第9章-轧制2010授课总3、4

材料成形工艺及控制第三篇塑性成形技术及工艺第9章金属轧制理论及工艺（3-4节）郑州大学李永刚2011年3月29日,1.轧机的弹性曲线轧机在轧制过程中辊缝变化如图9.22所示，由于整个机座产生了弹性变形，导致辊缝由S0增大到S，轧件由初始厚度H变为h，若忽略轧件的弹性恢复量，则有：h=S=S0+S(9-60)式中，S机座弹性变形值。假定机座弹性变形值S符合虎克定律，即有：S=P/k(9-61)式中，P轧制压力；k轧机的刚度系数（自然刚度）。,9.1.5轧机的弹跳方程与板带的厚度控制,轧机的刚度系数k的物理意义是：指机座产生单位弹性变形值时的压力。（1）因此k越大，说明轧机的刚度越好，反映到辊缝中的弹跳值就越小。（2）假定刚度系数k为无穷大，则轧制时的弹跳值S就为零，h就等于初始辊缝S0，当然这种情况是不可能做到的，从设计角度一味提高轧机的刚度，会导致制造成本很高。（3）刚度越小，相同的轧制压力下，辊缝的弹跳值就越大。实际生产中：可以通过快速液压压下（机构及其控制系统）实现轧件厚度调整（不变），即相当于提高轧机刚度，称为轧机的可调刚度，对应的刚度系数称为可调刚度系数kc。,将实际测定的轧制压力P与机座弹性变形值S的关系做成坐标图（图9.23），它们的关系曲线称为轧机的弹性曲线。,图9.23轧机的弹性曲线,图9.23中轧机的原始辊缝值S0为零；由图可以看到实际的弹性曲线并不是直线，尤其弹性曲线的开始阶段，主要是由于机座各部件之间在加工及装配过程中产生了一定的间隙。如果忽略此曲线最初和最终阶段的弯曲，即可近似视为直线，延长直线段与横坐标轴交于So处，该值其实是由于轧机各部件的公差配合导致的。So相当于轧机有一定值的“初始辊缝”，或者叫做“承载初始辊缝值”。这样若考虑弹性曲线弯曲段的辊缝值，则轧机的弹性变形量S可表示为：S=S0+P/k(9-62)如果考虑轧机的原始辊缝S0，那么弹性曲线将不由零开始，而向右平移S0（图9.24）。更正：教材图9.23中的S0改为S0；教材图9.24中的S改为S0；S0改为S0；,图9.24轧件尺寸在弹性曲线上的表示,该图是初始辊缝为S0时的轧机的弹跳曲线；一定的轧制压力对应某一确定的实际辊缝；该实际辊缝其实就是轧出轧件的厚度,根据图中曲线，可直接得到在一定辊缝和负荷下所能轧出的轧件厚度h：h=S=S0+S0+P/k(9-63)如果把弹性曲线看作一条直线，即忽略弹性弯曲段的部件间隙值S0（或者把S0考虑到原始辊缝S0内），则上式可写成：h=S=S0+P/k(9-64)式中，h轧件轧出厚度；S轧辊实际辊缝；S0轧辊原始辊缝；P轧制压力；k轧机的刚度系数。式(9-63)或(9-64)即为轧机的弹跳方程。它忽略了轧件的弹性恢复量。说明轧件的轧出厚度为原始辊缝与轧机弹跳量之和，从而把轧件与轧辊的关系及轧制过程紧密地联系起来了。运用弹跳方程，可以分析轧制工艺及设备因素的变化对轧出厚度的影响，它是板厚控制的基本方程。,阅读材料9-1轧机刚度系数的测量方法轧机刚度系数测量常用轧制法和空压靠法两种。1.轧制法：此法又可以分为固定辊缝和改变辊缝两种方法：(1)固定辊缝轧板法。预先固定轧辊辊缝，然后将不同厚度的轧件依次送入轧辊中轧制，同时测出每一道次的轧制力和轧出的轧件厚度，求出该道次的轧机弹跳值，即可绘出轧机的弹性曲线（图9.23或图9.24），从而求出轧机的刚度系数。感兴趣的可以参阅金属材料工程专业实验教程“实验三十轧机刚度测定”等参考资料。,(2)改变辊缝轧板法。固定轧件厚度，改变辊缝，以轧出不同厚度的轧件，同样测出每一道次的轧制力和轧出的轧件厚度，求出该道次的轧机弹跳值，绘出弹性曲线，求出轧机刚度系数。用这种轧板法确定的轧机刚度称为动刚度。使用这种方法测定刚度时，辊缝可用轧铅板测出原始辊缝S0。对于冷轧板轧机，随时可以精确测量轧前、轧后的钢板厚度，可以用轧板法测量刚度。对于热轧板轧机，不能用此法测量，需用高压油缸顶轧辊来测量轧制压力P及油缸的上升量Q，可以计算刚度系数k=P/Q。,2.空压靠法在轧机不进行轧制时，利用轧机的压下电机，调节压下螺丝使两个工作辊相接触（压靠）。通过压下螺丝加载，此时由测力传感器测出轧辊压靠时的压力。由装在压下装置上的自整角机测出压下螺丝位移，它等于轧机各部件变形量的总和。这样，从工作辊压靠时起（压力为0值）到压靠完（压力为P值）止，每压下一次压下螺丝，就记录一次轧制力和压下螺丝行程H（即为轧机总变形）。绘制出轧制力的弹性曲线，求得轧机的刚度系数k=P/H。,影响刚度系数的因素（课外了解）轧机的刚度不是轧机固有的常数，它是随轧件宽度和轧制速度（影响轴承油膜厚度）等变化而改变的。1）轧件宽度对轧机刚度的影响：轧制不同宽度的轧件，当轧制压力相同时，单位宽度上的压力大小不同，它将决定工作辊沿板宽方向分布不同。因此，工作辊与支承辊接触变形量和支承辊弯曲变形量都会发生变化，而影响轧机刚度。应指出，沿辊身长度方向其均匀压扁量的变化是影响纵向刚度的；而不均匀压扁量与弯曲变形量的变化则影响横向刚度（性）。因此，这里讨论轧件宽度对轧机刚度的影响，实际上包含有横向刚度。轧件越窄轧机刚度越小。