第四篇-板带材生产-15

15板带材轧制制度的确定,板带材轧制制度主要包括：压下、速度、温度、张力及辊型制度等，其中主要是压下制度（它必然涉及速度、温度和张力制度）和辊型制度，它们决定辊缝的大小和形状。它主要根据产品的技术要求、原料条件及生产设备情况，运用数学模型或图表进行计算，决定各道的实际压下量、空载辊缝、轧制速度等，并根据产品特点确定轧制温度及辊型制度。,15.1制定轧制制度的原则和要求,15.1.1在设备能力允许的条件下尽量提高产量途径：提高压下量、缩减轧制道次、合理速度规程、缩短轧制周期、减少换辊时间及合理选择原料增加坯重等。可逆式轧机：提高压下量以缩减道次连轧机：合理分配压下并提高轧制速度从设备能力着眼，限制压下量和速度提高的主要因素：（1）咬入条件;（2）轧辊辊颈及接轴叉头等的强度条件;（3）电机能力的限制。,15.1.2在保证操作稳定的条件下提高质量,当辊身为圆柱形，凸度为零时，若钢板由轧制中心线偏移a的距离，则轧辊两端轴承上所受的力就不再相等，两边牌坊及零件的弹性变形也不再相等，使轧辊轴线不再平行，使轧辊产生了倾斜。通过计算可求出由于钢板偏移a的距离而引起的钢板两侧厚度差1为：,钢板轧制定心条件,式中P轧制压力，kN；B、a钢板宽度及钢板由轧制中心线偏移的距离，mm；A两压下螺丝轴线之间的距离，mm；K轧机刚度（不包括轧辊），kN/mm。,在轧制过程中一旦形成偏移，只能扩大，不能消除，压下不等势必引起两侧出辊速度产生差异，结果造成镰刀弯。若轧件不产生偏移，辊缝应呈凸透镜形状，凸度越大，操作越稳定，此时钢板横向厚差增大，所以要寻找最小凸度值。假定两辊的凹度并到一个辊上，另一轧辊呈圆柱形。钢板移动a的距离，将使偏移侧的压下率增加，该作用正好与前面偏移的作用相反。显然只有二者影响互相抵消，或前者比后者大时，才能起到自动定心作用。,设实际轧制中辊型呈抛物线状，则在轧件宽度上中心处的辊型凹度t为：,式中，y、yt、W分别为工作辊在轧件宽度上的弯曲挠度、热凸度及原始辊型凸度值。,在（B+2a）处与B处钢板厚度的减少量2为：,若令两种作用抵消，则,令a0，即偏移的距离极小时，则有,为使轧件能自动定心所必须的最小原始辊型值为：,由最小挠度值便可求出为产生此挠度所必须的最小轧制压力，进而确定出为使轧件能自动定心所必须的最小压下量。这就是所谓的“中厚法”或“中高法”。由上式可以推知，这个中厚量，即板凸度至少应该为：,或者说，当原始辊型W一定时，所必须的轧辊弯曲最小挠度值为：,讨论：（1）中厚量与轧制压力及钢板宽度成正比，而与机架的刚度及压下螺丝中心线间的距离的平方成反比。（2）为提高钢板厚度精度而又使操作稳便，必须努力提高轧机的刚度。,15.2压下规程或轧制规程设计(设定),压下规程中心内容:变形制度，即确定轧制方法、轧制道次及道次压下量，最终确定各道次辊缝值。各道次的轧制速度、轧制温度及前后张力制度的确定及原料尺寸的合理选择都是以压下制度为核心展开的，反过来它们也影响压下制度。,压下规程的制定方法,理论方法：从满足前述制定轧制规程的原则要求出发，按预设的条件通过理论(数学模型)计算或图表方法，以求最佳的轧制规程。必须有全面计算机控制，才能对压下规程进行在线理论计算和控制。,经验方法：参照现有类似轧机的压下规程制定新的压下规程，即根据经验资料进行压下分配及校核计算。常用的压下量或压下率分配法、能耗负荷分配法等基本上都是经验方法。