板形控制技術(shù)緒論.ppt

1、2020/10/22,1,板形控制技術(shù)Shape Control Technique,安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院 材料成型與控制工程系 2006.8,2020/10/22,2,緒 論,背景 意義 發(fā)展 問(wèn)題,2020/10/22,3,背 景,板帶材是廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)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(biāo)，而板帶的幾何尺寸精度包括厚度和板形兩項(xiàng)內(nèi)容。目前，板厚控制精度己經(jīng)達(dá)到令人滿意的效果，厚度控制技術(shù)可以將板帶的縱向厚差穩(wěn)定地控制在成品厚度的1%或5m甚至2m的范圍內(nèi)，而板形控制技術(shù)尚未達(dá)到穩(wěn)定成熟的地步。,2020/10/22,4,

2、板形是影響板帶軋制正常進(jìn)行的一個(gè)重要的工藝因素。七十年代以來(lái)，板形研究一直是國(guó)際上板帶生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域的前沿和熱點(diǎn)，而且目前板形問(wèn)題仍普遍存在。從板形技術(shù)多種形式并存的現(xiàn)實(shí)可知，板帶技術(shù)仍在發(fā)展中，因而有關(guān)板形的研究無(wú)疑具有重大的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。,2020/10/22,5,良好的板形不僅是帶鋼用戶的永恒要求，也是生產(chǎn)過(guò)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(guān)注重點(diǎn)，板形理論和板形控制設(shè)備及技術(shù)的研究在近幾十年來(lái)一直是本領(lǐng)域中的熱點(diǎn)課題，并己經(jīng)取得長(zhǎng)足的進(jìn)展。,2020/10/22,6,板形控制技術(shù)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

3、越薄，則帶鋼的板形缺陷越嚴(yán)重；尤其用戶對(duì)汽車(chē)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(jì)算機(jī)實(shí)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(gè)不可缺少的環(huán)節(jié)。,2020/10/22,7,快過(guò)程,非線性,連軋過(guò)程特點(diǎn),軋制過(guò)程的特點(diǎn),2020/10/22,8,板形控制不僅對(duì)冷軋帶鋼有意義，而且對(duì)熱帶鋼的生產(chǎn)來(lái)說(shuō)也是十分重要的。因?yàn)樗粌H對(duì)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(huì)直接影響后續(xù)帶鋼冷軋過(guò)程中板形質(zhì)量的改善。從這種意義上說(shuō)，熱帶鋼軋機(jī)對(duì)板形控制技術(shù)的要求更為迫切。板形 控 制 在中厚板軋

4、機(jī)上也獲得應(yīng)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(lèi)軋機(jī)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(lèi)軋機(jī)上都極其重視板形檢測(cè)和板形控制技術(shù)的應(yīng)用。,2020/10/22,9,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(fù)雜，板形檢測(cè)控制在技術(shù)上還存在著很大困難。因而，從應(yīng)用角度來(lái)看，還不及板厚控制系統(tǒng)廣泛。根據(jù)有關(guān)資料介紹，我國(guó)每年由于板形不良造成的經(jīng)濟(jì)損失十分嚴(yán)重。如果我國(guó)板帶生產(chǎn)能力能夠廣泛采用各種新技術(shù)提高板形質(zhì)量，經(jīng)濟(jì)效益將十分可觀。所以，學(xué)習(xí)掌握板形控制技術(shù)是一項(xiàng)具有巨大經(jīng)濟(jì)意義的課程。,2020/10/22,10,板形控制技術(shù)的

5、發(fā)展,關(guān)于板形問(wèn)題的研究和應(yīng)用始于60年代。M.D Stone的彈性基礎(chǔ)梁理論和液壓彎輥的實(shí)用研究，使板形問(wèn)題取得了較大突破。板形控制技術(shù)從控制途徑上劃分為工藝方法和設(shè)備方法兩大類(lèi)。板形控制的工藝方法主要有:,2020/10/22,11,1.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(guò)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(guò)改變張力橫向分布來(lái)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(dòng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)板形的控制。,2020/10/22,12,2.異步軋制法： 使軋件在上下兩個(gè)圓周速

