华北理工轧钢工艺学课件第6章 板带材高精度轧制和板形控制

*Ⅹ第六章板带材高精度轧制和板形控制6.1板带材轧制中的厚度控制6.2横向厚差与板形控制要求Ⅹ一、P-h图的建立与运用

P-h图也叫轧制时的弹塑性曲线，轧机产生弹性变形，轧件产生塑性变形，它们是同时发生的。轧机的弹跳方程：

式中：—理论空载辊缝

P—轧制力

K—轧机刚度，单位弹跳所需轧制力的大小

P/K—轧机弹跳值，按虎克定律，轧机弹性变形与应力成正比C6.1板带材轧制中的厚度控制Ⅹ

按轧机弹跳方程绘制的曲线称轧机的弹性变形线，近似直线，斜率为轧机的刚度。当轧制压力很小时，弹跳与压力并非成线性关系，实际零位辊缝难以确定。

零位调整的概念：将轧辊预先压靠到一定程度，即压到一定的压力P0，然后将此时的辊缝指示定为零位，以后即以此零位为基础进行压下调整。6.1板带材轧制中的厚度控制Ⅹ

那么，—考虑预压变形的空载辊缝

轧件的塑性变形线：一定压下量对应的轧制压力的曲线，也可近似看成直线，其与轧机弹性变形线的交点所对应的轧件厚度则为轧出厚度，板带厚度控制的实质就是不管轧制条件如何变化，要使A，B线的交点落在C线上。6.1板带材轧制中的厚度控制Ⅹ二、板带厚度变化的原因和特点

有时轧出来的板带沿纵向厚度是不均匀的，或者说沿纵向厚度产生波动，产生这种波动的原因主要是轧制力在轧制过程中发生变化。

轧制力变化辊缝变化轧出板厚变化（轧制力大，辊缝大，轧出板厚大）。6.1板带材轧制中的厚度控制1.板带厚度变化的特点

Ⅹ

1）轧件温度成份和组织性能不均对热轧主要是温度波动（如头尾温差），冷轧主要是组织性能不均，成份不均（如焊缝、夹杂和缺陷等）。2）坯料原始厚度不均在实际生产中，坯料原始尺寸是有变化的（例如：初轧坯有公差范围，鞍钢二初轧板坯厚度差，一级品为，二级品为，宽度公差一级品为，二级品为）6.1板带材轧制中的厚度控制2.板带厚度变化的原因

Ⅹ

坯料在厚度、宽度方向尺寸的波动影响轧制力，较宽、较厚的坯料轧制力大，因为接触面积大，大，反之则轧制力小。为轧出高精度的产品，要求坯料尺寸公差小，避免坯料尺寸波动。

张力的变化使轧件在变形区中的应力状态改变，而影响到轧制力，（如在穿带和甩尾时，张力较小，变形抗力大，辊跳值大，辊缝加大）热轧采用恒微张力，冷轧采用张力轧制且张力较大。

6.1板带材轧制中的厚度控制3）张力的变化：Ⅹ4）轧制速度的变化轧制速度高，变形抗力高，由于变形速率高，使增大，主要是对于热轧较明显）6.1板带材轧制中的厚度控制

S.Eklund

公式：轧制速度升高，摩擦系数f变小，使轧制压力下降（对冷轧较明显）M.Dstone公式：

与f有关轧制速度升高,轴承油膜增厚，辊缝变小。Ⅹ5）其他原因

另外，轧辊受热膨胀，轧辊磨损，偏心运转等都是在压下螺丝位置不变的情况下，辊缝发生了变化。

综上所述，在轧制过程中由于上述原因，厚度将产生波动，对于轧件来说，产生厚度波动即有内因，又有外因，是不可避免的。6.1板带材轧制中的厚度控制Ⅹ三、板带厚度的控制方法1.调压下1）当原料厚度发生波动控制板带厚度实质：使轧机弹性变形线与轧件塑性变形线的交点落在等厚线上。6.1板带材轧制中的厚度控制Ⅹ

坯料厚度发生变化，从变到，轧件塑性变形线从平行移到，与轧机弹性变形线交于C点，此时轧出的板厚为，与要求的板厚有一厚差，为消除，相应地调压使辊缝从增加到。6.1板带材轧制中的厚度控制即使轧机弹性线从A1平行移到A2，并与B2重新交到等厚轧制线上，使板厚恢复到h，Ⅹ

