论述板带钢生产中板形控制方法

1、安徽冶金科技职业学院ANHUI VOCATIONAL COLLEGE OF METALLURGY AND TECHNOLOGY毕业论文论述板带钢生产中板形控制方法学生姓名 杨飞 系部名称 冶金工程系 专业名称 材料成型与控制技术 班级名称 10材料 指导教师 吴苓 2012年12月论述板带钢生产中板形控制方法 杨飞摘要:21世纪世界钢铁工业发展的一个显著特点是钢材市场竞争愈演愈烈，竞争的焦点是钢材的质量逐步提高而成本降低。为了实现这个目标，采用了大量新技术和新设备，在板带生产中板形控制技术就是一项引人注目的新技术。板形是带钢的重要质量指标。随着其他工业部门生产的发展，对板带钢板形质量的要求也日

2、趋严格。特别是近年来由于AGC系统的不断完善和广泛采用，板带的纵向厚度精度越来越高，相形之下，板形问题就变得日渐突出。本文阐述了板形的基本概念；影响板形问题的几个重要因素，例如轧制力变化对板形的影响、来料板凸度对板形的影响、板宽变化对板形的影响也具体地阐述了HC、UC、PC等板带轧机的工作原理、轧机特点。关键词：板带轧机、板形控制、来料板凸度前言 近年来，轧钢生产已由过去单纯追求大型化、高速化、连续化转向注重节约能源和提高产品质量，力求以近可能低能源和原材料消耗创造尽可能高的经济效益。为了实现这个目标，采用了大量新技术和新设备，在板带生产中板形控制技术就是一项引人注目的新技术。通过对工艺、参数

3、、设备上的控制来改善板形的质量和性能，做到尺寸精确板形好、表面光洁性能高。一、板形的概念（一）带钢板形的基本概念 所谓板形，直观说来，是指板材的翘曲程度；就其实质而言，是指带钢内部残余应力的分布。衡量带钢板形通常包括纵向和横向两个基本方面。它可以指带钢横断面几何外形尺寸，亦可指带材在水平表面上贴服的程度。前者通常称为“横向鼓凸度”，当有意表示带材中部与边缘的厚度差时常使用；后者则指轧件在无约束状态下使其几何外形产生歪扭的缺陷。板带钢在基本上不存在这种歪扭时称为板形良好。1、板形 板形就其实质而言，是指带钢内部的残余应力分布。残余应力分布的大小直接导致带钢是显性板形还是隐性板形。2、显性板形 只

4、要带钢中存在残余的内应力，就称为板形不良。如果应力足够大，以至引起带钢翘曲，则称为表观的板形不良。即显性板形。3、隐性板形 如果这个应力虽然存在，但不足以引起带钢翘曲，就称为“潜在”的板形不良，即隐性板形。（二）常见板形缺陷及分析 板形缺陷是指板带材横向各部分产生波浪或者褶皱，板形与板带材沿宽度方向的延伸是否相等有关。对生产中的几种板形缺陷极其原因进行分析。1、单边浪 单边浪是由于在生产中带钢边部延伸大于中部延伸所造成的板形缺陷。单边浪形成的主要原因有：（1）原料单边浪超标，在冷轧时，无法完全消除；（2）在轧制前，轧辊没有标零，轧辊两侧轧制力差过大；（3）在穿带和轧制时，轧制调整倾斜值过大。2

5、、双边浪 双边浪是指在生产中带钢两边延伸大于中部延伸所造成的板形缺陷。形成双边浪的主要原因有：（1）轧制压力过大，导致正弯辊力增大到最大时，仍然无法消除双边浪；（2）工作辊弯辊力投入出错，负弯辊力太大或正弯辊力偏小；（3）工作辊凸度值过小。3、中间浪 中间浪是由于带钢中部的延伸量大于边部延伸量所造成的板形缺陷。形成中间浪的主要原因是：（1）原料中间浪超标，在冷轧时，无法完全消除；（2）轧制时，工作辊正弯辊力过大，在轧制过程中产生中间浪；（3）工作辊凸度过大。4、四分之一浪 四分之一浪是指在板宽四分之一处产生的浪。形成四分之一浪主要原因：（1）连续轧制时间过长，轧辊辊身局部磨损不均匀；（2）中间