,钢板的纵向厚差（长度方向上的板厚精度）与轧机的纵向刚度密切相关；钢板的横向厚差（宽度方向上的板厚精度）及板型问题与横向刚性密切相关；轧制时，如果工作辊（轧辊）弯曲越厉害，钢板横向厚差越严重，说明该轧机的横向刚性越小；与轧机纵向刚度概念相似，轧机的横向刚性也是抵抗轧机的弹性变形的能力抵抗轧机的弯曲变形的能力；轧机的横向刚性系数Cp可以表示为：Cp=P/hbP轧制压力；hb钢板中部与边部的厚度差。,2）轧制速度对轧机刚度的影响是通过轧制速度的变化，影响轴承油膜厚度变化，导致辊缝大小变化而影响轧机刚度的。同一宽度轧件随轧制速度增加，轧机刚度系数减小。因为低速时支承辊动压轴承油膜厚度减小，轧制压力作用下轧辊辊缝增大，随轧制速度增加，轴承油膜厚度增大，导致辊缝减小。轧机的可调刚度轧机刚度随轧制速度与轧件宽度等因素的变化，范围较小，对已有轧机可以认为值基本不变。通常把轧机本身抵抗弹性变形能力的刚度称为自然刚度。生产中，影响产品精度的因素及控制目的不同，对轧机刚度的大小要求不一样，有时需要刚度大，有时需要刚度小。例如，单机架轧机上轧制成品，前几道次控制纵向厚差为主，需要刚度大，而后面道次控制板形为主，刚度要小（但横向刚度要大）。,尤其连轧机上前几机架和后面机架取不同的刚度值，才能获得最佳控制效果，从而得到尺寸精度高和板形良好的产品。因此，生产中需要改变轧机的刚度，即要有可调刚度的轧机。所谓轧机的可调刚度，是指轧制过程中因轧制压力波动而引起的辊缝变化，能得到不同程度的补偿。由于液压压下具有调节速度快（目前比电动压下要快近20倍），控制精度高等优点。因此通过自动控制系统，不断调节压下，利用不同的辊缝改变量，抵消因轧制压力波动而使轧机产生的弹跳量。即可随时进行调整补偿，使轧出厚度不变，故引出了可调刚度的概念。可调刚度系数用c表示，单位是N/mm。,轧制过程中，由于某些因素的变化，而引起轧制压力P波动，导致轧出厚度变化。如果原始辊缝so不变，由弹跳方程式，则产生的厚度偏差为：为了消除厚度偏差h，必须相应地调整辊缝，其调整量s（辊缝补偿量）应与机弹跳量P/成正比例，且方向相反，则引入补偿量为：那么，经过补偿后其厚度偏差h为上面两式之和，则令，则有：,本页及下2页是介绍kc及其控制本方法,式中：轧机可调刚度系数；c轧辊位置的补偿系数（刚度可调节系数）；轧机的自然刚度系数。四辊轧机实际工作过程：（1）4辊轧机由安装在压下螺丝端头上的测压仪，测出轧制压力P，并与给定压力P0比较得到P。（2）辊缝由液压缸推动下支承辊轴承座来调节（液压压上），辊缝s由安装在下支承辊承座的位移传感器测量，并与s0比较得到s。（3）P乘以1/后再与s比较，如果h不等于零，则控制系统输出一信号给伺服阀，使液压缸动作，直到h=0伺服阀停止动作。这只要在P/信号之后，控制系统中加上比例系数可调的乘法器，很容易改变c的大小，而C随之变化，可实现轧机刚度可调控制。,补偿系数c的变化区间为-c1，它表示补偿的程度，即补偿多大程度才能消除厚度偏差h。当c=1时，C=，即轧机的可调刚度为无穷大（最硬）。由上式得h=0，这表示轧机的弹跳量全部得到补偿，完全能够消除厚度偏差，轧出厚度保持不变，即所谓“恒辊缝轧制”（等厚轧制过程）。当c=0时，C=，h=P/，即轧机的可调刚度等于轧机的自然刚度，不进行补偿，即无控制轧制过程。当c=-时，C=0，即轧机的可调刚度为零（最软），表示完全没有消除偏差的能力。其轧制压力保持不变，即所谓恒压力轧制。压力不变则辊型稳定，为控制板形所用。实践证明：要使补偿系数c=1是很困难的。目前一般可达到c=0.9左右，即轧机可调刚度最大等于10倍的轧机自然刚度。一般来说，轧机刚度越大，消除纵向厚度偏差的能力越强。提高轧机刚度可采用：液压压下实现板厚自动控制；改善轧辊和机架材质，并改进其结构和尺寸；采用预应力轧机等措施。,2.轧件的塑性曲线前面分析过，影响轧制压力的因素很多，用函数关系表述很不方便：P=F(K，,f,)实际生产中多用塑性曲线描述轧制压力的大小。所谓塑性曲线，是指轧制压力与轧件轧出厚度之间相互关系的曲线。如图9.25所示，其纵坐标为轧制压力，横坐标为轧件厚度。塑性曲线可用轧制法（测压及测出对应的轧出厚度），或理论法近似计算来绘制。轧制法：选定轧机，固定一切轧制因素，取数块尺寸相同的试样，以各种不同的压下量进行轧制，测出相应的轧制压力P与轧件厚度h，绘图。,图9.25轧制塑性曲线,最小轧制厚度,最小可轧厚度：,在一定的轧机上轧制一定的产品，当轧件的厚度薄至某一限度后，不管如何旋紧压下螺丝或加大压下力，不管反复轧制多少道次，轧件的厚度也不会减薄。这一极限厚度称为最小可轧厚度。,hmin=Df（1.15s-q）c/EE：轧辊弹性模量；c：比例常数。Stone：3.58，China：3.62。,塑性系数M：,即塑性曲线的线性段斜率，表示轧件抵抗变形的能力。,近似公式：P=M(h+aH）式中M塑性系数aH轧制力近似直线与横坐标交点，离开轧制力曲线（塑性变形曲线）与横坐标交点之间的距离。当H10mm，aH0Mtan,aH,从图9.25可以看到，轧制压力在相当宽的压下量范围内呈直线变化，只是在压下量较小或较大时，轧制压力才呈曲线变化。塑性曲线的意义在于分析轧件原始厚度相同时，由于某一工艺因素的变化，对轧制压力与轧出厚度之关系的影响：(1)变形抗力的影响。