現(xiàn)代寬恕板矯直技術(shù)的發(fā)展

現(xiàn)代寬恕板矯直技術(shù)的發(fā)展

1冷矯鋼板的布置直機(jī)是彌補(bǔ)板產(chǎn)量的主要工藝之一?，F(xiàn)代寬厚板廠一般裝備2臺(tái)以上的矯直機(jī),按照被矯直鋼板的溫度和厚度作合理的分工。熱矯直機(jī)一般布置在冷床之前,被矯鋼板的厚度范圍一般較大,其矯直質(zhì)量影響到產(chǎn)品質(zhì)量,并為下工序剪切過(guò)程提供板形上的保證;冷矯直機(jī)的位置相對(duì)靈活些,有的布置在精整區(qū)域內(nèi),或在線,或離線,有的則布置在熱處理線后,冷矯鋼板相對(duì)較薄些。隨著控軋控冷技術(shù)(TMCP)在厚板生產(chǎn)中的應(yīng)用,鋼板強(qiáng)度有了很大提高。為滿足強(qiáng)冷后高強(qiáng)度鋼板的低溫矯直以及用戶對(duì)產(chǎn)品的高要求,一方面需保證矯直機(jī)有寬的矯直范圍,另一方面,要求矯后鋼板的平直度良好且殘余內(nèi)應(yīng)力最小,由此促進(jìn)矯直技術(shù)向全液壓、高負(fù)荷、高剛性、多功能方向發(fā)展。鋼板矯直機(jī)有輥式矯直和壓力矯直兩種。壓力矯直機(jī)的結(jié)構(gòu)與技術(shù)較為簡(jiǎn)單,矯直對(duì)象為特厚板。輥式矯直的厚度范圍一般在100mm以內(nèi),有的達(dá)120mm。目前現(xiàn)代化的寬厚板生產(chǎn)廠為了提高生產(chǎn)率,改善產(chǎn)品質(zhì)量,紛紛改造或新建四重式的熱矯直機(jī)或冷矯直機(jī)。從矯直效果方面考慮,希望矯后鋼板平直、殘余內(nèi)應(yīng)力降到最小程度,而且盡量一道次矯完;從矯直機(jī)結(jié)構(gòu)方面考慮,希望矯直輥無(wú)變形,輥距盡可能小,設(shè)備簡(jiǎn)單、實(shí)用。但這些要求未必能同時(shí)得到滿足,因此,要根據(jù)鋼板的品種規(guī)格、強(qiáng)度條件以及用戶方面的一些特殊要求來(lái)合理配置矯直機(jī)。2直機(jī)理2.1鋼板的形狀缺陷鋼板在軋制、冷卻及剪切過(guò)程中,由于各種因素的影響,往往會(huì)產(chǎn)生形狀缺陷,如圖1所示。為消除缺陷,需對(duì)鋼板進(jìn)行矯直。2.2輥式矯直機(jī)鋼板的不平直和彎曲程度以曲率來(lái)表示。如果鋼板具有單方向的單一原始曲率,則可通過(guò)一次性的彈塑性彎曲變形(反彎)得以矯直。但在實(shí)際生產(chǎn)中,鋼板的原始曲率不論大小和方向均是不相同的(0～±kmax)。因此,輥式矯直機(jī)的矯直過(guò)程是在消除原始曲率不均勻性的同時(shí)將鋼板矯直,由此決定鋼板反復(fù)彎曲、逐漸矯直的特點(diǎn)。按照每根矯直輥使鋼板產(chǎn)生的變形程度不同,可將矯直過(guò)程分成兩種理想的矯直方案:大變形量矯直和小變形量矯直。2.2.1鋼板殘余速率鋼板在原始曲率不均勻的條件下,彎曲變形總曲率越大,其彈復(fù)曲率的差值將越小,亦即鋼板彈復(fù)后的殘余曲率變化范圍Δk越小。根據(jù)此特點(diǎn),在第二、三輥上施加很大的反彎變形,使鋼板各部分的彎曲變形總曲率均達(dá)到很大數(shù)值,殘余曲率的不均勻性逐漸減小,如圖2所示。2.2.2殘余轉(zhuǎn)化率的消除小變形量矯直方案假設(shè)矯直機(jī)的上輥可單獨(dú)調(diào)整壓下量,且其壓下量(即反彎曲率)是按這樣的原則來(lái)確定的:進(jìn)入該輥的鋼板經(jīng)反彎和彈復(fù)后,其最大原始曲率應(yīng)完全消除。假設(shè)鋼板上僅A,B兩處存在原始曲率,且曲率值不同。經(jīng)第n輥矯直后,A處殘余曲率為零,B處殘余曲率為kbn。按照小變形量矯直方案,第n+1輥矯直的反彎曲率為-kbn,經(jīng)第n+1輥后,B處殘余曲率為零,但A處產(chǎn)生新的殘余曲率。如此反復(fù)矯直,整塊鋼板上殘余曲率的最大值反復(fù)變化,總的趨勢(shì)是在逐漸減小,直至消除。圖3顯示矯直過(guò)程中,經(jīng)各輥矯直后鋼板的最大殘余曲率逐漸減小的過(guò)程。2.2.3矯直機(jī)運(yùn)行結(jié)果輥式矯直機(jī)采用大變形量方案與小變形量方案結(jié)合的矯直工藝,可以用較少的輥?zhàn)荧@得較好的矯直效果。正因?yàn)槿绱?