中厚板板形与板凸度控制.docx
《中厚板板形与板凸度控制.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《中厚板板形与板凸度控制.docx（13页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
中厚板板形与板凸度控制
1板型的基本概念
板型直观上是指板带的翘曲程度，其实质是指钢板内部残余应力分布。
1.1钢板横断面外形
板带产品的断面形状可以描述为产品横断面的轮廓（如图1所示），此轮廓由一系列指定点上或指定增量点上的厚度测量值来定义。
图1钢板的横断面示意图
1.1.1影响轧件断面几何形状的因素
当轧件只受塑性变形压缩时，轧制后没有弹性变形恢复。
这种情况下，轧件断面形状完全由辊缝形状所决定。
影响辊缝形状的四个因素是：
轧辊的垂直位移、轧辊的水平位移、轧辊热凸度和轧辊磨损。
（1）轧辊的垂直位移。
引起垂直面上轧辊位移的因素有：
a．轧机延伸：
它是因轧制负荷和轧制热而产生的，包括轧辊在的轧机部件的伸长和压缩的结果。
b．轧辊弯曲：
这是由轧制负荷和垂直方向上轧辊弯曲液压缸产生的力引起的。
c．辊缝中液压润滑油膜厚度的变化。
d．支撑辊轴承里油膜厚度的变化。
（2）轧辊的水平位移。
可能引起水平面上轧辊位移的因素有
a．作用在工作辊上的轧制负荷的水平分量，该工作辊中心线偏离相邻支撑辊轴承中心线。
b．由水平面上轧辊弯曲机构所产生的力引起的轧辊弯曲。
c．由轧件变形区的入口侧和出口侧不相等的带钢张力引起的轧辊位移和弯曲。
（3）轧辊热凸度：
轧辊热凸度定义为轧制期间由于轧辊受热和冷却造成的轧辊直径的增量，某些情况下，轧辊热凸度是通过预热轧辊有意施加的。
（4）轧辊磨损：
轧辊磨损指由于研磨、腐蚀、及粘着磨损而造成的逐渐损伤。
1.1.2断面形状要素的定义
平板的断面形状通常描述为：
中心厚度、边部厚度、水平度、楔形、凸度、边部减薄等。
（1）中心厚度H：
中心厚度H是指轧件中心线处的厚度。
（2）边部厚度HI、HJ：
边部厚度是指距边部一定距离的测量值，这个距离d一般为9.5～19mm，L一般为50～75mm。
传动侧为
。
操作侧为
。
（3）倾斜量
：
它由传动侧和操作侧的厚度差来决定：
（4）楔形：
传动侧和操作侧的楔形分别为：
传动侧楔形：
操作侧楔形：
（5）凸度：
凸度定义为中心厚度H和指定的边部厚度之差。
以下划分四种形式的凸度：
中心凸度或整体中心凸度为：
局部凸度等于：
传动侧凸度等于：
操作侧凸度等于：
（6）边部减薄：
边部减薄定义为边部厚度HI和HJ之差，以下描述三种形式的边部减薄：
平均边部减薄：
传动侧边部减薄：
操作侧边部减薄：
1.2产生不良平直度的原因
板带材平直度或板形是可测量的参数，它们可以表征浪形或瓢曲是否存在以及其大小和在轧件上的位置。
热轧和冷轧板带材的不良平直度或板形由横截面上的不同延伸引起。
这些差异产生了板带材的内部应力。
事实上引起这些板形缺陷的应力可能是压应力或切应力。
压应力产生与板带材宽向平行的瓢曲。
这些板形缺陷定义为边浪、中波和两肋浪。
切应力引起与板带材横向斜交分布的瓢曲，形成所谓的人字形缺陷。
当外张力作用于班带材时，外部张力应力与内部应力结合。
结果，板带材中的压应力减弱，得到好的板形。
板带材的延伸差异是由于板带材与有载辊缝形状局部不匹配引起的。
边浪和中浪归于板带材和轧辊凸度上的差异。
因此，板形上较复杂的凹凸不平是由于轧辊磨损、温度不均、来料有隆起、板带材金相不均、润滑不均匀等引起的。
1.3带材板形缺陷的形式
就板形控制而言，通常考虑如下图所示四种主要形式的板带材板形。
a．理想的板形：
理想的板形指的是当带材横向内部应力相等时的纯理论情况。
这种理想的平整板形在外张力去除并将带材切成条后仍然保持着。
b．潜在的板形：
潜在的板形相当于带材横向内部应力不等，但带材的截面模数又大得足以抵抗瓢曲变形时的情况。
具有潜在板形的带材没有外部张力时是平直的。
然而，切成条的带材，释放了潜应力，形状就参差不齐了。
c．表现的板形：