如图9.26所示，当被轧金属变形抗力较大（曲线2）时，则比变形抗力较小（曲线1）的曲线要陡。若保持压力不变，则轧出厚度h2h1。如果要轧出厚度不变，那么变形抗力较大的金属其轧制压力应增大。(2)外摩擦条件的影响。图9.27反映外摩擦的影响，当f2f1时，摩擦系数大的塑性曲线要陡，压力相同时轧出厚度也大。要使轧出厚度不变，则摩擦系数越大，所需轧制压力越大。,图9.26变形抗力的影响图9.27摩擦系数的影响,若保持压力不变，则轧出厚度h2h1；,摩擦系数大的塑性曲线要陡,压力相同时轧出厚度也大,轧出厚度不变，则摩擦系数越大，所需轧制压力越大,如果要轧出厚度不变，那么变形抗力较大的金属其轧制压力应增大,金属变形抗力越大，塑性曲线要陡,因此：生产中选择润滑效果较好的润滑剂或合理加强润滑，可以在相同的原始辊缝下轧出较薄的轧件。在冷轧生产中润滑应用很广、也很重视。(3)张力的影响。如图9.28所示，张力越大，轧出厚度越薄。要求轧出同一厚度时，张力越大则轧制压力越小。(4)轧件原始厚度的变化。相同轧制压力下，轧件原始厚度变大，轧件厚度越厚。见下面附图。,图9.28张力的影响,附图轧件原始厚度的影响,张力越大，轧出厚度越薄,轧出同一厚度时，张力越大则轧制压力越小,张力越小，塑性曲线越陡,相同轧制压力下，轧件原始厚度越大，轧件厚度越厚,在其他轧制条件相同时，不同厚度的塑性曲线？,3.轧制时的弹塑性曲线1）弹塑性曲线轧制时的弹塑性曲线：是轧件的塑性曲线与轧机弹性曲线的总称。即把它们画在一个图上表示两者相互关系的曲线，也称P-H图（图9.29）。图中两线交点的横坐标为轧件轧出厚度，纵坐标为对应的轧制压力。应用弹塑性曲线的意义：能直观地分析轧制时的各种因素对轧出厚度的影响。它揭示了轧制过程轧辊和轧件相互作用的内在矛盾，是厚度控制的理论基础。,图9.30轧制时的弹塑性曲线,2）辊缝转换函数反映辊缝调整量S与厚度变化量h的关系函数叫做辊缝转换函数，以=h/S表示。它反映了轧机的弹性效果，又称压下效率。辊缝转换函数的大小及其变化，可用弹塑性曲线来说明（图9.30）。当厚度轧到h需要的压力为PA，如以调整压下改变产品厚度，当压下S距离时，弹性曲线与塑性曲线的交点由A变到B，轧出厚度为h，压力由PA增到PB即增加P，厚度变化h。,S与厚度变化量h的关系?,思考：如果当前轧件厚度为1.15mm，超差0.05mm，想调整为1mm，如何办？张力，摩擦。最简单的方法：调整辊缝！辊缝多压下0.05mm行不行？,图9.30辊缝函数,在微量变化情况下，可把AB曲线视为直线段，此塑性曲线段的斜率为M，则可用下式表示：(9-65)M表示轧件的塑性系数，或称轧件的刚度：它反映轧件抵抗塑性变形的能力大小。M的物理意义是：在一定条件下，轧件发生1mm压缩塑性变形所需的力，单位是N/mm。前面分析过，金属材质（不同金属、成分差别、热处理情况等）或轧制条件（轧制温度、轧制速度、摩擦条件、张力大小等）不同，则M值也不同。由图9.30可知，AC=AD+DC=S，AD=h，DC=P/k，则可推导：(9-70),式中：辊缝转换函数；k轧机的刚度系数；M轧件的刚度系数。例如：辊缝转换函数为1/4，即=h/S=1/4，或者S=4h。这说明辊缝调整量（压下调整距离）应为厚度变化量的4倍，才能消除厚度差。因此，前例中，假如厚度变化量为0.05mm，假如辊缝转换函数为1/4，那么压下调整量要为0.20mm，才能消除上述厚度差。由此可见，辊缝转换函数，即公式(9-70)，是进行压下调整，改变辊缝，实现板厚控制的基本方程之一。（厚度反馈控制的基本方程）根据实际轧出轧件的厚度测量数据，反馈给压下控制系统，根据辊缝转换函数，调整压下。,厚度反馈自动控制课下研究,以PH图为基础，根据h=S+P/K，通过对轧件的（出口）厚度，进行间接或直接测量，并将实测值与给定的目标值进行比较。如果所测得的与要求给定值有偏差，就调整压下螺丝改变S和P/K之值，直到维持所要求的厚度值为止。,4.板带材轧制中的厚度控制1）影响轧件厚度的主要因素由弹跳方程h=S=S0+S0+P/k知道：轧件的厚度主要取决于空载时的辊缝、轧机的纵向刚度系数、轴承油膜的厚度和轧制压力等，具体影响如下：(1)空载辊缝。空载辊缝的变化、轧辊的偏心、热膨胀和磨损等都会使实际的空辊轧缝S0发生变化，从而使轧件的厚度发生波动。,周期性,辊缝变小,辊缝变大,(2)轧机纵向刚度系数。当纵向刚度系数减小时，轧机的弹性变形量增加，从而使轧件轧出的实际厚度增大，如图9.31所示。,图9.32轧机纵向刚度系数对轧件厚度的影响,纵向刚度系数减小,(3)轧制压力。轧制压力的波动是使轧件厚度产生波动的主要原因。所有影响轧制压力的因素都会影响轧制塑性变形曲线的相对位置和斜率，从而影响轧件的实际轧出厚度，如图9.32所示。当来料厚度H增大时：塑性曲线B的起始位置右移，轧制压力增大，使得轧件厚度h增大，如图9.32(a)所示。反之，轧件厚度减小。所以，当来料的厚度不均匀时，轧件的厚度会随着来料的厚度发生相应的波动。因此，要得到高精度的轧件，来料的厚度必须控制在一定的公差范围内。,当摩因数增大时：轧制压力升高，塑性曲线的斜率变大，轧件变厚，如图9.32(b)所示。