軋機厚度及板形控制

1、1第五章：軋鋼機的彈性變形、第五章：軋鋼機的彈性變形、軋件厚度及板形控制軋件厚度及板形控制主要內(nèi)容：軋機彈性變形的意義、彈跳方程。工作機座的剛度，自然剛度與控制剛度。軋機板厚自動控制（AGC系統(tǒng)）與不同控制方式。板形及其意義；板形與輥系變形的關(guān)系。板形的控制與影響因素。新型軋機介紹。25.1 工作機座的彈性變形與軋件厚度控制工作機座的彈性變形與軋件厚度控制5.1.1 工作機座的彈性變形與彈跳方程一、工作機座的彈性變形對軋件厚度的影響彈性變形的產(chǎn)生原因：軋件軋制時，軋制力P引起工作機座內(nèi)部受力元件的縱向彈性變形，其數(shù)值可達(dá) f=2-5mm。 對板厚的影響：使板厚h增大，產(chǎn)生縱向厚差； h=S0+

2、f 5.1 3 軋輥的彎曲變形：產(chǎn)生軋件的橫向厚差，影響板形。 由于在軋制過程中，軋制力P總是會波動的，所以產(chǎn)生的工作機座的彈性變形 f 也是變化的。為了維持板厚不變，必須對此進行補償。補償?shù)姆椒ㄊ窃谲堉七^程中控制壓下量，改變軋機的空載輥縫值；具體采用的自動控制系統(tǒng)稱之為自動板厚控制系統(tǒng)簡稱為AGC系統(tǒng)（Automatic Gauge Control）。4二、機座彈性變形曲線與二、機座彈性變形曲線與機座剛度機座剛度 工作機座彈性變形f與軋制力P之間的關(guān)系曲線稱之為機座機座彈性變形曲線彈性變形曲線或彈跳曲線，彈跳曲線，如圖示： 此曲線直線段的斜率：2 . 5fPtgC C表示單位變形所對應(yīng)的軋制

3、力，表示軋機抵抗變形的能力，又稱之為工作機座工作機座的剛度系數(shù)的剛度系數(shù)。5 一般C值越大越好，對大型軋機其值應(yīng)為6000KN/mm以上。 工作機座剛度系數(shù)C的確定方法，可以采用理論計算的方法也可以采用實測法。對于現(xiàn)場的軋機而言一般采用實一般采用實測法測法。 軋制法軋制法 保持輥縫的開口S0不變，用不同原始厚度h0的軋件軋制，測出其軋制力P與軋后的厚度h1，對每次軋制，工作機座的變形量： f= h1 - S0 這樣可以得出一組變形f與軋制力P的數(shù)據(jù)，由此連成的曲線就是該機座的彈跳曲線。 6 壓靠法壓靠法 首先使原始輥縫S0=0，這時上下工作輥接觸，并旋轉(zhuǎn)軋輥，繼續(xù)壓下，記錄下一組輥縫值S0與對

4、應(yīng)的軋制力P的值，將此連成曲線，就是該機座的彈跳曲線。 討論：兩種方法的差異與比較。 7三、彈跳方程三、彈跳方程 在考慮了工作機座的彈性變形以后，軋件的厚度可表示為： h=（S0+f= ）S0 +P/C 以上即工作機座的彈跳方程，它反映了S0 、P及C對軋件厚度的不同影響因素。 由于在彈跳曲線的開始段，軋制力與機座的彈跳量之間存在非線性關(guān)系，這與上式中表示的線性關(guān)系顯然是不符合的。為解決這一問題，下面引入人工零位的概念。其核心是將壓靠力為P0時的輥縫開度-S為零點，稱之為清零。在壓靠時，其彈跳量實際是負(fù)值，曲線在垂直軸的左方。8人工零位的原理及方法：人工零位的原理及方法：人工零位將壓靠力為P0

