板形控制技術緒論

1、2021-12-151安徽工業(yè)大學安徽工業(yè)大學材料科學與工程學院材料科學與工程學院材料成型與控制工程系材料成型與控制工程系2007.82007.82021-12-152主要內容主要內容1. 板形與板凸度的基本概念及影響因素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板形和平直度分析理論5. 彎輥分析彎輥分析6. 板形控制執(zhí)行機構板形控制執(zhí)行機構7. 熱軋板形與板凸度控制熱軋板形與板凸度控制8. 冷軋鋼板生產技術發(fā)展概況冷軋鋼板生產技術發(fā)展概況9. 冷軋帶

2、材的板形控制冷軋帶材的板形控制10. 輥系彈性變形理論輥系彈性變形理論2021-12-1532006年熱軋帶鋼總產量達到年熱軋帶鋼總產量達到7600萬噸萬噸/年。年。冷軋帶鋼冷軋帶鋼1500萬噸。萬噸。270016006002021-12-1542021-12-155背景意義發(fā)展問題2021-12-156 板帶材是廣泛應用于國民經濟各部門的重要材料，是鋼鐵工業(yè)的主干產品。板帶的材料性能、幾何尺寸和表面質量是其主要質量指標，而板帶的幾何尺寸精度包括厚度和板形兩項內容。目前，板厚控制精度己經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5m甚至2m的范圍內，而板形

3、控制技術尚未達到穩(wěn)定成熟的地步。2021-12-157 2021-12-158良好的板形不僅是帶鋼用戶的永恒要求，也是生產過程中保證帶鋼在各條連續(xù)生產線上順利通行的要求。改善帶鋼產品的板形一直是板帶生產的關注重點，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，并己經取得長足的進展。2021-12-159在板帶鋼生產中，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

4、環(huán)節(jié)。2021-12-1510多變量多變量強耦合強耦合快過程快過程非線性非線性連軋過程特點連軋過程特點軋制過程的特點軋制過程的特點2021-12-1511 板形控制不僅對冷軋帶鋼有意義，而且對板形控制不僅對冷軋帶鋼有意義，而且對熱帶鋼的生產來說也是十分重要的。因為熱帶鋼的生產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且也會直接影響后續(xù)帶鋼冷軋過程中板形質量的改善。從這種意義上說，熱帶鋼軋質量的改善。從這種意義上說，熱帶鋼軋機對板形控制

5、技術的要求更為迫切。機對板形控制技術的要求更為迫切。2021-12-1512板形板形 控控 制制 在中厚板軋機上也獲得應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類軋機上都極其重視板形檢測和板形控制技術的應用。控制技術的應用。2021-12-1513但是，由但是，由 于板形概念比較模糊，影響帶鋼平于板形概念比較模糊，影響帶鋼平直度

6、的因素又極為復雜，板形檢測控制在技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資料介紹，我國每年由于板形不良造成的經濟損失十分嚴重。如果我國板帶生產能力能濟損失十分嚴重。如果我國板帶生產能力能夠廣泛采用各種新技術提高板形質量，經濟夠廣泛采用各種新技術提高板形質量，經濟效益將十分可觀。所以，學習掌握板形控制效益將十分可觀。所以，學習掌握板形控制技術是一項具有巨大經濟意義的課程。技術是一項具有巨大經濟意義的課程。20

7、21-12-1514關于板形問題的研究和應用始于關于板形問題的研究和應用始于60年代。年代。M.D Stone的彈性基礎梁理論和液壓彎輥的實用研究，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形控制的工藝方法主要有: 2021-12-15151、合理安排不同規(guī)格產品軋制、合理安排不同規(guī)格產品軋制a.合理制訂軋制規(guī)程；合理制訂軋制規(guī)程；b.軋制調溫法；這種方法是通過改變工作輥的溫度軋制調溫法；這種方法是通過改變工作

8、輥的溫度分布，使工作輥的凸度發(fā)生變化，從而控制板形。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。具體又分為局部加熱法和局部冷卻法。c.張力控制法張力控制法;通過改變張力橫向分布來調節(jié)軋制力通過改變張力橫向分布來調節(jié)軋制力的橫向分布，并改善輥縫內金屬的橫向流動狀態(tài)，的橫向分布，并改善輥縫內金屬的橫向流動狀態(tài)，實現(xiàn)對板形的控制。實現(xiàn)對板形的控制。2021-12-1516 2、異步軋制法、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，軋制過程。在形式上分為異速軋制和異徑軋制，即使

