板形控制概述

RAL轧制技术及连轧自动化国家重点实验室冷轧带钢的板形控制技术轧制技术及连轧自动化国家重点实验室东北大学王鹏飞RAL主要内容112233冷轧板形控制技术的发展现状板形控制理论44板形检测技术板形控制系统RAL冷轧板形控制技术发展现状平直中浪边浪板形的一般概念：带钢是否平直RAL冷轧板形控制技术发展现状导致断带导致后续加工难度增大RAL板形快速调整—液压弯辊通过合理制定压下规程可以一定程度上满足板形控制的要求，但调节范围受限，不能达到现代轧机板形控制精度的要求。为了更好地控制板形，特别是在轧制过程中能及时地根据板形缺陷快速调整辊型以控制板形，广泛采用弯辊的方法，即采用液压缸的压力使工作辊或支承辊产生附加弯曲，以改变辊缝形状，保证板材平直度和断面形貌偏差符合要求。冷轧板形控制技术发展现状RAL冷轧板形控制技术发展现状板形调节机构普通四辊轧机+--RAL冷轧板形控制技术发展现状普通四辊轧机RAL冷轧板形控制技术发展现状调节机构主要有工作辊正/负弯辊，轧辊倾斜控制，板形控制能力较弱，只能用于一般的冷轧带钢生产，或在连轧机中作为控制压下机架，而不作为板形调节机架RAL冷轧板形控制技术发展现状六辊轧机RAL冷轧板形控制技术发展现状六辊轧机通过上下中间辊沿相反方向进行轴向的相对横移，改变工作辊与中间辊的接触长度，使工作辊和支承辊在板宽范围之外脱离接触，可以有效地消除有害接触弯矩，使工作辊弯辊的控制效果得到了大幅增强。通过轧机中间辊的横移，可以适应轧制板宽的变化，实现轧机的较大横向刚度，具有较强的板形控制能力RALHC及其它轧辊横移式轧机日本日立公司创立的HC轧机，即中间辊可以轴向移动的六辊轧机，由于消除带宽以外工作辊与支撑辊间的接触，从而减小了工作辊挠度和带材边部减薄，并可以根据需要进行调整，提高了板形控制的能力，目前已得到了越来越广泛的应用。在HC轧机可移动中间辊和工作辊弯辊的基础上，增设中间辊正弯辊，成为UC轧机，因而具有更强的板形控制能力。在HC轧机的基础上，还可派生出工作辊也可以轴向移动的HCMW,UCMW六辊轧机，仅对工作辊进行轴向移动的HCM四辊轧机等。工作辊轴向移动不仅有利于控制板形，对均匀工作辊磨损也是非常有利的措施。无论是工作辊移动还是中间辊移动，都提高了弯辊力的作用效果。冷轧板形控制技术发展现状RAL冷轧板形控制技术发展现状六辊轧机的分类RAL冷轧板形控制技术发展现状六辊轧机板形调节机构主要有工作辊正/负弯辊、中间辊正/负弯辊、轧辊倾斜和中间辊横移控制。六辊HC/UC类轧机刚度大、板形控制能力强，常用于单机架配置的生产，或者用于连轧机组中的末机架配置，用于实现成品带钢的板形控制。RAL冷轧板形控制技术发展现状连续可变凸度轧机（CVC）CVC轧机是德国西马克公司于80年代初开发，第一台轧机于1982年投入运转。由于其独特的控制板截面形状和板形控制特性，自研制以来，在钢板带和铝板带轧制中获得了广泛的应用。RAL冷轧板形控制技术发展现状RALa.中间位置b.正凸度c.负凸度冷轧板形控制技术发展现状连续可变凸度轧机（CVC）RAL冷轧板形控制技术发展现状连续可变凸度轧机（CVC）分为CVC-4H和CVC-6H轧机CVC-4H轧机为四辊轧机，工作辊辊型磨削加工成具有一定曲线特征的形貌，实现轧机辊缝形状的连续可变。CVC-6H轧机为六辊轧机，中间辊被磨削加工成具有一定曲线特征的形貌，通过中间辊横移，实现轧机有载辊缝的连续可变。RALCVC轧机控制板形的特点CVC辊型和弯辊是CVC轧机控制板形的两种独立的控制方法。一般来说，一种方法只能控制一种简单的板形缺陷（对称边浪或中间浪），两种方法配合一起使用才能既控制第一种简单的又能控制第二种复杂的板形缺陷（四分之一浪或者边中复合浪）。但如果两种方法使用不当，第二种板形缺陷则不能得到有效控制。因此，存在CVC辊型调整与弯辊力调节两种方法最佳配合的问题。