,(a)在咬入能力允许条件下，按经验分配各道次压下量，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；(b)制定速度制度，计算轧制时间并确定各道次轧制温度；(c)计算轧制压力、轧制力矩和总传动力矩；(d)校验轧辊等部件的强度和电机功率；(e)按前述制定轧制规程的原则和要求进行必要的修正和改进。,压下规程的制定步骤,15.2.2中厚板轧机压下规程设计,中厚板轧机多为四辊可逆式轧机，对于可逆式轧机采用的压下规程设计方法也适于热连轧的粗轧机组，具体例子见教材。,根据中厚板轧制的特点，粗轧阶段的前几道次主要应校核咬入能力及最大扭转力矩的限制条件，而精轧阶段则主要应考虑板形尺寸及性能质量的限制，应使轧制力逐道减小。,图154厚板轧制压下规程计算顺序1按板凸度一定原则确定h;hn成品厚度；2按最大力矩限制确定h,日本鹿岛及和歌山两制铁所的厚板厂研制了“板凸度一定”的压下规程计算方法及数学模型，其基本思路是精轧阶段前期按最大力矩限制条件进行设定计算，中间作过渡缓和处理，最后阶段按板凸度一定的原则进行设定计算；为了保证板形精度，采用由成品道次向上逆流计算各道次压下量的方式。,图155确定厚板轧制压下规程的新方案1按板凸度一定原则确定h;2该厂实际压下方案；3按最大力矩限制确定h,最近日本水岛制铁所，利用计算机控制可将轧辊的热膨胀和磨损以及轧制过程中的板形凸度等组成控制模型，使板形及厚度达到更高的精度。计算压下规程时，在精轧阶段并不一定要遵循“板凸度一定”的原则，而是尽量采用最大压下量，但是轧制压力仍然逐道减小，最终归结到成品板凸度所需要的压力（Pn）。这样在保证板凸度较小基础上，使生产能力得到较大提高。,主要内容：确定各架轧机的空载辊缝和空载速度，也就是确定各架轧机的压下制度、速度制度和温度制度。欲确定空载辊缝值，便必须确定轧机弹跳值。根据经验估计弹跳值，即在换辊后，先进行“试轧规格”的轧制，然后改轧其他规格，改动幅度不能太大（通常板厚变动0.51.0mm，板宽变动100200mm）。这样各板卷厚度差值较大，甚至达0.2mm以上，各架负荷不均，造成负荷积累的现象，影响整个机组能力发挥。因此，目前都采用计算机进行轧制规程设定和控制。,15.2.3热连轧板带钢轧制规程设定,热带轧制规程的设定步骤：,（1）初设定：根据实测粗轧结果（厚度、宽度、温度等）和成品规格，利用数学模型进行预计算，以决定各机架的负荷分配、压下规程，确定各架空载辊缝。此外，还要根据各架出口厚度，计算各架的活套张力及平衡锤的给定值，活套位置则可根据图表值给定。,（2）整定计算：在带坯到达精轧机入口时，根据从粗轧出口到精轧入口所实际经过的时间，再次利用温降模型计算温度，以进行轧制规程的整定计算。如果其时间与初设定值出入不大，可不作整定计算。,（3）当带钢进入精轧第一架和第二架后，利用轧制力等实测数据进行自适应计算，以进一步修正以后各架的设定值。但带钢头部硬度不能代表整个带坯的硬度，因而这种功能往往并不采用。（4）当带钢通过整个精轧机组以后收集所测得的温度、厚度、压力、速度、电压、电流等数据，并将这些数据反馈给计算机作自适应和自校正计算，以改进下一块带钢的设定计算。