热矫直技术在中厚板生产线的应用

热矫直技术在中厚板生产线的应用

1厚板轧轧生产线中厚钢板是冶金产品中的重要产品之一。它的生产水平和产品特点是中国钢铁工业的发展水平。最近30年来,世界工业发达国家中厚钢板生产装备与技术取得了巨大的进步,特别是国际知名的冶金设备供应商(如德国SMSDemag、日本三菱重工、日本IHI、日本JSP、奥钢联VAI和意大利Danieli等)和电气供货商(德国Siemense、日本TMEIC=日本东芝+日本三菱电机+美国GE、瑞典ABB等)更是将中厚板轧制技术发展到了一个全新的高度。厚板轧机最重要的标志是轧机的辊身长度,它可体现一个国家制造船舶、舰艇和油气输送管线的实力。最近几年来,随着我国国民经济的飞速发展,特别是“西气东输”等重点基建项目和造船工业的急速拉动,国内的中(宽)厚板新建项目纷纷上马。据统计,目前全国共有中板轧机30台(套),总生产能力约2200万吨,其中新增3台(套),另有在建和拟建的中厚板轧机11台(套),生产能力1270万吨。典型工程如河南安阳3500mm炉卷轧机(Danieli)、韶钢3500mm炉卷轧机(Danieli)、南钢联3500mm炉卷轧机(VAI)、新余3800mm中厚板轧机(SMS)、湘钢3800mm中厚板轧机(SMS)、宝钢5000mm宽厚板轧机(SMS)和沙钢5000mm宽厚板轧机(VAI)。尤其是宝钢5000mm和沙钢5000mm两项工程,以技术装备水平高、投资大、生产规格齐全和年产量高,堪称当今我国甚至全世界最先进的宽厚板轧制生产线。某厂在建宽厚板生产线的主要设备有:四辊轧机、立辊、热矫直机、切头剪、双边剪、剖分剪、定尺剪和冷矫直机。本文以此为例,重点探讨热矫直机技术特点。2宽体热过载机的结构、特点和主要技术参数2.1在热矫直机装置中设置acc的装置来增加钢板冷却宽厚板热矫直机设置在加速冷却装置(ACC)与冷床之间,用于矫直从轧机出来或经过控制冷却的热钢板。矫直钢板温度在600~750℃,经过加速冷却后也可达到450℃。矫直后钢板温度若过高,冷却中就会产生瓢曲变形现象,而温度过低则矫直力要明显增大3。热矫直机与四辊轧机之间的距离一般都超过120m,中间设置加速冷却装置(ACC)调节板温,还可根据实际需要设置预矫直机弹压钢板翘头。当钢板不需要矫直时也可经热矫直机自由通过。所设计的宽厚板热矫直机为四重9辊全液压可逆式热矫直机,图1为热矫直机结构示意图。2.2矫直辊液压系统该型号的热矫直机有如下几个特点:(1)机架为预应力框架,从而保证了矫直机具有较高的刚度。(2)矫直辊上框架分为左右两部分,中部有铰接点。弯辊液压缸通过偏心轴和该铰接点可对上辊系进行弯辊。(3)液压辊缝调节系统有柔性调节和过载保护,在矫直过程中响应快,还能补偿钢板头部、中间和尾部在牌坊间的拉伸变形。(4)设快速换辊装置。(5)9根矫直辊分2组传动,2个减速箱与分配箱之间有力矩限制器。(6)进出口矫直辊通过马达带动蜗轮减速器调节高度,轻微改善钢板的平直度。(7)矫直辊内冷和上框架冷却,可以防止过热。(8)利用模型进行预设定,矫直过程可全面自动控制。2.3矫直机液压参数宽度/mm:最大4900;厚度/mm:5~100;长度/mm:最大52000;屈服强度/MPa:150~1000;矫直辊数量/根:9=4(上)+5(下);支承辊数量/根:62=32(上)+30(下);矫直辊直径/mm:Ø360(新),Ø350(旧);矫直辊长度/mm:5100;支承辊直径/mm:Ø360;矫直辊间距/mm:380;矫直辊开口度/mm:300;主液压缸/mm:4-Ø680×330;主缸工作压力/MPa:25~27.5;主传动电机:2×AC850kW,0/750/1500(m/min)。(3)热矫直机性能参数矫直速度/(m/s):1;钢板宽度/mm:4900;钢板材料:X80,450℃。