轧制速度影响摩擦因数，所以轧制速度也对轧件厚度产生影响。当变形抗力减小时：轧制压力也随之减小，塑性曲线斜率变小，轧件变薄，如图9.32(c)所示。当来料力学性能不均匀或轧制温度、轧制速度发生变化时，轧件的变形抗力也随之发生变化，从而使轧件的厚度也发生相应的波动。当张力减小时：轧制压力变大，此时塑性曲线斜率变大，轧件变厚，如图9.32(d)所示。反之则变薄。轧制速度是调整张力主要手段。(4)轴承油膜厚度。一般轧制速度升高，轴承吸油量增加，油膜变厚导致上下辊缝靠近，结果轧制压力增大，轧件变厚。（相当于弹性曲线稍微左移）,(5)轧制速度的影响。前述轧制速度是通过影响摩擦系数、变形抗力及轴承油膜厚度，以改变轧制压力或辊缝大小影响轧出厚度。【一般对热轧，轧制速度对变形抗力影响明显，结果：一般轧制速度增加，变形速度增加，轧制压力适当增大，轧件有变厚倾向。】【一般对冷轧，轧制速度对摩擦系数影响明显，结果：随轧制速度增加，摩擦系数减小，轧制压力降低，则轧出厚度变薄。相反，轧制速度减小，轧出厚度增加。】当然实际生产中轧制速度会影响轧件温度而影响变形抗力。例如对热轧，轧制速度大时，往往轧件变薄，主要是温降小，变形抗力小的原因。因此：在实际的轧制过程中，以上各因素对轧件厚度的影响并不是孤立的，而是同时起作用的。所以，在进行厚度控制时，要综合考虑各因素的影响。,2）板带厚度控制的方法轧制厚度控制是通过调整辊缝、辊速和张力等，消除轧制过程中各种干扰轧制厚度的因素，从而使实际轧制厚度达到标准的过程。(1)调整压下。调整压下是厚度控制的最主要和最有效的方法。常常用来消除因为影响轧制压力的因素所造成的厚度差。其原理是通过调整空载辊缝来消除各种因素的变化对轧件厚度的影响。图9.34(a)是为消除来料厚度变化对轧件厚度影响的板厚控制原理图。思考：调整压下量S0如何计算？（借助图9.33(a)）辊缝前馈AGC控制的基本原理：根据来料板厚偏差控制图9.34(b)是为消除张力、摩擦系数和变形抗力的变化而影响轧件厚度控制原理图，均是通过调整辊缝，调整轧机弹性曲线与变化后的轧件塑性线相交于等厚轧制线，从而消除厚差变化。,图9.33调整压下控制板厚原理图,(2)调整轧制速度。前面已分析过，轧制速度的变化可使张力、温度、摩擦系数等参数相应发生变化，所以可以通过调整轧制速度来调张力和温度，从而改变轧件厚度。对冷轧：轧制速度影响摩擦因数明显，高速轧制，摩擦因数减小，轧件变薄。对于热轧：轧制速度对温降影响一般更大。轧制速度对张力的影响：张力是由前后机架速度差引起的，一般对前后张力影响趋势不同。(3)调整张力。轧机速度、活套机构调整张力是利用前后张力来改变轧件塑性变形曲线的变化而达到控制板厚的目的，如图9.34所示。例如：由于来料厚度偏差H而使塑性曲线移至B，轧件轧后的厚度产生偏差h。在空载辊缝S0不变的情况下，通过加大张力，使塑性曲线的斜率发生变化，曲线从B变为B，以此来消除厚度偏差，使h保持不变。,图9.34调整张力控制板厚原理图,热轧过程中，若张力过大，易发生拉窄（强迫纵向变形增大）、拉薄等情况，而且张力的变化范围有限，用调整张力的方法来调整板厚的效率不高，所以热轧一般不利用张力来控制板厚。不过新型（热）连轧机组有时会在最后一个机架采用张力微调来控制板厚。但是，调整张力在冷轧薄板时用得较多。一般冷轧板带都用张力调整板厚。张力、压下调板厚的区别：（1）在厚度波动较小的情况下，可以在张力允许的范围内采用微调对其进行调整；（2）厚度波动范围大时，应采用调压下的方法进行厚度控制。,3)热轧板带的厚度控制特点热轧板带的厚度精度一直是提高产品质量的主要目标，当前热轧带钢的厚度偏差已达30m(占全长98%)。热连轧带材的厚度精度主要取决于精轧机组，现代的热连轧机组都配备有自动的厚度控制系统AGC，能克服工艺参数波动对厚度精度的影响，并且对轧机参数的变动给予补偿。前面已提到，一般在粗轧阶段：要求轧机（纵向）刚度大，板厚控制为主；精轧阶段，以板型控制为主。影响板带热轧厚度偏差的因素主要有：（1）由于温度波动引起的来料变形抗力的波动；（2）来自粗轧区的来料厚度波动；（3）以及轧辊的偏心等。其中来料温度波动是影响厚度偏差的最主要的因素。,引起塑性曲线斜度变化,引起塑性曲线位置平移,引起轧机弹性曲线位置周期性不断平移、改变,变形抗力变化,坯料厚度变化,4)冷轧板带的厚度控制特点厚度精度是冷轧板、带材的最重要的技术指标。20世纪50年代发展起来的厚度自动控制AGC技术发展比较成熟，当前成卷宽幅冷轧带钢的厚度精度已达25m(占全长98%)，基本上已能满足用户的要求。与热轧相比，大张力是冷连轧生产最主要的特征。任一机架的轧制参数的变化将通过张力的传递作用来影响其他机架的工作状态。通常情况下，一套冷连轧机组的厚度控制系统由：入口段AGC、机架间AGC和出口段AGC组成。在实际生产过程中按需要配备若干种不同的厚度控制方法，以下为几种常用的冷连轧厚度控制方法：,(1)辊缝前馈AGC。辊缝前馈AGC是根据轧制入口测厚仪测出的厚度偏差，控制液压缸来改变辊缝，从而达到消除厚度偏差的目的。辊缝调整量S=MH/k。(2)辊缝监控AGC。辊缝监控AGC是根据轧机出口测厚仪测出来的厚度偏差，调整液压缸来改变辊缝，从而达到消除厚度偏差的目的。