板形与板形控制基础知识

首钢技师学院板形与板形控制基础知识首钢技师学院板形的基本概念板形控制的原理板形控制技术与设备123板形与板形控制基础知识首钢技师学院板凸度－指板带材沿宽度方向横截面的中部与边部的厚度差，也称为横向厚差。该厚度差取决于板带材轧后的断面形状或轧制时的实际辊缝形状。1．板形的基本概念板形是描述板带材形状的一个综合性的概念，主要包括：板凸度和平直度两个基本概念。从用户的角度，厚差是零最好；从轧制稳定的角度，应该有一定量的“中厚量”，异常的厚差存在将导致板形出现问题。正凸度负凸度理想断面形状板形与板形控制基础知识首钢技师学院平直度－指板带材的翘曲度，有无浪形、瓢曲等及其程度。其实质是板带材内部残余应力的分布，只要板带材内部存在残余应力，即为板形不良。如残余应力不足以引起板带翘曲，称为“潜在”的板形不良；如残余应力引起板带失稳，产生翘曲，则称为“表观”的板形不良。平直度良好中间浪形双边浪形拉应力压应力板形与板形控制基础知识首钢技师学院板形的表示方法⑴相对长度表示法将需测量的钢板沿横向裁成均匀的细条并平铺，可以看到各细条的长度不同，用其中某一条与设定的基准条的相对长度差就可以表示该处的板形的状况。Ll式中：△l－其它点与基准点长度差L－基准点长度510)(LlUnitII-Unit－称为1个“I”单位I-unit可以解释为：在测量中任意窄条与基准窄条的板形差如果为0.001%,那么就是一个I-unit,既十万分之一。也可以这样理解：1000mm长的钢带（测量中间的长度）经轧制后展开边部长度变为1000.01mm，那么边部与中心的板形差:(1000.01-1000)/1000,即1个I-uint。板形与板形控制基础知识首钢技师学院⑵波长表示法波长表示法是一种更为直观的表示法，认为有波浪的带钢其波形是正弦波，将其最短纵条（也就是平直的一段）视为一条直线，最长纵条视为一正弦波。%100vvLR22)4(Ll式中：λ－翘曲度RV－波幅LV－波长翘曲度与相对长度差之间的关系为：一般要求冷轧板的翘曲度应小于2%。板形与板形控制基础知识首钢技师学院⑶板凸度表示法板凸度表示法是一种表示板带材横截面形状的表示法，它是用截面中间的高度与距边部一定距离的截面高度差表示板凸度的大小。1echhhC式中：Ch－板凸度hc－板中间厚度he1－距板边一定距离的板厚度板形与板形控制基础知识首钢技师学院常见的板形缺陷常见的板形缺陷有：纵弯、横弯、镰刀弯、瓢曲、边浪、中浪、1/4浪、斜浪等等，这些缺陷有些是对称的，有些是不对称的。板形缺陷产生的主要原因是：钢板沿宽度方向各部位延伸的不均匀造成，浪形缺陷的存在与轧制时的辊缝有直接的关系。板形与板形控制基础知识首钢技师学院2.板形控制的原理⑴辊型与辊缝的概念辊型：轧辊辊身表面的轮廓形状称为辊型；原始辊型：是指刚磨削好的辊型；工作辊型：是指轧辊在受力和受热轧制时的辊型，又称承（负）载辊型。通常用辊身中部的凸度表示辊型的大小。其大小由轧辊的弹性变形（弯曲挠度、压扁）和不均匀热膨胀决定。a–凹辊型b-平辊型c-凸辊型板形与板形控制基础知识首钢技师学院上下两个轧辊都是平辊型，则原始辊缝是平的；如果上下两个工作辊都同为凸辊型，对应的原始辊缝形状就呈凹形的，此时轧件横断面的形状就是凹形；反之，若工作辊型都为凹辊型，则轧件横断面呈凸形。因此，除了来料的横断面形状以外，板形主要决定于工作辊缝的形状。平辊型平辊缝平断面凹辊型凸辊缝凸断面凸辊型凹辊缝凹断面板形与板形控制基础知识首钢技师学院⑵板形控制的基本原理设轧制前板带边缘的厚度为h1，轧前板凸度量（或称厚度差）为c1，轧后板凸度量为c2，所以轧前中间的厚度为h1+c1，轧制后板带横断面上的边缘厚度和中间厚度分别为h2和h2+c2。h2h1h1+c1h2+c2为使板形良好，坯料横断面必须“均匀变形”，即板带材边缘和中部的延伸率λ应相等。2211hchc或1122chch上述公式称为“理想的板形方程”，即要得到理想的板形，必须使轧制前的原始凸度率等于轧制后的凸度率。