6、度不同的軋輥件完成軋制過(guò)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(guó)相繼進(jìn)行這方面的研究，工作開(kāi)展的相當(dāng)活躍。,2020/10/22,13,隨著板形基礎(chǔ)理論研究的不斷深入，及用戶對(duì)板形質(zhì)量要求的不斷提高，板形控制技術(shù)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(jì)80年代起開(kāi)始進(jìn)入實(shí)用階段，開(kāi)發(fā)出了各種各樣的新型軋機(jī)。,2020/10/22,14,3.液壓彎輥技術(shù) 加拿 大 Aclan公司率先于1965年采用液壓彎輥?zhàn)鳛檎{(diào)節(jié)板形的主要手段，于1969年配以板形檢測(cè)儀構(gòu)成

7、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(guò)工作輥或支撐輥輥頸施加液壓彎輥力，來(lái)瞬時(shí)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(lái)適當(dāng)?shù)倪x取液壓彎輥力，就可以達(dá)到控制板形的目的。這種方法進(jìn)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(fù)彎。液壓彎輥在改善板形方面是一項(xiàng)基礎(chǔ)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。,2020/10/22,15,2020/10/22,16,2020/10/22,17,2020/10/22,18,2020/10/22,19,2020

8、/10/22,20,2020/10/22,21,采用液壓彎輥技術(shù)，不僅對(duì)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(jìn)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(shí)，液壓彎輥技術(shù)仍存在很多問(wèn)題。首先，它是通過(guò)彎曲剛度很大的軋輥來(lái)實(shí)現(xiàn)的，最終的彎曲曲線基本上接近于二次曲線。而實(shí)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(fù)雜，常常出現(xiàn)一些比較復(fù)雜的板形缺陷，例如復(fù)合波、局部波等等，這些單靠液壓彎輥是無(wú)法解決的。其次，在板寬范圍以外，四輥軋機(jī)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。,2020/10/22,22,4.HC技術(shù)(Hi

9、gh Crown Control Mill) HC軋機(jī)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(jī)。這種軋機(jī)是在一般的四輥軋機(jī)中，在工作輥和支撐輥之間添加一對(duì)可以橫向移動(dòng)的中間輥，該軋機(jī)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。它除了具有液壓彎輥控制手段外，還有一個(gè)更重要的控制手段:橫向移動(dòng)中間輥。通過(guò)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(zhǎng)度，使其適應(yīng)板寬的變化。,2020/10/22,23,2020/10/22,24,2020/10/22,25,2020/10/22,26,2020/10/22,27,由于 H C 軋機(jī)的優(yōu)良

10、特性，它在冷軋領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。大量應(yīng)用于可逆軋機(jī)、平整機(jī)、連軋機(jī)等各類(lèi)軋機(jī)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(jī)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。,2020/10/22,28,5.CVC技術(shù)(Continuously Variable Crown) CVC 軋機(jī) (連續(xù)可變凸度軋機(jī))是德國(guó)SMS公司于1980年發(fā)明的。該軋機(jī)的研制成功為板形控制技術(shù)的發(fā)展開(kāi)辟了新天地。這種軋機(jī)主要是由兩個(gè)軸向可移動(dòng)的與嚴(yán)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(gè)工作輥形狀完全一致，但安放時(shí)互置180度，因而上下輥互補(bǔ)形

11、成一個(gè)對(duì)稱(chēng)的軋輥輥縫形狀。,2020/10/22,29,2020/10/22,30,軋機(jī)采用的工藝控制模型和技術(shù)控制系統(tǒng),2020/10/22,31,CVC系統(tǒng)的原理,2020/10/22,32,軋輥向相反方向作軸向移動(dòng)，就會(huì)使輥縫的幾何形狀發(fā)生變化。由于移動(dòng)方向和距離不同，軋輥的有效凸度會(huì)隨時(shí)改變。移動(dòng)距離和凸度之間是線性關(guān)系，每個(gè)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(huì)發(fā)生變化。,2020/10/22,33,6.軋輥交叉系統(tǒng) ( P C ) 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(yuǎn)的地方輥縫越大。這種設(shè)計(jì)的板凸度控制功能與采用帶

