鋼板凸度研究背景

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(kāi)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。

(1)建立了中厚板四輥軋機(jī)的工作輥和支撐輥磨損和熱膨脹模型，提出了工作輥彎輥力設(shè)定策略。定量地研究了工作輥和支撐輥輥型、鋼板寬度、軋制力、彎輥力等對(duì)鋼板凸度的影響，揭示了中厚板軋機(jī)的板形控制特性和板形變化規(guī)律。通過(guò)影響函數(shù)法，提出和建立了適合在線控制的承載輥縫凸度計(jì)算模型，并在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐中得到了應(yīng)用。

(2)通過(guò)對(duì)寶鋼5300mm寬厚板CVC-PLUS軋機(jī)工作輥輥型的剖析和數(shù)學(xué)推導(dǎo)而提出了CVC-PLUS軋機(jī)工作輥輥型設(shè)計(jì)原理；針對(duì)寶鋼引進(jìn)的5300mm軋機(jī)，通過(guò)“試算法”提出了一種新的支撐輥輥型模型，并回歸了輥型系數(shù)。結(jié)果表明，運(yùn)用本文的支撐輥輥型模型，在工作輥橫移狀態(tài)下，可以在一定程度上均勻輥間接觸壓力。依據(jù)CVC-PLUS軋機(jī)板形理論，利用提出的輥型，研究了軋制力、鋼板寬度和液壓彎輥力等對(duì)輥縫凸度的影響。結(jié)果表明：CVC-PLUS軋機(jī)可以大幅提高中厚板軋機(jī)的板形控制范圍。

(3)研究分析不同的中厚板軋機(jī)軋制規(guī)程設(shè)定。對(duì)普通四輥中厚板軋機(jī)采用負(fù)荷協(xié)調(diào)分配法制定軋制規(guī)程，以便在保證板形良好的同時(shí)，盡量發(fā)揮軋機(jī)的能力。而對(duì)中厚板CVC-PLUS軋機(jī)，提出了“帶有板形控制的滿負(fù)荷道次分配法”。通過(guò)CVC-PLUS輥型、液壓彎輥和工作輥橫移等強(qiáng)力板形控制手段，在充分發(fā)揮軋機(jī)最大能力的同時(shí)，又保證了最佳的板形控制質(zhì)量。研究結(jié)果表明：相同設(shè)備參數(shù)的中厚板CVC-PLUS軋機(jī)同普通四輥軋機(jī)相比，軋制相同規(guī)格的軋件時(shí)，總道次數(shù)要少2～6個(gè)道次，而且板形控制質(zhì)量要優(yōu)于普通四輥軋機(jī)。

(4)建立了中厚板軋機(jī)板形控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)針對(duì)普通中厚板軋機(jī)無(wú)板形檢測(cè)裝置的現(xiàn)狀，將板形分為大邊浪、邊浪、良好和中浪、大中浪等五個(gè)級(jí)別，在線軋制時(shí)由操作工目測(cè)、實(shí)時(shí)輸入板形信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)板形的在線控制和調(diào)節(jié)；而對(duì)CVC-PLUS軋機(jī)則利用板形儀和凸度儀，進(jìn)行動(dòng)態(tài)凸度和平直度控制。本文的板形控制系統(tǒng)充分利用了實(shí)時(shí)在線板形信息進(jìn)行反饋，與常規(guī)控制系統(tǒng)相比具有更強(qiáng)的魯棒性和控制精度；另外深入研究了中厚板軋機(jī)厚度控制和板形控制的相互影向以及消除這種影響所采用的解耦算法和數(shù)學(xué)模型。

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(lái)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(lái)，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(lái)采用傳統(tǒng)的圓柱形，軋制過(guò)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(shuō)，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(shuō)明使用雙錐度支撐輥對(duì)于減小和穩(wěn)定鋼板凸度來(lái)說(shuō)，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(lái)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(guò)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(lái)，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(guò)改進(jìn)工藝規(guī)程這一途徑。也就是說(shuō)，只有利用上述凸度的規(guī)程效應(yīng)特性反過(guò)來(lái)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(wèn)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(méi)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(lái)進(jìn)行安排。這樣，既可較好地兼顧上述有關(guān)問(wèn)題，又可使雙錐度支撐輥的優(yōu)點(diǎn)得以充分發(fā)揮。

1 　凸度不對(duì)稱

主要原因是計(jì)算輥輪位置或調(diào)整輥輪在標(biāo)尺上的位置不正確或未按要求找出軋輥中心所致。防止措施:除了認(rèn)真核對(duì)計(jì)算輥輪位置和準(zhǔn)確調(diào)節(jié)輥輪在標(biāo)尺上的位置外, 每次輥輪位置的變化均要調(diào)整模板置來(lái)找正軋輥中心后方可開(kāi)始磨削。

2 　凸度超差

凸度偏差的原因除了床身精度超標(biāo)外, 主要與成型機(jī)構(gòu)的間隙消除機(jī)構(gòu)調(diào)整不合適有關(guān), 另外對(duì)用頂尖支承軋輥的磨床, 還可能是由于頂尖與中心孔接觸不良引起。

解決方法:對(duì)床身精度原因引起的要對(duì)床身進(jìn)行必要的調(diào)整、校正, 以恢復(fù)其精度; 成型機(jī)構(gòu)引起的, 必須對(duì)成型機(jī)構(gòu)的間隙消除機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整,同時(shí)由于標(biāo)尺轉(zhuǎn)動(dòng)的角度極小, 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)非常精密, 對(duì)此必須潤(rùn)滑良好, 調(diào)整時(shí)不得隨意拆卸;如果是因頂尖與中心孔接觸不良引起, 應(yīng)重新修磨中心孔或改用托架支承軋輥。

軋輥凸度磨削正確與否, 直接關(guān)系到軋輥的磨削質(zhì)量和軋制產(chǎn)品的質(zhì)量, 而能否磨削出滿足要求凸度, 主要取決于以下幾個(gè)方面:

(1) 磨床精度及維護(hù)保養(yǎng)狀況。

(2) 磨削工藝參數(shù)(含砂輪) 的選擇是否合理。

(3) 操作人員的技術(shù)水平和工作責(zé)任心 。2100433B

軋輥凸度值的大小是以輥面中心處的直徑與輥面邊部直徑的差值來(lái)表示的, 即Cr=D - D0 或Cr = 2·Δt , 式中Cr 為軋輥凸度, D 為軋輥中心處直徑, D0 為輥面邊部直徑。