辊缝调整量S=kh/(M+k)。(3)张力前馈AGC。张力前馈AGC是根据入口测厚仪测出来的厚度偏差，通过调节前一架的轧制速度来控制机架间的张力，从而消除下一机架出口带材的轧制厚度偏差。(4)张力监控AGC。张力监控AGC是根据出口测厚仪测得的厚度偏差，通过调整前面机架轧辊速度来控制机架间的张力，从而消除厚度偏差。,(5)压力AGC。压力AGC是根据弹跳方程由轧制压力间接得出带材的厚度偏差，通过调整液压缸来改变辊缝，从而达到消除厚度偏差的目的。采用该方法时需要高精度的轧制力测量传感器，通常在第一机架采用。（即：调整实时调整S0，实现恒厚度h轧制，相当于采用高刚度轧机）为了提高这种通过轧制力间接测量厚度偏差的方法的精度，可以在出口通过测厚仪对其进行修正，这种方法称为厚度计监控GM-AGC。(6)秒流量AGC。秒流量AGC是目前现代化冷连轧生产线上配备的一种先进的厚度控制方法。由于在稳定的连轧过程中，各机架间的秒流量会保持不变，即机架入口厚度与出口厚度之比和出口速度与入口速度之比相同。20世纪90年代，激光测速仪的推出，不仅可以精确的测出各机架的前滑值，而且可以通过变形区秒流量恒定法则，有可能精度地计算出变形区的出口厚度。,厚度控制方法以下内容来自网络，感兴趣的同学课下学习,厚度控制是通过测厚仪or传感器（如辊缝仪、压头等）对带钢实际轧出厚度h连续进行测量，并据实测值与给定值相比较后的偏差信号，借助控制回路和装置or计算机的功能程序，改变压下位置S、张力or速度，把厚度控制在允许偏差范围内。实现厚度的系统AGC按厚度调节方式不同分反馈式、厚度计式、前馈式、张力、液压式等,调压下调厚,用测厚仪测厚的反馈式厚控系统(1）控制方法已知：M、K、h实测：h*h求S,（2）特点讨论：压下效率低,P对板形不利，不适合精调；,存在时间滞后；,厚度计式（GMAGC、PAGC）把整个机架作为测厚仪，在P发生时自动快速调整辊缝。（1）控制方法实测：P*、S*通过弹跳方程计算任何时刻h*=S*+P*/Kh调S,对压下机构的电气、机械系统及计算机程序运行等的滞后仍不能消除；,前馈式主要用于H时的控制,由几何关系：,调张力AGC,（1）控制方法,（2）特点讨论控制中可使P保持不变；惯性小、反映快、稳定、精度高；控制效果受限制；,一般应用于：冷轧末架M大、辊压扁严重时；热轧h较小时与调压下配；,调速度调厚AGC,因为：VQ、TC、f.PP/Kh典型的：热连轧加速轧制头尾温差纵向厚差,据实际情况不同，可采用不同的厚控方式，往往多种厚控方法相结合M不太大、h大时调压下为主M较大、h较小时调张力为主,几个厚控方程：,秒流量AGC（或物流AGC、质量流AGC）,秒流量液压AGC的关键是精确测量辊缝中的带钥厚度。该方法是将进入辊缝的带钢通过安装在轧机入口的数字式光电码盘分成等长度的区段(5080mm)，然后通过入口测厚仪和安装在出口的数字式光电码盘分别测出每段的轧前厚度和轧后长度。根据金属秒流量相等的原理，就可以计算出每段的实际轧出厚度。设入口测厚仪测量的每段带钢厚度为H，通过计算机移位贮存，然后在该段离开辊缝时取出，轧前的带钢长度L由入口光电码盘测出,与此同时，该段轧后的长度l,由出口光电码盘测出。根据金属秒流量相等的原理(忽略宽展)，使可以计算出该段带钢的实际轧出厚度h为：,秒流量AGC带钢厚度测量原理,H入口段带钢厚度；h出口段带钢厚度；L、l入、出口段带钢长度；,入口带钢速度；,出口带钢速度。,或,厚控系统的取样、信息存贮移位、数据输出、计算和控制周期的控制(此处的周期为长度，不是时间)都由入口光电码盘控制。假若光电码盘的脉冲数为20000个m，则50mm带钢长度便对应于1000个脉冲。当入口光电码盘脉冲记数由0达到1000时，便自动发出指令，执行上述功能，然后再接着开始下一次的脉冲记数。课外自学内容结束,1.横向厚差与板形的概念1)横向厚差板带横向厚差是指沿宽度方向的厚度差，即板带材横断面的厚度偏差。该厚度差取决于：板带材轧后的断面形状或轧制时的实际辊缝形状。横向厚差通常用轧件横断面中部的厚度hz和边部厚度hb的差值来表示。即：=hz-hb(9-67)当为正时，断面为凸形，当为负时，断面为凹面。等于零时为理想的断面，即断面是矩形。,9.1.5板型控制技术,2)板形板形是描述板带材形状的一个综合概念。包括板凸度和平直度两个指标。平直度即浪形、瓢曲的有无及程度。浪形是指板带材纵向呈起伏波浪，波浪有双边波浪、中间波浪、单边波浪等。浪形原因：（1）当板带两边的延伸率大于中部，产生对称的双边波浪；（2）反之，若中部的延伸率大于边部，就产生中间波浪。（3）如果两边的压下量不一样，压下量大的那一边由于延伸率大则产生单边波浪或侧弯（镰刀弯）。轧件在离开轧辊出口后向上、向下或是沿宽向出现弧形的弯曲叫翘曲。当波浪在轧件横向、纵向同时增大，由于单元波浪的面积较大，板形凹凸形的轮廓变成近似圆形或椭圆，这种板形缺陷通常被称为瓢曲。图9.35为常见板型缺陷示意。,图9.35常见板型缺陷示意,板形的表示方法（课外了解）定量表示板形，既是生产中衡量板型质量的需要，也是研究板形问题和实现板形自动控制的前提条件。1）其中波形表示法：如图所示，带材的不平度表示为：也称为“翘曲度”或“波浪度”式中：h波幅；L波长。