6、辊抽动值偏大；（3）由于工作辊冷却不均匀造成的。2、 影响板形的主要因素 众所周知影响板形的主要因素有以下几个方面：（1） 轧制力的变化对板形的影响；（2） 来料板凸度的变化对板形的影响；（3） 热凸度变化对板形的影响；（4） 初始轧辊凸度对板形的影响；（5） 板宽变化对板形的影响；（6） 张力对板形的影响；（7） 轧辊接触状态对板形的影响；（8） 辊缝形状对板形的影响。1、轧制力变化对板形的影响 轧制力受许多因素的影响，例如变形抗力、来料厚度、摩擦系数、带钢张力等，因此它是轧制过程中一个非常活跃的因素。轧制力变化可以分为两种情况，一种是偶然性的波动，一种是稳定性的变化。所谓偶然性，是指它变化

7、的时间与轧辊热凸度变化所用的时间是比较短的，所谓波动是指变化后基本上会恢复原值。这种情况下，轧制力变化并不涉及到轧辊热凸度的变化。完好板形线为图1中的直线F，实际的轧辊凸度在轧制力波动时并不变化，所以是一条水平线T。当轧制力为PA 时，即对应于曲线F和T的交点时，可以获得完好板形。当轧制力波动偏离PA 时，就会发生板形缺陷，当轧制力低于PA 时，实际凸度大于完好板形所需要的凸度，发生中波；轧制力高于PA 时，情况相反，发生边波。图12、来料板凸度对板形的影响 获得具有良好板形的带钢重要条件是来料断面形状和承载辊缝形状相匹配。一般来料面主要决定于供料厂。通常采用的方法是大量测取原料数据，找出原料

8、板凸度的变化规律，据此确定本车间的工艺参数，以保证获得良好板形。3、热凸度变化对板形的影响 轧制过程中，金属相对轧辊滑动产生的热量和金属变形所释放的热量有一部分传入轧辊，使轧辊温度升高，这是轧制过程中轧辊的热输入。同时冷却水和空气又从轧辊中带走热量，使其温度降低，这是轧辊的热输出。在开轧后的一段时间内，轧辊的热输入大于热输出，轧辊温度逐渐升高，热凸度也随之不断增大。在以某一特定规程轧制若干带卷以后，轧辊热输入和输出相等，处于平衡状态，轧辊凸度也保持一个稳定值。轧制过程中热凸度随时间的变化情况如图2所示。一般说来，在特定的轧制规程下，板形工艺参数是依据稳定的热凸度设计的。 图2 4、初始轧辊凸度

9、对板形的影响 对板形控制来说，初始轧辊凸度的选择是一个十分重要的问题。合理低选择初始凸度，可使板形变化始终被限制在轧机控制能力之内，这无疑是获得良好板形的重要保证。对所轧产品宽度变化大的轧机来说，应根据产品宽度的不同而采用相应凸度的轧辊，一般地说，在轧制力相同的情况下，板宽越大，所需凸度越小。如图3，当采用初始凸度a时，热凸度轧制力关系曲线T与完好板形线F的切点恰好对应于工作轧制力PA，这时可以获得良好板形。但如果初始凸度选择不合理，例如选用ba，则实际的热凸度轧制力关系曲线上升为T1，实际凸度K1在良好板形线之上，会造成中波。 图35、板宽变化对板形的影响 我们通常所说的轧机刚度是指轧机的纵

10、刚度，但在研究板形问题时，更关心的是轧机的横刚度。所谓横刚度是指造成板中心和板边部单位厚度差所需要的轧制力，单位是吨毫米。轧机的横刚度是相对一定板宽而言的，当板宽变化时，轧机的横刚度发生变化，因而在承受同样轧制力的情况下，轧辊的变形以及为弥补轧辊变形所必需的轧辊凸度均发生变化，当然良好的板形线也发生变化。如图4所示，对应某板宽的完好板形线为F1，当板宽变窄时，轧制力仍保持原来的PA，但它们集中作用到较窄的辊身中间的区域，所以必然增大了轧辊的弹性变形。为抵消这种变形以获得良好板形，当然需要更大的轧辊工作凸度。这样一来，良好板形线变化到F2.当板宽增大时，变化的趋势相反。图46、张力对板形的影响