图2(a)按钢板塑性变形比率达到70%计算,一般中板要求钢板塑性变形比率达到70%~90%即可达到热矫直要求;图2(b)按钢板塑性变形比率达到60%计算,一般厚板热矫需要的钢板塑性变形比率可以稍低。3热压机的压裂模型3.1轧轧时板厚与冷却不均匀,导致干物质不足或残余能源不足acc热矫直板板形缺陷主要分为三类:(1)加热炉加热温度不均引起的板形缺陷;(2)轧制过程中,板厚与温度不均、变形不均匀、主传动控制偏差、冷却相变的差异、残余应力大与不均匀、平整道次缺乏等原因引起的中波、边波和浪形;(3)加速冷却(ACC)不均匀和边部冷却快引起的瓢曲、边波等。图3为热矫直板主要板形缺陷。3.2热矫直机方案热矫直机是采用交变弯曲变形法矫平轧件的辊式矫直机。轧件在辊式矫直机中经过交错排列矫直辊的多次反向弯曲,使原始曲率的不均匀度逐渐减小,进而矫平。在辊式矫直机上,按照每个辊子使轧件产生的变形程度和最终消除残余曲率的方法,可以有多种矫直方案。典型矫直方案有“小变形矫直”和“大变形矫直”两种。“小变形矫直”方案要求矫直机每个矫直辊压下量可以单独调整,每个辊子反弯曲率的选择原则是:只消除轧件在前一辊上产生的最大残余曲率(即进入本辊时的最大原始曲率),使之变平。“大变形矫直”方案是使具有不同原始曲率的轧件经过几次剧烈的反弯(大变形)以消除其原始曲率的不均匀度,形成单值曲率,然后按矫平单值曲率轧件的方法对轧件加以矫平。矫直过程中钢板中间部分为弹性变形区,两侧为塑性变形区,设钢板厚度为,弹性变形区厚度为e,则热矫直钢板塑性变形比率为(e)/。图4为热矫直机采用“小变形矫直”方案矫直X70管线钢板的热矫直过程模拟图。该过程中,钢板温度450℃,要求的塑性变形比率为65%。图中实线曲线表示相应颜色矫直辊强加给热矫直钢板的应力,虚线曲线表示热矫直钢板刚通过某相应颜色矫直辊后的残余应力。3.3热矫直钢板弯曲运动及弯曲半径的计算热矫直离线模型的目标是确定矫直力、矫直力矩和塑性变形比率。计算的前提是已知热矫直钢板厚度和屈服极限。计算方法如图5所示,即将热矫直钢板分为很多层,计算弯曲运动和弯曲半径。然后按照图6所示框图确定热矫直钢板矫直轨迹。3.4矫直辊测量方法某厂宽厚板热矫直机配有在线矫直模型。热矫直目标是:(1)优化矫直获得合理塑性变形比率;(2)最后一根矫直辊上的残余曲率为零。矫直模型的输入参数包括:热矫直钢板宽度、厚度、产品等级、矫直温度、矫直辊直径、矫直辊节距、矫直力极限和矫直力矩极限。计算过程包括:(1)矫直辊位置预设定;(2)每根矫直辊载荷/力矩;(3)每根矫直辊塑性变形比率。在线热矫直预设定模型见图7。在线热矫直策略可以用图8(a)、(b)、(c)来表示。图8中,若每根矫直辊上的塑性变形比率用向量表示,矫直机内钢板弯曲半径用向量表示,矫直辊位置用向量表示,则这三个向量之间存在如下关系:式中,[β]由热矫直离线模型根据以下参数确定:屈服极限σs和杨氏模量E,为温度的函数;钢板厚度h;矫直辊直径Øi和矫直辊节距Di。[α]由以下参数确定:屈服极限σs和杨氏模量E,为温度的函数;钢板厚度h。矫直过程中,每根矫直辊上钢板的塑性变形比率通常为70%~90%,最后一根矫直辊曲率为0。在线模型还有自适应功能,为:(1)测量得到的矫直力适应屈服极限;(2)对于每台电动机,测量驱动力矩,用来适应扭矩预测偏差。4热矫直机基本技术宽厚板热矫直机是宽厚板生产线上的核心关键设备,各主要关键技术为:(1)机械设备结构形式,包括机架结构和辊系布置;(2)矫直力和矫直力矩的计算,以及矫直曲线的计算;(3)结构参数的确定(包括矫直辊直径等),传动系统设计和力能参数计算;(4)热矫直策略和压下量道次分配;(5)热矫直离线模型和仿真;(6)热矫直在线模型、压下量预设定和在