畢業(yè)論文43344

1、昆明職業(yè)技術學院昆明職業(yè)技術學院畢業(yè)論文題目：淺談淺談板形控制技術板形控制技術系 部 材 料 建 筑 工 程系 專 業(yè) 名 稱 材料與成型與控制技術 班 級 0909 級材料與成型與控制技術（一）班 姓 名 陳 云 學 號 20092162012009216201 指 導 教 師 李 艷 萍 2011 年 9 月 19 日摘摘 要要本文概述了板形控制原理。根據有載輥縫形狀方程,分析了影響板形的諸項因素,綜合介紹了板形控制技術及發(fā)展趨勢。關鍵詞：板形控制板凸度輥形技術.目目 錄錄引 言.11 概述.21.1 板型控制技術概述.41.2 當前板型控制的新技術及典型軋機.72 板形控制原理.83 影

2、響板形的因素.53.1 有載輥縫形狀.53.2 軋輥變形對板形的影響.53.3 可控輥形對板形的影響.53.4 初始輥形對板形的影響.53.5 軋輥熱膨脹對板形的影響.53.6 軋輥磨損對板形的影響.53.7 入口帶鋼凸度對板形的影響.53.8 平直度的定義及影響平直度的因素.53.9 凸度的定義及影響凸度的因素.54 板形控制技術.54.1 軋輥輥形技術.54.2 液壓彎輥技術.54.3 軋輥橫移和交叉技術.55 全文總結及展望.55.1 全文總結.55.2 研究展望.5致謝.5參考文獻.5引引 言言近年來,隨著社會的發(fā)展和科學技術的進步,用戶對高質量、高附加值、高技術難度的熱軋帶鋼產品的需

3、求量顯著增加,對鋼鐵產品質量、品種、性能方面的要求也越來越高。對熱軋板帶來說,其性能、質量及精度要求主要包括厚度精度、板形精度、成形性能及表面質量等。由于厚度自動控制(AGC)系統(tǒng)的不斷完善和廣泛采用,特別是厚度檢測設備的發(fā)展和檢測信號反饋時間的縮短,使模型的自學習功能大大增強,板帶的縱向厚度精度也越來越高。相比之下,板形問題顯得日益突出。板形精度是熱軋帶鋼的一項主要的質量指標和決定產品市場競爭力的重要因素。目前,板形控制技術已成為熱軋帶鋼生產的核心技術之一,也是當前軋制技術研究開發(fā)的前沿和熱點。板形理論從20世紀60年代發(fā)展至今,經歷了四輥軋機軋輥變形分析、三維板材軋制分析、輥系三維有限元分

4、析等階段;在板形控制技術方面,經歷了基于負荷分配的板形控制、各種板形控制軋機(HC、CVC、PC等)、板形和板厚解耦控制、板形和板凸度以及斷面輪廓綜合控制等階段;此外，液壓彎輥裝置的廣泛應用,實現(xiàn)了帶鋼的凸度和平直度的在線調整控制。這些理論和技術的采用都使板形控制水平得到了很大的提高,板形控制精度也得到了大幅提升。正文正文1 概述1.1 板型控制技術概述1.2 當前板型控制的新技術及典型軋機2 板形控制原理由于軋出帶鋼的斷面形狀即是有載輥縫形狀,因此板形控制的實質就是控制帶鋼寬度方向上的有載輥縫,從而獲得所需的帶材輪廓和平直度。影響有載輥縫形狀的因素較多,主要有工作輥輥形、使輥系產生彎曲變形的

5、軋制力和彎輥力、改變軋輥輥形的熱輥形和磨損輥形及一些可控輥形技術。3 影響板形的因素3.1 有載輥縫形狀有載輥縫形狀可用如下方程描述CR= PKP+ FKF+ECC+E(H+W+O)+E0式中CR-與帶鋼凸度有關的有載輥縫形狀;P-軋制力;F-彎輥力;KP-輥系在軋制力作用下的彎曲變形,又稱為軋機橫向剛度;KF-輥系在彎輥力作用下的彎曲變形,又稱為彎輥橫向剛度;C-可控輥形,根據所采用的CVC或PC等技術確定其值;H-熱輥形;W-磨損輥形;O-初始輥形,根據板形控制需要,進行輥形設計和磨輥;-入口帶鋼凸度;E0、EC、E-相關系數。從輥縫方程中可知,影響帶鋼出口凸度的因素有以下三點:(1)擾動