理论上最佳配合的目标函数是出口带材的横向张力分布均匀，使总张力消失后带材平直度达到板形精度的要求。冷轧板形控制技术发展现状RAL森吉米尔轧机具有整体铸造（或锻造)的机架，刚度大，并且轧制力呈放射状作用在机架的各个断面上。工作辊径小，道次压下率大，最大达86％。有些材料不需中间退火，就可以轧成很薄的带材。设备质量轻，轧机质量仅为同规格的四辊轧机的三分之一。轧机外形尺寸小，所需基建投资少。冷轧板形控制技术发展现状RAL森吉米尔轧机冷轧板形控制技术发展现状RAL轧机方向森吉米尔CVC类轧机UC类轧机冷轧板形控制技术发展现状冷轧机的发展方向RAL冷轧板形控制技术发展现状理论和设备轧机装备水平不断提高；板形检测设备的精度和稳定性不断提高；板形控制系统硬件平台配置的不断完善和提高。计算机、通信、仿真技术等学科的发展提高了板形控制的自动化、智能化水平；板形控制新理论、新工艺的出现带来了新的板形控制思路。RAL冷轧板形控制技术发展现状冷轧板形控制技术代表轧钢领域单项技术最高水平之一。板形控制是厚度控制沿带材宽度方向上的延伸，调节机构多，各板形调节机构对板形的影响规律复杂，因此板形控制系统是一个多变量，强耦合，非线性的复杂控制系统。随着用户的要求逐渐增高，以及市场竞争的愈加激烈，国内主要冷轧带材生产厂均在冷轧生产线上使用板形控制系统，而这些板形控制系统全部依赖进口。全世界只有极少数著名跨国公司可以提供全套工业生产所需的冷轧板形控制技术与控制系统。RAL板形控制技术领先选手瑞典德国日本法国冷轧板形控制技术发展现状RAL冷轧板形控制技术发展现状我国板形控制技术的发展现状初步开发出满足工业生产的板形控制系统尚未开发出可成熟用于实际工业生产的板形检测设备板形控制技术整体水平还比较低检测设备控制系统整体水平RAL冷轧板形控制技术发展现状一是引进的板形控制系统与国内生产企业的设备生产情况并不完全符合，板形控制系统功能单一，对产品规格和品种有严格的限制，难以满足多样化产品的生产要求，而且对来料带钢的质量要求较高，在来料带钢存在板形缺陷时很难消除后续生产带来的重叠板形缺陷；二是国外板形控制系统引进价格极为昂贵，维护费用和备件费用很高，中小钢铁生产企业一般都难以负担高昂的引进费用和维护费用。这限制了国外板形控制系统在国内中小型钢铁企业的广泛推广应用。引进的板形控制技术应用现状RAL冷轧板形控制技术发展现状国内外市场的激烈竞争下游产业对带钢板形质量要求的提高国外公司对板形控制技术的封锁板形控制技术研究势在必行RAL冷轧板形控制技术发展现状我国板形研究的发展方向研究建立一系列板形控制核心模型，不断发展板形控制理论，通过实际生产实验开发和完善板形控制系统，使其在工业生产中能够长期稳定运行，扩大国产板形控制技术的工业应用范围，为国内冷轧企业的技术水平提高提供技术支持。开发出具有自主知识产权的板形控制系统，打破国外公司的技术垄断；从整体上提升我国冷轧机的板形控制水平，提高我国冷轧带材产品的附加值和技术含量，提高我国冷轧带材企业的国际市场竞争力。RAL板形控制的基本理论1）.板形缺陷的主要表示方法a.相对波峰值表示b.相对长度差表示c.张力差表示d.带钢断面的多项式表示e.矢量表示法2）.带钢平直条件RALh0l0100%hl：相对波峰值：带钢平直部分长度：带钢产生瓢曲的部分的振幅a.相对波峰值表示0lh板形控制的基本理论RAL00()()lxlxl：带钢平直部分的长度0l()lx()x：带钢瓢曲部分的长度：相对长度差相对长度差表示波浪部分的曲线长度相对于平直部分标准长度的相对增长量。相对长度差的为一个I单位。b.相对长度差表示510板形控制的基本理论RAL()Tx0T（x)=T带钢在张力作用下显在板形缺陷消失，而变为潜在板形缺陷，此时沿板宽方向出现张力不均匀分布。原来平直部分（即相对长度差为0的部分）受张力大，而原来有波浪部分（相对长度差大于0的部分）受张力小。此时板形可以用张力差来表示。