基于世界冷轧板带板形控制先进技术的进展

减小字体 增大字体 作者:佚名  来源:本站整理  发布时间:2007-12-01 12:06:56

板形控制是冷轧板带加工的核心控制技术之一,近年来随着科学技术的不断进步,先进的板形控制技术不断涌现,并日臻完善, 板形控制技术的发展,促进了冷轧板带工业的装备进步和产业升级,生产效率和效益大幅提升。

板形的概念 (Concept of Shape)

1 板形的基本概念

板形直观来说是指板带材的翘曲度,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。

2 板形的表示方法

板形的表示方法有相对长度差表示法、波形表示法、张力差表示法和厚度相对变化量表示法等多种方式。其中前两种方法在生产控制过程中较为常用。

3 常见的板形缺陷及分析

常见的板形缺陷有边部波浪、中间波浪、单边波浪、二肋波浪和复合波浪等多种形式,主要是由于轧制过程中带材各部分延伸不均,产生了内部的应力所引起的。

为了得到高质量的轧制带材,必须随时调整轧辊的辊缝去适合来料的板凸度,并补偿各种因素对辊缝的影响。对于不同宽度、厚度、合金的带材只有一种最佳的凸度,轧辊才能产生理想的目标板形。因此,板形控制的实质就是对承载辊缝的控制,与厚度控制只需控制辊缝中点处的开口精度不同,板形控制必须对轧件宽度跨距内的全辊缝形状进行控制。

影响板形的主要因素 (Leading factor on Shape control)

众所周知,影响板形的主要因素有以下几个方面∶

(1) 轧制力的变化;
(2) 来料板凸度的变化;
(3) 原始轧辊的凸度;
(4) 板宽度;
(5) 张力;
(6) 轧辊接触状态;
(7) 轧辊热凸度的变化。

板形控制先进技术 (Advanced Technologies of Shape Control)

改善和提高板形控制水平,需要从两个方面入手,一是从设备配置方面,如采用先进的板形控制手段,增加轧机刚度等;二是从工艺配置方面,包括轧辊原始凸度的给定、变形量与道次分配等。

常规的板形控制手段主要有弯辊控制技术、倾辊控制技术和分段冷却控制技术等。近年来,一些特殊的控制技术,如抽辊技术(HC轧机和UC系列轧机)、涨辊技术(VC轧机和IC轧机) 、轧制力分布控制技术(DSR动态板形辊)和轧辊边部热喷淋技术等先进的板形控制技术,得到日益广泛的应用。 在此,分别就其中几种典型技术作以简单介绍。

1 抽辊技术---HC轧机轧辊横移板形控制系统

HC轧机是20世纪70年代日本日立公司和新日铁钢铁公司联合研制的新式6辊轧机。HC(High Crown)即高性能轧辊凸度。该轧机是在普通4辊轧机的基础上,在支撑辊和工作辊之间安装一对可轴向移动的中间辊,中间辊的轴向移动方向相反。

通过对普通4辊轧机轧辊挠曲的分析,工作辊与支撑辊之间超出轧件宽度区域的有害接触区,导致了轧辊的过度挠曲。这种挠曲不仅取决于轧制力的大小,而且取决于轧件宽度。另一方面,在工作辊上施加弯辊力时,轧辊的挠曲会在超出轧件宽度部分受到支撑辊的约束。HC轧机是通过中间辊的横移,消除了支撑辊与工作辊之间的有害接触区,提高了轧制的板形控制能力,可适用于任何宽度带材的轧制。HC轧机目前已发展出多种形式,如中间辊传动的HCM 6辊轧机;中间辊和工作辊均能窜动的HCMW 6辊轧机;中间辊带辊型曲线的HC--CVC轧机;及HCW、UCM、UVMW、MB、UC2~UC4等多种改进型轧机。

HC轧机的优点∶

* 板形控制能力强,不需要太大的弯辊力即可较好的调整板形;
* 可消除支撑辊与工作辊边部的有害接触部分,减轻边部减簿和裂变倾向;
*由于工作辊径较小(比普通4辊轧机小30%左右) ,可加大压下量,实现大压下量轧制,并减少能耗;
*采用标准无凸度辊,就能满足各种宽度带材的轧制,减少了轧辊的备件。

从20世纪70年代以来,世界各国已建HC轧机200多架,直到至今仍是一种较流行的机种。

2 曲面辊技术

* CVC辊板形控制

CVC辊板形控制技术是德国西马克-德马格公司于1980年开发的。CVC(Coutinuously Variable Crown)的原意是连续可变凸度。经过20多年的发展与完善,CVC轧机已发展出很多种机型,广泛应用于冷轧板带生产中。先进的控制策略和控制手段相结合,使CVC技术成为目前世界上最先进的轧制技术之一。它的控制原理很简单,就是将上、下轧辊辊身磨削成相同的S形CVC曲线,上、下辊的位置倒置180度,当曲线的初始相位为零时,形成等距的S形平行辊缝,通过轧辊窜动机构,使上、下CVC轧辊相对同步窜动,就可在辊缝处产生连续变化的正、负凸度轮廓,从而适应工艺对轧辊在不同条件下,能迅速、连续、任意改变辊缝凸度的要求。

* UPC辊板形控制

UPC轧机是德国MDS研制的万能板形控制轧机,是继HC、CVC技术之后又一种可改善板形的轧辊横移式轧机。其原理是将普通4辊轧机的工作辊磨成雪茄型,大、小头相反布置,构成一个不同凸度的辊缝。

UPC轧机投产的数量不及HC轧机和CVC轧机,最早使用UPC技术的是德国克虏伯1250轧机和芬兰2000轧机。

3 交叉辊技术---PC轧机轧辊交叉板形控制

PC(Pair Cross)的原意是轧辊成对交叉,即轧机轧辊交叉板形控制技术。轧辊交叉系统的设计原理与采用带凸度的工作辊相同。通过调整轧辊的交叉角,使得距轧辊中心越远的地方辊缝越大,实现对辊缝形貌的控制。

轧辊交叉等效凸度与轧辊交叉角、轧辊直径和轧件宽度有关,其关系式如下∶

Cr=Se-Sc=(br)^2/(2Dw)

式中∶ Cr ----等效凸度;
b----轧件宽度;
Se----中心辊缝;
r----轧辊偏转角;
Dw----轧辊直径;
Sc----边部辊缝。

常用的轧辊交叉系统有∶

*只有支撑辊交叉的支撑辊交叉系统;
*只有工作辊交叉的工作辊交叉系统;
*每组工作辊与支撑辊的轴线平行,而上、下辊系交叉的对辊交叉系统。

4 涨辊技术—VC板形可变凸度支撑辊板形控制技术

VC (Variable Crown)原意为在线可变凸度支撑辊,是由日本住友金属公司于1977年开发成功的,轧机的轧辊为辊套型轧辊,主要由芯轴、辊套、密封油腔、油路、旋转连接器和高压泵站等部分组成。

VC辊控制板形的原理较简单,辊套和芯轴之间设有密封油腔,通过改变油腔内的压力,即使支撑辊改变辊形(轧辊凸度)油腔压力与直径胀大在一定范围内呈线性关系,且可做无级调节,因此,可以参与到闭环板形控制系统中。

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