板形與板凸度控制

第1章板形與板凸度的基本概念1

1.1板形及其度量1

1.1.1板形1

1.1.2板形的度量4

1.2板凸度8

1.3板形與板凸度的關(guān)系9

1.4邊部減薄10

參考文獻(xiàn)10

第2章板形和板凸度的影響因素分析11

2.1軋制力對(duì)板形和板凸度的影響11

2.2來料板凸度對(duì)板形和板凸度的影響12

2.3熱凸度對(duì)板形和板凸度的影響13

2.4初始軋輥凸度對(duì)板形和板凸度的影響14

2.5輥系直徑對(duì)板形和板凸度的影響15

2.5.1工作輥直徑對(duì)板形和板凸度的影響15

2.5.2支撐輥直徑對(duì)板形和板凸度的影響15

2.6軋輥接觸狀態(tài)與接觸長(zhǎng)度對(duì)板形和板凸度的影響16

2.6.1軋輥接觸狀態(tài)對(duì)板形和板凸度的影響16

2.6.2軋輥接觸長(zhǎng)度對(duì)板形和板凸度的影響16

2.7彎輥力對(duì)板形和板凸度的影響17

2.8軋輥磨損對(duì)板形和板凸度的影響17

2.9板寬對(duì)板形和板凸度的影響18

2.10張力對(duì)板形和板凸度的影響19

參考文獻(xiàn)19

第3章板形與板凸度控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)20

3.1WRB20

3.1.1彎輥力的配置21

3.1.2工作輥正彎21

3.1.3工作輥負(fù)彎及其控制21

3.1.4合理彎輥力的設(shè)置22

3.2WRS24

3.2.1WRS軋機(jī)的設(shè)計(jì)原理24

3.2.2WRS軋機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)24

3.2.3WRS軋機(jī)的邊部減薄控制25

3.2.4SFR與WRS28

3.3NBCM軋機(jī)29

3.3.1NBCM軋機(jī)的原理29

3.3.2NBCM軋機(jī)支撐輥輥型曲線的設(shè)計(jì)30

3.3.3NBCM軋機(jī)的配置32

3.4PC軋機(jī)34

3.4.1PC軋機(jī)的設(shè)計(jì)原理34

3.4.2PC軋機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)35

3.4.3PC軋機(jī)的軸向力35

3.4.4PC軋機(jī)在熱連軋機(jī)上的配置36

3.5PCS軋機(jī)37

3.5.1PCS軋機(jī)的設(shè)計(jì)原理37

3.5.2PCS軋機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)37

3.5.3PCS軋機(jī)在熱連軋機(jī)組的配置37

3.6CVC38

3.6.1CVC輥型設(shè)計(jì)原理38

3.6.2CVC軋機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)39

3.6.3四輥CVC軋機(jī)41

3.6.4六輥CVC軋機(jī)42

3.6.5CVC新輥型42

3.7HC軋機(jī)43

3.7.1HC軋機(jī)的結(jié)構(gòu)43

3.7.2HC軋機(jī)的功能44

3.7.3HC軋機(jī)的優(yōu)點(diǎn)48

3.7.4HC軋機(jī)的分類及應(yīng)用50

3.8UC軋機(jī)及其家族51

3.8.1UC軋機(jī)的結(jié)構(gòu)52

3.8.2UC軋機(jī)的板形控制特性52

3.8.3UC軋機(jī)的分類及應(yīng)用56

3.9軋輥分段冷卻57

3.9.1軋輥分段冷卻控制的原理與特點(diǎn)57

3.9.2系統(tǒng)組成與噴嘴結(jié)構(gòu)58

3.9.3分段冷卻控制策略59

3.10板形和板凸度控制手段的評(píng)述66

參考文獻(xiàn)68

第4章軋輥彈性變形的數(shù)學(xué)模型和計(jì)算方法69

4.1與軋輥彈性變形有關(guān)的基礎(chǔ)理論69

4.1.1梁的彎曲及其撓度曲線微分方程69

4.1.2梁的剪切撓度71

4.1.3變形能和卡氏定理71

4.1.4彈性基礎(chǔ)梁理論73

4.1.5半無(wú)限體模型及其應(yīng)用于軋輥彈性壓扁時(shí)的修正74

4.2軋輥彈性變形的解析方法76

4.2.1解析方法的初級(jí)階段——斯通和R.戈雷的工作76

