开题报告模板1.docx
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开题报告模板1
目录
1文献综述2
1.1板形的概念及浪形的生成过程2
1.1.1板形的基本概念2
1.1.2横截面外形2
1.1.3带钢平坦度3
1.1.4浪形的生成过程4
1.1.5影响板形的主要因素5
1.2国外冷轧机及板形控制技术现状5
1.3国内冷轧机及板形控制技术现状7
2课题背景及开展研究的意义9
2.1UCM轧机简介9
2.1.1UCM轧机概况9
2.1.2UCM轧机特点10
2.1.3HC、UC轧机的不足10
2.2研究的意义11
3研究方法、内容及预期目的11
3.1研究方法11
3.2主要内容11
3.3研究目的11
4进度安排12
参考文献13
指导教师意见14
1文献综述
1.1板形的概念及浪形的生成过程
1.1.1板形的基本概念
目前，描述带钢板形的两个最重要的指标是横截面外形（Profile）和平坦度（Flatness）。
横截面外形反映的是沿带钢宽度方向的几何外形特征，而平坦度反映的是带钢沿长度方向的几何外形特征。
这两个指标相互影响，相互转化，共同决定了带钢的板形质量，是板形控制中不可或缺的两个方面。
1.1.2横截面外形
横截面外形的主要指标有凸度（Crown）、边部减薄（Edgedrop）和楔形（Wedge）。
图2.1带钢横截面凸度图
（1）横截面凸度
横截面凸度是指带钢截面中心处厚度与两侧标志点平均厚度之差。
（1－1）
式中：
—横截面凸度；
—带钢截面中心处厚度；
—分别为两侧标志点厚度通常取
为20mm或40mm。
（2）比例凸度
带钢横截面凸度与带钢中心厚度的比值称为带钢横截面的比例凸度，有些文献也称之为相对凸度。
（1－2）
（3）边部减薄
也称边降，由于轧辊与带钢接触边缘处应力分布的特殊情况，以及带钢在这个区域的横向流动，导致这个区域的厚度急剧减小。
操作侧边部减薄：
（1－3）
传动侧边部减薄：
（1－4）
式中：
—分别为两侧标志点厚度；
—分别为带钢两侧边缘厚度，通常取
为5mm。
（4）楔形
楔形
是指带钢操作侧与传动侧边部标志点厚度之差。
（1－5）
（5）带钢横截面的描述
带钢横截面的厚度分布规律往往用车比雪夫多项式描述：
（1－6）
式中：
—常数项，为带钢横截面中心处厚度；
—分别为一次项、二次项、四次项系数。
多项式的二次分量就是二次凸度
，四次分量为四次凸度
1.1.3带钢平坦度
常用相对延伸差
来对平坦度进行表示，相对延伸差的单位可理解为每米长度的延伸差，按下式表示：
或者用
来表示：
对延伸差表示平坦度的方法，常常用在理论计算与分析中。
除此之外在，生产中常常使用波浪度
来表示平坦度。
式中：
R—波高；
L—波长。
图2.2带钢波浪度的表示
为了和凸度对应，采用车比雪夫多项式来描述带钢平坦度
在宽度上的分布。
其中一次平坦度、二次平坦度、四次平坦度分别用
表示：
（1－7）
（1－8）
1.1.4浪形的生成过程
总的来说，能影响承载辊缝形状的因素都可以影响带钢的板形。
而板形控制的实质是对带钢内部应力的控制。
当带材卸掉张力时，带材中仍存在不均匀分布的内应力，即残余内应力。
严格的讲，只要带材沿横向有不均匀延伸存在或有不均匀分布应力存在，就可以说带材的板形平坦度不良。