5、時的輥縫開度-S為零點，稱之為清零。也就是說，輥縫的顯示值比實際值大S，S是軋制力為P0時的彈跳量。換句話說： 當(dāng)指示值為0時，實際值為-S； 當(dāng)指示為S 0 時，為S 0 -S； 如S 0 = S 0 +S ，則實際值為S 0 。 9 由于輥縫指示值比實際輥縫值增加壓靠力為P0時的彈跳量S，其彈跳量的計算值必須減少同樣的量方可保持其實際的板厚計算值不變。這就引出以下形式的，采取人工零位的彈跳方程：CPPSShCPPSh0000軋件厚度 上式為人工零位時的彈跳方程，它將軋制力為P0時的彈跳量S封裝，在公式的前一項增加S，在公式的后一項減少P/C，得出的軋件厚度計算值實際是不變的。 在板厚控制中

6、，往往通過間接測厚，即通過測出的軋制力P求出出口板厚，為消除彈跳方程中非線性段的影響，采用以上人工零位時的彈跳方程。10四、工作機座彈性變形的計算工作機座彈性變形的計算 工作機座的總變形量等于各彈性元件變形量之和：f=fi 機座中的彈性元件包括：軋輥、軋輥軸承、軸承座、墊板、壓下螺絲及螺母（壓下液壓缸）；機架。 求出了工作機座在軋制力P作用下各彈性元件彈性變形之和，可得出工作機座的剛度系數(shù)： C=P/f 關(guān)于機座各受力元件的變形計算，大多數(shù)已在軋鋼機械課程中述及如：軋輥（彎曲變形及彈性壓扁量計算）、機架，其它可在教材的有關(guān)部份查閱（見教材p8087)。115.1.2 軋件的厚度控制軋件的厚度控

7、制 一、塑性曲線與塑性方程 如第二章所論述，在不考慮軋輥彈性壓扁時總軋制力： 這就是表示軋制時軋制壓46. 5)(:,.),(HmmmmhQPktRhfknphRbpFpP總軋制力可以推出而力與壓下量、變形阻力的塑性方程?？梢钥闯?，它與前面所講的彈跳方程在空間的位置即座標(biāo)系是一致的。故兩個方程可以聯(lián)立求解。塑性方程中的Q表示軋件的變形難易程度，實際上是塑性變形曲線的斜率。12二、彈塑性變形曲線（二、彈塑性變形曲線（PH圖）與影響厚度因素圖）與影響厚度因素 以上兩方程對應(yīng)的曲線可繪制在同一座標(biāo)系中稱之為P-H圖，兩曲線交點即在該工況下，對應(yīng)的軋制力與軋件厚度。由P-H圖可清楚地表示出影響成品板厚

8、的各個因素（ S0 、P、C、H、h、Q等）之間的關(guān)系。 13 空載輥縫空載輥縫S0對軋件厚度對軋件厚度h的影響的影響 很顯然，隨S0增大，h隨之增大。實際上，軋輥的偏心、熱膨脹 、油膜厚度的變化均會引起S0變化，從而產(chǎn)生h的變化。 右圖所示為當(dāng)原始輥縫從S0增加到S02或減少到S01時所對應(yīng)的軋制力P與成品板厚變化的情況。注意，假定這時軋件坯料坯料的厚度的厚度H是不變的是不變的。 隨原始輥縫的增加或減少，成品板厚也隨之增減，而相應(yīng)的軋制力P則相反。14 軋制力的波動軋制力的波動 軋制力的波動是引起板厚波動的主要原因。引起軋制力波動的原因很多，如： 坯料厚度H的變化； 張力的變化； 軋件變形抗

9、力k的變化（由溫度變化或材料本身不均勻引起）；以上這些因素的變化都引起軋制力的波動從而引起板厚的變化。以下就用P-H圖舉例進行分析。15 坯料厚度坯料厚度H的變化的變化 當(dāng)坯料厚度H增大時，塑性變形曲線右移。如圖示，這樣它與彈性變形曲線的交點移向右上方，這意味著使得成品軋件的厚度增加的同時，軋制力P也隨之增加。引起這一變化的原因在于原始輥縫不變，軋件厚度的增加引起壓下量的增加，從而引起軋制壓力的增加；這又引起工作機座彈跳量的增加，根據(jù)彈跳方程軋件厚度h必然增加。16 張力的變化張力的變化 根據(jù)軋制理論，張力的變化引起變形區(qū)內(nèi)軋件的應(yīng)力狀態(tài)的變化從而引起軋制壓力的變化。 一般張力越大，則軋制壓力

