7 中厚板板凸度和板形控制技术 - 图文

另外，根据上述经验公式可以看出，对于厚而窄的板材，横向流动的可能性较大，因而所允许的比例凸度变化就相应的要大。 7．1．6板平直度与板凸度的关系

作为板形横向典型指标的板凸度和纵向典型指标的板平直度之间的关系并不是相互独立的，它们彼此相互制约，相互影响，不可分割。

经理论推导，得出比例凸度差值?Cp与翘曲度λ之间存在以下关系：

而比例凸度差值?Cp与相对延伸差E之间的关系为：

?Cp =E (7-17)

由上述关系可见，板凸度和平直度之间的关系比较密切。板平直度的控制最终还要归结到板凸度的控制上，也即要归结到轧辊辊缝形状的控制上。 7．2中厚板轧机板凸度和板形控制手段

我们知道，在中厚板在线生产过程中，板形受多种因素的影响，如工作辊和支撑辊的磨损辊型、热辊型的变换、轧制力的波动和轧制计划的编排等。因此，对于普通四辊中厚板轧机的板形控制手段主要就是工作辊与支撑辊初始辊型设计和轧机压下负荷的动态分配。压下负荷动态分配通过调节各个道次的压下量改变其轧制力，从而使得钢板的出口凸度发生改变。但是，随着工作辊和支撑辊磨损的增加，压下负荷分配已经不能使钢板的出口凸度满足目标时，只能改变工作辊或支撑辊的辊型，即更换工作辊；在支撑辊服役后期，换工作辊也不能够达到控制板形目标的时候，则应该更换支撑辊，以有效地控制钢板的板形。一般来说，在一个工作辊的服役周期中，为了保证钢板的目标凸度，末道次的轧制压力随着工作辊的磨损应该逐渐减小，随着工作辊服役周期成周期性变化。 新建的中厚板轧机一般都设有弯辊或窜辊装置，如首钢3500mm中厚板轧机设有最大弯辊力为2000kN的弯辊系统；宝钢5300ram宽厚板轧机不仅有弯辊、窜辊装置，还采用了CVC-PLUS技术的工作辊和支撑辊辊型。这些装置给板形控制提供了自由度，它们的控制策略一般是前几个道次以控制板凸度为主，后几个道次以控制平直度为主。 7．2．1 中厚板轧辊辊型设计

由于目前国内中厚板轧机一般不具有板形控制装备，所以板形控制的能力较弱。合理的辊型设计和优化不但有利于板形控制，而且还具有在轧辊磨损区域内扩大轧辊使用周期的作用。辊型优化设计时需要考虑轧辊热凸度的影响，另外还要考虑磨床的加工能力。

在轧制过程中，轧辊受到轧制力的作用而产生弯曲变形、剪切变形和压扁变形，同时由于轧辊辊身长度方向上的温度不均匀而引起轧辊热凸度，这些都会对轧件出口凸度产生影响。辊型优化设计的目的就是消除以上因素对轧件出口凸度的影响，控制轧件出口凸度，改善辊间力分布，延长轧辊寿命，并使辊间接触长度具有根据轧件宽度变化而变化的能力，减少有害弯矩对出口板形的影响。 支撑辊辊型的设计有两个目标。第一个目标是减少有害接触区。有害接触区是板带轧制中导致板形恶化和引起边部减薄的重要原因。由于中厚板轧制是一个多道次可逆轧制过程，并且中厚板生产具有多规格、小批量的特点，所以宽度规格变化比较频繁。优化设计后的支撑辊辊型能够使工作辊和支撑辊的接触长度随着轧件宽度变化自动调节，减少端部辊间的有害接触。优化目标表达式为：

工作辊辊型优化是为了保证产品板形良好和板凸度最小。为了保证轧件在轧制过程中不发生跑偏现象，一般将辊缝的形状保持在一定的凸度。在轧制时工作辊不断磨损，工作辊凸度逐渐变小，辊缝凸度逐渐变大。但在新辊上机时轧辊温度升高，产生不均匀热膨胀。所以工作辊辊型优化的原则是在整个工作辊服役周期内保持承载辊缝为正。目前工作辊辊型曲线一般采用二次曲线或者余弦曲线。

工作辊与支撑辊的初始辊型是中厚板精轧机最重要的板形控制方法。合理的辊型设计，能够提高中厚板轧机板凸度和板形控制能力。

另外工作辊辊型设计直接影响轧件的侧弯控制。工作辊有载辊型对侧弯的影响是在推床不对中的基础上得出的。图7-7口表示工作辊有载凸度等于O时，只要钢板偏移轧辊中心线，轧辊两端轴承上所受的力不再相等，于是两边牌坊及零件的弹性变形不再相等，从而两个轧辊轴线不再平行，这就造成钢板两边压下率不相等，导致钢板两边出口厚度不相等。可以推导出，由于钢板偏移0的距离而引起的钢板两边厚度的差值?1为：

?1=4FaB／L2k (7-21)