12、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(duì)輥交叉系統(tǒng)。,2020/10/22,34,2020/10/22,35,冷軋的板形缺陷,邊浪 中浪 二肋浪 雙肋浪 復(fù)合浪,翹曲度（急峻度）表示法,I單位表示法,2020/10/22,36,產(chǎn)生板形缺陷的原因軋輥彈性變形,2020/10/22,37,產(chǎn)生板形缺陷的原因軋輥熱膨脹,2020/10/22,38,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(lái)料凸度（局部高點(diǎn)）變化 來(lái)料變形抗力變化 設(shè)備參數(shù)不對(duì)稱(chēng)（機(jī)架、

13、彎輥、液壓缸） 軋制規(guī)程不合理,2020/10/22,39,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,2020/10/22,40,控制板形的措施各種板形控制軋機(jī),軋輥交叉軋機(jī) PC軋機(jī)（Pair Cross，對(duì)輥交叉） 軋機(jī) 軋輥橫移軋機(jī) CVC軋機(jī)（Continuous Variable Crown，連續(xù)可變凸度） C軋機(jī)（igh Crown，大凸度控制） C軋機(jī)（Universal Crown，萬(wàn)能凸度控制） 其它（VC軋輥，柔性邊軋輥，錐型輥橫移軋機(jī)）,2020/10/22,41,6H-3C軋機(jī)：達(dá)涅利開(kāi)發(fā)，中間

14、輥交叉，工作輥橫移 PC 軋機(jī)：三菱開(kāi)發(fā)，對(duì)輥交叉,中間輥交叉 軸向力大 不均勻磨損,對(duì)輥交叉： 調(diào)解范圍大 有軸向力 需在線磨輥 機(jī)構(gòu)復(fù)雜,(1) 軋輥交叉 軋機(jī),2020/10/22,42,CVC(Continuously Variable Crown )軋機(jī) 工作輥軸向移動(dòng) 輥身為花瓶型（3次曲線） 通過(guò)軸向移動(dòng) 調(diào)整初始凸度 可以在線調(diào)整凸度 減少換輥,() CVC軋機(jī)（技術(shù)）,2020/10/22,43,HC軋機(jī)的基本原理 用可軸向移動(dòng)的中間輥來(lái)適應(yīng)軋件寬度變化，消除有害接觸區(qū)，實(shí)現(xiàn)橫剛度無(wú)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(jī)（日立技術(shù)）

15、,2020/10/22,44,板形控制能力的比較,2020/10/22,45,冷軋機(jī)板形控制能力小結(jié)： 6 輥軋機(jī)優(yōu)于4輥軋機(jī)，HC（UC）軋機(jī)優(yōu)于CVC軋機(jī) HC（UC）（錐形工作輥橫移），控制邊部減薄能力強(qiáng) CVC軋機(jī)控制邊部減薄控制能力差，因?yàn)椋?1）不能根據(jù)寬度變化橫移，2）不能使用錐形輥 PC軋機(jī)板形控制能力強(qiáng)，但機(jī)構(gòu)復(fù)雜有軸向力 HC、PC 軋機(jī)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,2020/10/22,46,柔性邊軋機(jī),其它板形控制軋機(jī),2020/10/22,47,VC(Variable Crown)軋機(jī),VC軋機(jī),其它板形控制軋機(jī),2020/10/22,48,T-WRS軋機(jī) ( Taper Work Roll Shift Mill） 工作輥軸向移動(dòng) 一端帶錐形段 通過(guò)軸向移動(dòng) 使錐形段處于 邊部減薄的位置 來(lái)補(bǔ)償邊部減薄,T-WRS(錐型工作輥橫移）軋機(jī),2020/10/22,49,板形研究過(guò)程中遇到的困難,板形問(wèn)題甚為復(fù)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(yīng)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。,2020/10/22,50,2020/10/22,51,板形檢測(cè)時(shí)，或檢測(cè)其波浪度，或用張力輥檢測(cè)，但它都不能確