如果施加到标准长度部分的单位张力为T0则板宽方向上某点的单位张力T(X)可以表示为：又有（其中为弹性模量）故有1TxE(x)=（）c.张力差表示Tx（）=E（x)E板形控制的基本理论RAL板形控制的基本理论2341234()chxhaxaxaxax1a带钢的板形与带钢的断面形貌有关，所以为了控制带钢的平直度，可以将带钢的板形用断面形状参数来表示。带钢断面形状可以用带钢厚度（带钢半厚）h(x)与板宽方向离开中心线距离x之间的数字表达式来表示。式中：hc为带钢中部厚度2a3a4a表示断面形状特征的系数d.带钢断面的多项式表示RAL24124()chxhaxaxax任何一个给定的断面形状都可以用上式来表达。但是除一次项与两侧压下不等有关外，一般认为带钢是左右对称的，所以奇次项不存在，同时为简化计算，忽略高次项，因而上式可以简化为：由上式可知，只要知道了四个参量hc、a1、a2、a4，则断面形状就完全确定了。系数a1、a2、a4主要取决于轧辊凸度分布，单位长度轧制力分布，弯辊力大小和方向。板形控制的基本理论RAL()()Hxhx''2'4124()cHxHaxaxax24124()chxhaxaxax断面形状特征系数的确定根据板形良好条件有：带钢来料的断面形状设为：出轧带钢的断面形状设为：板形控制的基本理论RAL板形控制的基本理论''2'412424124()()ccHxHaxaxaxhxhaxaxax'''124124ccHaaahaaa则有：为此必须满足：这种方法不是以板宽上某一点的板形来描述，而是以整个断面的形状来表示板形，所以它能反映复杂的板形缺陷。RAL这是研究某些板形控制系统时所采用的一种表示方法，它形象地表示了在板形控制系统的作用下板形变化的趋势。设有某板形控制系统，当其设定值变化为1时，带钢的c点（中点），q点（半板中心），e点（边部）的板厚变化分别为ac、aq、ae它们为该系统对板形的影响系数。以板宽方向为横坐标x，以a为纵坐标，可以表示如下：板形控制的基本理论RALqe(,)eq根据向量在坐标系中的位置可以确定带钢板形缺陷的分布趋势eaqaca0qxex板形控制的基本理论RAL板形矢量有两个分量和，即cqqqaaxqeeeqaaxx根据该矢量在不同象限的位置，可以表示板形的不同变化趋势和变化的剧烈程度。qe(,)eq板形控制的基本理论RAL板形控制的基本理论RAL边部减薄的原因a.轧制力引起轧辊压扁变形的分布特征：边部轧辊压扁量较小，轧制力越大，边部减薄越严重。b.边部金属和内部金属的流动规律也显著不同：边部金属所受侧向阻力比内部要小得多，侧向阻力为0。板形控制的基本理论RAL凡是影响轧制力分布的因素，也影响工作辊的压扁分布，必然影响边部减薄。例如增大压下量，轧制硬质材料等均会引起边部减薄量增大。采用较大工作辊直径，一方面会使轧件与轧辊的接触弧长增加，从而增大纵向阻力，助长横向流动，另一方面又会加大接触压扁，所以必然会引起边部减薄增大，由此可知，工作辊直径越小，则边部减薄也越小。可改变辊形来减小边部减薄，例如采用双锥度工作辊以及可横向抽动的单锥度工作辊。边部减薄板形控制的基本理论RALa.产生板形缺陷的原因如果板带沿宽度方向上各部分有不均一的压下变形，则必将产生不均一的纵向延伸。由于带钢是一个整体，个部分之间必将互相牵制，互相影响。因此带钢内部就产生互相作用的内应力。当这个内应力足够大时，就可能破坏带钢个部分之间维持平直的稳定性条件，带钢上就会产生波浪形，翘曲等板形缺陷。b.平直条件要使带钢在轧制过程中保持平直，首要的条件就是保证带钢沿宽度方向上各处有均匀的延伸。板形控制的基本理论RALeHcHcheh如图所示为带钢变形前和变形后的断面形状，和分别表示带钢变形前中部和边部的厚度；和he分别表示带钢变形后中部和边部的厚度，则带钢变形前和变形后的凸度和分别为：cHeHchehceHHcehh板形控制的基本理论RA