11、张力对板形的影响体现在几个方面。其一是张力改变对轧辊热凸度发生影响，特别是后张力影响更大，因而调整张力是控制板形的手段。 其二是张力对轧制压力发生影响，根据轧制理论，由于张力变化，特别是后张力变化，对轧制压力有很大影响，而轧制压力变化必然导致轧辊弹性变形发生变化，所以必然对板形产生影响。 其三是张力分布对金属横向流动发生影响。这个问题近年来已引起人们的广泛注意。研究表明，当张力沿横向分布不均时会使金属发生明显的横向流动，即使对于板带材轧制这种宏观看来近于平面变形的情况也是如此。在一定的高向变形下，横向流动的结果必然改变沿横向的延伸分布，因而必然改变带钢的板形。7、轧辊接触状态对板形的影响 工作

12、辊和支撑辊的接触状态对板形的影响是近年来人们注意探索的一个问题。通过对这个问题的研究，人们找到了一些新的改善板形的方法，例如采用双锥度支撑辊、双阶梯支撑辊、HC轧机、大凸度支撑辊等。 如图5所示，普通四辊轧机工作辊和支撑辊是沿整个辊身接触的，在轧制力作用下，工作辊和支撑辊之间形成接触压力q*，在板宽范围以外的区域A，辊间压力形成一个有害弯矩，它使轧辊发生多余的弯曲。为抵消这个有害弯矩引起的轧辊变形，可以改变轧辊的原始凸度，也可以使用液压弯辊。但当单位宽轧制力p*改变时，有害弯矩也随之变化，是板形改变。为了获得满意的板形，必须随着轧制力的变化不断的调整液压弯辊力。也可以设法改变轧辊之间的接触状态

13、，例如采用双阶梯辊，使中间接触段长度缩短，从而减小有害弯矩，由有害弯矩引起的轧辊弯曲也就随之减小。当中间接触段长度缩短到一定程度时，有害弯矩可以完全消除。这时即使轧制力改变，工作辊挠度曲线也可以基本保持不变，轧机具有无限大的横刚度。由这个例子可见，轧辊之间的接触状态对板形有重大的影响，它可以从根本上改变轧机的板形控制特性，应特别给予重视。8、 辊缝形状对板形的影响 若忽略轧辊本身的弹性变形，钢板横断面的形状和尺寸，取决于轧制时的辊缝（工作辊缝）的形状和尺寸，而轧制时任何因素对轧辊凸度所引起的变化，都将直接或间接地引起辊缝形状和尺寸的相应改变。影响轧辊凸度的因素有轧辊的热膨胀、轧辊挠度、轧辊的磨

14、损、轧辊凸度等。三、板形控制方法 改善和提高板形控制水平，需要从两个方面入手，一是从设备配置方面，如采用先进的板形控制手段，增加轧机刚度等；二是从工艺配置方面，包括轧辊原始凸度的给定、变形量与道次分配等。 图5（一）液压弯辊 改进设备是改善板形的一个重要方面。其中最常用的基本方法就是液压弯辊。其它一些改善板形的方法，例如使用HC轧机、VC轧辊、实行张力分布控制等等，都必须配合使用液压弯辊。所以，液压弯辊在改善板形方面是一项基础性的工作。这种方法最早应用于橡胶、塑料、造纸等工业部门，后来才逐步引用到金属加工中来，并发展成为一个行之有效的板形控制方法。1、液压弯辊的基本原理： 通过向工作辊或支撑辊

15、辊颈施加液压弯辊力，来瞬时地改变轧辊的有效凸度，从而改变承载辊缝形状和轧后带钢的延伸沿横向的分布。只要根据具体的工艺条件来适当的选择液压弯辊力，就可以达到改善板形的目的。这种方法进一步还可以分为工作辊弯曲和支撑辊弯曲，每种弯曲还可以分为正弯和负弯。（1） 工作辊弯曲采用工作辊弯曲时，液压弯辊力通过工作辊轴承传递到工作辊辊颈上，使工作辊发生附加弯曲。图6是给出了工作辊弯曲的集中原始形式，它们的共同特点是弯辊液压缸位于工作辊轴承座或支撑辊轴承座内。图6a所示是最简单的一种形式，内行人一看便知，从结构上讲，这种方式与普通的轧辊平衡装置没有什么区别。实际上，这种装置就是从轧辊平衡装置演变来的。人们在生

16、产实践中发现，改变平衡缸的压力对板形有一定程度的调整作用。因此从结构上对平衡装置进行改进，增大其能力，就发展成为图6a所示的液压弯辊装置。液压缸的数目和尺寸取决于所需要的弯辊力的大小和轧辊轴承座结构是否允许。例如某厂在每个轴承座上安装四个液压缸，每个缸的直径是82.5mm，总弯辊力可达66.2吨。在轧辊凸度不足或磨损的情况下，利用该装置可以增大轧辊凸度，防止边波。但是，这种结构仅能向一个方向弯曲工作辊，即增大工作辊的凸度，这种形式称为正弯。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，在更换工作辊时需要拆开高压管路接头，这很不方便。与图6a相比，图6c所示系统的优点