9、軋件在變形區(qū)受到搓軋作用，消除磨擦峰從即使軋件在變形區(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。作開展的相當活躍。2021-12-1517隨著板形基礎理論研究的不斷深入，隨著板形基礎理論研究的不斷深入，及用戶對板形質量要求的不斷提高，及用戶對板形質量要求的不斷提高，板形控制技術經歷了輥型配置、軋輥板形控制技術經歷了輥型配置、軋輥冷卻、可變凸度軋輥、軋輥橫移及軋冷卻、可變凸度軋輥、軋輥橫移及軋輥交叉等發(fā)展階段。從輥交叉等發(fā)展階段

10、。從20世紀世紀80年代年代起開始進入實用階段，開發(fā)出了各種起開始進入實用階段，開發(fā)出了各種各樣的新型軋機。各樣的新型軋機。2021-12-15183、液壓彎輥技術、液壓彎輥技術 加拿加拿 大大 Aclan公司率先于公司率先于1965年采用液壓彎輥作年采用液壓彎輥作為調節(jié)板形的主要手段，于為調節(jié)板形的主要手段，于1969年配以板形檢測儀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量，構成閉環(huán)控制，大幅度提高了板帶材的板形質量，其基本原理是其基本原理是:通過工作輥或支撐輥輥頸施加液壓彎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，從而改變承輥力，來瞬時的改變軋輥的

11、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，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。就可以達到控制板形的目的。2021-12-1519這種方法進一步還可以分為工作輥彎曲和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，其他方義，

12、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。法都必須配合采用液壓彎輥。2021-12-15202021-12-15212021-12-15222021-12-15232021-12-15242021-12-15252021-12-15262021-12-1527 采用液壓彎輥技術，不僅對板形質量采用液壓彎輥技術，不僅對板形質量有十分顯著的提高，還可以使穿帶、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，液屬消耗和損壞軋輥的幾率。同時，液壓

13、彎輥技術仍存在很多問題。壓彎輥技術仍存在很多問題。2021-12-1528首先，它是通過彎曲剛度很大的軋輥來實首先，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，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

14、支撐輥之間的接外，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。觸壓力也限制了彎輥效果的發(fā)揮。2021-12-15294、HC技術技術(High Crown Control Mill)HC軋機是軋機是70年代日本日立公司和新日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)定性的板形和板凸度控制能力，板形穩(wěn)

15、定性好，而且可以控制邊部減薄。好，而且可以控制邊部減薄。2021-12-1530它除了具有液壓彎輥控制手段外，還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有一個更重要的控制手段:橫向移動橫向移動中間輥。通過上、下、中間輥向反方中間輥。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。觸長度，使其適應板寬的變化。 2021-12-15312021-12-15322021-12-15332021-12-15342021-12-15352021-12-1536由于由于 H C 軋機的優(yōu)良特性，它在冷軋機的優(yōu)良特性，它在冷軋

16、領域中得到了廣泛的應用。大量應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類軋機上。不僅可以大幅度地提高帶鋼的板形質量、成材率和軋機的生產鋼的板形質量、成材率和軋機的生產效率，而且可以節(jié)約能源，減少備用效率，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。輥的數(shù)目及降低軋輥消耗。 2021-12-1537 5、CVC技術技術(Continuously Variable Crown) CVC 軋機軋機 (連續(xù)可變凸度軋機連續(xù)可變凸度軋機)是德國是德國SMS公公司于司于1980年發(fā)明的。該軋機的研制成功為板形年發(fā)

17、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是由兩個軸向可移動的與嚴格的圓錐體稍有差別的別的S形輥身的工作輥組成。形輥身的工作輥組成。S形輥的輥頸差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，但安放時互置完全一致，但安放時互置180度，因而上下輥度，因而上下輥互補形成一個對稱的軋輥輥縫形狀?；パa形成一個對稱的軋輥輥縫形狀。 2021-12-15382021-12-1539軋機采用的工藝控制模型和技術控制系統(tǒng)2021-12-1540CV