板形与板形控制基础知识首钢技师学院基于上述基本公式，有如下描述：⑴如果在轧制前就有凸度的原料经过轧制后不可能同时得到理想的凸度和平直度。⑵横向的厚度差只能在轧制的过程中与压缩比成比例减少，而不能完全消除。⑶要满足均匀变形的条件，保证成品板形良好，就必须使板带轧制前的厚度差c1和轧制后的厚度差c2的比值与延伸率λ相等；⑷或者使轧制前的板凸度率c1/h1等于轧制后的板凸度率c2/h2。板形与板形控制基础知识2211hchc1122chch或首钢技师学院3.板形控制技术与设备⑴传统板形控制技术不考虑轧件的弹性恢复，可以认为轧后带钢的断面形状和轧辊的工作辊缝（即承载辊缝）形状相同。在实际的轧制过程中，工作辊的辊缝形状取决于以下诸多因素的综合影响：序号影响因素来源1轧辊原始辊型辊型设计、磨辊2轧辊热凸度轧制时的冷却与润滑、轧制品种、轧制制度3轧辊磨损辊型轧制时的润滑、轧制品种、轧制制度4轧辊受轧制力的弹性弯曲轧制压力、轧制时的润滑、板宽的变化5轧辊的弹性压扁轧制压力、轧制时的润滑6板带轧制前的板凸度热轧带钢板形与板形控制基础知识首钢技师学院如果在轧制时上述各个影响因素都是稳定的，则通过合理的轧辊原始辊型设计，就可获得良好的板形。但是，在轧制过程中各因素是在不断变化的，需要随时补偿这些变化因素对轧辊工作辊缝的影响，以便获得良好的板形。传统板形控制的基本原则是：按照轧制过程中的实际情况，随时改变辊缝凸度，使其能满足获得良好板形的要求。除了为补偿各种因素造成辊缝形状的变化，预先将轧辊车磨成具有一定原始凸度或凹度，赋予轧辊辊面一定的原始形状，使得轧辊在轧制时仍能保持平直的辊缝外，传统的板形控制方法还有：“调温控制法”和“液压弯辊控制法”。板形与板形控制基础知识首钢技师学院①调温控制法人为地对轧辊的某些部分进行冷却或加热，改变轧辊辊身温度沿轴向的分布，以达到控制辊型的目的。控制手段是对沿辊身长度方向的冷却液流量进行分段控制，这种控制方法见效比较慢（原因是轧辊的热容量比较大），难以满足高速轧制的需要，只能作为一种其它板形控制的辅助手段。板形与板形控制基础知识首钢技师学院②液压弯辊控制法。液压弯辊利用液压缸施加在轧辊辊颈处的压力使轧辊辊身产生一个人为的附加弯曲，以补偿由于轧制力和轧辊温度等因素的变化而产生的工作辊辊缝形状的变化，以获得良好的板形。根据液压弯辊的对象和施加弯辊力的部位不同，通常可分为：弯曲工作辊和弯曲支撑辊，每种弯曲又分正弯和负弯。正弯工作辊负弯工作辊弯曲支撑辊板形与板形控制基础知识首钢技师学院⑵板形控制新技术液压弯辊技术虽然有一定的效果，但它受液压油源最大压力的限制（一般为20～30MPa），还不能完全补偿更换产品规格时的轧辊实际弯曲度的大幅度变化，并且还受到轧辊直径的影响。因此，人们研发出更有效的板形控制技术及相应的轧机。板形控制新技术的基本原理有两个：①增加承载辊缝的刚度。采用提高辊缝刚度系数来增加板形控制能力的辊缝，称为刚性辊缝型。如：HC轧机，采用双阶梯辊支撑辊或大凸度支撑辊的四辊轧机等。双阶梯辊支撑辊HC轧机HC轧机板形与板形控制基础知识首钢技师学院②加大轧辊承载辊缝的调节范围。在一般的四辊板材轧机上，工作辊原始辊型确定后基本上就是一定的了，显然相对恒定的工作辊原始辊型是不能适应各种变化着的轧制情况的。为此采用加大轧辊原始辊缝的调节范围来控制板形，称为柔性辊缝型。如：板带轧机中的CVC轧机、PC轧机、VC轧机等属于这一类型。CVC轧机示意图PC轧机示意图VC轧机示意图板形与板形控制基础知识首钢技师学院⑶板形控制轧机①HC轧机HC轧机起源于上世纪70年代的冷轧带钢，由日立与新日铁联合研制，其基本思路是：通过改变支撑辊与工作辊的接触状况来改变工作辊的挠度，特别是能有效的减轻支撑辊与工作辊之间的有害接触，进而改善板型。结构特点：在支承辊与工作辊之间安装一对可相反轴向移动的中间辊而成为六辊轧机。