中厚板矯直方案的選擇

中厚板矯直方案的選擇

0造成拉+直、直率中厚板作為中厚板制造的重要輔助設(shè)備，決定了中厚板產(chǎn)品的交付質(zhì)量和直接生產(chǎn)能力。特別是在中厚板生產(chǎn)過(guò)程中采用控軋控冷技術(shù)(TMCP)以后,為滿(mǎn)足強(qiáng)冷后高強(qiáng)度鋼板的低溫矯直以及用戶(hù)對(duì)中厚板產(chǎn)品的高精度要求,使得中厚板矯直技術(shù)的作用不斷提高,并由此促進(jìn)了現(xiàn)代矯直理論與矯直技術(shù)的發(fā)展。1中等厚板彎曲理論1.1厚板的形狀缺陷中厚板在生產(chǎn)過(guò)程中形狀缺陷主要是由鋼板在軋制過(guò)程中、快速冷卻、剪切以及熱處理過(guò)程中產(chǎn)生的彎曲、浪形、瓢曲等形狀缺陷,如圖1所示。1.2直原則的基本原則在中厚板生產(chǎn)中,多數(shù)被矯鋼板上的原始曲率的大小與方向均是隨機(jī)的(在0-±Cromax之間變化),即屬于具有多值原始曲率軋件的矯直問(wèn)題。采用的一般矯直原則是:對(duì)軋件進(jìn)行多次彈塑性反彎以消除其原始曲率的不均勻度,并逐漸將其矯平,達(dá)到矯直目的。目前,板材尤其是中厚板主要是采用輥式矯直機(jī)進(jìn)行矯直,可分為冷矯和熱矯兩種。中厚板由于其材質(zhì)、規(guī)格和尺寸的不同,需要的反彎次數(shù)也不同,因而輥式矯直機(jī)的輥數(shù)也有很大差別。通常,中厚板矯直機(jī)輥數(shù)多為5-13個(gè),其中5-7輥的多用于厚板矯直。按照每個(gè)矯直輥使鋼板產(chǎn)生的變形程度和最終消除殘余曲率的方法,可分為小變形矯直方案、大變形矯直方案以及整體傾斜方案。1鋼板反彎曲率該方案的矯直原則是:矯直反彎的壓下量用于消除鋼板在前一輥上產(chǎn)生的最大殘余曲率(即進(jìn)入該輥的最大原始曲率)。為達(dá)到消除該輥?zhàn)畲笤记誓康?該輥的反彎曲率1ρW1ρW應(yīng)等于鋼板的彈復(fù)曲率1ρf1ρf,即1ρW=1ρf1ρW=1ρf。小變形矯直方案的優(yōu)點(diǎn)在于在軋件原始曲率較大時(shí),能較快的消除原始曲率值的差值。2相對(duì)反彎曲率鋼板在多值原始曲率的情況下,彎曲變形總曲率越大,其彈復(fù)曲率差值越小,即鋼板彈復(fù)后的殘余曲率的變化范圍越小。根據(jù)此特點(diǎn),在第二、三輥上采用很大的相對(duì)反彎曲率,使軋件個(gè)部分的總彎曲變形曲率達(dá)到很大數(shù)值,則使彈復(fù)曲率接近于同方向的某一個(gè)數(shù)值,即可迅速地將殘余曲率減小,使整個(gè)軋件長(zhǎng)度方向上幾乎成為單值曲率。然后經(jīng)過(guò)幾次反彎后,軋件趨于平直,達(dá)到矯直目的。3《刑罰》第55w,前端壓下量的相對(duì)反彎曲率,共實(shí)行第2輥25該矯直方案主要是通過(guò)調(diào)整首尾端的壓下量,使首端壓下量使其相對(duì)反彎曲率CWˉˉˉˉˉ=3?5CWˉ=3-5,尾端壓下量的相對(duì)反彎曲率CWn?1ˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉ=1CWn-1ˉ=1。當(dāng)確定第二輥及倒數(shù)第二輥(n-1輥)上的反彎曲率后,就可按線性規(guī)律確定其它矯直輥的反彎曲率。該矯直方案的優(yōu)點(diǎn)在于符合鋼板矯直過(guò)程的變形特點(diǎn)。1.3材料在高溫下的應(yīng)力—中厚板矯直理論存在的不足材料高溫變形抗力的影響在軋件矯直的模型設(shè)定過(guò)程中,材料的變形抗力對(duì)矯正精度具有重要影響。由于中厚板矯直的矯直溫度通常為450℃-600℃,部分達(dá)到800℃左右,屬于高溫矯直。在這種高溫狀態(tài)下,板材的變形抗力與常溫狀態(tài)下已經(jīng)存在很大差別。根據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道,各種資料多以材料在常溫下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系作為計(jì)算的基礎(chǔ),使得熱矯過(guò)程的力能參數(shù)設(shè)定存在較大的誤差。