板形控制技術緒論2010-ab5dabb1c77da26925c5b0ac

2023/2/51板形控制技術

ShapeControlTechnique安徽工業(yè)大學材料成型與控制工程系2010.32023/2/52主要內(nèi)容1.板形與板凸度的基本概念及影響因素2.板形控制技術的研究與應用進展3.軋輥的熱膨脹和磨損對板形的影響4.板形和平直度分析理論5.彎輥分析6.板形控制執(zhí)行機構7.熱軋板形與板凸度控制8.冷軋鋼板生產(chǎn)技術發(fā)展概況9.冷軋帶材的板形控制10.輥系彈性變形理論2023/2/532023/2/542023/2/55緒論

背景意義發(fā)展問題2023/2/56背景板帶材是廣泛應用于國民經(jīng)濟各部門的重要材料，是鋼鐵工業(yè)的主干產(chǎn)品。板帶的材料性能、幾何尺寸和表面質(zhì)量是其主要質(zhì)量指標，而板帶的幾何尺寸精度包括厚度和板形兩項內(nèi)容。目前，板厚控制精度己經(jīng)達到令人滿意的效果，厚度控制技術可以將板帶的縱向厚差穩(wěn)定地控制在成品厚度的±1%或±5μm甚至±2μm的范圍內(nèi)，而板形控制技術尚未達到穩(wěn)定成熟的地步。2023/2/57

板形是影響板帶軋制正常進行的一個重要的工藝因素。七十年代以來，板形研究一直是國際上板帶生產(chǎn)技術領域的前沿和熱點，而且目前板形問題仍普遍存在。從板形技術多種形式并存的現(xiàn)實可知，板帶技術仍在發(fā)展中，因而有關板形的研究無疑具有重大的理論價值和現(xiàn)實意義。

2023/2/58良好的板形不僅是帶鋼用戶的永恒要求，也是生產(chǎn)過程中保證帶鋼在各條連續(xù)生產(chǎn)線上順利通行的要求。改善帶鋼產(chǎn)品的板形一直是板帶生產(chǎn)的關注重點，板形理論和板形控制設備及技術的研究在近幾十年來一直是本領域中的熱點課題，并己經(jīng)取得長足的進展。2023/2/59板形控制技術的意義在板帶鋼生產(chǎn)中，軋制鋼板的寬度越大，成品板的厚度越薄，則帶鋼的板形缺陷越嚴重；尤其用戶對汽車鋼板、鍍錫鋼板、硅鋼板以及航空鋁板等冷軋薄板的平直度又有很高的要求。因此在這些薄板生產(chǎn)中，除了采用計算機實現(xiàn)板厚控制、速度控制、位置控制、溫度控制以外，板形控制也是一個不可缺少的環(huán)節(jié)。2023/2/510多變量強耦合快過程非線性連軋過程特點軋制過程的特點2023/2/511

板形控制不僅對冷軋帶鋼有意義，而且對熱帶鋼的生產(chǎn)來說也是十分重要的。因為它不僅對于提高熱帶鋼的平直度和減小帶鋼的橫向厚度差有著極為重要的影響，而且也會直接影響后續(xù)帶鋼冷軋過程中板形質(zhì)量的改善。從這種意義上說，熱帶鋼軋機對板形控制技術的要求更為迫切。2023/2/512板形控制在中厚板軋機上也獲得應用。在鋼板厚度比較大的情況下，板形影響雖然不太明顯，但是在這類軋機采用板形控制以解決鋼板的橫向厚差也是十分有效的。因此，目前在各類軋機上都極其重視板形檢測和板形控制技術的應用。2023/2/513但是，由于板形概念比較模糊，影響帶鋼平直度的因素又極為復雜，板形檢測控制在技術上還存在著很大困難。因而，從應用角度來看，還不及板厚控制系統(tǒng)廣泛。根據(jù)有關資料介紹，我國每年由于板形不良造成的經(jīng)濟損失十分嚴重。如果我國板帶生產(chǎn)能力能夠廣泛采用各種新技術提高板形質(zhì)量，經(jīng)濟效益將十分可觀。所以，學習掌握板形控制技術是一項具有巨大經(jīng)濟意義的課程。2023/2/514板形控制技術的發(fā)展關于板形問題的研究和應用始于60年代。M.DStone的彈性基礎梁理論和液壓彎輥的實用研究，使板形問題取得了較大突破。板形控制技術從控制途徑上劃分為工藝方法和設備方法兩大類。板形控制的工藝方法主要有:2023/2/5151、合理安排不同規(guī)格產(chǎn)品軋制a.合理制訂軋制規(guī)程；b.軋制調(diào)溫法；這種方法是通過改變工作輥的溫度分布，使工作輥的凸度發(fā)生變化，從而控制板形。具體又分為局部加熱法和局部冷卻法。c.張力控制法;通過改變張力橫向分布來調(diào)節(jié)軋制力的橫向分布，并改善輥縫內(nèi)金屬的橫向流動狀態(tài)，實現(xiàn)對板形的控制。2023/2/516