当值大于1%时，波浪及瓢曲比较明显，一般生产中要求矫平后的产品值应小于1%。,2）相对长度差表示法：若波形曲线部分长为L+L，并视为正弦曲线，则曲线部分和直线部分的相对长度差，可由线积分求曲线长度后得出，即：上式表示了不平度和最长、最短纵条相对长度差之间的关系。表明板带波形可以作为相对长度的代替量。只要测出板带波形，就可以求出相对长度差L/L。美国是用板带宽度上最长和最短纵条上的相对长度表示，单位是百分数。,加拿大铝公司是取横向上最长和最短纵条之间的相对长度差作为板形单位，称为单位，相对长度差等于时为一个单位。也称为“平直度（板形）指数”板形的不平度（不标准）或称板形偏差（即平直度（板形）指数），可由下式求得：例如，不平度为1%时，板形偏差换算成以作单位则为25。（0.010.013.143.144100000=24.64）冷轧铝材的典型板形偏差：轧制产品为50，矫平产品25，拉伸矫平产品10。国外近来用板形自动控制系统，冷轧板不平度从30提高到10，经拉弯矫可达3单位。,应指出，只要板带材存在残余的内应力，就称为板形不良。虽然这个应力存在，但不足以引起板形缺陷，则称“潜在的”板形不良，如果应力足够大，以致引起板带波形等，则称“表现的”板形不良。在张力作用下，冷轧带材有时并未发生波浪等，但张力去除后，带材仍将出现明显的波浪，或经纵剪后出现侧弯或浪皱，这些均属潜在的板形不良。3）板形与横向厚差（板凸度）的关系横向厚差和板形是两个不同的概念，但两者却有着密切的关系。在来料板形良好的前提下，板形取决于延伸率沿宽度方向是否相等，即压缩率是否相等。这一条件由轧前坯料横断面厚度的均匀性及辊型或实际辊缝形状决定。板形在很大程度上还决定于轧制前后的横向厚差。,通常所说的板形控制：一般包括板形控制和出口横向厚差控制两个方面；而所谓的板厚控制：只指纵向厚差的控制，不包含横向厚差的控制。实际生产中，狭义的“板形控制”与“横向厚差”（不是一般的“板厚控制”概念）常常存在不一致，需根据轧制情况而定：例如：（1）热轧生产中，前几道次因为轧件厚，刚性大，对不均匀变形造成的翘曲失稳的敏感性小，波浪少见（板形问题不突出），所以：热轧头几道次以控制横向厚差为主。（调整整辊缝形状为矩形！）后几道次板材变薄，板形的影响突出，此时应该以控制板形为主。（及时调整辊缝形状，与“来料板形”相似！原理下面介绍）（2）冷轧时，由于对不均匀变形的敏感性大，微小的延伸差都会引起板形的大幅度恶化，所以冷轧特别是冷轧薄板时主要是严格控制板形。,4）辊型与辊缝对横向厚差及板形的影响辊型：轧辊辊身表面的轮廓形状称为辊型；原始辊型：是指刚磨削好的辊型；工作辊型：是指轧辊在受力和受热轧制时的辊型，又称承载辊型。通常用辊身中部的凸度表示辊型的大小，轧辊辊身中部与辊身边缘的半径差称为辊型凸度最大值；其大小由轧辊的弹性变形（弯曲挠度、压扁）和不均匀热膨胀决定。由于轧制过程中设备、工艺等条件不断的变化，工作辊型很难能保持为理想的平辊型。（若前面轧机工作辊型不是平辊型，后面的一般也不能）如果上下两个工作辊都同为凸辊型，对应的辊缝形状就呈凹形，轧件横断面的形状就是凹形；反之，若工作辊型都为凹辊型，轧件横断面呈凸形。如果一个工作辊为凸辊型，一个为凹辊型，（凸凹度接近）则轧件横断面呈？因此，除了来料的横断面形状以外，板形与横向厚差主要决定于工作辊缝的形状。,2.板形控制原理1)板形控制的基本原理如图9.36，设轧制前板带边缘的厚度为h1，轧前厚度差或称板凸量为c1，轧后厚度差或称板凸量为c2，所以轧前中间的厚度为h1+c1，轧制后板带横断面上的边缘厚度和中间厚度分别为h2和h2+c2。板凸度表示为：c1/h1及c2/h2。板凸量除以边部厚度,图9.37轧制前后板带厚度的变化,为使板形良好，坯料横断面必须“均匀变形”，即板带材边缘和中部的延伸率应相等，即有：实际上：横断面上任意一点延伸率都要相等(9-68)由此可得，或(9-69)式(9-69)为理想的板形方程，即要得到理想的板形，必须使轧制前的原始凸度率等于轧制后的凸度率。因此：（1）如果在轧制前就有凸度的原料经过轧制后不可能同时得到理想的凸度和平直度。（2）横向的厚度差只能在轧制的过程中与压缩比成比例减少，而不能完全消除。,（3）另外，要满足均匀变形的条件，保证成品板形良好，就必须使板带轧制前的厚度差c1和轧制后的厚度差c2的比值与延伸率相等；（4）或者使轧制前的板凸度c1/h1等于轧制后的板凸度c2/h2。因此，在均匀变形的情况下，后一道次的板厚差c2比前一道次的板厚差c1小，其差值为：理解以下内容：假设前后机架、轧辊相同（1）由于此差值主要取决于轧辊因为承受压力而产生的挠度值，所以要保证均匀变形，就必须使后一道次轧制时轧辊的挠度小于前一道次轧辊的挠度。即在轧辊的强度相同的情况下，后一道次的轧制压力必须小于前一道次的轧制压力。（2）由此可见，为了满足均匀变形的条件，保证轧件具有良好的板形，在设备强度一定的情况下，应当使轧制力逐渐减小。,2)传统的板型控制方法前面谈到，在不考虑轧件弹性恢复时，可以认为轧后板带的断面形状是和轧辊的工作辊缝（即承载辊缝）的形状相同。