压下调整量与料厚变化量并不相等，推导与关系，(轧件塑性刚度）

,

6.1板带材轧制中的厚度控制

此式说明，来料厚度波动，压下必须调才能清除产品的厚差。

此原理主要用于前馈控制，即在入口处预测料厚的波动，据此调整压下，清除其影响。Ⅹ2)当轧件变形抗力变化时，压下调整量与轧出板厚变化量的关系6.1板带材轧制中的厚度控制Ⅹ，，6.1板带材轧制中的厚度控制Ⅹ6.1板带材轧制中的厚度控制Ⅹ

上式为反馈控制，缺点滞后（轧机至测厚仪，已轧出一部分），近代较新的厚度自动控制系统是把轧辊本身当作间接测厚装置，通过测得的轧制力计算出板带厚度来进行厚度控制，称为轧制力AGC或厚度计AGC，其原理就是为了厚度的自动调节，必须在轧制力发生变化时，能自动快速调整压下。6.1板带材轧制中的厚度控制ⅩGo6.1板带材轧制中的厚度控制3）轧制力的变化量与轧机压下调整量的关系也可由P-h图求得。Ⅹ

当来料厚度增加时，轧制力增加了，轧后轧件厚度增加了，要消除，辊缝应减小。由图知，在中，

6.1板带材轧制中的厚度控制Ⅹ由于P增加，S0减小，即为正，为负，故有：

此式即为轧制力AGC的厚度控制模型

由，MK时，调压下时，变化不明显，即调压下对尺寸变化无明显影响。6.1板带材轧制中的厚度控制

利用前后张力改变轧件塑性变形线B的斜率，使A，B交点落在等厚轧制线上。

坯料厚度波动（增加），轧出厚度（增加），为保持轧出厚度为，则加大张力，使变形抗力下降，B2变为，这时轧出的厚度仍为。Ⅹ提问：如果来料变薄，如何调张力使轧出厚度不变？用P-h图表示6.1板带材轧制中的厚度控制2.调张力Ⅹ调张力在冷轧薄板时用的较多，热轧微张力变化范围非常小，张力稍大易产生拉窄，拉薄。张力控厚的优点是响应快，可以控制得更为有效和精确，缺点是张力变化有一定范围。冷轧厚度控制往往采用调压下与调张力相结合。厚度波动小时，可在张力允许变化范围内采用张力微调，厚度波动大时采用调压下。6.1板带材轧制中的厚度控制Ⅹ3.调速度轧制速度的变化影响到张力，温度和摩擦系数等因素的变化，故可以通过调速来调张力和温度，从而改变厚度。

热带“加速轧制”减小头尾温差，从而减小因首尾温差造成的厚度差，冷轧通过调速度改变张力。6.1板带材轧制中的厚度控制Ⅹ6.2

横向厚差与板形控制要求

一、板形与横向厚差的关系1.横向厚差概念凸辊缝轧机出来的板带横断面，中间厚，两边薄，影响质量。绝对平直的辊缝断面厚差为零，生产中在目前条件下难以做到。轧制的板带有一定的凸度（即中间厚，两边薄），可使轧件稳定，但是不能过大。

板带钢的横向厚差，是指断面沿宽度方向的厚度差，例如：Ⅹ6.2

横向厚差与板形控制要求

Ⅹ2.板形良好条件

板形主要是精轧，轧件越薄对不均匀变形越敏感。均匀变形是指断面各点延伸相等。板形良好均匀变形使横断面各点延伸率或压下率相等轧后厚度差或称板凸量为称轧后板凸度轧前厚度差或称板凸量为称轧前板凸度6.2

横向厚差与板形控制要求

Ⅹ1）板形良好的几何条件

当钢板沿宽度上压缩率相等时，为均匀延伸（延伸率）由此可得（等比定理）（板凸度恒定）由此可知要保持板形良好应使轧前厚度差（板凸量）与轧后厚度差（板凸量）之比等于延伸率，或者板凸度保持恒定。这是板形良好的几何条件。：成品板厚—成品板的厚度差

6.2

横向厚差与板形控制要求

Ⅹ2）板形良好的压力条件在均匀变形的原则下，后一道次的板厚差要比前一道次的板厚差要小，即其差值为：

要保证均匀变形就必须使前一道次轧制时轧辊的挠度大于后一道次轧制时轧辊的挠度。也就是在轧辊强度相同的情况下，后一道次的轧制压力P2必须小于前一道次的轧制压力P1。其所小的差值可由挠度计算公式反推求出，即由：故得

