板形控制概述

1、軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室,冷軋帶鋼的板形控制技術,軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室東 北 大 學,王 鵬 飛,主要內(nèi)容,冷軋板形控制技術發(fā)展現(xiàn)狀,,平直,中浪,邊浪,板形的一般概念：,帶鋼是否平直,冷軋板形控制技術發(fā)展現(xiàn)狀,導致斷帶,導致后續(xù)加 工難度增大,板形快速調(diào)整—液壓彎輥,通過合理制定壓下規(guī)程可以一定程度上滿足板形控制的要求，但調(diào)節(jié)范圍受限，不能達到現(xiàn)代軋機板形控制精度的要求。為了更好地控制板形，特別

2、是在軋制過程中能及時地根據(jù)板形缺陷快速調(diào)整輥型以控制板形，廣泛采用彎輥的方法，即采用液壓缸的壓力使工作輥或支承輥產(chǎn)生附加彎曲，以改變輥縫形狀，保證板材平直度和斷面形貌偏差符合要求。,冷軋板形控制技術發(fā)展現(xiàn)狀,冷軋板形控制技術發(fā)展現(xiàn)狀,板形調(diào)節(jié)機構,冷軋板形控制技術發(fā)展現(xiàn)狀,普通四輥軋機,冷軋板形控制技術發(fā)展現(xiàn)狀,調(diào)節(jié)機構主要有工作輥正/負彎輥，軋輥傾斜控制，板形控制能力較弱，只能用于一般的冷軋帶鋼生產(chǎn)，或在連軋機中作為控制壓下機架，而不

3、作為板形調(diào)節(jié)機架,冷軋板形控制技術發(fā)展現(xiàn)狀,六輥軋機,冷軋板形控制技術發(fā)展現(xiàn)狀,六輥軋機 通過上下中間輥沿相反方向進行軸向的相對橫移，改變工作輥與中間輥的接觸長度，使工作輥和支承輥在板寬范圍之外脫離接觸，可以有效地消除有害接觸彎矩，使工作輥彎輥的控制效果得到了大幅增強。通過軋機中間輥的橫移，可以適應軋制板寬的變化，實現(xiàn)軋機的較大橫向剛度，具有較強的板形控制能力,HC及其它軋輥橫移式軋機,日本日立公司創(chuàng)立的HC軋機，即中間輥可以軸

4、向移動的六輥軋機，由于消除帶寬以外工作輥與支撐輥間的接觸，從而減小了工作輥撓度和帶材邊部減薄，并可以根據(jù)需要進行調(diào)整，提高了板形控制的能力，目前已得到了越來越廣泛的應用。 在HC軋機可移動中間輥和工作輥彎輥的基礎上，增設中間輥正彎輥，成為UC軋機，因而具有更強的板形控制能力。在HC軋機的基礎上，還可派生出工作輥也可以軸向移動的HCMW,UCMW六輥軋機，僅對工作輥進行軸向移動的HCM四輥軋機等。 工作輥軸向移動不僅有利于

5、控制板形，對均勻工作輥磨損也是非常有利的措施。無論是工作輥移動還是中間輥移動，都提高了彎輥力的作用效果。,冷軋板形控制技術發(fā)展現(xiàn)狀,冷軋板形控制技術發(fā)展現(xiàn)狀,六輥軋機的分類,冷軋板形控制技術發(fā)展現(xiàn)狀,六輥軋機板形調(diào)節(jié)機構主要有工作輥正/負彎輥、中間輥正/負彎輥、軋輥傾斜和中間輥橫移控制。六輥HC/UC類軋機剛度大、板形控制能力強，常用于單機架配置的生產(chǎn)，或者用于連軋機組中的末機架配置，用于實現(xiàn)成品帶鋼的板形控制。,冷軋板形控制技術發(fā)展現(xiàn)