,在分配压下量时，一般考虑：1）第一架可以留有适当余量，考虑咬入问题，使压下量略小于设备允许的最大压下量；2）第二、三架要充分利用设备能力，给予尽可能大的压下量；3）以后各架逐渐减少压下量，到最末一架一般在10%15%左右，以保证板形、厚度精度及性能质量。,压下分配方法：最常用的是经验方法（利用现场经验资料直接分配各架压下率或厚度；分配各架能耗负荷）,分配系数法,能耗分配系数法武钢压下率、压力、功率三种分配系数法常用压下率分配系数法宝钢2050快速分析算法由德国AEG公司推出-本钢1700,分配能耗负荷的方法（能耗法）：以分配能耗负荷为手段以达到分配各架压下量、确定各架轧出厚度的目的。,能耗法就是从电机能量（功率）出发，按经验能耗资料推算出各架压下量。为了推算出各架压下量，必须找出功率消耗与压下量（或厚度）之间的定量关系。这就是所谓单位能耗曲线。通常采用单位小时产量的轧制功耗，即所谓单位能耗W（单位kWh/t），若令轧机每小时产量为Q(t)，功率消耗为N(kWh)，则,从所测电机功率消耗中扣除空转功率及电机铁损等非轧制功率，并将其画成曲线或整理成表格。理论推导可证明：单位能耗是延伸系数的对数函数，当坯厚H0一定时，可得到Wh之间关系的能耗曲线。在实际应用这些能耗曲线时，要根据每套轧机的具体情况，积累自己的实验资料，做出自己的单位能耗曲线。同时还应该考虑温度等因素对能耗曲线的影响。,按能耗曲线分配压下的方法有三种：（1）等功耗分配法每架轧机轧制时所消耗的功率相等。除最后12架由于考虑板形精度而采用较小能耗以外，将所剩的全部能耗平均分配到其余各架轧机上去，便可求得其余各架轧后厚度。,（2）等相对功率分配法如果各轧机主电机容量并不相等，则能耗分配就必须按各架轧机的相对电机容量来进行分配。设连轧机组的总电机功率为，相应的单位总能耗为，则应分配到各架轧机的能耗应为：,当各架电机容量相等时，实际就变成等功耗分配法。,（3）按负荷分配系数或负荷分配比进行分配的方法这里的负荷分配比是指累积负荷分配比，如下公式：,但有时也指单道的负荷分配比，此时公式中的wi变成第i架单位能耗。根据这些负荷分配比，即可求出各架的轧后厚度和压下量。,（1）输入给定数据中间坯厚度或宽度由粗轧后的射线测厚仪及光电测宽仪测得。在粗轧末架测出口温度，利用辐射散热理论模型计算出带坯头部到达精轧机入口时的温度预测值。带坯到达飞剪前再经测温以进行校正。成品厚度、终轧温度等根据技术要求给定。（2）确定轧制总功率当精轧温度和钢种已知时，可由带坯的厚度及相应终轧温度等条件从能耗曲线直接查出轧制所需的总轧制功率（总功耗）。,热连轧机组轧制规程设定计算的一般过程和步骤,图3156精轧机能耗曲线1低碳钢，h=2.7mm；2低合金钢，h=4.5mm,（3）按能耗曲线进行负荷分配利用上述负荷分配方法确定出各种产品在各机架上的负荷分配比。（4）确定各机架出口厚度可根据各机架的负荷分配比，用数学模型计算出各机架的出口厚度。,（5）确定最末机架的出口速度末架出口速度的上限受电机能力和带钢轧后的冷却能力（终轧温度）限制。一般穿带速度依带钢厚度的不同在410m/s之间，带钢厚度在4mm以下时，穿带速度可取10m/s左右。一是：按温度模型或其他经验统计公式由所需终轧温度和成品厚度去确定末架出口速度。二是：末架速度应该在电机能力允许的条件下，根据最大产量来决定，为控制终轧温度专门设计了高速冷却系统。,（6）其他各机架轧制速度的确定根据秒流量相等的原则，由各架轧出厚度和前滑率，求出各架轧辊速度。