当带材横向内部应力不相等，同时带材的截面模量不能大到足以抵抗瓢曲变形时，出现表现的板形，导致局部的弹性瓢曲。
在适当的外张力下，整体压应力可以减弱到表现的板形转化成潜在的板形水平上。
另一方面，除去外部张力并切成条，就会显示出表现的板形。
d．双重的板形：
双重的板形是带材的一部分具有潜在的板形，而另一部分具有表现的板形的情况。
带材的一侧边浪或四分之一瓢曲是这种板形形式的典型例子。
1.4影响带材板形的主要因素
影响板形的主要因素可分为内因（金属本性）和外因（轧制条件）。
金属本身的物理性能（例如硬化特性，变形抗力）直接影响轧制力的大小，因而与板形密切相关。
金属的几何特性，特别是板材的宽厚比，原料板凸度是影响板形的另一个重要因素。
轧制条件的影响更为复杂，它包括更为广泛的内容。
凡是能影响轧制压力及轧辊凸度是的因素（例如摩擦条件、轧辊直径、张力、轧制速度、弯辊力、磨损等）和能改变轧辊间接触压力分布的因素（例如轧辊外形、初始轧辊凸度）都可以影响板形。
下面就这几种具体影响因素分别进行分析：
（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。
轧制力波动可以分为两种情况，一种是偶然性的波动，一种是稳定性的变化。
所谓偶然性，是指它变化的时间与轧辊热凸度变化所用时间相比是短的，所谓波动是指变化后基本上会恢复原值。
这种情况下，轧制力的变化并不涉及到轧辊热凸度的变化。
而当轧制力发生了稳定的长时间的变化，情况要比偶然性波动要复杂。
（2）来料板凸度对板形的影响
具有良好板形的带钢的重要条件是来料断面形状和承载辊缝形状相匹配，通常采用的方法是大量测取原料数据，找出原料板凸度的变化规律，据此确定本车间的工艺参数，以保证获得良好板形。
（3）热凸度对板形的影响
轧制过程当中，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，这是轧制过程当中轧辊的热输入。
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之后，轧辊热输入和热输出相等，处于平衡状态，轧辊温度也保持一个稳定值。
一般情况下，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。
但由于以下原因，实际凸度往往偏离稳定值。
a．轧机停轧一段时间又重新开动时，在极端情况下轧辊没有热凸度，实际生产中虽然通过烫辊等措施使轧辊有一定的热凸度，但仍较稳定值小的多。
只有轧制数卷之后，才形成热凸度。
b．如果机架工作辊损坏，必须更换新辊，在极端情况下也没有热凸度。
c．不同产品常常要求由一种轧制规程变到另一种轧制规程，随之而来的是热凸度需要由一个稳定值过度到另一个稳定值。
在实际生产中为了防止这种情况发生，除了通过烫辊给出一定的初始热凸度外，在轧制程序方面采用先轧窄带，后轧宽带的方法，利用对板形不十分敏感的窄料轧制形成热凸度，再轧制板形较难控制的宽料。
轧制规程的改变使稳定凸度变化，这是经常发生的，有时凸度变化是十分明显的。
在规程改变后，热凸度曲线改变，如果还在原有的轧制力下工作，则必然发生板形的缺陷，严重时，规程变化对板形的影响并不亚于换辊等对板形的影响，所以应要特别注意。
（4）初始轧辊凸度对板形的影响
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，合理地选择初始凸度，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，一般的说，在轧制力相同的情况下，板宽越大，所需凸度就越小。
（5）板宽变化对板形的影响
一般说轧机的刚度是指轧机的纵刚度，但在研究板形问题时，更关心的时轧机的横刚度。
所谓横刚度是指造成钢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，轧辊的变化以及为弥补轧辊变形所必需的轧辊凸度均发生变化，当然良好板形也发生变化。
（6）张力对板形的影响