而实际的工作辊缝形状决定于以下因素（的综合影响）：轧辊原始辊型；轧辊热凸度；轧辊磨损辊型；轧辊受轧制力的弹性弯曲；轧辊的弹性压扁；板带轧制前的板凸度等。如果轧制时各个影响因素都是稳定的，则通过合理的轧辊原始辊型设计，就可获得良好的板型。这是不大可能的！,因为：在轧制过程中各因素是在不断变化的，需要随时补偿这些变化因素对轧辊工作辊缝的影响，以便获得良好的板型。因此，板型控制的基本思想就是：按照轧制过程中的实际情况，随时改变辊缝凸度，使其能满足获得良好板型的要求。传统板型控制方法：实际生产中，除设定一定的辊型（即“辊型配置”）来控制板型外，板型控制的传统方法还有2种：“辊温控制法”和“液压弯辊控制法”。(1)辊温控制法。辊温控制法是人为地沿轧辊辊身长度方向对其进行冷却或加热，使辊身温度发生变化来改变轧辊热辊型，以适应板型控制的需要。由于靠温度调整辊型速度较慢，一般只作为板型控制的辅助手段。思考：对双边波浪、中间波浪如何分别冷却轧辊？,课外了解内容冷却液分段控制：其方法常用乳液、水或油作冷却润滑剂，冷却液的作用是带走轧辊的热量，防止辊身过热，同时也起润滑作用。这种控制装置分手动和自动两种方式。手动的方式是将冷却液喷嘴分成3个或5个区段，甚至更多个区段，各段的流量、压力通过专门的阀门用手动调整实现控制。例如某1700冷连轧机，第1到第4机架分成3段，中间段7个喷嘴，两侧各5个；第5个机架19个喷嘴分5段，中间段7个喷嘴，两侧各段为3个。每段有一个旋钮由操作工控制，冷却液的流量可在最大流量和最大流量一半之间调节。冷却液分段自动控制系统（图6-10），该系统中逻辑运算部分依据板形检测信号来控制各阀门流量，以改变冷却液喷射模型，达到控制辊型的目的。各阀门还有手动调节装置进行辅助控制。目前已达到了每个喷嘴的流量可调，其喷嘴间距为50mm以内的水平。,冷却液分段自动控制系统示意图,(2)变弯矩控制法（增加）控制轧辊弹性变形为手段的辊型调整方法称为变弯矩控制法。这种方法反应比较迅速，通常是通过改变道次压下量、轧制速度与张力，从而改变轧制压力，以此改变轧辊弯曲挠度，及时补偿辊型的变化。例如：如果辊型凸度较小以致出现边部波浪时，则适当减小压下量，或增大张力特别是后张力。这样轧制压力降低，使轧辊挠度减小，以补偿辊型凸度的不足。此外，提高轧制速度，增加变形热，升高辊温，来增大辊型凸度，低速下影响较明显。改变速度，控制辊型，只有变速轧机才能采用。如果出现中间波浪，与上述调整方法相反。但是，张力的调整范围小，纠偏能力弱，有时增加张力看来板带平直，一旦取消张力，潜在的板形不良就暴露出来。减少压下量是工艺制度迁就辊型的不便的做法，对轧制速度及张力控制辊型，不仅反应慢，而且还影响纵向厚度精度。因此，从60年代中期开始采用新的辊型控制方法，即液压弯辊，实现辊型快速调整。,(3)液压弯辊控制法。液压弯辊控制法是将液压缸压力作用在轧辊辊颈处使轧辊产生附加弯曲，以补偿由于轧制力和轧辊温度等因素的变化而产生的轧辊工作辊缝的变化，以获得良好的板型。如下附图。特点：由于液压弯辊控制法能迅速改变辊缝形状，具有较强的板型控制能力，是板形控制的最有效的方法，很多新型的轧机（如HC轧机）也都有液压弯辊装置。,（a）工作辊挠度减小；（b）工作辊挠度增大,注意弯辊力的位置,注意弯辊力的位置,负弯工作辊,正弯工作辊,课外了解（以下4页内容）液压弯辊，根据弯曲的对象和施加弯辊力的部位不同，通常可分为弯曲工作辊和弯曲支承辊，每种弯曲又分正弯和负弯。1弯曲工作辊采用弯曲工作辊时，液压弯辊力通过工作辊轴承座传递到工作辊辊颈上，使工作辊发生附加弯曲。弯辊力F1与轧制压力P的方向相同，称为正弯工作辊如上图（a）。在弯辊力的作用下，使工作辊挠度减小，即增大了轧辊的工作凸度，防止双边波浪。但这种结构只能向一个方向弯曲工作辊，在某些情况下，单纯用正弯显得调整能力不足。另外，液压缸装在工作辊轴承座内，或利用平衡上工作辊的液压缸，在更换工作辊时拆开高压管路接头很不方便。因此，采用负弯工作辊装置。,轧辊弯曲挠度计算示意,在工作辊轴承座与支承辊承座之间安装液压缸，对工作辊轴承座施加一个与轧制压力方向相反的弯辊力F1，称为负弯工作辊如上图（b）。在弯辊力的作用下，使工作辊挠度增大，即减小了轧辊的工作凸度，防止中间波浪。将液压缸安装在支承辊轴承座内，无需拆装高压管接头，换辊方便，并改善了液压缸的工作环境。应指出，采用负弯工作辊的方法，当轧件咬入、抛出及断带时，液压系统需要切换，以便保持上辊平衡，防止轧辊发生冲突。实践证明，实现正、负弯曲工作辊，既有利于操作，又扩大辊型调整范围。为了使用方便，简化轴承座结构，增大弯辊能力，排对板厚控制干扰等，已采用多种弯辊结构。,例如，将液压缸安装在轧机牌坊凸缘内的三个不同位置，分别作用在工作辊轴承座的压板下，可以实现上辊正弯和下辊正、负弯；将工作辊正、负变液压缸安装在支承辊轴承座上，其优点是正弯时的弯辊力不经过压下装置，使压下和弯辊互不干扰，这对板厚、板形控制都有利。2.弯曲支承辊弯曲支承辊的弯辊力不是施加在轧辊轴承座上，而是施加在支承轴承座之外的轧辊延长部分。这种结构最重要的优点是可以同时调整纵向和横向的厚度差。若弯辊力F2与轧制压力的方向相同，以减小支承辊的挠度，称正弯支承辊；反之称负弯支承辊。