為精確設(shè)定矯直機(jī)的壓下量、計(jì)算矯直過(guò)程中曲率的變化,在設(shè)計(jì)或改造中厚板矯直機(jī)的過(guò)程中,必須要通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定材料在高溫下的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系,以達(dá)到精確設(shè)定矯直參數(shù)的目的。根據(jù)北京科技大學(xué)的研究結(jié)果,材質(zhì)為16Mn厚度為6mm寬度為3000mm的鋼板在相同板厚和相同原始曲率的條件下,矯平500℃板材的總矯直力比矯平600℃的板材要增加30%左右。因此,確定在不同矯直溫度下的材料的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系,進(jìn)而確定材料在矯直過(guò)程中的彈復(fù)能力對(duì)于精確設(shè)定矯直機(jī)的力能參數(shù)具有重要意義。1.3.2壓下量數(shù)學(xué)模型的開(kāi)發(fā)矯直機(jī)的壓彎量作為矯直過(guò)程的重要力能參數(shù)。在現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道中,國(guó)內(nèi)關(guān)于其計(jì)算多是一些近似算法,嚴(yán)重影響了矯直機(jī)的矯直精度與質(zhì)量。為適應(yīng)計(jì)算機(jī)精確設(shè)定矯直機(jī)壓下量的需要,壓下量數(shù)學(xué)模型的開(kāi)發(fā)使用已經(jīng)顯示出重要的作用。國(guó)外已有計(jì)算機(jī)用壓彎量數(shù)學(xué)模型的開(kāi)發(fā)使用。國(guó)內(nèi)在這方面的研究工作雖然已經(jīng)取得初步成果,但基本處于起步探索階段,對(duì)其研究還需進(jìn)一步深入。此外,國(guó)內(nèi)在矯直設(shè)備是設(shè)計(jì)制造上,由于矯直理論和技術(shù)水平的限制,存在著設(shè)計(jì)矯直力大于實(shí)際矯直力、矯直機(jī)整體自控水平低等問(wèn)題,導(dǎo)致不能充分發(fā)揮矯直設(shè)備的實(shí)際矯直能力,影響了中厚板廠矯直范圍的擴(kuò)大。1.4厚板彎曲變形解析為提高矯直精度,得到中厚板彎曲變形的精確解析,人們開(kāi)始采用精確的數(shù)值計(jì)算方法來(lái)模擬中厚板的矯直過(guò)程。日本伊丹3等人利用有限元方法(FEM)對(duì)中厚板的彎曲變形進(jìn)行了解析,其在用有限元計(jì)算的過(guò)程中,通過(guò)考慮板的對(duì)稱(chēng)性,將板寬的一半分成10份,長(zhǎng)度方向分成75份,板厚方向分成4份,共分成3000個(gè)等份。通過(guò)設(shè)定矯直過(guò)程的力能參數(shù),得到了較為精確的理論計(jì)算結(jié)果,如圖2所示。通過(guò)將沿長(zhǎng)度方向上計(jì)算結(jié)果與實(shí)際測(cè)量值進(jìn)行比較,可見(jiàn)用有限元方法解析中厚板彎曲變形問(wèn)題具有較高的精確度,通過(guò)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),通過(guò)劃分更多的有限元單元網(wǎng)格個(gè)數(shù),可得到更為精確的理論計(jì)算結(jié)果。目前,對(duì)矯直變形過(guò)程的研究已經(jīng)從對(duì)孤立、靜止的點(diǎn)、段的研究轉(zhuǎn)向?qū)^為系統(tǒng)和連續(xù)矯直過(guò)程的研究,從利用純機(jī)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算向應(yīng)用精確的數(shù)值解析方法進(jìn)行模擬的方向發(fā)展,為新一代矯直機(jī)的設(shè)計(jì)制造奠定了重要的理論基礎(chǔ)。2其他冷、熱矯直機(jī)中厚板廠采用的熱矯直機(jī)多為四重11輥式矯直機(jī),此外常見(jiàn)的為9輥、15輥式冷、熱矯直機(jī)。