6、量:熱輥形和磨損輥形。當負荷分配不考慮板形最優(yōu)時,則軋制力亦將作為擾動量。(2)可控制量:可調節(jié)輥形(CVC或PC)。板形設定計算時,首先確定一個彎輥力,主要是確定CVC輥的抽動量或HC輥的交叉角。但CVC輥的抽動或HC輥的交叉目前僅用于空載時輥縫形狀的調節(jié),因此主要用于板形設定模型對輥縫形狀的設定,而在線控制一般只用彎輥進行。當以板形最優(yōu)為目標進行負荷分配時,軋制力亦是一種可控制量。(3)固定量:初始輥形和彎輥力。初始輥形設計時需考慮軋制單位的特征,一旦確定,在軋制時將固定不變。彎輥力應該是可控的,但為了保留彎輥力用于軋制在線調節(jié),在設定計算時往往將其固定于某一值。3.2 軋輥變形對板形的影

7、響軋輥變形有兩大主要原因:(1)由軋制力P引起的軋輥變形在通常軋制情況下,當在工作輥兩端施加軋制力時,軋件在兩輥間產生塑性變形。工作輥受到反作用力產生撓曲,使帶材板形具有一種依賴于如軋機尺寸、帶材硬度、寬度、軋制力、壓下量等多種因素的形狀。由軋制力引起的軋輥變形的另一種主要形式是軋輥壓扁。軋輥壓扁現(xiàn)象發(fā)生在軋件與工作輥的接觸區(qū)或工作輥與支撐輥的接觸區(qū)。(2)由板形調控機構引起的軋輥變形板形調控機構常用來對軋機的輥縫形狀作適當的調整,以獲得良好的板形。常被用來調整輥縫形狀的設備是彎輥機構,它能使軋輥產生水平或垂直面上的彎曲。彎輥力可以加在軋輥軸承座或輥身上。另一種調節(jié)輥縫形狀的方法是采用可變輥形

8、曲線的軋輥。這種軋輥通常由輥軸和套筒構成,裝在輥軸和套筒之間的液壓或機械動力設備可調整輥套的外形。軋輥的彈性彎曲撓度是影響輥縫形狀的最主要因素。目前關于軋輥的變形模型可分為二輥軋機簡支梁模型、四輥軋機簡支梁模型、分割梁模型和有限元模型。3.3 可控輥形對板形的影響對于帶鋼軋機來說,CVC、PC、HC等裝置主要用于預設定(空載時調節(jié))來保證帶鋼的最終出口凸度。當采用CVC軋機時:C=-Rb2d式中b-帶寬;d-橫向抽動量;R-輥形曲線(最大、最小直徑之差);-系數。當采用PC軋機時:C= b22Dw2式中b-板寬;Dw-工作輥直徑;-上下輥交叉角(相對于原平行軸線)。3.4 初始輥形對板形的影響

9、由于軋制時軋輥的不均勻熱膨脹、軋輥的不均勻磨損以及軋輥的彈性壓扁和彈性彎曲,致使空載時原本平直的輥縫在軋制時變得不平直了,導致板帶的橫向厚度不均和板形不良。為了補償因上述因素造成的輥縫形狀的變化,需要預先將軋輥車磨成一定的原始凸度或凹度,賦予輥面以一定的原始形狀,使軋輥在受力和受熱軋制時,仍能保持平直的輥縫。由于軋輥熱膨脹所產生的熱凸度在一般情況下與軋輥彈性彎曲產生的撓度相反,故在設計輥形時,應按熱凸度與撓度合成的結果,定出新輥的凸度(或凹度)曲線。在實際生產中,原始輥形的選定并不完全依靠計算,而是依靠經驗估計與對比。在大多數情況下,一套行之有效的輥形制度都是經過一段時期的生產試軋,反復比較其