現(xiàn)代厚板矯直機(jī)在結(jié)構(gòu)上均具備沿矯直方向整體傾動(dòng)的功能,其結(jié)果使前3根矯直輥在矯直過(guò)程中對(duì)鋼板產(chǎn)生大壓下量,實(shí)現(xiàn)大變形量矯直;后面的矯直輥壓下量逐漸減小,近似實(shí)現(xiàn)小變形量矯直方案,使殘余曲率漸趨減少。圖4表示鋼板上每一點(diǎn)經(jīng)反復(fù)彎曲變形逐漸得以矯直的過(guò)程。但在矯直初期過(guò)分增大鋼板的變形程度對(duì)加工硬化明顯的材料和大斷面的鋼板是不利的。鋼板的中間瓢曲或邊部浪形(三元形狀缺陷)是由于板材沿長(zhǎng)度方向各纖維變形量不等造成的。為了矯正這種缺陷,需使鋼板產(chǎn)生適當(dāng)?shù)乃苄匝由?這要求矯直機(jī)具有彎輥功能或帶張力矯直功能。3現(xiàn)代雕塑技術(shù)的發(fā)展3.1矯直機(jī)裝置:擴(kuò)大矯直范圍,提高矯直質(zhì)量為使各種不平直的板形均得到有效矯平,世界上著名的冶金機(jī)械制造商如德國(guó)的德馬克(MDS)、西馬克(SMS)、日本三菱重工(MHI)等紛紛推出“第三代矯直機(jī)”,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上作出改進(jìn),以擴(kuò)大矯直范圍,提高矯直質(zhì)量。如采用矯直輥不同方向的預(yù)彎以消除鋼板邊緣波浪或中心瓢曲;采用上矯直輥傾斜以消除單邊波浪;矯直輥沿矯直方向傾動(dòng)以調(diào)整輥縫;入、出口輥單獨(dú)調(diào)節(jié)輥縫以利于鋼板的輸送;設(shè)有過(guò)載保護(hù)、快速換輥裝置;采用不同輥徑與輥距的組合方式以擴(kuò)大矯直范圍等。新一代矯直機(jī)均采用自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)模型設(shè)定和液壓AGC動(dòng)態(tài)輥縫調(diào)整。3.2世界上的幾種典型極化機(jī)的介紹與比較3.2.1越南-sds制造的越南-etMDS是世界上制造矯直機(jī)最多的廠商,自1982年以來(lái)為世界各地共提供22臺(tái)厚板矯直機(jī),其典型矯直機(jī)的規(guī)格及特點(diǎn)見(jiàn)表1。3.2.2為厚板廠提供的冷矯直設(shè)備SMS設(shè)計(jì)制造的寬厚板矯直機(jī)較少,僅6臺(tái),且多為冷矯設(shè)備。90年代以來(lái),為寬厚板廠提供的冷矯直設(shè)備均為HPL(HighPerformanceLeveller)型。表2所列為1995年SMS提供給法國(guó)敦刻爾克GTS廠的HPL型冷矯直機(jī)。3.2.3熱矯直機(jī)MHI自1984年以來(lái)共為日本和韓國(guó)的3套寬厚板軋機(jī)提供3臺(tái)熱矯直機(jī),3臺(tái)的型式各不相同(見(jiàn)表3),其中著名的川崎水島廠的15輥伸縮式矯直機(jī),其最大矯直力達(dá)41000kN,當(dāng)屬世界第一重型矯直機(jī)。3.2.4厚板矯直機(jī)通過(guò)幾種典型矯直機(jī)的介紹,可以看出MDS設(shè)計(jì)的矯直機(jī),在冷、熱矯直機(jī)矯直范圍的分工上較為明確,相應(yīng)地,其冷、熱矯直機(jī)在結(jié)構(gòu)功能上具有鮮明的特點(diǎn);SMS設(shè)計(jì)的厚板矯直機(jī)近年來(lái)主要以HPL型為代表,其功能既能滿足熱矯,亦能滿足冷矯,但實(shí)際上均作冷矯使用,作為熱矯使用的效果有待驗(yàn)證;MHI自80年代以來(lái)生產(chǎn)的厚板矯直機(jī)均為熱矯,共3種型式,各有一例應(yīng)用。綜上所述,就矯直機(jī)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)而言,MDS、SMS和MHI均有很強(qiáng)的實(shí)力,它們的產(chǎn)品代表當(dāng)今世界的最高水平,其中以MDS的技術(shù)最成熟,設(shè)備功能最實(shí)用。4矯直機(jī)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及規(guī)格擬建的寶鋼寬厚板軋機(jī)是國(guó)內(nèi)唯一的一套5m級(jí)軋機(jī),其主要產(chǎn)品為高強(qiáng)度船板、高韌性管線鋼以及高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)鋼和鍋爐容器鋼等,其中控軋控冷比例高達(dá)55%,鋼板的厚度范圍5～120(300)mm。