17、在于它的上工作辊可以实现两个方向的弯曲。位于两工作辊轴承座之间的液压缸有与图6a系统相同的功能，而当安装在上工作辊和上支撑辊轴承座之间的液压缸工作时，可以使上工作辊向减小轧辊有效凸度的方向弯曲，即实现所谓负弯。将液压缸安装在支撑辊轴承做内，在更换工作辊时，无需拆开液压缸的高压供油回路接头，简化了轧辊操作。将液压缸安装在上支撑辊轴承座内的另一个好处是改善了液压缸的工作环境，可以避免氧化铁皮、乳化液等侵入液压缸系统，温度条件也好些。图6b所示结构只能使两个工作辊向减少有效凸度的方向变化，即只能实现负弯。图6d的液压弯辊系统是上述图6a、c两种情况的组合，它的主要优点是两个工作辊都可以实现正弯和负弯

18、。应当指出的是，如果采用负弯，在抛钢、穿带及断带时，还需要接通正弯液压缸施以平衡力，以便保证上辊平衡，防止轧件咬入和抛出时对轧辊发生剧烈冲击。频繁地切换正负弯液压缸，是采用负弯的一个缺点。 图6（2） 支撑辊弯曲 支撑辊弯曲目前安装在中厚板轧机、带钢热连轧机和单机架可逆热轧机上，也安装在带钢冷轧机上。这种弯辊装置的弯辊力不是施加在轧辊轴承座上，而是施加在支撑辊轴承座之外的轧辊延长部分上，它的一个重要优点是可以同时调整纵向和横向的厚度差。 许多研究工作指出，到底是使用工作辊弯曲好，还是使用支撑辊弯曲好，主要视轧机的结构尺寸而定。关键参数是辊身长度 与支撑辊直径 的比值 。由于支撑辊弯曲刚度甚大，

19、所以支撑辊弯曲主要适用于 较大的轧机。这是大多数支撑辊弯曲装置用于有色金属轧制的一个原因。（2） 轧辊横移为了彻底消除有害接触接触弯矩对工作辊的影响，引入了轧辊横移技术。这方面最具有代表性的是六辊 HC轧机，如图7所示。其原理为通过上下中间辊沿相反方向的相对横移，改变工作辊与中间辊的接触长度，使工作辊和支撑辊在板宽范围之外脱离接触，从而有效地消除了有害接触弯矩，与此同时，也增强了工作辊弯辊的控制效果。在生产中，为了轧制更宽更薄及更精的带材，需要采用小辊径工作辊，并增加高次板形缺陷的控制手段，于是开发出了UC轧机，如图8所示。它是在HC轧机的基础上，通过采用小辊径的工作辊，同时增加了中间辊弯辊的

20、控制手段。HC轧机和UC轧机代表着六辊横移轧机，对于四辊轧机而言，则采用了具有一定辊形工作辊的横移方式。如可控制带钢边部减薄的单锥度工作辊形轧机及可连续可变凸度S形工作辊形的CVC轧机等。 图7 图8（3） 轧辊交叉作为四辊轧机的轧辊交叉方式，主要有支撑辊单独交叉、工作辊单独交叉和上下轧辊成对交叉三种。前两种单独交叉方式由于会产生较大的轴向力，在实际生产中应用较少。而采用成对轧辊交叉的PC轧机，虽然也会产生一定的轧辊轴向力，但此力要远比前两种方式小得多，因而在生产中得到了较好的推广。其工作原理如图9所示，通过轧辊的交叉，形成一个中凹的空载辊缝，其等效凸度与交叉角度和板宽均呈二次方的比例关系。根据PC轧机的原理，可以看出，PC轧机的板形控制效果对交叉角极其敏感，而且对板宽的控制效果更为明显。通常的PC轧机，只需一度的交叉角就可达到与同规格HC轧机相当的板形控制能力。 图9四、板形控制技术在国内的应用在国内，许多板形控制技术得到广泛应用。本文查阅了部分文献报道，将国内钢铁企业应用板形控制技术的状况进行统计，见表1。表1 板形控制技术在国内的应用板形控制技术国内部分应用企业HC轧机攀钢冷轧厂四机架六