6、狀,連續(xù)可變凸度軋機（CVC）,CVC軋機是德國西馬克公司于80年代初開發(fā)，第一臺軋機于1982年投入運轉。由于其獨特的控制板截面形狀和板形控制特性，自研制以來，在鋼板帶和鋁板帶軋制中獲得了廣泛的應用。,冷軋板形控制技術發(fā)展現(xiàn)狀,a. 中間位置 b. 正凸度 c. 負凸度,冷軋板形控制技術發(fā)展現(xiàn)狀,連續(xù)可變凸度軋機（CVC）,冷軋板形控制技術發(fā)展現(xiàn)狀,連續(xù)可變凸

7、度軋機（CVC）,分為CVC-4H和CVC-6H軋機CVC-4H軋機為四輥軋機，工作輥輥型磨削加工成具有一定曲線特征的形貌，實現(xiàn)軋機輥縫形狀的連續(xù)可變。CVC-6H軋機為六輥軋機，中間輥被磨削加工成具有一定曲線特征的形貌，通過中間輥橫移，實現(xiàn)軋機有載輥縫的連續(xù)可變。,CVC軋機控制板形的特點 CVC輥型和彎輥是CVC軋機控制板形的兩種獨立的控制方法。一般來說，一種方法只能控制一種簡單的板形缺陷（對稱邊浪或中間浪），兩種方法配

8、合一起使用才能既控制第一種簡單的又能控制第二種復雜的板形缺陷（四分之一浪或者邊中復合浪）。但如果兩種方法使用不當，第二種板形缺陷則不能得到有效控制。因此，存在CVC輥型調(diào)整與彎輥力調(diào)節(jié)兩種方法最佳配合的問題。理論上最佳配合的目標函數(shù)是出口帶材的橫向張力分布均勻，使總張力消失后帶材平直度達到板形精度的要求。,冷軋板形控制技術發(fā)展現(xiàn)狀,森吉米爾軋機具有整體鑄造（或鍛造)的機架，剛度大，并且軋制力呈放射狀作用在機架的各個斷面上。 工作輥徑

9、小，道次壓下率大，最大達86％。有些材料不需中間退火，就可以軋成很薄的帶材。 設備質(zhì)量輕，軋機質(zhì)量僅為同規(guī)格的四輥軋機的三分之一。軋機外形尺寸小，所需基建投資少。,冷軋板形控制技術發(fā)展現(xiàn)狀,森吉米爾軋機,冷軋板形控制技術發(fā)展現(xiàn)狀,冷軋板形控制技術發(fā)展現(xiàn)狀,冷軋機的發(fā)展方向,冷軋板形控制技術發(fā)展現(xiàn)狀,,,理論和設備,軋機裝備水平不斷提高；板形檢測設備的精度和穩(wěn)定性不斷提高；板形控制系統(tǒng)硬件平臺配置的不斷完善和提高。,,,計算機、通信

10、、仿真技術等學科的發(fā)展提高了板形控制的自動化、智能化水平；板形控制新理論、新工藝的出現(xiàn)帶來了新的板形控制思路。,冷軋板形控制技術發(fā)展現(xiàn)狀,冷軋板形控制技術代表軋鋼領域單項技術最高水平之一。板形控制是厚度控制沿帶材寬度方向上的延伸，調(diào)節(jié)機構多，各板形調(diào)節(jié)機構對板形的影響規(guī)律復雜，因此板形控制系統(tǒng)是一個多變量，強耦合，非線性的復雜控制系統(tǒng)。隨著用戶的要求逐漸增高，以及市場競爭的愈加激烈，國內(nèi)主要冷軋帶材生產(chǎn)廠均在冷軋生產(chǎn)線上使用板形控制系

11、統(tǒng)，而這些板形控制系統(tǒng)全部依賴進口。全世界只有極少數(shù)著名跨國公司可以提供全套工業(yè)生產(chǎn)所需的冷軋板形控制技術與控制系統(tǒng)。,,板形控制技術領先選手,冷軋板形控制技術發(fā)展現(xiàn)狀,,,冷軋板形控制技術發(fā)展現(xiàn)狀,我國板形控制技術的發(fā)展現(xiàn)狀,初步開發(fā)出滿足工業(yè)生產(chǎn)的板形控制系統(tǒng),尚未開發(fā)出可成熟用于實際工業(yè)生產(chǎn)的板形檢測設備,板形控制技術整體水平還比較低,,,,,,,,,,,,,,,,,,檢測設備,控制系統(tǒng),整體水平,冷軋板形控制技術發(fā)展現(xiàn)狀,