KR-轧辊刚度系数

6.2

横向厚差与板形控制要求

Ⅹ

由上可知，要使板形良好，应使轧制力逐道次减小（板形良好的压力条件）。轧辊中心处辊形凹度式中：y—工作辊弯曲挠度yt—热凸度w—轧辊原始辊型凸度

又代入则推出

此为一直线方程，反映了板凸度保持一定时，压力与板厚的关系，随h的减小而使压力P逐道次减小，即需使轧制力P与轧出厚度h成正比减小，保证良好板形或均匀变形。6.2

横向厚差与板形控制要求

Ⅹ二、影响辊缝形状的因素

1.不均匀热膨胀：轧制过程中轧辊的受热和冷却沿辊身分布是不均匀的。

式中，—考虑轧辊中心层与表面层温度不均匀分布系数

—轧辊中部的热凸度

—轧辊材料的线膨胀系数

Tz—轧辊中部温度

TB—轧辊边部温度

R—轧辊半径6.2

横向厚差与板形控制要求

2.轧辊的磨损：无理论公式，是随机的。通过实测求得各种轧机的磨损规律。Ⅹ3.轧辊的弹性变形：这主要包括轧辊的弹性弯曲和弹性压扁。由于单位压力分布不均匀轧辊的弹性压扁沿辊身长度分布是不均匀的，在工作辊和支撑辊之间也产生不均匀弹性压扁，直接影响工作辊的弯曲挠度。

二辊：

—轧辊的抗弯柔度mm/t

6.2

横向厚差与板形控制要求

Ⅹ四辊：工作辊，—工作辊的弯曲挠度—支撑辊的弯曲挠度—支撑辊和工作辊间不均匀弹性压扁所引起的挠度差6.2

横向厚差与板形控制要求

Ⅹ三、辊型设计1.

不均匀热膨胀，按抛物线。热凸度：ytx—距辊中部为x的任意断面上的热凸度—辊身中部的热凸度

L—辊身长度之半

x—从辊身中部起到任意断面的距离，在辊身中部X=0，辊身边缘X=L。6.2

横向厚差与板形控制要求

Ⅹ2.轧辊弹性弯曲，轧辊挠度曲线。

二辊轧制时，

轧辊挠度曲线：

当轧辊的原始辊型w=0时，辊缝凸度：

—距辊身中部为x的任意断面的挠度

y—辊身中部与边部的挠度差要使辊缝保持平直，应使6.2

横向厚差与板形控制要求

Ⅹ

当原始辊型凸度确定之后，将凸度值如何分配给上下轧辊，则是辊型配置的问题。在分配凸度时，①考虑到轧辊的使用寿命②考虑到便于轧辊加工

为方便轧辊加工，可将四辊轧机工作辊的凸度集中于上工作辊，而下工作辊为平辊辊身。

为提高轧辊使用寿命，工作辊先选用较小的凸度，换辊后用较大的凸度以补偿支撑辊的磨损。

凸度值选的过大，易产生中间浪形，轧制时不稳定；凸度过小，又限制轧机的生产能力，轧制力较大的产生边浪。6.2

横向厚差与板形控制要求

Ⅹ四、辊型及板形控制技术

1.控制辊型：实质是为了控制板形。1）调温控制：人为的向轧辊某些部分进行供热或冷却，改变辊温的分布，以达到控制辊型的目的。传统方法难以快速调整辊型，冷胀热缩需要一段时间而急冷急热易损坏轧辊。6.2

横向厚差与板形控制要求

Ⅹ2）弯辊控制（1）弯工作辊分为正弯辊和负弯辊（L/D＜3.5）

正弯辊：反弯力加在工作辊轴承座之间（减少工作辊的挠度）

负弯辊：反弯力加在与支撑辊轴承座之间（增大工作辊的挠度）（2）弯支撑辊（L/D＞3.5起正弯辊的作用）多用于轧中厚板6.2

横向厚差与板形控制要求

Ⅹ

弯辊力为的10～20%，油压为大气压200～300大气压6.2

横向厚差与板形控制要求

6.2

横向厚差与板形控制要求

Ⅹ2.板形控制：

弯辊控制难以控制“二肋浪”，尽管弯辊控制是控制板型的一种主要方法，为更好地控制板型又出现了新式轧机。

1）HC轧机（Highcrowncontrolmill）（高性能板型控制轧机）特点：①轧制产品横向厚差小