前滑率为压下率的函数，可通过理论或经验公式进行计算。连轧机各架轧制速度应有较大的调整范围。,连轧机组的速度范围与总延伸系数有关，而在总延伸系数一定的前提下，第一道次的相对压下量发生变化时，也会使速度范围发生改变。如第一架的相对压下量为3040%，则连轧机组的速度范围应该为最大总延伸的60%70%。,假定v7最大为23m/s，则第一架最低出口速度应为1.541.32m/s。当金属总延伸最小时，第一架便具有最大的出口速度。连轧机组的最高和最低速度范围是由最大和最小的金属总延伸的工艺要求和电机制造技术的可能条件来确定的。一般直流电动机的调速范围约为3左右，根据调速的可能，v7最小速度约为7.6m/s。,根据国内外资料，7机架热连轧机组金属最大总延伸可达2530，则速度范围约为：,为满足不同品种要求，各架调速范围应力求增大。c、d线由总延伸率的最大和最小值决定的速度范围，a、b线为轧机应具有的最大和最小速度，将各机架的速度范围画成图形，其形状为锥形，故常称为速度锥。由轧制工艺要求提出的总延伸及速度范围必须落入此速度锥内，否则连轧将无法实现。速度调整方法：在旧轧机上常采用以机组中间的某一架为基准进行调速；目前在现代热连轧机上允许各架自由调速，要求都有自己的变压器。,图315精轧机组各架速度范围,（7）功率校核各机架轧制速度确定以后，用能耗曲线进行功率校核。各机架所需要的功率（Ni）为：,式中单位能耗，即每轧一吨钢所消耗的千瓦小时数；V金属秒流量；按此计算的各架所需功率校验各架电机能力是否充分利用或超过负荷。应使计算的Ni小于电机额定功率。,（8）轧制压力计算轧制压力的计算方法基本上与中厚板轧制规程相类似。但在热连轧及冷轧板带钢过程中，由于单位压力较大，故计算轧辊半径时必须考虑压扁的影响。,（9）各机架压下位置即空载辊缝值的设定由于轧机的弹跳，使轧出的钢板厚度h等于原来的空载辊缝再加上弹跳。对于薄带其厚度和压下量甚至要比弹跳值还小，并且对不均匀变形的敏感性又很大，所以必须对轧机的弹跳值进行精确的估计，才能轧出符合要求的产品。为了提高预报精度，实际控制中还需要加进一些修正和补偿，即：1）轧机刚度补偿：轧机刚度依所轧板带宽度而变化，故实际轧制刚度应进行调整；故实际轧制刚度应等于,2)油膜厚度补偿：油膜厚度随轧制速度和轧制压力而变化，加速时油膜变厚，压力增大时油膜变薄，因此需对油膜厚度进行修正。式中n、P实际轧制时轧辊转速及轧制压力；D0、D标准轧辊直径及实际轧辊直径；C常数。3)压力零位会因轧辊热膨胀和磨损而发生变化，从而影响带钢的厚度。可根据带卷的实测厚度误差，用自学习反馈计算来监视修正。故往往将此修正项称为测厚仪常数项。因此，实际的压下位置设定值应为：,式中、G油膜厚度修正项及测厚仪常数项。,15.2.4冷轧板带钢轧制规程制定,包括原料选择、轧制方案确定以及各道次压下量分配原料厚度选择主要考虑总变形程度对带钢性能及组织结构的影响。对一定钢种、规格的产品，必须有一定的冷轧总变形程度，才能通过热处理获得所需要的一定的晶粒组织和性能。例如，汽车板必须有50%70%的冷轧总压下率，才可以获得合适的晶粒组织和冲压性能。此外，选择原料厚度时，还要考虑到轧机的生产能力的提高和热轧原料生产的可能性。从提高冷轧机生产能力着眼，原料薄些好，但这对热轧又不利甚至不可能。,15.2.4冷轧板带钢轧制规程制定,冷轧的轧程主要取决于钢种，原料及成品的厚度、采