12、一是引進的板形控制系統(tǒng)與國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)的設備生產(chǎn)情況并不完全符合，板形控制系統(tǒng)功能單一，對產(chǎn)品規(guī)格和品種有嚴格的限制，難以滿足多樣化產(chǎn)品的生產(chǎn)要求，而且對來料帶鋼的質(zhì)量要求較高，在來料帶鋼存在板形缺陷時很難消除后續(xù)生產(chǎn)帶來的重疊板形缺陷；二是國外板形控制系統(tǒng)引進價格極為昂貴，維護費用和備件費用很高，中小鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)一般都難以負擔高昂的引進費用和維護費用。這限制了國外板形控制系統(tǒng)在國內(nèi)中小型鋼鐵企業(yè)的廣泛推廣應用。,引進的板形控制技術應用現(xiàn)

13、狀,冷軋板形控制技術發(fā)展現(xiàn)狀,,國內(nèi)外市場的激烈競爭,下游產(chǎn)業(yè)對帶鋼板形質(zhì)量要求的提高,國外公司對板形控制技術的封鎖,板形控制技術研究勢在必行,冷軋板形控制技術發(fā)展現(xiàn)狀,我國板形研究的發(fā)展方向,研究建立一系列板形控制核心模型，不斷發(fā)展板形控制理論，通過實際生產(chǎn)實驗開發(fā)和完善板形控制系統(tǒng)，使其在工業(yè)生產(chǎn)中能夠長期穩(wěn)定運行，擴大國產(chǎn)板形控制技術的工業(yè)應用范圍，為國內(nèi)冷軋企業(yè)的技術水平提高提供技術支持。開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權的板形控制系統(tǒng)，

14、打破國外公司的技術壟斷；從整體上提升我國冷軋機的板形控制水平，提高我國冷軋帶材產(chǎn)品的附加值和技術含量，提高我國冷軋帶材企業(yè)的國際市場競爭力。,板形控制的基本理論,1）. 板形缺陷的主要表示方法,相對波峰值表示相對長度差表示張力差表示帶鋼斷面的多項式表示矢量表示法,2）.帶鋼平直條件,：相對波峰值,：帶鋼平直部分長度,：帶鋼產(chǎn)生瓢曲的部分的振幅,相對波峰值表示,板形控制的基本理論,：帶鋼平直部分的長度,：帶鋼瓢曲部分的長度,：相

15、對長度差,相對長度差表示波浪部分的曲線長度相對于平直部分標準長度的相對增長量。相對長度差的 為一個I單位。,b. 相對長度差表示,板形控制的基本理論,帶鋼在張力作用下顯在板形缺陷消失，而變?yōu)闈撛诎逍稳毕荩藭r沿板寬方向出現(xiàn)張力不均勻分布。原來平直部分（即相對長度差為0的部分）受張力大，而原來有波浪部分（相對長度差大于0的部分）受張力小。此時板形可以用張力差來表示。,如果施加到標準長度部分的單位張力為 T0 則板寬方向上

16、某點的單位張力 T(X) 可以表示為：,又有 （其中 為彈性模量）,故有,c. 張力差表示,板形控制的基本理論,板形控制的基本理論,帶鋼的板形與帶鋼的斷面形貌有關，所以為了控制帶鋼的平直度，可以將帶鋼的板形用斷面形狀參數(shù)來表示。帶鋼斷面形狀可以用帶鋼厚度（帶鋼半厚）h(x)與板寬方向離開中心線距離x之間的數(shù)字表達式來表示。,式中 ： hc為