2、異步軋制法使軋件在上下兩個圓周速度不同的軋輥件完成軋制過程。在形式上分為異速軋制和異徑軋制，即使軋件在變形區(qū)受到搓軋作用，消除磨擦峰從而降低軋制力，使軋件在變形區(qū)沿橫向的延伸率趨向一致。以后各國相繼進行這方面的研究，工作開展的相當活躍。2023/2/517隨著板形基礎理論研究的不斷深入，及用戶對板形質(zhì)量要求的不斷提高，板形控制技術經(jīng)歷了輥型配置、軋輥冷卻、可變凸度軋輥、軋輥橫移及軋輥交叉等發(fā)展階段。從20世紀80年代起開始進入實用階段，開發(fā)出了各種各樣的新型軋機。2023/2/5183、液壓彎輥技術加拿大Aclan公司率先于1965年采用液壓彎輥作為調(diào)節(jié)板形的主要手段，于1969年配以板形檢測儀構成閉環(huán)控制，大幅度提高了板帶材的板形質(zhì)量，其基本原理是:通過工作輥或支撐輥輥頸施加液壓彎輥力，來瞬時的改變軋輥的有效凸度，從而改變承載輥縫形狀和軋后帶鋼的延伸率沿橫向的分布。只要根據(jù)具體的工藝條件來適當?shù)倪x取液壓彎輥力，就可以達到控制板形的目的。2023/2/519這種方法進一步還可以分為工作輥彎曲和支撐輥彎曲，每種彎曲還可以分成正彎和負彎。液壓彎輥在改善板形方面是一項基礎性的工作，在板形控制方面具有重大意義，是一種有效的板形控制手段，其他方法都必須配合采用液壓彎輥。2023/2/5202023/2/521

采用液壓彎輥技術，不僅對板形質(zhì)量有十分顯著的提高，還可以使穿帶、拋鋼等操作順利進行，避免斷帶、堆鋼等事故。從而提高作業(yè)率，減少金屬消耗和損壞軋輥的幾率。同時，液壓彎輥技術仍存在很多問題。2023/2/522首先，它是通過彎曲剛度很大的軋輥來實現(xiàn)的，最終的彎曲曲線基本上接近于二次曲線。而實際上，軋輥在軋制中由于磨損和受熱凸度變化的影響，曲線形狀比較復雜，常常出現(xiàn)一些比較復雜的板形缺陷，例如復合波、局部波等等，這些單靠液壓彎輥是無法解決的。其次，在板寬范圍以外，四輥軋機的工作輥和支撐輥之間的接觸壓力也限制了彎輥效果的發(fā)揮。2023/2/5234、HC技術(HighCrownControlMill)HC軋機是70年代日本日立公司和新日鐵公司聯(lián)合研制的具有中間輥橫移的六輥軋機。這種軋機是在一般的四輥軋機中，在工作輥和支撐輥之間添加一對可以橫向移動的中間輥，該軋機具有優(yōu)良的板形和板凸度控制能力，板形穩(wěn)定性好，而且可以控制邊部減薄。2023/2/524它除了具有液壓彎輥控制手段外，還有一個更重要的控制手段:橫向移動中間輥。通過上、下、中間輥向反方向的橫移，改變工作輥和中間輥的接觸長度，使其適應板寬的變化。

2023/2/5252023/2/5262023/2/5272023/2/528由于HC軋機的優(yōu)良特性，它在冷軋領域中得到了廣泛的應用。大量應用于可逆軋機、平整機、連軋機等各類軋機上。不僅可以大幅度地提高帶鋼的板形質(zhì)量、成材率和軋機的生產(chǎn)效率，而且可以節(jié)約能源，減少備用輥的數(shù)目及降低軋輥消耗。2023/2/529

5、CVC技術(ContinuouslyVariableCrown)CVC軋機(連續(xù)可變凸度軋機)是德國SMS公司于1980年發(fā)明的。該軋機的研制成功為板形控制技術的發(fā)展開辟了新天地。這種軋機主要是由兩個軸向可移動的與嚴格的圓錐體稍有差別的S形輥身的工作輥組成。S形輥的輥頸差和普通輥的凸度值大小相似，兩個工作輥形狀完全一致，但安放時互置180度，因而上下輥互補形成一個對稱的軋輥輥縫形狀。2023/2/5302023/2/531軋機采用的工藝控制模型和技術控制系統(tǒng)2023/2/532CVC系統(tǒng)的原理2023/2/533