无论带材上有没有张力的作用，如果沿横向最大纤维相对长度差没有超过其临界屈曲应变差，带材就不会发生翘曲变形；否则，板形平坦度缺陷还将表现为另一种明显形式——瓢曲浪形。
习惯上把瓢曲浪形按位置分为单侧边浪、双侧边浪、中浪、四分之一浪、边中复合浪及任意位置局部浪形。
在实际生产中，一般只把自然状态下带材表现出来的瓢曲浪形才叫平坦度缺陷。
浪形的生成过程可以用图2.3形象的反映。
图2.3浪形的生成过程
1.1.5影响板形的主要因素
在宽带钢冷轧过程中，板形的影响因素有很多，下面列出主要的几点：
（1）轧辊的弹性挠曲；
（2）工作辊与支撑辊之间的弹性压扁；
（3）工作辊与轧件之间的弹性压扁；
（4）轧辊的热凸度；
（5）初始辊形；
（6）轧辊的不均匀磨损；
（7）来料硬度、凸度、宽厚比
1.2国外冷轧机及板形控制技术现状
国际轧钢的发展趋势是高效、高品质、高精度、连续化、智能化和节能环保化。
从20世纪50年代末采用液压弯辊技术控制板形以来，改进设备成为控制板形的主要手段。
世界各国先后开发了许多种控制板形的技术，使板形实物水平得到不断提高。
板形控制系统的主要功能是在不超出带钢要求的平坦度精度范围内轧制出期望的横截面形状。
20世纪50年代末出现了液压弯辊装置；60年代末出现了阶梯支持辊；自70年代以来，国际上涌现出的各种形式的新型轧机和轧辊[1~3]，诸如HC六辊轧机[4~6]、CVC轧机、连续变凸度的SmartCrown轧机、双辊交叉PC轧机、欧洲开发的DSR轧辊、VC轧辊、NIPCO轧辊，其重点都主要突出在板形控制装备和技术的进步。
表1.1给出了这些代表轧机的基本特点。
表1.1代表轧机的基本特点
轧机名称
开发公司
基本特点
HC轧机
日本日立
该轧机是在普通4辊轧机的基础上，在支撑辊和工作辊之间安装一对可轴向移动的中间辊，中间辊的轴向移动方向相反。
通过中间辊的横移，消除了支撑辊与工作辊之间的有害接触区，提高了轧制的板形控制能力，可适用于任何宽度带材的轧制。
HCW
（HC系列）
四辊轧机：
工作辊窜移+工作辊弯辊
HCM
（HC系列）
六辊轧机：
中间辊窜移+工作辊弯辊
HCMW
（HC系列）
六辊轧机：
工作辊窜移+中间辊窜移+工作辊弯辊
UCM
（HC系列）
六辊轧机：
中间辊窜移+工作辊弯辊+中间辊弯辊
UCMW
（HC系列）
六辊轧机：
工作辊窜移+中间辊窜移+工作辊弯辊+中间辊弯辊
CVC（可连续变动轧辊凸度轧机）
德国西马克
将上、下轧辊辊身磨削成相同的S形CVC曲线，上、下辊的位置倒置180度，当曲线的初始相位为零时，形成等距的S形平行辊缝，通过轧辊窜动机构，使上、下CVC轧辊相对同步窜动，就可在辊缝处产生连续变化的正、负凸度轮廓，从而适应工艺对轧辊在不同条件下，能迅速、连续、任意改变辊缝凸度的要求。
SmartCrown（可连续变动轧辊凸度轧机）
奥钢联
工作辊磨削成纺锤形（或称S形），上下工作辊反对称。
通过抽动工作辊来改变辊缝的形状，从而来达到调节板形的目的。
凭借SmartCrown辊的独特形状，可以改善带材凸度并实现更高阶的板形控制，系统的一个特点是大幅度消除两助波浪。
UPC（万能下凸度轧机）
德国MDS
工作辊磨削成雪茄形（cigarshape）形，上下工作辊反对称。
通过抽动工作辊来改变辊缝的形状，从而来达到调节板形的目的。
PC（对辊交叉四
辊轧机）
日本三菱
上支持辊和上工作辊为一组，轴线平行；下支持辊和下工作辊为一组，轴线平行。