,由于支承辊的弯曲刚度大，所以弯曲支承辊主要适用于辊身长度L和支承辊直径D0比值较大的轧机。当L/D02时，最好用弯曲支承辊，当L/D02时，一般用弯曲工作辊。弯辊力可用计算方法或参考经验数据选取，一般弯曲工作辊的最大弯辊力（两端之和）约为最大轧制压力的15%20%，支承辊的最大弯辊力约为最大轧制压力的20%30%。弯曲支承辊方法，轧机结构复杂而庞大。因为支承辊比工作辊的刚度大得多，前者弯辊力较大，大的正弯辊力会增加压下装置和机架的负荷与变形，引起纵向厚度变化。但是，支承辊的弯曲能得到较好吻合轧辊挠度（抛物线型）的辊型。,3.板形控制新技术及新型轧机从20世纪70年代以来，板型控制的新技术和具有较好板型控制能力的新型轧机得到了较大的发展，板型控制新技术的基本原理有两个：(1)增加承载辊缝的刚度。采用提高辊缝刚度系数来增加板型控制能力的辊缝，称为刚性辊缝型。例如HC轧机，以及采用双阶梯辊支承辊或大凸度支承辊的四辊轧机，是属于这一类型。(2)加大轧辊原始辊缝或承载辊缝的调节范围。在一般四辊轧机上，工作辊原始辊型确定后是一定的，显然恒定的工作辊原始辊型是不能适应各种轧制情况的，为此应采用加大轧辊原始辊缝调节范围来控制板形，称为柔性辊缝型。新型板带轧机中的CVC轧机、PC轧机、VC轧机等属于这一类型。,下面简要介绍以下板型控制的新型轧机。1)HC轧机（HighCrownMill）上世纪70年代，日本的日立公司和新日铁公司联合研制出了中间辊可以横移的六辊轧机，也叫HC轧机，其结构见图9.37。轧机是在普通的4辊轧机的基础上，在支承辊与工作辊之间安装一对可轴向移动的中间辊而成为6辊轧机，而且两中间辊具有相反的轴向移动方向。这种轧机具有优异的板形和板凸度控制能力。空载时不改变辊缝的形状。HC轧机的开发使板形理论和板形控制技术进入了一个新的时期。国内外已有不少带钢、铝、铜等的轧制线选用HC轧机，并取得了较好的效果。,HC轧机具有以下优点：通过调整中间辊的轴向移动量，可以控制工作辊的挠度，即改变轧机的横向刚度，HC轧机的横向刚性大，板形稳定性好；工作辊的一端悬臂，用很小的力就能使工作辊的挠度明显改变，从而使板形和凸度发生较大的变化，增强了弯辊的效能；采用标准无凸度辊，就能满足各种宽度带材的轧制，减少了轧辊的备件；HC轧机可使原始辊的凸度减小，从而减少了磨辊和换辊的次数；由于工作辊径较小(比普通4辊轧机小30%左右)，可加大压下量，实现大压下量轧制，并减少能耗，HC轧机提高了轧件板形的质量，并且实现了大压下量少道次的轧制，减少或取消了中间退火，所以轧机的生产率和产品的成品率高。,2)CVC轧机（ContinuouslyVariableCrownMill）CVC辊是德国SMS公司在20世纪80年代在HC轧机的基础上发明的。CVC工作时能沿轴向横移，具有“S”形特殊辊型，空载时该技术能改变辊缝形状。CVC轧机的发展较快，可以实现连续可变凸度。CVC轧机和常规轧机的比较见图9.38。属于柔性板型控制技术,图9.38CVC轧机和常规轧机的比较,CVC轧机的主要特点是：（1）通过一组S形曲线轧辊可代替多组原始辊型不同的轧辊，减少了轧辊备品量；（2）可以进行无级辊缝调整来适应不同产品规格的变化，以获得良好的板带平直度和表面质量；（3）辊缝调节范围大，与弯辊装置配合使用时，如1700mm板带轧机的辊缝调整量可达600m。三大类型的CVC轧机：CVC二辊轧机、CVC四辊轧机和CVC六辊轧机。CVC四辊轧机的工作辊为S型曲线轧辊，而CVC六辊轧机S形曲线轧辊可以是工作辊，也可以是中间辊。CVC四辊轧机可以是工作辊传动，也可以是支承辊传动。CVC六辊轧机则可以分为中间辊传动和支承辊传动两种.CVC轧机在钢铁和铝加工行业都有很多应用。典型应用如宝钢2050热轧机、2030冷轧、1420冷轧以及5000厚板都是CVC轧机；邯钢CSP连铸连轧厂热轧CVC线；等等,sms杜塞尔多夫模型,图9.40PC轧机示意图PC轧机具有较大的凸度控制范围和较高的控制精度。特别是PC轧机加上在线磨辊ORG工艺可以实现自由程序的轧制。目前世界上已有几十套PC轧机在运行，主要用于热带钢轧机，国内宝钢1580mm热带轧机的F2F7精轧机即采用了PC轧机。,3)PC技术（PairCrossed）PC轧机是轧辊成对交叉轧机，是日本三菱重工开发的。如图9.40所示，PC轧机主要特点是轧辊“成对交叉”，利用调节轧辊线的交叉角度来控制凸度，使辊缝可调，而工作辊又不产生挠度，因此凸度控制不会影响工作辊的强度和刚度。,PC轧机的优点是：（1）有较大的轧辊凸度控制能力，轧辊轴线交叉角可在001.50范围内调整，最大的轧辊凸度可达100m，居所有轧机之冠，如配以强力弯辊装置也能获得良好的平直度板带；（2）能有效地控制板带边部减薄；（3）轧辊辊型简单，节省了轧辊备件量并便于轧辊管理。CSP线（西马克薄板坯连铸机）连轧机组多采用CVC轧机；FTSR线（意大利达涅利）连轧机组采用PC轧机。,4)DC轧机(DeviateandCrossedWorkRollMill)DC轧机又称为工作辊偏移和交叉轧机，是我国连家创、刘玉礼和段振勇等学者在20世纪80年代为了实现板厚和板形的综合控制而研制出来的一种四辊板带轧机。该轧机的工作辊没有特殊的辊型，但能够