4.2.2鹽崎模型79

4.2.3比較完善的解析方法——本城模型82

4.3影響函數(shù)法89

4.3.1離散化過程89

4.3.2影響函數(shù)91

4.3.3紹特的工作92

4.3.4艾德瓦爾茲等的工作98

4.3.5戶澤的工作及工作輥彈性壓扁影響函數(shù)103

4.4計(jì)算軋輥彈性變形的矩陣方法108

4.4.1輥間壓扁影響函數(shù)108

4.4.2矩陣方法的基本方程114

4.4.3計(jì)算方法115

4.5各類軋機(jī)輥系彈性變形的計(jì)算122

4.5.1橫移式四輥軋機(jī)輥系變形計(jì)算122

4.5.2PC軋機(jī)的輥系變形計(jì)算130

4.5.3CVC四輥軋機(jī)的輥系變形計(jì)算138

4.5.4六輥軋機(jī)的輥系變形計(jì)算140

參考文獻(xiàn)149

第5章軋輥熱變形的數(shù)學(xué)模型和計(jì)算方法151

5.1不考慮周向溫度變化的計(jì)算151

5.2考慮周向溫度變化的計(jì)算方法152

5.3工作輥橫移式軋機(jī)軋輥溫度的計(jì)算153

5.3.1工作輥模型單元?jiǎng)澐?53

5.3.2傳熱學(xué)的基本定律154

5.3.3軋輥溫度場(chǎng)的計(jì)算155

5.3.4工作輥熱凸度的計(jì)算156

5.3.5橫移方式的選擇157

5.3.6橫移方式對(duì)軋輥溫度場(chǎng)和熱凸度的影響158

5.3.7不同橫移步長(zhǎng)對(duì)工作輥熱凸度的影響159

5.4軋制過程中熱凸度的計(jì)算159

參考文獻(xiàn)162

第6章軋輥磨損163

6.1軋輥磨損的影響因素163

6.2軋輥磨損的數(shù)學(xué)模型163

6.3軋輥的在線研磨（ORG）165

參考文獻(xiàn)166

第7章金屬的三維流動(dòng)167

7.1有限元法168

7.1.1黏塑性有限元法168

7.1.2剛塑性有限元法169

7.1.3彈塑性有限元法171

7.2條元法173

7.3軋輥?zhàn)冃闻c軋件變形的耦合分析175

參考文獻(xiàn)176

第8章板形與板厚的解耦控制177

8.1CVC軋機(jī)軋輥橫移對(duì)厚度的影響177

8.2彎輥力對(duì)厚度的影響178

8.3板形板厚綜合控制178

參考文獻(xiàn)180

第9章熱軋板形和板凸度的控制181

9.1熱連軋機(jī)板形和板凸度的控制手段181

9.2熱軋板形控制策略182

9.2.1熱連軋機(jī)上下游機(jī)架的分工182

9.2.2邊部減薄的控制183

9.2.3SFR與板形板凸度控制184

9.3板形和板凸度控制模型186

9.3.1考慮來料板形的熱軋板形良好條件186

9.3.2板形與板凸度之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系189

9.3.3板凸度設(shè)定計(jì)算模型190

9.3.4熱連軋機(jī)機(jī)架間二次變形193

9.4熱軋板凸度的檢測(cè)與信號(hào)處理194

9.4.1輻射測(cè)厚原理194

9.4.2凸度儀的主要類型194

9.5熱軋平直度的檢測(cè)與信號(hào)處理196

9.5.1非接觸式感應(yīng)傳感器板形檢測(cè)裝置196

9.5.2利用轉(zhuǎn)像方法的光學(xué)平直度檢測(cè)儀198

9.5.3利用光截面法的光學(xué)平直度檢測(cè)儀199

9.6熱軋板形與板凸度控制系統(tǒng)199

9.6.1板形設(shè)定計(jì)算200

9.6.2軋輥熱膨脹和磨損的計(jì)算201

9.6.3板形自學(xué)習(xí)計(jì)算201

9.6.4板凸度自動(dòng)控制202

9.6.5平直度自動(dòng)控制202

參考文獻(xiàn)203

第10章冷軋板凸度和板形的控制204

10.1冷軋板形的檢測(cè)與信號(hào)處理204

10.1.1板形檢測(cè)裝置205

10.1.2檢測(cè)信號(hào)的補(bǔ)償處理229

10.2冷軋板形控制策略231

10.2.1板形檢測(cè)信號(hào)的分解231

10.2.2板形執(zhí)行機(jī)構(gòu)的分工238

10.3冷軋板形控制系統(tǒng)239

10.3.1板形控制系統(tǒng)構(gòu)成240

10.3.2板形預(yù)設(shè)定控制241

10.3.3板形前饋控制247