10、實際效果之后才確定下來的。檢驗原始輥形合理與否,應從產品質量、設備利用情況、操作的穩(wěn)定性以及是否有利于輥形控制與調整等方面來衡量。3.5 軋輥熱膨脹對板形的影響熱軋時工作輥由于與高溫軋件接觸而使溫度升高,同時冷卻水會使之冷卻。在軋制過程中,軋輥的受熱和冷卻狀況沿輥身分布是不均勻的。在多數場合下,輥身中部的溫度高于邊部(但有時也會出現(xiàn)相反的情況),并且在一般情況下,傳動側的輥溫稍低于操作側的輥溫。在直徑方向上,輥面與輥心的溫度也不一樣,在穩(wěn)定軋制階段,輥面的溫度較高,但在停軋時由于輥面冷卻較快,也會出現(xiàn)相反的情況。軋輥斷面上的這種溫度不均使輥徑熱膨脹值的精確計算很困難。動態(tài)熱輥形是影響出口處帶鋼

11、板形的重要因素。熱輥形計算分為兩步,首先計算工作輥的溫度場,然后由溫度場計算出軋輥表面的熱變形。這是一個復雜的熱傳導問題,在計算時應考慮如下因素:(1)軋制前帶材的熱含量;(2)接觸弧處變形功和摩擦產生的熱量;(3)通過接觸弧傳導給軋輥的熱量;(4)由于冷卻導致的軋輥表面的熱量散失;(5)傳導給軋輥軸承的熱量。3.6 軋輥磨損對板形的影響軋件與工作輥之間及支撐輥與工作輥之間的相互摩擦都會使軋輥產生不均勻磨損,影響輥縫的形狀。軋輥磨損與以下條件有關:(1)軋材與工作輥相接觸產生軋輥表面的研磨;(2)軋輥受周期性載荷作用,表層會出現(xiàn)機械疲勞;(3)軋材周期性的加熱和水霧冷卻,導致軋輥表層的熱力學疲

12、勞;(4)腐蝕作用。由于影響軋輥磨損的因素太多,故尚難從理論上計算出軋輥的磨損量,只能靠大量實測來求得各種軋輥的磨損規(guī)律,從而采取相應的補償措施。3.7 入口帶鋼凸度對板形的影響帶鋼獲得良好板形的重要條件是來料斷面形狀和承載輥縫形狀相匹配。通常所采用的方法是大量測取原料數據,找出原料板凸度的變化規(guī)律,據此確定工藝參數,以獲得良好的板形。在實際生產中,當來料凸度變化時,已定的軋制狀態(tài)就會改變,因而使板形發(fā)生變化。如圖1所示,熱凸度-軋制力關系曲線為1,正常的良好板形線為2,工作在最佳狀態(tài)點K。若來料凸度有變化(例如來料凸度減小),這時熱凸度雖然也會發(fā)生變化,但變化甚微,可以忽略,可以認為熱凸度-

13、軋制力關系曲線基本不變。但來料板凸度減小的結果使良好板形線上移至2,它要求軋輥有與K點相對應的凸度,而實際凸度仍保持原來K點的,所以帶鋼會產生邊波。如果來料凸度增大,與上述情況相反,會產生中波。圖1 來料板凸度變化對板形的影響1-熱凸度-軋制力關系曲線;2,2-正常的良好板形線;K,K-最佳工作點3.8 平直度的定義及影響平直度的因素3.9 凸度的定義及影響凸度的因素4 板形控制技術為了補償工作輥的撓度,可以從改變軋輥凸度入手,采用初始軋輥凸度法、調溫控制法、彎輥法或可變凸度軋輥。調溫控制法是人為地對軋輥某些部分進行冷卻或加熱,改變輥溫的分布,以達到控制輥形的目的。熱源一般就是依靠金屬本身的熱