矯直鋼板厚度范圍為5mm-100mm。其主要特點(diǎn)是高剛度、全液壓調(diào)節(jié)以及具有較高的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。2.1中厚板矯直機(jī)為適應(yīng)TMCP工藝技術(shù)的應(yīng)用,世界上著名的冶金機(jī)械設(shè)備制造廠家如德馬克(MDS)、西馬克(SMS)、日本的三菱重工(MHI)等紛紛推出所謂的“第3代矯直機(jī)”,代表了當(dāng)今世界矯直技術(shù)的最高水平。MDS是世界上制造矯直機(jī)最多的生產(chǎn)廠家,自1982年以來(lái)為世界各地共提供了二十多套中厚板矯直機(jī),其制造的典型矯直機(jī)的規(guī)格及特點(diǎn)見(jiàn)表1。SMS設(shè)計(jì)制造的中厚板矯直機(jī)多為冷矯設(shè)備。20世紀(jì)90年代以來(lái),為中厚板廠提供的冷矯設(shè)備均為HPL(HighPerformanceLeveiler)型。表2所列為1995年提供給法國(guó)敦刻爾克GTS廠的HPL型冷矯直機(jī)。MHI自1984年以來(lái)共為日本和韓國(guó)的寬厚板生產(chǎn)線提供了3臺(tái)熱矯直機(jī),表2中所示為提供給浦項(xiàng)寬厚板廠的新型熱矯直機(jī)。國(guó)外第三代矯直機(jī)通過(guò)改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),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)大矯直范圍以擴(kuò)大矯直范圍等。此外,新一代矯直機(jī)還通過(guò)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)整先進(jìn)技術(shù),來(lái)提高中厚板的矯直質(zhì)量。2.2熱矯直機(jī)在中國(guó)第一上海蒲鋼新型11輥矯直機(jī)投產(chǎn)后,由于其使用效果優(yōu)良,國(guó)內(nèi)各中厚板生產(chǎn)廠家因此先后共改造了10多臺(tái)矯直機(jī),該類(lèi)矯直機(jī)的主要特點(diǎn)是:矯直能力大,功能多,矯直質(zhì)量好,矯直鋼板范圍寬,具有快速換輥裝置,上排或下排矯直輥可整體傾動(dòng),進(jìn)出輥可單獨(dú)調(diào)整,有安全保護(hù)裝置等。該11輥熱矯直機(jī)主要技術(shù)性能指標(biāo)見(jiàn)表3。為提高中厚板矯直質(zhì)量,提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力,濟(jì)鋼中板廠已與北京科技大學(xué)展開(kāi)合作,對(duì)其使用的11輥矯直機(jī)進(jìn)行了技術(shù)改造,并取得較好的矯直效果;首鋼也已與太原重型機(jī)器廠、太原重型機(jī)械學(xué)院展開(kāi)技術(shù)合作,共同改造其原有的11輥中厚板熱矯直機(jī),以提升其矯直能力,提高矯直質(zhì)量。此外,今年舞鋼已與德國(guó)西馬克·德馬格公司簽定合同,引進(jìn)一臺(tái)具有當(dāng)今世界先進(jìn)水平的冷/熱厚板矯直機(jī)。該矯直機(jī)主要用于軋制后鋼板的矯平,以消除鋼板在軋制過(guò)程中、快速冷卻和熱處理過(guò)程中產(chǎn)生的浪形,提高鋼板表面質(zhì)量。該設(shè)備采用了當(dāng)今世界上先進(jìn)的預(yù)彎輥技術(shù)和模型自動(dòng)控制技術(shù),根據(jù)不同鋼種的屈服強(qiáng)度,可對(duì)厚度7mm-100mm的所有鋼種進(jìn)行冷/熱矯平,矯直精度和自動(dòng)化程度較高。國(guó)內(nèi)中厚板廠通過(guò)技術(shù)改造與引進(jìn),其矯直設(shè)備的技術(shù)水平正得到不斷提高。3整體技術(shù)水平通過(guò)上述分析比較,可以看出在中厚板矯直技術(shù)研究上國(guó)內(nèi)與國(guó)外還存在較大的差距,在矯直