10.3.4板形反饋控制251

參考文獻(xiàn)2742100433B

軋制過程中的板形問題是衡量板帶材生產(chǎn)工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，良好的板形不僅可以提高產(chǎn)品的成材率，而且將給后部工序創(chuàng)造更好的生產(chǎn)條件，因此不斷提高板帶軋制過程中軋件的平直度、板凸度、邊部減薄等橫斷面指標(biāo)在實(shí)際的軋鋼生產(chǎn)中就顯得尤為迫切和重要。

本書從闡述板形與板凸度控制的基本理論出發(fā)，介紹了板形與板凸度控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并對(duì)各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及適用范圍進(jìn)行分析，還介紹了板形與板凸度控制的分析方法及熱軋、冷軋的板形控制系統(tǒng)。

本書特點(diǎn)在于結(jié)合引進(jìn)技術(shù)的消化、吸收和我國(guó)科技工作者的集成創(chuàng)新和自主創(chuàng)新，總結(jié)了國(guó)際、國(guó)內(nèi)在板形及其控制方面的進(jìn)展，反映了板形控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。本書不僅講述了基本原理和控制方法，而且列舉了大量的國(guó)內(nèi)外應(yīng)用的實(shí)例，它的理論與實(shí)踐相結(jié)合的特色將使廣大從事軋制過程研究的讀者受益。

中厚板的凸度對(duì)金屬收得率、企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和再加工工藝均有重要影響，其控制技術(shù)近年來發(fā)展迅速。軋板廠為了改善產(chǎn)品質(zhì)量的控制水平和減少鋼板凸度，將精軋機(jī)的支撐輥由傳統(tǒng)的圓柱形改為兩端的雙錐度形，即雙錐度支撐輥，應(yīng)用以來，已取得較好的效果。研究擬在分析各因素對(duì)雙錐度支撐輥鋼板凸度影響規(guī)律的基礎(chǔ)上，提出進(jìn)一步提高鋼板凸度控制水平的措施。

鋼板凸度雙錐度支撐輥改善鋼板凸度的機(jī)理

2800mm中厚板軋機(jī)的精軋機(jī)為四輥軋機(jī)，其支撐輥長(zhǎng)期以來采用傳統(tǒng)的圓柱形，軋制過程的力學(xué)模型示于圖1。由圖1可知，由于支撐輥和工作輥在輥身長(zhǎng)度上全部接觸，工作輥在板寬范圍以外作用著一個(gè)附加力矩，通常叫做有害力矩，從而使其撓度大于支撐輥的撓度。這樣，必然導(dǎo)致鋼板產(chǎn)生較大的凸度

如圖2所示，將支撐輥改為雙錐度形以后，對(duì)不同的鋼板寬度而言，在其范圍以外工作輥和支撐輥可部分、甚至全部脫離接觸。這樣，工作輥的有害力矩可在一定程度上減小，甚至全部消除，從而使鋼板產(chǎn)生的凸度相應(yīng)地減少。

將工作輥為平輥、支撐輥分別為圓柱形和雙錐度形條件下實(shí)測(cè)的不同成品厚度的鋼板凸度示于圖3?？芍?，曲線2位于曲線1的下方，且其斜率小于曲線1的斜率。也就是說，在一定條件下，雙錐度支撐輥不僅可使各種厚度產(chǎn)品的凸度明顯減少，而且還可使其間的凸度差減少。

應(yīng)強(qiáng)調(diào)指出，實(shí)測(cè)的各種工藝條件下的鋼板凸度均有類似圖3的特性，說明使用雙錐度支撐輥對(duì)于減小和穩(wěn)定鋼板凸度來說，具有明顯的效果。

鋼板凸度各種因素對(duì)雙錐度支撐輥鋼板凸度的影響

一般來講，若忽略軋件軋后的彈性回復(fù)和冷縮，鋼板的橫向厚度分布將與相應(yīng)板寬范圍內(nèi)實(shí)際工作輥縫的幾何輪廓形狀近似一致。實(shí)際工作輥縫幾何輪廓形狀主要與軋輥的原始凸度和其產(chǎn)生的彈性變形(彎曲和壓扁)及熱凸度有關(guān)。在軋制過程中，由于軋輥原始凸度不斷地發(fā)生磨損，軋輥產(chǎn)生的彈性變形和熱凸度又與軋件的材質(zhì)、規(guī)格(厚度和寬度)、溫度、變形量和軋制速度等一系列因素有關(guān)，故影響實(shí)際工作輥縫幾何輪廓形狀即影響鋼板凸度的因素是非常多而復(fù)雜的。為了便于分析各種因素對(duì)鋼板凸度的影響規(guī)律，我們對(duì)大量的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行取平均值和分類，以便采用單因素法對(duì)主要的因素進(jìn)行分析。