上、下两组轧辊相互交叉成一定的角度。
改变轧辊的交叉角度，就可以改变辊缝形状，所以可以改变板凸度和板形。
DSR（液压胀形辊）
法国VAIClecim公司
主要由静止辊芯、旋转辊套、7个柱塞式液压缸、推力垫及电液伺服阀等部分组成。
DSR动态板形辊多用于四辊轧机的支撑辊，可成对使用，也可单独使用。
其工作原理是根据板形仪测量计算出的实际曲线与目标板形曲线比较，得到一组偏差，通过7个单独调控的液压压下缸，沿整个带宽经旋转辊套给板带分布相应的轧制力，来进行高精度的板形（平直度）控制。
VC（在线可变凸度支撑辊）
日本住友金属公司
主要由芯轴、辊套、密封油腔、油路、旋转连接器和高压泵站等部分组成。
VC辊控制板形的原理较简单，辊套和芯轴之间设有密封油腔，通过改变油腔内的压力，即使支撑辊改变辊形（轧辊凸度）油腔压力与直径胀大在一定范围内呈线性关系，且可做无级调节，因此，可以参与到闭环板形控制系统中。
NIPCO（辊缝可控轧辊）
瑞士舒尔茨·艾舍·维斯
NIPCO轧辊是由静止心轴和可以绕静止心轴转动的筒形辊套构成的。
液压压力腔位于静止心轴和辊套之间。
按照压力分布的情况，把几个活塞编成一组，形成几个控制区，用高压油来进行控制。
1.3国内冷轧机及板形控制技术现状
我国在板形控制技术方面的研究起步较晚，在板带冷连轧机生产实践方面的实践时间也不长，对于板型控制新型轧机的实践研究也相对匮乏。
在20世纪，我国仅有武钢、宝钢、本钢和攀钢四个企业拥有板带冷连轧机组。
进入21世纪，随着我国钢产量的大幅提高，特别是2004年以来，年产量以超过5000万吨的速度增长，新建的板带冷轧机组也迅速增加。
从表1.2中可以年看到我国近几年投产或改造的冷轧机组的情况。
近年来我国在板形理论的研究方面也取得了一定的进展。
提出了“辊缝调节域”和“辊缝刚度”这一重要的概念。
前者反映了轧机具有对受载辊缝形状加以调控以适应变化的能力（即辊缝柔性）；后者反映了轧机对有关因素（主要是轧制力）发生波动和存在干扰时辊缝形状保持稳定的能力（即辊缝刚性）。
宝钢开发了BURS（BaosteelUniversalRollingSystem）技术[7]，包括BURS辊型、轧辊横移装置、BURS板形闭环反馈控制三个方面技术内容。
基本原理是开发一种新的BURS辊形曲线，选择一个固定、合理的二次辊缝，将轧辊横移解放出来进行高次浪形的控制。
北京科技大学与宝钢和武钢合作研究出VCR支持辊配置技术，利用研制的一种新型特殊的支持辊轮廓曲线，使其辊系在受轧制力作用时工作辊与支持辊之间的接触线的长度能与带钢宽度的变化自动适应，以减少和消除辊间两端部的有害接触，使辊缝形状对轧制压力的波动表现出较高的刚性，而对弯辊力的调节表现较大的灵敏性，从而达到增加板形调控能力和改善板形的目的。
表1.2我国主要冷轧带钢酸轧联合机组概况
序号
冷轧厂
冷连轧机组
轧机规格/mm
设计能力/万t/a
投产/改造年份/年
轧机型式
主要产品及产量/万t
1
宝钢
5机架四辊
2030
210
1989
全连续式连轧机组
冷轧产品150，热镀锌产品25，电镀锌产品9，彩涂板16，压型板10
1~3架四辊+4~5架六辊CVC4+CVC6
1420
72.28
1994
酸-轧联合机组
电镀锡产品40，冷硬卷产品32.28
5机架六辊
UCMW
1550
140
2000
