板宽度可灵活配合 钢板的横向性能有所提高 因横向延伸不大 各向异性有所改善 缺点是轧机产量低 纵轧 横轧法 当板坯长度小于毛板宽度时采用 由于两个方向都得到变形且横向延伸大 钢板的性能较高 角轧 纵轧法 当轧机强度及咬入能力较弱 如三辊劳特轧机 时或板坯较窄时采用 全横轧法 当板坯长度达到毛板宽度要求时采用 3 分配各道压下量 排出压下规程表 采用按经验分配压下量再校核 修正的设计方法 4 校核咬入条件 按计算最大压下量 并使 热轧钢板时最大咬入角为15 22 并按最小工作直径计算 一 限制压下量的因素限制压下量的因素 金属塑性 咬入条件 轧辊强度及接轴叉头等的强度条件 轧制质量 最大咬入角与轧制速度的关系见表 二 道次压下量的分配规律1 开始道次受到咬入条件的限制 同时考虑到热轧的破鳞作用及坯料的尺寸公差等 为了留有余地 给予小的压下量 2 以后为了充分利用钢的高温给予大的压下量 3 随着轧件温度下降 轧制压力增大 压下量逐渐减小 最后为了保证板形采用较小的压下量 但这个压下量又必须大于再结晶的临界变形量 以防止晶粒过粗大 如图所示 3 确定速度制度1 选择各道咬入 抛出转速 限定转速 结合现场经验确定 当轧制速度较高时 为了减少空转时间 抛出转速可适当取低些 最后一道由于与下一板坯第一道轧辊转向相同 轧辊不需反转而只需调整辊缝即可 故可取np nd 2 确定各道间隙时间 根据经验资料 在四辊轧机上往返轧制过程中 不用推床定心 l8米时 取tj 4秒 当轧