式中F一轧制力； B——钢板宽度；

L——两压下螺丝轴线中心距； k——轧机刚度。

由轧制原理可知，压下率增加，将使金属出辊速度增加而进辊速度减小。既然钢板两边压下量不相等，则压下较大的一边出辊速度较大而进辊速度较小，使钢板出现侧弯，向着压下较小的那边继续偏移；同时咬入端轧件会向压下较小的那边发生偏移。所以不对中造成钢板偏移而产生的轧辊倾斜在轧制过程中具有自动扩大的趋势，因而钢板难以稳定，会出现侧弯，而且侧弯随着轧制的进行会自动扩大。图7-7b表示工作辊有载凸度为负时(图中将两个轧辊的凸度合并到下工作辊，而保持上工作辊凸度等于0)，虽然钢板偏移轧辊中心线造成的钢板两边厚度的差值等于?1，但是工作辊负凸度会使得钢板两侧厚度差值减小?2，显然这两种作用能够互相抵消。如果?2>?1，这时钢板具有自动定心作用。通过推导可以得出，在钢板偏移量很小时，钢板能够自动定心所必须的最小挠度值为：

2

y=FB2／kL+y0+yT+yW (7-22)

式中y——轧辊挠度值； y0——初始辊型； yT——轧辊热凸度； yW——轧辊磨损量。

图7-7c表示工作辊有载凸度等于正凸度时(图中将两个轧辊的凸度合并到下工作辊，而保持上工作辊凸度等于0)，钢板偏移轧辊中心线造成的钢板两边厚度的差值等于?1，工作辊正凸度会使得钢板两侧厚度差值继续增加?2，这在一定程度上加剧钢板侧弯的效果，所以轧辊的配辊对轧制稳定性影响很大。目前许多中厚板厂家忽略配辊，直接用平辊进行轧制，这时很容易造成侧弯，而且这种侧弯的走向非常随机，人工很难进行调节。 根据有载轧辊凸度模型可以很便捷地计算轧辊凸度的数值。不仅如此，各种控制参数与轧件凸度之间的量化关系也可很方便地通过模型得出。图7-8是根据国内某中厚板厂3500mm轧机参数计算得到的结果绘制而成的。从图中可以得出以下几个规律：

(1)对于同一宽度，如果支撑辊凸度保持不变，而且工作辊辊型从凸形变成凹形，则工作辊有载凸度逐渐减小。

(2)如果支撑辊凸度保持不变，轧件越宽，则轧辊有载凸度的变化范围越大，这说明工作辊有载凸度对宽度非常敏感。

(3)如果支撑辊凸度逐渐从正值变成负值，则使相应的工作辊有载凸度曲线近似向上平移，即在轧辊有载凸度变化范围基本保持不变的前提下，正凸度范围增大，负凸度范围减小。 (4)无论支撑辊凸度为正还是为负，在工作辊凸度为0附近，不同宽度下的轧辊有载凸度基本相等。

7．2．2考虑板形的最优负荷分配

从上面分析可知，在中厚板生产中，能够调节板形、板凸度的手段有：轧制力、弯辊力和可控辊型。对于CVC、PC等具有可调辊型手段和弯辊系统的轧机，可以通过板形一板厚协调控制来提高最后几个道次的轧制力，并根据实际轧制力的波动来动态调整弯辊力，保证轧件的最终出口凸度。然而对于没有弯辊装置的普通四辊中厚板轧机，在线板形的调整只能靠负荷的动态分配来完成。负荷的动态分配实质上就是在线动态调整每个道次的出人口厚度，改变各道次的轧制力，进而影响辊系的弯曲变形和剪切变形，改变辊缝形状，对轧件的凸度和平直度进行控制。关于负荷分配的有关内容可参见相关章节。 7．2．3液压弯辊

液压弯辊是开发与应用最早的板形控制技术，其应用效果早已获得一致公认。作为一种基本板形控制手段，液压弯辊在各种板形控制轧机中获得广泛应用。它是1965年开发的，1970年开始应用。其工作原理就是通过弯辊装置来提高或降低轧辊平衡力，改变轧辊间压力分布和轧辊弯曲变形。人们根据液压弯辊原理先后开发了单轴承座工作辊液压弯辊(WRB)、双轴承座工作辊液压弯辊(DCB)以及支撑辊液压弯辊(BURB)等轧机。 液压弯辊装置具有响应快、减小板凸度、改善板平直度、提高生产率及降低能耗等优点，所以在中厚板轧机上得到了比较广泛的应用。另外，它可“弓剐。以作为一种基本设置与CVC、PC或WRS技术联合使用。

中厚板轧机一般安装正弯辊系统(见图7-9)，通过弯辊来改变辊凸度。板形设定时可将弯辊力设定到50％～60％。这样在轧钢时既可正向调节又可反向调节。

分析中厚板轧制过程可知，对轧件板形和板凸度起决定性影响的道次主要是后三四个道次，前面道次轧件厚度比较厚，凸度遗传效应小，所以不必对一块钢所有轧制道次都采用弯辊进行板形控制，只需要在后几个关键道次采用弯辊进行板形和板凸度调整即可满足精度要求。

轧件的板凸度不仅与弯辊力相关，而且与轧制力密切相关，虽然弯辊设定策略给出了弯