酸-轧联合机组
冷轧产品45，热镀锌产品35，电镀锌产品25，电工钢产品35
5机架六辊
UCM
1800
170
2005
酸-轧联合机组
冷轧产品90，热镀锌产品80
5机架四辊
1架WRC和WRS
1220
70
1984/2000
常规冷连轧机组
冷轧产品61，电镀锡产品16
2
武钢
5机架四辊
（改造）
1700
178
1978/2003
酸-轧联合机组
普通冷轧板115，热镀锌板25，电2武钢工钢20
5机架六辊
CVC6
2230
215
2005
酸-轧联合机组
汽车板卷90，热镀锌板卷105，彩涂板20
3
鞍钢
1架六辊
（1700）+4架
四辊（1676改造）
HCM+四辊
1676
180
1990/2000
酸-轧联合机组
冷轧产品100，热镀锌产品50，彩涂产品30
5机架六辊
UCM
1780
150
2003
酸-轧联合机组
冷轧产品70，热镀锌产品80
5机架六辊
UCM
1500
100
2005
酸-轧联合机组
中、低牌号无取向硅钢80，冷硬卷产品20
1、5架六辊
（UCM）+2~4架四辊
（HCW）
2130
200
2006
酸-轧联合机组
冷轧产品97，冷硬卷103
4
本钢
4机架四辊
（改造）
1670
120
1995/2004
酸-轧联合机组
冷轧产品70，热镀锌产品43，彩涂产品17
5机架六辊
UCM
1970
190
2005
酸-轧联合机组
冷轧卷90，热镀锌产品60，彩涂产品20，冷硬卷20
5
包钢
5机架六辊
CVC6
1700
130
2005
酸-轧联合机组
冷轧产品90，热镀锌产品30，彩涂产品10
6
攀钢
4机架六辊
UCM
1220
100
1995/2003
酸-轧联合机组
冷轧产品50，热镀锌产品50
7
马钢
4机架六辊
UCM
1720
150
2004
酸-轧联合机组
冷轧产品80，热镀锌产品70
8
涟钢
4机架六辊
UCM
1750
150
2005
酸-轧联合机组
冷轧产品80，热镀锌产品55，彩涂板15
9
邯钢
5机架六辊
CVC6
1780
137
2005
酸-轧联合机组
冷轧产品80，热镀锌产品36，彩涂板12，冷硬卷15
10
唐钢
5机架六辊
UCM
1750
200
2006
酸-轧联合机组
冷轧产品35，热
镀锌产品135，彩
涂板30
2课题背景及开展研究的意义
冷轧带钢是钢铁工业的主干产品，其生产能力和生产技术的水平不仅是冶金工业生产发展的重要标志，也是一个国家工业与科学技术发展水平的重要标志，其生产技术取得了飞速的发展。
冷轧板带被应用到国民经济各部门，在金属材料总产量中所占的比例也在不断地提高。
随着汽车、家电、轻工制造业等自身自动化水平的提高，对冷轧板带产品的板形精度和厚度精度都提出了越来越严格的要求。
冷轧板带材生产也因此成为倍受人们关注的高新技术领域。
板带材板形质量成为影响其产品竞争力的决定性因素。
冷轧带钢板形控制是板形闭环控制系统核心内容之一。
2.1UCM轧机简介
2.1.1UCM轧机概况
随着我国钢铁业的迅速发展，板带材产品的比例在不断扩大，新建了一大批先进的冷热轧带钢生产线，而这些大型的板带材轧机设备，尤其是近年来所新建的大型宽带钢冷连轧机设备绝大多数都是引进日本日立公司的UCM系列冷轧机[8~11]。
UCM轧机是由日本日立公司开发的一种六辊轧机，它是在HC轧机基础上发展起来的新一代冷轧机之一。