18、C系統(tǒng)的原理系統(tǒng)的原理 中性凸度 正凸度 負凸度 2021-12-1541 軋輥向相反方向作軸向移動，就會使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，每個軋輥的凸度調節(jié)范圍約性關系，每個軋輥的凸度調節(jié)范圍約為為0-500um，由于，由于CVC輥形曲線選擇輥形曲線選擇的不同，軋輥的有效凸度也會發(fā)生變的不同，軋輥的有效凸度也會發(fā)生變化?；?2021-12-1542 6、軋輥交叉系統(tǒng)、軋輥交叉系統(tǒng) ( P C

19、) 軋輥交叉系統(tǒng)的主要目的是改變輥縫形狀，使得軋輥交叉系統(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：軸交叉系統(tǒng)有： (1)只有支撐輥交叉的支撐輥交叉系統(tǒng)；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)；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)。系交叉的對輥交叉系統(tǒng)。2021-12-15432021-1

20、2-1544冷軋的板形缺陷%100L5510E10LL 邊浪 中浪 肋浪 雙肋浪 復合浪翹曲度（急峻度）翹曲度（急峻度）表示法表示法I單位表示法單位表示法2021-12-1545產生板形缺陷的原因軋輥彈性變形2021-12-1546產生板形缺陷的原因軋輥熱膨脹2021-12-1547產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2021-12-1548冷軋鋼板的板形調整策略一次板形：調單側壓下二次板形：調彎輥高次板形：調橫移彎輥局部板形：調冷卻水分布2021-12-1549控制板形的措施各種板

21、形控制軋機 軋輥交叉軋機PC軋機（Pair Cross，對輥交叉）軋機 軋輥橫移軋機CVC軋機（Continuous Variable Crown，連續(xù)可變凸度）C軋機（igh Crown，大凸度控制）C軋機（Universal Crown，萬能凸度控制） 其它（VC軋輥，柔性邊軋輥，錐型輥橫移軋機）2021-12-1550 6H-3C軋機：軋機：達涅利開發(fā)，中間輥交叉，工作輥橫移達涅利開發(fā)，中間輥交叉，工作輥橫移 PC 軋機：軋機：三菱開發(fā)，對輥交叉三菱開發(fā)，對輥交叉中間輥交叉中間輥交叉 軸向力大軸向力大 不均勻磨損不均勻磨損對輥交叉：對輥交叉： 調解范圍大調解范圍大 有軸向力有軸向力 需在

22、線磨輥需在線磨輥 機構復雜機構復雜 (1) 軋輥交叉軋輥交叉 軋機軋機2021-12-1551CVC(Continuously Variable Crown )軋機軋機工作輥軸向移動工作輥軸向移動輥身為花瓶型輥身為花瓶型（3次曲線）次曲線）通過軸向移動通過軸向移動調整初始凸度調整初始凸度可以在線調整凸度可以在線調整凸度減少換輥減少換輥(a)(b)(c)(a)(b)(c)() CVC軋機（技術）軋機（技術）2021-12-1552 HC軋機的基本原理軋機的基本原理 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)，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

23、凸度不受軋制力影響實現(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）軋機（日立技術）2021-12-1553板形控制能力的比較2021-12-1554冷軋機板形控制能力小結：冷軋機板形控制能力小結： 6 輥軋機優(yōu)于輥軋機優(yōu)于4輥軋機，輥軋機，HC（UC）軋機優(yōu)于）軋機優(yōu)于CVC軋機軋機 HC（UC）（錐形工作輥橫移），控制邊部減薄能力強）（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：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，）不能根據(jù)寬度變化橫移，2）不能使用錐形輥）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，容易磨削軋機采用平輥，容易磨削 CVC的的S形輥則必須采用數(shù)控磨床磨輥形輥則必須采用數(shù)控磨床磨輥板形控制能力的比較2021-12-1555 柔性邊軋機柔性邊軋機其它板形控制軋機2021-12-1556 VC(Variable Crown)軋機軋機VC軋機其它板形控制軋機2021-12-15572021-12-1558 T-WRS軋機軋機 ( Taper Work Roll Shift Mill）工作輥軸向移動工作輥軸向移動一端帶錐形段一端帶錐形段通過軸向移動通過軸向移動使錐形段處于使錐形