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，特别是后张力的变化，对轧制力有很大影响，而轧制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。
研究表面，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
工作辊与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，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。
对于普通的四辊轧机工作辊与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。
为抵消这个有害的弯矩引起的轧辊变形，可以改变轧辊的初始凸度，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，使板形改变。
为了获得满意的板形，必须随着轧制力的变化不断地调整液压弯辊力。
也可以设法改变轧辊的接触状态，例如采用双阶梯辊，使中间接触段长度缩短，从而减少有害弯矩，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不变，轧机具有无限大的横刚度。
由于这个例子可见，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。
2轧制工艺设定
板带材轧制工艺主要包括：
压下制度、速度制度、温度制度、张力制度及辊型制度等。
2.1中厚板轧制工艺简介
中厚板轧制的特点是尺寸规格繁多、轧制中要求有展宽轧制。
厚板轧制过程一般分为以下三个阶段：
成形轧制、展宽轧制、精轧轧制。
a．成形轧制的目的
Ø消除板坯表面因清理而带来的缺肉不平；
Ø消除剪断时引起的端部压扁；
Ø使展宽轧制前获得准确的坯料厚度；
Ø端部成扇形展宽以减少横轧时的桶形；
b．展宽轧制的目的
为了得到规定的轧制宽度。
通常中厚板坯料的宽度和长度都满足不了成品钢板宽度的要求，因此需要在轧机前后的旋转辊道上进行转钢轧制，使经过成形轧制后的钢板继续在宽度方向展宽，直至达到成品钢板毛边宽度为止。
c．精轧轧制的目的
通过板形控制、厚度控制、性能控制及表面质量控制等手段生产出板厚精度高、同板差小、平坦度好及具有良好的综合性能的钢板。
图2.1中厚板轧制过程示意图
2.2轧制工艺的制订原则
1）在设备能力允许的条件下尽量提高产量；
2）在保证操作稳定方便的条件下提高质量；
3）应保证板带材组织性能和表面质量。
2.3轧制工艺的制订步骤
制定压下规程的方法很多，一般为经验法和理论法两大类。
经验方法是参照现有类似轧机行之有效的实际压下规程（经验资料）进行压下分配及校核计算。
理论方法就是从充分满足前述制定的轧制规程的原则要求出发，按预设的条件通过数学模型计算或图表方法，以求最佳的轧制规程。
这是理想和科学的方法。
通常板带生产制订压下规程的方法和步骤为。
1）根据原料、产品和设备条件，在咬入能力允许的条件下，按经验分配各道次压下量，这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；
道次压下量的分配规律：
a．中间道次有最大的压下量
开始道次受到咬入条件的限制，同时考虑到热轧的破鳞作用及坯料的尺寸公差等，为了留有余地，给予小的压下量。
以后为了充分利用钢的高温给予大的压下量。
随着轧件温度下降，轧制压力增大，压下量逐渐减小。
最后为了保证板形采用较小的压下量，但这个压下量又必须大于再结晶的临界变形量，以防止晶粒过粗大。
b．压下量随道次逐渐减小
压下量在开始道次不受咬入条件限制，开轧前除鳞比较好，坯料尺寸比较精确，因此轧制一开始就可以充分利用轧件的高温采用大的压下量，以后随轧件温度的下降压下量逐渐减少，最后1～2道次为保证板形采用小的压下量，须大于再结晶的临界变形量，。
这种压下分配规律在二辊可逆和四辊可逆式轧机上经常使用。