14、量和變形熱,這是不容易控制的。由于軋輥本身熱容量大,升溫和降溫都需要較長的過渡時間,而急冷急熱又極易損壞軋輥。從發(fā)現(xiàn)輥形反常并著手調整輥溫開始,到調整至完全見效為止,要經過較長的時間。在這段時間里,所軋產品實際是次品或不合格品,所以對于現(xiàn)代高速板帶軋機來說,這樣緩慢的調整方法是不可能滿足要求的。近年來,開發(fā)應用了可提高冷卻效率的分段冷卻控制方法,作為彎輥控制或其它控制板形方法的輔助手段,取得了很好的效果。液壓彎輥是最早開發(fā)與應用的板形控制技術。20世紀70年代后,又相繼開發(fā)了一些新軋機與新技術,其輥系結構、輥形及調節(jié)方式都各有特色,主要采用了移輥技術、對輥交叉技術等,主要機型有日本開發(fā)的HC軋

15、機、PC軋機,德國開發(fā)的CVC、UPC軋機等。4.1 軋輥輥形技術3.1.1 VC技術3日本住友金屬公司研制的可變凸度(VariableCrown)支撐輥是一種膨脹凸度軋輥。VC軋輥在心軸和輥套之間有-個油腔,輥套在兩端緊緊地熱裝在心軸上,在軋制力矩的作用下也不會松動,同時密封空腔中的高壓油由液壓動力機構通過旋轉接頭供給VC軋輥。當VC軋輥與彎輥液壓缸結合使用時,就能矯正復雜的帶鋼平直度缺陷。VC軋輥系統(tǒng)在帶鋼的中間部分比工作輥彎輥系統(tǒng)更為有效。與工作輥彎輥系統(tǒng)一起使用時,可同時對中間浪和邊浪進行控制。VC輥的優(yōu)點是:(1)減少支撐輥換輥次數,同時可避免儲存多個不同輥形的軋輥;(2)可補償軋輥

16、磨損及熱輥形;(3)對現(xiàn)有軋機進行改造比較方便,僅需用VC輥代替原有支撐輥即可。VC輥也存在以下缺點:(1)制造較為困難;(2)高壓旋轉接頭及油腔密封維護難;(3)軋輥凸度的調節(jié)量較小。3.1.2 NIPCO技術4瑞士舒爾茨艾舍維斯研制的輥縫可控(NIPCO)軋輥,是一種典型的多施壓區(qū)柔性輥身可調凸度軋輥。NIPCO軋輥是由靜止心軸和可以繞靜止心軸轉動的筒形輥套構成的。液壓壓力腔位于靜止心軸和輥套之間。按照壓力分布的情況,把幾個活塞編成一組,形成幾個控制區(qū),用高壓油來進行控制。NIPCO軋輥有以下優(yōu)點:(1)除了能補償撓度外,NIPCO軋輥還能在大的工作范圍內,有選擇地對整個寬度操作范圍內單位

17、寬度上的力和線性單位力分布進行局部控制;(2)流體靜壓軸承是不磨損的,與旋轉方向無關,不受任何打滑、粘著的影響。(3)帶有油孔的活塞像一個振動吸收器,會減輕軋輥輥縫中的垂直振動;(4)在軋制載荷下各個活塞能夠移動整體軋輥的外殼,不需外部加載系統(tǒng)。3.1.3 DSR技術法國克萊西姆公司研制成功的動態(tài)板形輥DSR及其板形控制系統(tǒng),不僅可以對軋制輥縫進行全輥縫調節(jié),而且能夠對軋制輥縫中的任意位置進行調節(jié),能夠滿足軋制輥縫中任意一個局部缺陷的調控要求。正常工作時,在工作輥的帶動下,動態(tài)板形輥的金屬套筒(輥套)可以繞著固定輥軸自由旋轉。套筒內共有7個壓塊,每個壓塊裝備了一個液壓缸,此液壓缸固定在輥軸上。