鋼板凸度進(jìn)一步提高鋼板凸度控制水平的幾點(diǎn)建議

（1）雙錐度支撐輥鋼板凸度規(guī)程效應(yīng)特性分析

由于雙錐度支撐輥可以部分減小，甚至全部消除有害力矩的影響，使軋輥的橫向剛度增大，從而可有效地減小鋼板凸度，并使鋼板凸度的規(guī)程效應(yīng)特性減弱，使鋼板凸度易于控制和穩(wěn)定。但是，鑒于上述，鋼板凸度仍然有明顯的規(guī)程效應(yīng)現(xiàn)象。比較起來，在現(xiàn)行工藝制度條件下，鋼板的材質(zhì)和厚度對(duì)凸度的影響較小，工作輥的原始凸度和板寬對(duì)凸度的影響則比較大。

由于接觸段長(zhǎng)度不易變更，進(jìn)一步提高鋼板凸度控制水平只有通過改進(jìn)工藝規(guī)程這一途徑。也就是說，只有利用上述凸度的規(guī)程效應(yīng)特性反過來對(duì)凸度進(jìn)行控制和改善。

（2）進(jìn)一步提高鋼板凸度控制水平的建議

鑒于上述分析，為了進(jìn)一步提高雙錐度支撐輥鋼板凸度的控制水平，建議采取的主要措施為：

①將工作輥的原始凸度定為0.05～0.15mm，在現(xiàn)行換輥制度下，在支撐輥的一個(gè)服役周期內(nèi)，初期工作輥的原始凸度取下限值，中后期隨著支撐輥磨損量的不斷增大，工作輥的原始凸度隨之增大，直至上限值。為了簡(jiǎn)化，在支撐輥服役中期，工作輥的原始凸度取0.1mm，后期取0.15mm。這樣，既可將各種產(chǎn)品的凸度控制在0.1mm以下較小的水平上，又可避免較寬規(guī)格的產(chǎn)品產(chǎn)生負(fù)凸度的情況。同時(shí)，又可適當(dāng)補(bǔ)償支撐輥磨損的影響，以保證鋼板凸度的控制水平比較穩(wěn)定。

②進(jìn)一步合理安排、調(diào)整產(chǎn)品品種的軋制順序。合理安排產(chǎn)品品種的軋制順序，必須兼顧設(shè)備(主要是軋輥)安全、凸度和板形控制、以及產(chǎn)品表面質(zhì)量等問題，這是項(xiàng)非常重要而又非常復(fù)雜的工作。針對(duì)2800軋機(jī)生產(chǎn)的具體情況，在安排產(chǎn)品品種順序時(shí)，換輥之后，由于是冷輥，沒有熱凸度，應(yīng)首先安排較厚、材質(zhì)較軟(變形抗力較小)和中等寬度的產(chǎn)品；待軋輥的熱凸度穩(wěn)定后，接著安排材質(zhì)較硬、寬而薄的產(chǎn)品；隨后，隨著軋輥凸度磨損量的不斷增大，再依次按寬度由寬到窄、厚度由薄到厚和材質(zhì)由硬到軟等來進(jìn)行安排。這樣，既可較好地兼顧上述有關(guān)問題，又可使雙錐度支撐輥的優(yōu)點(diǎn)得以充分發(fā)揮。

研究在首鋼3500mm中厚板軋機(jī)和南鋼2500mm中板軋機(jī)改造項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，對(duì)中厚板軋機(jī)的板形與板凸度控制技術(shù)進(jìn)行全面、系統(tǒng)和深入的研究，形成了一套比較完整的研究方法，并開發(fā)出相應(yīng)的控制模型；同時(shí)對(duì)中厚板軋機(jī)的發(fā)展方向CVC-PLUS軋機(jī)的板形控制技術(shù)進(jìn)行輥型設(shè)計(jì)和控制特性的研究，建立了相應(yīng)的分析模型。