对于普通的四辊轧机，在工作辊与钢板不接触的部分，受到支撑辊的悬臂弯曲力的压迫，产生比较大的附加挠度，其大小与钢板的宽度成反比，若能根据钢板的宽度调整支撑辊的有效长度，就能减小工作辊的附加挠度。板形与板形控制基础知识首钢技师学院HC轧机具有以下特点：a具有良好的板凸度和板形控制能力。由于它的中间辊可以轴向移动，改变了工作辊和支撑辊的接触应力状态，基本消除了有害的接触应力，使工作辊弯曲减小。由于带材边部减薄量减少，减少了裂边和切边量，轧制成才率可提高1～2%;有害接触区使轧辊弯曲支撑辊支撑辊中间辊中间辊板形与板形控制基础知识首钢技师学院b工作辊的一端呈悬臂状态，用很小的力就能使工作辊的挠度明显改变，增强了弯辊的效能；c可采用小直径工作辊（比普通四辊轧机的工作辊小30%）、大压下量，减少轧制道次和中间退火的次数，节约了能源；d工作辊可不带原始凸度，减少了磨辊、换辊次数及备用辊的数量。悬臂状态弯辊弯辊HCM轧机－中间辊可轴向串动，利用工作辊液压弯辊和中间辊的轴向移动控制带钢的平直度。HCMW轧机－工作辊和中间辊均可轴向串动，利用工作辊的正负液压弯辊和工作辊、中间辊的轴向移动来控制带钢的平直度。板形与板形控制基础知识首钢技师学院②CVC轧机CVC(ContinuouslyVariableCrown)轧机是德国SMS公司于1982年提出的，称为连续可变凸度轧机。有两辊(CVC-2)、四辊(CVC-4)和六辊(CVC-6)三种结构形式；有工作辊、中间辊和支撑辊三种传动方式，轴向移动可以是工作辊、中间辊或两者同时进行。CVC轧机是将工作辊或中间辊的辊面设计成S形瓶状表面，大小直径差为0.4－0.7mm，两轧辊大小头在轧机上相互成180°方向配置，可以沿轴线相反方向移动，形成正负辊缝凸度，因轴向位移是无级变化的，所以便形成了连续变化辊缝凸度的控制效果。中性辊缝负凸度辊缝正凸度辊缝CVC轧机普通轧机板形与板形控制基础知识首钢技师学院CVC轧机的特点：aCVC轧机具有良好的带钢板形控制能力和稳定性，可以利用调整弯辊力、工作辊或中间辊轴向移动、分区冷轧等几个方面，求得最佳辊缝，得到最佳平直度。bCVC轧机使弯辊力始终处于比较小的状态，降低了弯辊力，提高轧辊和轴承的使用寿命。c支撑辊和工作辊的磨损基本与普通四辊轧机相同，而且由于工作辊轴向串动，工作辊带钢边部地区的磨损槽可以均匀化，减少了磨损槽的深度。d通过一组S形曲线轧辊可代替多组原始辊型不同的轧辊，减少了轧辊备品量；e辊缝调节范围较大。如：1700mm板带轧机的辊缝调整量可达600μm板形与板形控制基础知识首钢技师学院③PC轧机PC轧机即轧辊水平交叉轧机，是新日铁和三菱重工于1979年联合研制成功的，开始用于热轧机上，后来推广到冷轧机上。依轧辊交叉形式的不同分为三种类型：支撑辊交叉、工作辊交叉和工作辊、支撑辊成对交叉。前两种交叉因轧辊间有相对滑动，造成轧辊磨损、能量消耗和引起较大的轴向力。第三种交叉也称PC(Pair-CrossedRolls)轧机，避免了上述缺点，当轧辊交叉角度为1°时，该系统可以产生约为900μm的正凸度，有较好的实用价值。支撑辊交叉工作辊交叉工作辊、支撑辊成对交叉板形与板形控制基础知识首钢技师学院优点⑴有较大的轧辊凸度控制能力，轧辊轴线交叉角可在0~1.50度范围内调整，最大的轧辊凸度可达1000μm，居所有轧机之冠；⑵能有效地控制板带边部减薄；⑶轧辊辊型简单，节省了轧辊备件量，便于轧辊管理。缺点⑴只能获得相当于正凸度的辊型；⑵由于调整时轧辊水平旋转方向一角度，轧制时会产生较明显的水平轴向力，对轧辊轴承和轧机机架内侧均有较大的磨损。板形与板形控制基础知识首钢技师学院④VC轧机1977年日本住友金属公司研制成功，首先应用于平整机上，现已广泛用于冷热轧板带轧机上。VC轧辊称为可变凸度轧辊，即可作为四辊轧机的支撑辊，又可作为二辊轧机的工作辊。它是利用芯轴与套筒之间形成的密封高压油腔，以高压油的压力来改变轧辊凸度，控制板带的平直度，其凸度大小与油