10、越小。如右圖所示，這時工作機座的彈跳隨之變小從而使得軋件的厚度變小。17 機座剛度機座剛度C對軋件厚度對軋件厚度h的影響的影響 由彈跳方程：h=S0 +P/C 隨著機座的剛度系數(shù)的增大，其彈跳量減小，這樣成品軋件的厚度也隨之減小。 由方程可知，當(dāng)C為無限大時，軋件的厚度與原始輥縫相同，也就是說，這時的機座的彈跳量為零。當(dāng)然這是不可能的。機座的彈性變形量不可能為零，但是增加工作機座的剛度對于增加軋件的厚度精度是有好處的。這體現(xiàn)在軋制壓力的波動引起較小的彈跳，從而產(chǎn)生小的板厚變化；所以大型軋機的剛度系數(shù)都在6000KN/mm以上，這析可以提高軋件的成品精度。18三、機座當(dāng)量剛度的控制機座當(dāng)量剛度的

11、控制 從以上分析可知，提高機座的剛度系數(shù)C可以減小工作機座的彈性變形從而提高板厚精度。但是剛度的提高是有限的，完全依靠機座剛度系數(shù)C的提高來達(dá)到板厚精度是不可能實現(xiàn)的。必須通過軋機的板厚自動控制系統(tǒng)，可對板厚變化進行補償實現(xiàn)高精度軋制。 當(dāng)量剛度當(dāng)量剛度 K：K=P/ h-5.47 其物理意義為單位板厚變化所對應(yīng)的軋制力變化。當(dāng)厚度變化為零時，這時當(dāng)量剛度K為。以下用彈跳方程來分析實現(xiàn)這一過程的原理。 彈跳方程： h=S0 +P/C-5.3 方程兩邊取增量（微分）得：1949. 5:48. 500SCPhCPSh軋制力的變化相反考慮到輥縫的調(diào)整量與51. 51:47. 550. 5:CCPCP

12、PhPKCPS代入引入輥縫調(diào)節(jié)系數(shù)2051. 51:47. 550. 5:49. 50CCPCPPhPKCPSSCPh代入引入輥縫調(diào)節(jié)系數(shù)由上式可知，只要改變輥縫調(diào)節(jié)系數(shù)的值，就可以改變K的值。以下就不同的值所對應(yīng)的K值及板厚控制方式進行分析。21輥縫調(diào)節(jié)系數(shù)輥縫調(diào)節(jié)系數(shù)與機座控制剛度與機座控制剛度K及板厚控制的關(guān)及板厚控制的關(guān)系曲線系曲線 =1，K= 全補償 0 KC 硬特性（部份補償） =0，K=C 恒原始輥縫控制 不補償 0-，CK0，軟特性（反方向部份補償） = - ，K=0，P=0恒壓力控制（反方向全補償） 22 以上控制方式的關(guān)系曲線見圖示。同時也可以用P-H圖表示。 一般在成品機

13、架上為保持出口板厚不變，采用硬特性。而在平整機上，采用恒壓力控制保持壓力波動為零，使其出口板形良好，同時消除軋輥偏心對板厚的影響。23四、厚度自動控制系統(tǒng)基本類型和基本原理厚度自動控制系統(tǒng)基本類型和基本原理 一般稱之為板厚自動控制(AGC)系統(tǒng)（Automatic Gauge Control)，它包括： 直接測厚及間接測厚系統(tǒng)（P-AGC利用彈跳方程） h=S0 +P/C 厚度比較及調(diào)節(jié)系統(tǒng) 壓下調(diào)節(jié) 根據(jù)實際測出的壓下量變化S與計算得出的S值進行比較，輸出電流信號，使液壓侗服閥動作，完成輥縫的調(diào)節(jié)。241、基本功能和類型一般稱之為板厚自動控制(AGC)系統(tǒng)（Automatic Gauge C