17、帶鋼中部厚度,表示斷面形狀特征的系數(shù),d. 帶鋼斷面的多項式表示,任何一個給定的斷面形狀都可以用上式來表達。但是除一次項與兩側壓下不等有關外，一般認為帶鋼是左右對稱的，所以奇次項不存在，同時為簡化計算，忽略高次項，因而上式可以簡化為：,由上式可知，只要知道了四個參量hc、a1、a2、a4 ，則斷面形狀就完全確定了。系數(shù)a1、a2、a4主要取決于軋輥凸度分布，單位長度軋制力分布，彎輥力大小和方向。,板形控制的基本理論,斷面形狀特征系數(shù)的確

18、定,根據(jù)板形良好條件有：,帶鋼來料的斷面形狀設為：,出軋帶鋼的斷面形狀設為：,板形控制的基本理論,板形控制的基本理論,則有：,為此必須滿足：,這種方法不是以板寬上某一點的板形來描述，而是以整個斷面的形狀來表示板形，所以它能反映復雜的板形缺陷。,這是研究某些板形控制系統(tǒng)時所采用的一種表示方法，它形象地表示了在板形控制系統(tǒng)的作用下板形變化的趨勢。設有某板形控制系統(tǒng)，當其設定值變化為1時，帶鋼的c點（中點），q點（半板中心），e點（邊部）的板

19、厚變化分別為 ac、aq、ae 它們?yōu)樵撓到y(tǒng)對板形的影響系數(shù)。以板寬方向為橫坐標x，以a為縱坐標，可以表示如下：,板形控制的基本理論,根據(jù)向量在坐標系中的位置可以確定帶鋼板形缺陷的分布趨勢,板形控制的基本理論,板形矢量 有兩個分量 和 ，即,根據(jù)該矢量在不同象限的位置，可以表示板形的不同變化趨勢和變化的劇烈程度。,板形控制的基本理論,板形控制的基本理論,邊部減薄的

20、原因,軋制力引起軋輥壓扁變形的分布特征：邊部軋輥壓扁量較小，軋制力越大，邊部減薄越嚴重。邊部金屬和內(nèi)部金屬的流動規(guī)律也顯著不同：邊部金屬所受側向阻力比內(nèi)部要小得多，側向阻力為0。,板形控制的基本理論,凡是影響軋制力分布的因素，也影響工作輥的壓扁分布，必然影響邊部減薄。例如增大壓下量，軋制硬質(zhì)材料等均會引起邊部減薄量增大。采用較大工作輥直徑，一方面會使軋件與軋輥的接觸弧長增加，從而增大縱向阻力，助長橫向流動，另一方面又會加大接觸壓扁，所

21、以必然會引起邊部減薄增大，由此可知，工作輥直徑越小，則邊部減薄也越小?？筛淖冚佇蝸頊p小邊部減薄，例如采用雙錐度工作輥以及可橫向抽動的單錐度工作輥。,邊部減薄,板形控制的基本理論,a. 產(chǎn)生板形缺陷的原因,如果板帶沿寬度方向上各部分有不均一的壓下變形，則必將產(chǎn)生不均一的縱向延伸。由于帶鋼是一個整體，個部分之間必將互相牽制，互相影響。因此帶鋼內(nèi)部就產(chǎn)生互相作用的內(nèi)應力。當這個內(nèi)應力足夠大時，就可能破壞帶鋼個部分之間維持平直的穩(wěn)定性條件，帶鋼

22、上就會產(chǎn)生波浪形，翹曲等板形缺陷。,b. 平直條件,要使帶鋼在軋制過程中保持平直，首要的條件就是保證帶鋼沿寬度方向上各處有均勻的延伸。,板形控制的基本理論,如圖所示為帶鋼變形前和變形后的斷面形狀， 和 分別表示帶鋼變形前中部和邊部的厚度； 和he分別表示帶鋼變形后中部和邊部的厚度，則帶鋼變形前和變形后的凸度 和 分別為：,板形控制的基本理論,為了獲得平直的帶鋼，應使帶鋼中部和邊部有相等的延伸量，應該保證：,即,由此可得,板形控制