从上述压下量分配来看，总的趋势是压下量由大到小，但是相对压下量在相当多的道次范围内却是逐渐上升的。
咬入角的限制一般只在开始道次起作用，板形限制一般只在终了1～2道次起作用，中间道次可按轧辊强度和电机能力所允许的最大压下量（这部分约占1／3以上的道次）。
这部分的压下量分配有两种方法可供选择：
一种是等强度的方法，即使金属对轧辊的压力按道次（在连轧机上按机架）是相等的；另一种是等能耗分配方法，即使电机的能耗按道次或机架分配相等，或者当连轧机机座电机功率不相等时，使各电机的相对负荷相等或按某一系数分配（负荷分配系数）。
第一种方法充分利用了轧辊强度，由于轧制力相等在连轧时对各架轧辊的摩损相同，有利于统一换辊。
第二种方法充分利用了电机的能力，获得较高的轧制速度和小时产量，显然此时在各机架上或各道次上对轧辊的压力将是不同的。
这两种方法选择哪一种，视具体条件的薄弱环节而定。
如四辊轧机则往往电机功率为限制压下量的因素。
2）制定速度制度，计算轧制时间并确定逐道次轧制温度；
a．速度确定
可逆式轧机速度图的种类：
梯形速度图和三角形速度图。
图2.2分别示出了梯形速度图和三角形速度图。
梯形速度图：
轧辊咬入轧件之前，其转速从零空载加速到咬钢转速ny并咬入轧件，然后轧辊带钢加速达到最大转速nd并等速轧制一段时间，随后带钢减速到抛钢转速np抛出轧件，轧辊继续制动空载减速到零。
然后轧辊反向启动进行下一道轧制，重复上述过程。
在成形轧制和展宽轧制道次，由于轧件尚短，所以采用三角形速度图。
在伸长轧制阶段采用梯形速度图。
图2.2可逆式轧机速度图
轧辊咬入和抛出转速确定的原则是：
获得较短的道次轧制节凑时间、保证轧件顺利咬入、便于操作和适合于主电机的合理调速范围。
可逆式中厚板轧机粗轧机的轧辊咬入和抛出转速一般在10～20r／min和15～25r／min范围内选择。
精轧机的轧辊咬入和抛出转速一般在20～40～60r／min和20～30r／min范围内选择。
最末一道抛出速度可选用最高抛出速度（可等于最高速）。
b．间隙时间的确定
可逆式中厚板轧机道次间的间隙时间是指轧件从上一道轧辊抛出到下一道轧辊咬入的间隔时间。
这一时间通常取轧辊从上一道抛出转速到下一道咬入转速之间的时间间隙、轧辊压下和回送轧件（包括转90°和对正）时间中的最长时间。
根据经验教据，可逆式中厚板轧机的粗轧机一般间隙时间取3～6s，精轧机取4～8s。
轧件需要转向或推床定心时取上限，否则取下限。
在间隙时间内完成的任务：
Ø轧辊压下；
Ø轧件回送（包括转90°和对中）；
Ø轧辊由上一道抛出速度逆转到下一道咬入速度。
c．轧制温度制度
由于辐射散热所引起的温降可由下列近似式计算：
式中Δt：
道次间的温度降，℃；
由于轧件头部和尾部道次间的辐射时间不同，为设备安全着想，确定各道的温降时辐射时间应以尾部为准。
Z：
辐射时间，即该道的轧制时间与上道的间隙时间之和，s；
h：
轧件厚度，mm；
T1：
前一道轧件的绝对温度，K。
3）计算轧制压力、轧制力矩及总传动力矩；
4）校核轧辊等部件的强度和电机过载过热能力；
5）按前述制订轧制规程的原则和要求进行必要的修正和改进。
2.4限制压下量的因素
限制压下量的因素：
金属塑性、咬入条件、轧辊强度及接轴叉头等的强度条件、轧制质量。
（1）咬入条件的限制
平辊轧制时最大压下量为：
。
最大咬入角与轧制速度的关系见表2-1。
轧制速度/m.s-1
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.5
最大咬入角/0
25
23
22.5
22
21
17
11
（2）轧辊强度条件的限制
轧辊强度一般是指轧辊辊身强度和辊颈强度。
由于强度限制,在操作轧机时每道最大压下量（或允许轧制力）不能超过轧机的承受能力，否则将会产生断辊或更严重的事故。
（3）主电机能力的限制
主电机能力限制是指电机允许温升和过载能力的限制。
一般通过设定的道次压下量来计算出轧制力和力矩,然后再来校核电机的温升条件和过载能力。
（4）钢板板形的限制
轧制总道次数应为偶数，最后一道次为平整道次。
升级会员 