這樣的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和規(guī)格,對(duì)矯直機(jī)的造型提出非常高的要求。為實(shí)現(xiàn)“建設(shè)世界一流寬厚板工廠”的目標(biāo),保證產(chǎn)品的板形和殘余應(yīng)力均達(dá)到要求的高水平,需在矯直設(shè)備上引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)以實(shí)現(xiàn)多種矯直功能,并合理配置冷矯與熱矯。4.1熱矯直機(jī)計(jì)劃熱矯直機(jī)布置在加速冷卻設(shè)備之后冷床之前,矯直厚度范圍為5～120mm。要在一臺(tái)矯直機(jī)上實(shí)現(xiàn)5～120mm厚度范圍內(nèi)所有鋼板的有效矯直是比較困難的。為了充分利用熱矯與冷矯2臺(tái)設(shè)備,宜在矯直范圍上作合適的分工,厚度12mm以下鋼板經(jīng)過(guò)熱矯直后若不能滿足平直度要求,可在入成品庫(kù)前進(jìn)行冷矯直。厚12～120mm的鋼板的平直度主要通過(guò)熱矯直得到保證。熱矯直的鋼板溫度一般在600～800℃之間,薄板溫度可能降至500～550℃。為了確保矯直溫度,必要時(shí)可在矯直機(jī)前輥道上設(shè)置噴淋冷卻裝置。鋼板在熱矯直機(jī)上一般矯1～3道,被矯鋼板熱態(tài)下的屈服強(qiáng)度最大為700MPa。根據(jù)工藝要求,參考國(guó)外先進(jìn)寬厚板廠熱矯直機(jī)的型式和性能參數(shù),擬選用11輥四重可逆式熱矯直機(jī),采用預(yù)應(yīng)力機(jī)架,剛性系數(shù)約10000kN/mm,最大矯直力不低于30000kN,輥徑與輥距不宜過(guò)大。因?yàn)楣に囈蠛穸?20～300mm的鋼板可以空過(guò)熱矯直機(jī),所以開(kāi)口度需考慮在400mm左右。矯直速度根據(jù)鋼板的厚度及強(qiáng)度性能確定,速度范圍0.8～2.0m/s。矯直壓下量主要取決于鋼板的矯直溫度與厚度,一般在1.0～5.0mm范圍內(nèi)選取。具有動(dòng)態(tài)輥縫調(diào)整(AGC)、矯直輥預(yù)彎、整體傾動(dòng)、入出口輥帶鋼調(diào)整等功能,能最大限度地消除可能出現(xiàn)的各種板形缺陷,矯直輥采用內(nèi)冷式冷卻,可整體快速換輥。矯直機(jī)矯直鋼板時(shí),不同的矯直輥之間存在一定的速度差,并導(dǎo)致傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生附加扭矩,故在以往的整體傳動(dòng)裝置上易發(fā)生傳動(dòng)軸斷裂或齒接手損壞。為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生,矯直輥盡量采用單獨(dú)傳動(dòng)或分組傳動(dòng)。4.2冷矯直機(jī)的傳動(dòng)和技術(shù)剪后鋼板經(jīng)平直度儀測(cè)量后,板形達(dá)不到要求的,需移至冷矯直線上進(jìn)行冷矯平。進(jìn)行冷矯的鋼板厚度范圍在5～35mm左右,冷矯鋼板的最大屈服強(qiáng)度為1000MPa,鋼板的冷矯直一般為2～3道次,必要時(shí)達(dá)5道次,各道次的壓下量不同。矯直壓下量取決于鋼板厚度和屈服強(qiáng)度,一般在1.0～3.0mm范圍內(nèi)選取。矯直速度主要根據(jù)鋼板的厚度和強(qiáng)度性能確定,速度范圍0.6～1.5m/s。冷矯直機(jī)具有動(dòng)態(tài)輥縫調(diào)整(AGC)、矯直輥預(yù)彎、整體傾動(dòng)、入出口輥帶鋼調(diào)整等功能,能最大限度地消除鋼板在冷卻和剪切過(guò)程中可能出現(xiàn)的各種板形缺陷。冷矯直機(jī)入口和出口處設(shè)有吸塵裝置,可在矯直前和矯直過(guò)程中清除鋼板上表面的氧化鐵皮。出于相同的原因,冷矯直機(jī)的傳動(dòng)裝置與熱矯直機(jī)一樣,應(yīng)盡量考慮采用單獨(dú)傳動(dòng)或分組傳動(dòng)。另外,作為冷矯直機(jī),每根矯直輥能夠單獨(dú)調(diào)整是非常有用的。矯直輥的獨(dú)立調(diào)節(jié)為設(shè)定矯直輥縫提供更大的自由度,也只有所有矯直輥縫均可單獨(dú)調(diào)節(jié),才有可能使彎曲最大的第三矯直輥到矯直機(jī)出口的厚板彎