14、ontrol)，它包括： 測厚部份 檢測軋件的實際厚度 厚度比較及調(diào)節(jié)系統(tǒng) 與設(shè)定值比較得出厚差h，經(jīng)計算后得出壓下調(diào)節(jié)量S。 輥縫調(diào)節(jié) 根據(jù)實際測出的壓下量變化S與計算得出的S 值進行比較，輸出電流信號，使液壓侗服閥動作，完成輥縫的調(diào)節(jié)。 軋件變形區(qū)部份 這是厚度控制的對象，也是閉環(huán)控制系統(tǒng)中的一環(huán)。根據(jù)軋件的測厚方法，厚度AGC系統(tǒng)可分為三種類型：1）直接測厚的反饋式AGC。由測厚儀直接測得軋機出口的軋件厚度h，與設(shè)定值比較后得出偏差h ，將此反饋給系統(tǒng)變換為輥縫調(diào)節(jié)量S ，使壓下裝置移動相應(yīng)的值以消除厚差h 。25反饋式AGC系統(tǒng)簡單，但其控制精度不高，反應(yīng)滯后；可用于對厚度精度要求不高

15、的軋機上。2）間接測厚的P-AGC。測出軋制時的軋制力P和軋輥輥縫后、運用彈 跳方程間接算出軋件厚度h。得出的軋件厚度是處在軋制狀態(tài)的軋件厚度，信號傳遞時差小，能較迅速地改善軋件的厚度偏差，是厚度自動控制中應(yīng)用較廣的一種基 本型式。這種方法的缺點是軋件厚度的測顯精度較低。但是，可用軋機出口處測得的軋件 厚度信號來矯正其測量精度，稱為監(jiān)控AGC。 3)預(yù)控AGC。上述方法，測出軋件厚度偏差到調(diào)控軋輥轉(zhuǎn)縫之間部存在 一定的滯后時間，不能很及時地消除軋制時的軋件厚度偏差。由此產(chǎn)生了預(yù)控AGC如圖示。26近年來，計算機厚度控制 系統(tǒng)(DDCAGC, Di r e ct Digital Control一

16、AGC)的應(yīng)用，解決了軋輥輥縫“預(yù)控”調(diào)整問題。通過測厚儀測出軋機入口處的軋件原始厚度H1與 給定厚度值H比較后得出偏差值H ，應(yīng)用計算機中相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，確定為消除可 能出現(xiàn)的軋件厚差h所需的輥縫調(diào)節(jié)量S ，并根據(jù)該檢測點進入軋輥的時間和壓下移 動所需的時間，提前調(diào)整軋輥輥縫，使入口處檢測點的厚度能及時消除。顯然，這種控 制方法的優(yōu)點是克服了時間上的滯后現(xiàn)象，提高了系統(tǒng)的控制精度。除了通過壓下裝置進行厚度控制外，還可通過張力的變化來進行厚度控制。共于張力 AGC的控制原理可參見有關(guān)文獻。2、PAGC系統(tǒng)的基本原理 PAGC是厚度自動控制系統(tǒng)中應(yīng)用較廣的一種基本型式、其主要特點是 利用彈跳方程