图2.1为UCM轧机辊系示意图，UCM轧机相比于HCM轧机增加了中间辊弯曲，其中间辊不仅能轴向移动还设有正弯辊，工作辊设有正负弯辊，它的进一步演变是增加工作辊轴向移动的UCMW轧机。
图2.1UCM轧机辊系示意图
2.1.2UCM轧机特点
（1）可以通过恰当的轧辊轴向移位获得接近于无穷大的辊缝形状刚度。
（2）辊形控制范围大,带钢板形稳定性好,可以显著提高带钢平直度。
通过中间辊的串动再配合工作辊和中间辊的弯辊,无论是单一浪形,还是复合浪形都可以得到高质量的板形控制。
（3）可减少带钢边部减薄和减少边裂宽度,减少切边损失,提高成材率。
（4）可采用小直径工作辊,大压下量,减少轧制道次和轧机数量,实践证明4机架UCM轧机比常规5机架4辊连轧机具备更强的轧制能力。
（5）凸度控制能力强,仅一种初始工作辊凸度可以满足所有条件的轧制,如轧制负荷、带钢宽度和压下率。
因此,轧辊备件数量能够减少,磨辊容易,管理方便,无传统轧机多种初始凸度轧辊配辊的麻烦。
2.1.3HC、UC轧机的不足
HC、UC轧机辊间接触压力呈三角形分布，使辊端出现较大的接解压力尖峰，从而导致辊面的剥落，增大辊耗和换辊次数。
2.2研究的意义
目前的各种板形控制技术都存在优势和不足。
这一方面给板形控制技术的发展带来了难度,另一方面也留下了较大的创新空间。
因此,近年来有关板形控制的研究始终都是轧制技术开发的前沿和热点。
从以轧机为主的板形控制技术的开发延伸到兼顾板形的轧制道次设定、动态负荷分配、热轧层流冷却、热轧精整、冷轧酸洗和平整,包括热轧和冷轧机的机型配置、辊形设计、工艺制度和控制模型为一体的板形综合控制技术等,都受到了人们的高度重视。
在我国现有的冷轧带钢生产机组中，有相当一部分是UCM轧机，因此对UCM轧机力学行为的研究有助于进一步提高对其工作状态的认识，从而找出进一步提高其板形控制能力的方法，改善产品质量。
建立6辊UCM轧机辊系的有限元模型，分析其力学行为以及板形控制性能，为以后的研究提供理论上的参照模型具有重要意义。
3研究方法、内容及预期目的
3.1研究方法
利用有限元软件ANSYS建立6辊UCM轧机辊系的有限元模型，通过施加载荷来模拟其运行状态，进而计算得到其力学性能参数。
在此基础上对其板形控制性能进行分析。
3.2主要内容
针对某厂UCM六辊冷轧机在生产中存在的问题开展以下工作:
（1）建立UCM六辊冷轧机辊系的有限元模型；
（2）研究UCM六辊冷轧机六辊辊系的弹性变形和辊间压力分布；
（3）分析UCM六辊冷轧机的板形控制性能以及它在控制高次浪形方面的特性；
（5）提出兼顾板形控制性能和防止轧辊剥落的轧辊辊形及其配置方案。
3.3研究目的
对UCM六辊冷轧机辊系变形进行模拟仿真，分析其板形控制性能，提出兼顾板形控制性能和防止轧辊剥落的轧辊辊形及其配置方案。
4进度安排
第1-3周：
文献检索与调研、实习、实习报告、外文资料翻译、开题报告；
第4-6周：
实验数据分析与辊系有限元模型的建立；
第7-8周：
UCM轧机力学行为及辊间接触状态分析；
第9-11周：
UCM轧机板形调控性能仿真分析；
第12-14周：
轧辊辊形及其配置方案研究；
第15-16周：
论文写作；
第17周：
答辩
参考文献
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