軋輥向相反方向作軸向移動，就會使輥縫的幾何形狀發(fā)生變化。由于移動方向和距離不同，軋輥的有效凸度會隨時改變。移動距離和凸度之間是線性關系，每個軋輥的凸度調(diào)節(jié)范圍約為0-500um，由于CVC輥形曲線選擇的不同，軋輥的有效凸度也會發(fā)生變化。

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6、軋輥交叉系統(tǒng)(PC)軋輥交叉系統(tǒng)的主要目的是改變輥縫形狀，使得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。已知的輥軸交叉系統(tǒng)有：(1)只有支撐輥交叉的支撐輥交叉系統(tǒng)；(2)只有工作輥交叉的工作輥交叉系統(tǒng)；(3)每組工作輥與支撐輥的軸線平行，而上下輥系交叉的對輥交叉系統(tǒng)。2023/2/5352023/2/536冷軋的板形缺陷邊浪中浪肋浪雙肋浪復合浪翹曲度（急峻度）表示法I單位表示法2023/2/537產(chǎn)生板形缺陷的原因－軋輥彈性變形2023/2/538產(chǎn)生板形缺陷的原因－軋輥熱膨脹2023/2/539產(chǎn)生板形缺陷的原因－其它軋輥磨損不均軋輥冷卻不均來料凸度（局部高點）變化來料變形抗力變化設備參數(shù)不對稱（機架、彎輥、液壓缸）軋制規(guī)程不合理2023/2/540冷軋鋼板的板形調(diào)整策略一次板形：調(diào)單側(cè)壓下二次板形：調(diào)彎輥高次板形：調(diào)橫移＋彎輥局部板形：調(diào)冷卻水分布2023/2/541控制板形的措施－各種板形控制軋機軋輥交叉軋機－PC軋機（PairCross，對輥交叉）－６Ｈ３Ｃ軋機軋輥橫移軋機－CVC軋機（ContinuousVariableCrown，連續(xù)可變凸度）－ＨC軋機（ＨighCrown，大凸度控制）－ＵC軋機（UniversalCrown，萬能凸度控制）其它（VC軋輥，柔性邊軋輥，錐型輥橫移軋機）2023/2/5426H-3C軋機：達涅利開發(fā)，中間輥交叉，工作輥橫移PC軋機：三菱開發(fā)，對輥交叉中間輥交叉軸向力大不均勻磨損對輥交叉：調(diào)解范圍大有軸向力需在線磨輥機構復雜(1)軋輥交叉軋機2023/2/543CVC(ContinuouslyVariableCrown)軋機工作輥軸向移動輥身為花瓶型（3次曲線）通過軸向移動調(diào)整初始凸度可以在線調(diào)整凸度減少換輥(２)CVC軋機（ＳＭＳ技術）2023/2/544HC軋機的基本原理

用可軸向移動的中間輥來適應軋件寬度變化，消除有害接觸區(qū)，實現(xiàn)橫剛度無限大（板凸度不受軋制力影響）理想狀態(tài)HC軋寬板HC軋窄板(3)HC軋機（日立技術）2023/2/545板形控制能力的比較2023/2/546冷軋機板形控制能力小結：6輥軋機優(yōu)于4輥軋機，HC（UC）軋機優(yōu)于CVC軋機HC（UC）（錐形工作輥橫移），控制邊部減薄能力強CVC軋機控制邊部減薄控制能力差，因為：1）不能根據(jù)寬度變化橫移，2）不能使用錐形輥PC軋機板形控制能力強，但機構復雜有軸向力HC、PC軋機采用平輥，容易磨削CVC的S形輥則必須采用數(shù)控磨床磨輥板形控制能力的比較2023/2/547柔性邊軋機其它板形控制軋機2023/2/548VC(VariableCrown)軋機VC軋機其它板形控制軋機2023/2/5492023/2/550T-WRS軋機(TaperWorkRollShiftMill）工作輥軸向移動一端帶錐形段通過軸向移動使錐形段處于邊部減薄的位置來補償邊部減薄T-WRS

(錐型工作輥橫移）軋機

2023/2/551板形研究過程中遇到的困難板形問題甚為復雜，它主要表現(xiàn)為:1、板形不具單一性外觀上板形良好程度同樣的板帶，由于其內(nèi)部應力分布不同，可能繼續(xù)維持板形良好，也可能出現(xiàn)板形惡化。2023/2/5522023/2/553板形檢測時，或檢測其波浪度，或