17、間接測量軋件厚度。根據(jù)彈跳方程式，當(dāng)軋機有輥縫補償量S 時，軋件 厚度h可用下式表示：式中前兩項表示輥縫值，后一項表示機座的彈性變形量。因此在P-AGC系統(tǒng)中有兩個主要回路：壓力反饋回路與位置反饋回路，通過測得的軋制力與壓下位置，就可得出軋件厚度h。CPPSSh002728在壓力反饋回路中設(shè)置了測壓儀3、壓力比較器4、壓力和位置轉(zhuǎn)換器5、以及調(diào)節(jié)系數(shù)裝置6。當(dāng)測壓儀3測得軋件的軋制力P，將P值輸入壓力比較器4與給定的軋制力 P0比較后，輸出壓力波動值P再通過壓力和位置轉(zhuǎn)換器5轉(zhuǎn)換為機應(yīng)的彈性變形波動量P C，如根據(jù)工藝要求選定機座當(dāng)量剛度系數(shù)K值，則由調(diào)節(jié)系數(shù)裝置6將調(diào)節(jié)系數(shù)Cp (即)與PC

18、相乘后，即可輸出應(yīng)補償?shù)能堓佪伩p調(diào)整量。 在位置反饋回路中設(shè)置了位置傳感器1和位置比較器9。當(dāng)位置傳感器1測得壓下裝置行程S后，將S值輸入位置比較器9；給定的壓下裝置行程S0 比較后，輸出壓下裝置行程波動值S 。上述兩個回路的反饋信號均輸入綜合比較調(diào)節(jié)器7。如果信號S 與信號Cp PC不相 等時，綜合比較調(diào)節(jié)器就有信號輸出。伺服閥8根據(jù)這一輸出信號使壓下裝置動作，直到 兩個信號S 和Cp PC相等，壓下裝置停止動作，完成了一次軋輥輥縫的調(diào)整。在壓力反饋回路中，給出不同的輥縫調(diào)節(jié)系數(shù)Cp ，就能實現(xiàn)各種控制特性的厚度控制。如果將位置反饋回路斷開，只是將軋制力P與給定的軋制力P0相比較，使系統(tǒng)保持

19、P P0，這就實現(xiàn)了恒壓力控制。 295.2 板帶軋機的板形控制板帶軋機的板形控制5.2.1 板形的基本理論 一、板形的涵義 板形即指板帶材的平直度指標(biāo)。板形缺陷指：浪形、楔形、帶材的邊部減薄等。其中，尤其是邊浪和中浪是最為典型的板形缺陷。 產(chǎn)生的原因：沿帶材橫向壓下不均而產(chǎn)生不均勻的延伸。當(dāng)其內(nèi)應(yīng)力超過其臨界值時則產(chǎn)生浪形。其實質(zhì)是帶鋼作為一個彈性薄板在外部壓力作用下失穩(wěn)。 30 板形缺陷與帶材內(nèi)應(yīng)力的關(guān)系： 邊浪邊 中(=h/h0) 而產(chǎn)生邊 中(=1/(1- ) ) 中浪中 邊 ,而產(chǎn)生 中 邊 其它常見板形缺陷如1/4浪等，見教材91頁所示。 一般而言，產(chǎn)生好的板型的基本條件是：必須使

20、得沿板寬中部及邊部的壓下率/延伸率相等。31典型板形缺陷32二、帶鋼的截面形狀二、帶鋼的截面形狀 如果忽略軋件在出口處的彈性恢復(fù)，則軋件的形狀與輥縫形狀是一致的（注意：指的是有載輥縫）?，F(xiàn)場實測表明，帶鋼的載面形狀為中間的平坦區(qū)及邊部的減薄區(qū)，如圖示：33板凸度與輥縫凸度：板凸度與輥縫凸度：定義板凸度為板中部及邊部厚度之差：ch=hc-he cH=Hc-He34a、良好板形的條件：、良好板形的條件： 由以上論述可知，只要保持板邊部與中部的壓下率相等即可保持板邊部與中部延伸率相等，由此可保持良好的板形。這樣可以推出以板凸度為指標(biāo)的變形相似條件；即軋制前后（入口及出口）的相對凸度值相等：595hC