18、板形控制系統(tǒng)通過對液壓缸流量的控制,調整每個壓塊的壓下,通過控制多個壓塊的壓力分布就可以調整輥縫的分布,從而達到控制板形的目的。DSR輥目前已應用在我國寶鋼2030mm冷軋機上。3.1.4 VCL技術VCL(VaryingContactLength)技術是北京科技大學與武鋼和寶鋼合作開發(fā)的較為先進的板形控制技術。該技術的核心是研制出一種特殊的支撐輥輥形曲線,使輥系在軋制力作用下輥間接觸長度能與帶鋼寬度相適應,從而減小或消除輥間兩端部的有害接觸區(qū),提高輥縫抵抗軋制壓力波動的能力,同時可以更好地發(fā)揮彎輥的作用。4.2 液壓彎輥技術利用彎輥控制法,通過控制軋輥在軋制過程中的彈性變形,達到控制板形的目

19、的。所謂液壓彎輥技術,就是利用液壓缸施加壓力使工作輥或支撐輥產生附加彎曲,以補償由于軋制壓力和軋輥溫度等工藝因素的變化而產生的輥縫形狀的變化,以保證生產出高精度的產品。液壓彎輥技術一般分為工作輥彎曲系統(tǒng)和支撐輥彎曲系統(tǒng)兩類。(1)彎曲工作輥的方法可分為兩種方式,即彎輥力加在兩工作輥瓦座之間的正彎輥系統(tǒng)和彎輥力加在兩工作輥與支撐輥的瓦座之間的負彎輥系統(tǒng)。在實際生產中,由于換輥頻繁,用正彎輥系統(tǒng)裝置需要經常拆裝高壓管路,影響油路密封,而且浪費時間。故更傾向于采用負彎輥系統(tǒng),或者將油缸置于與窗口牌坊相連的凸臺上,以避免經常拆裝油管。比較理想的是正彎輥系統(tǒng)與負彎輥系統(tǒng)并用,即選用所謂的工作輥綜合彎輥系

20、統(tǒng),這樣可以使輥形在更廣泛的范圍內調整,甚至用一種原始輥形就可以滿足同品種和不同軋制制度的要求。熱軋和冷軋薄板軋機多采用彎曲工作輥的方法。(2)彎曲支撐輥的方法是彎輥力加在兩支撐輥之間。為此,必須延長支撐輥的輥頭,在延長輥端上裝有液壓缸,使上下支撐輥兩端承受一個彎輥力。此力使支撐輥撓度減小,即起正彎輥的作用。彎曲支撐輥的方法多用于厚板軋機,它能提供比彎曲工作輥更大的撓度補償范圍,且由于彎曲支撐輥時的彎輥撓度曲線與軋輥受軋制壓力產生的撓度曲線基本符合,故比彎曲工作輥更有效。對于工作輥輥身較長(L/D4)的寬板軋機,一般以采用彎曲支撐輥為宜。液壓彎輥所用的彎輥力一般在最大軋制壓力的10%20%范圍

21、內變化。液壓缸的最大油壓一般為2030MPa,近年還制成了能力更大的液壓彎輥系統(tǒng)。4.3 軋輥橫移和交叉技術軋輥橫移系統(tǒng)通常在冷軋和熱軋生產中都應用,它可以通過擴大帶鋼凸度的控制范圍,減小帶鋼橫斷面上的邊部減薄和重新分布帶鋼邊緣附近的軋輥磨損來實現(xiàn)對帶鋼的板形控制。軋輥橫移系統(tǒng)可分為三類:軸向移動圓柱形軋輥,如HC軋機;軸向移動非圓柱形軋輥,如CVC軋機;軸向移動帶套的軋輥,如SSM軋機等。3.3.1 HC軋機HC軋機是由日本日立公司開發(fā)和設計的,它將軋輥橫移和彎曲相結合,在軋制中用于改善板凸度和平直度。HC軋機的優(yōu)點是:(1)板形控制能力強,HC軋機僅需不太大的彎輥力即可較好地調節(jié)帶鋼波形度

22、。(2)可消除工作輥與支撐輥邊部的有害接觸部分,使帶鋼邊部減薄現(xiàn)象減輕,并可減少裂邊。(3)由于工作輥輥徑減小(比常規(guī)四輥減小30%左右),因此可加大壓下量,實現(xiàn)大壓下量軋制,并減少能耗。(4)采用標準無凸度軋輥就能滿足各種帶寬的帶材軋制,減少了軋輥備件。3.3.2 CVC軋機由德國施羅曼西馬克公司(SMS)創(chuàng)建的連續(xù)可變凸度(CVC)技術是一種采用雙向移動支撐輥、中間輥或工作輥的方式調節(jié)輥縫形狀的方法6。CVC的上下輥在整個輥身上都呈S形。然而兩個輥的S形互相倒置180o,這種布置使輥縫的輪廓線相對于通過輥縫正中的垂直線呈對稱關系。當工作輥沒有移動時,輥縫高度在整個輥身上保持-致。由于板帶軋

23、制產品的寬厚比大,盡管輥縫有輕微的S形,也不會對板帶平直度造成可以檢測到的影響,因此,CVC輥沒有移動時,其對板形造成的影響與平輥軋制時相同。而當工作輥雙向抽動時,如果軋件中間處的軋輥外廓距離比軋輥邊部處的輥縫小,這種移動對板形所產生的影響與采用正凸度工作輥時的相同。如果軋件中間處的軋輥外廓距離比軋輥邊部處的輥縫大,這種移動對板形所產生的影響與采用負凸度工作輥時的相同。由于CVC軋機凸度控制范圍大,并且可以連續(xù)調節(jié),具有較好的凸度控制能力;能夠滿足多種軋制系統(tǒng)的要求,軋機適應能力強,可以軋制多種不同的合金;工作輥磨損比較均勻,換輥次數少等,所以發(fā)展較快,被世界各國普遍采用。3.3.3 PC軋機

24、軋輥交叉系統(tǒng)的主要目的是改變輥縫形狀,使距軋輥中心越遠的地方輥縫越大。這種設計的板凸度控制功能與采用帶凸度的工作輥相同,通過調整軋輥交叉角度即可對凸度進行控制。日本新日鐵公司于1984年首次采用了工作輥交叉的軋制技術。PC軋機具有很好的技術性能:(1)可獲得很寬的板形和凸度的控制范圍,因其調整輥縫時不僅不產生工作輥的強制撓度,而且也不會在工作輥和支撐輥間由于邊部撓度而產生過量的接觸應力。與HC、CVC、SSM及VC輥等軋機相比,PC軋機具有最大的凸度控制范圍和控制能力。(2)不需要工作輥磨出原始輥形曲線。(3)配合液壓彎輥可進行大壓下量軋制,不受板形限制。但是由于PC軋機軋輥交叉將產生很大的軸

25、向力,對輥子的磨損很嚴重,因此將影響輥子的使用壽命。目前,交叉角不超過1o。PC軋機加ORG工藝可以實現(xiàn)自由程序軋制,從而使PC軋機成為世界上先進技術的代表,目前已被世界各國普遍采用。5 全文總結及展望5.1 全文總結目前的各種板形控制技術都各具優(yōu)勢和不足。這一方面給板帶軋機的選型和板形控制技術的配置帶來了難度,另一方面也給板形控制技術留下了較大的創(chuàng)新空間。因此,近年來有關板形控制的研究始終都是軋制技術開發(fā)的前沿和熱點。從以軋機為主的板形控制技術的開發(fā)延伸到兼顧板形的軋制道次設定、動態(tài)負荷分配、熱軋層流冷卻、熱軋精整、冷軋酸洗和平整,包括熱軋和冷軋機的機型配置、輥形設計、工藝制度和控制模型為一體的板形綜合控制技術等,都受到了人們的高度重視7。提高帶鋼產品的板形精度一直是