21、HChH 上式表明，在來料存在凸度的條件下，欲保持成品板形，出口板凸度只能按板厚比例減小，而不能消除。35b、板形的指標(biāo)：、板形的指標(biāo)： 1、相對長度差： 以上單位為I值，表示相應(yīng)的板帶材相對延伸率的差值為10-5. 如板厚h=5mm, 凸度變化值（橫向厚差）c=0.001mm, 則相應(yīng)的I值變化為I=20。60. 5105LLst362、浪高的表示方法、浪高的表示方法 波高除以波長，稱之為陡度或翹曲度：=R/L5.61 與I值的關(guān)系：62. 51025st 如=0.009，則相當(dāng)于20I。 一般來說，對冷軋板而言，當(dāng)I值為10I時，說明其平直度指標(biāo)是非常好的。37板形的浪高表示方法38c、影

22、響板形的因素、影響板形的因素 綜上所述，影響板形的因素就是影響有載輥縫的因素；包括：軋制力波動，原始輥型、軋輥的熱變形、磨損等因素。實際是十分復(fù)雜的。 實際軋件在出口處往往存在溫度差，一般中部溫度高于邊部溫度，這樣在冷卻以后，中部縮短相對較多，從而形成邊浪。所以在實際軋制中，應(yīng)考慮溫度降的影響，即將出口處的板形控制為微中浪，這樣在冷卻以后，中部收縮較多，可保持平直。 在中部與邊部存在5度溫度差的情況下，收縮后將引起5I的邊浪。395.2.2 板形控制的方法板形控制的方法 一、輥系的彈性彎曲一、輥系的彈性彎曲 工作輥的彈性彎曲直接使軋件產(chǎn)生橫向厚差，一般而言，實際生產(chǎn)中容易產(chǎn)生中部厚、邊部薄的軋

23、件，這就產(chǎn)生邊浪。 從板形基本原理可知，只要控制輥系的彎曲變形就可以控制軋件的凸度，從而控制板形。40 液壓彎輥 方法：在軋輥的輥頸上施加與軋制力同方向的彎輥力（正彎輥）或與軋制力相反方向的彎輥力（負(fù)彎輥）從而減少或增加工作輥的彎曲變形，達(dá)到控制板形的目的。 效果：正彎輥可使工作輥的彎曲變形變小，可消除邊浪。 負(fù)彎輥可使工作輥的彎曲變形變大，可消除中浪。 采用液壓彎輥的方法進行板形調(diào)控反應(yīng)迅速。41液壓彎輥的方法液壓彎輥的方法-正彎輥正彎輥42液壓彎輥的方法液壓彎輥的方法-負(fù)彎輥負(fù)彎輥43 在工作輥的輥身過長L/D3.44時，采取工作輥彎曲的方法效果不 好。在這種情況下，往往采取支承輥正彎的方

24、法。這種方法一般用于中厚板軋機。44 改變工作輥改變工作輥-支承輥之間的壓力分布支承輥之間的壓力分布 工作輥與支承輥之間的接觸區(qū)一般與輥身長度相等，但其超出軋件寬度的部分稱為有害接觸區(qū)，它使工作輥產(chǎn)生大的彎曲變形。采用階梯形的支承輥使軋件與接觸區(qū)等寬即可消除有害接觸區(qū)。這種方法的確良局限性在于一種支承輥的形狀僅適用一種寬度的產(chǎn)品使其應(yīng)用受到局限。但這種方法也可以通過新的機構(gòu)實現(xiàn)如右圖所示的六輥HC軋機。 45 采用HC六輥軋機（High Crown Mill)可以很好的解決這一問題。由HC軋機的簡圖可以看出：解決的方法是增加一可軸向移動的中間輥。其中間輥的軸向位置可以由所軋制的板帶寬度及板形條件確定。 對于HC軋機，除了中間輥竄輥的基本類型以外，在此基礎(chǔ)上還發(fā)展了其派生機型如：工作輥竄輥的四輥HC軋機，即所謂HCW軋機。 對于HC軋機，前面所述的用于板形調(diào)控的液壓彎輥方法在HC軋機中仍然是不可缺少的。對于HC軋機而言，由于其輥系的結(jié)構(gòu)改變，其彎輥力的作用效果更為加強，也就是說，同樣的彎輥力具有更強的板凸度/板形控制效果。