中厚板轧机的板形与板凸度控制

CXB T = K X0 + K X1 Cw W L0
2
图1 厚板轧机受力模型
工作辊受力平衡方程为 Δx = F Δx ( 3) Q 式中 Q 为辊间接触压力向量 ; F 为轧制力向量 ; Δ x 为单元宽度向量 。 工作辊和支撑辊挠曲变形方程分别为
+ K X2 Cb
W L0
2
( 11)
式中 Cw 和 Cb 分别是工作辊和支撑辊原始凸度 ;
) Ch =ξ C0 + ( 1 - ξ h CH H
( 1)
1 板形 、 板凸度计算控制模型
板形 、 板凸度控制的核心是辊缝控制 ,承载辊缝 的形状决定了轧件的断面形状 。只有从本质上充分 地研究轧机的辊系变形 , 才能准确地预测一定工艺
收稿日期 :2005205210 作者简介 : 朱鹏举 男 ,1967 年生 ,工程师 。电话 :13585108275
[ h0 , h0 , …, h0 ] 是常向量 , 是轧件后中心处的厚度
工作辊凸度/μm - 300～300 压下中心距/ mm
向量 ; Y ws0 = [ Y ws0_ f latten , Y ws0_ f l atten , …, Y ws0_ f latten ] T 为 常向量 。 在利用影响函数求解过程中 , 辊间压力和轧制 力以及轧件的厚度分布均作为变量 。求解上述方程 可得辊间压力分布和各单元的变形量 , 从而求出轧 件的出口厚度分布 。
- 80
hi B
c
在计算轧制力的影响时 , 需要剔除轧辊凸度和 弯辊力的影响 ,为此假定 FB = 0 , cw = 0 , cb = 0 , 然后 用下式进行回归 。
K F_ C = K F_ C1 + K F_ C2 W L0
+ K F_ C3
W L0
2
( 12)
Rb R b0 ,
K F_ C Rw 式中 K F = , K F_ C2 = a4 + a5 L 0/ 2 R w0 K F_ C1 = a1 + a2 K F_ C3 = a7 + a8 Rw R w0 Rw R w0
条件下的轧件成品的断面分布 。由于中厚板的轧制
引 言
板形精度正在成为中厚钢板的一项重要质量指 标和决定其市场竞争力的重要因素 。衡量板形精度 通常有的两个指标是板形和板凸度 , 其控制精度对 确保产品实物质量和提高成材率是极其重要的 。近 年来 ,随着液压系统的投入 ,有效地降低了板厚尺寸 的偏差 ,使得中厚板的纵向尺寸精度有了很大的提 高 ,基本满足了用户的需求 ; 而在中厚板的横向厚度 差 ,即板凸度和板形的控制上 ,由于国内轧机的总体 装备水平较低 ,少数轧机权配有液压弯辊 ,绝大部分 轧机尚不具备最基本的板形调节能力 , 对于这们的 轧机 ,其板形 、 板凸度的控制只能依靠轧制力调整 ( 压下负荷分配) 、 工作辊和支撑辊初始辊形设计等 手段 ,很难满足用户对板形质量的要求 [ 5 ] 。因此 ,为 了提高中厚板轧机的板形 、 板凸度在线控制精度 ,在 南钢 3 500 mm 中厚板卷板轧机项目建设的基础 上 ,通过对轧辊弹性变形的理论分析 ,建立了实用的 在线板形 、 板凸度计算数学模型 ,并且分析了液压弯 辊对板形控制的影响 。现场在线应用结果表明 , 运 用本文建立的板形 、 板凸度控制模型 ,效果良好 。
KB_ C = KB_ C1 + KB_ C2 W L0
<ΔCi < 40
hi B
c
( 14)
+ KB_ C3
W L0
2
( 13)
如果 ΔCi 超出了上述范围 ,则会出现平直度的 缺陷 ,导致板形出现浪形 。这也是规程分配的一个 重要限制条件 。
式中 CB =
KB_ C
1 000
, Rw R w0 Rw R w0 Rw R w0
过程是一个非常复杂的金属成形过程 ,板形 、 板凸度 受多种因素的影响 , 如轧辊原始凸度 、 轧辊热凸度 、 轧辊磨损 、 轧件来料凸度和弯辊力等等 。为了能够 比较准确的预测中厚板轧制过程的板形和板凸度 , 首先必须综合分析轧辊弹性变形和轧件变形 。目 前 ,关于轧辊弹性变形理论工程上均采用影响函数 法处理 。影响函数法是一种离散化的方法 , 它的基 本思想是将轧辊离散化成若干单元 , 将轧辊所承受 的载荷及轧辊弹性变形也按相同的单元离散化 , 应 用数学物理方法中关于影响函数的概念 , 先确定对 各单元施加单位力时辊身各点引起的变形 , 然后将 全部载荷作用时在各单元引起的变形叠加 , 就得出 各个单元的变形量 , 从而可以确定出口处的厚度分 布 。这种方法可比较精确地分析轧制过程的轧辊弹 性变形 ,但是该法涉及繁琐的迭代过程 , 计算量大 , 不适用于直接在线应用 [ 3 ] 。 新日铁在 20 世纪 80 年代初 , 根据 HC 轧机和 普通四辊轧机进行大量的试验 , 提出了一种新的在 线板凸度控制模型[ 6 ,7 ,8 ]
由于上述计算过程涉及大量迭代 , 无法应用于 在线中厚板板形 、 板凸度计算 ,所以必须将结果进行 数学处理 。考虑机械凸度的影响因素 , 用下式来表 示机械凸度计算模型 。 ( 10) C0 = K F F + KB F B + CXB T 式中 KF 为轧制力影响系数 , KB 为弯辊力影响系 数 , CXB T 为轧辊凸度影响项 , F 为轧制力 , FB 为弯辊 力。 轧辊凸度影响项 。通过回归处理 , 可以得到下 面的数学模型
H = H0 + 2 ( Y ws - Y ws0 ) + 2 ( Cw - Y w )
T T
( 9)
工作辊直径/ mm 900～1000 支撑辊凸度/μm - 200～200 支撑辊直径/ mm 1900～2100 辊身长度/ mm
3400 4800
式中 H = [ h1 , h2 , …hn ] 为出口厚度向量 ; H0 =
第6期
朱鹏举 : 中厚板轧机的板形与板凸度控制
5
Y w = Gw ( Q - F) Y b = Gb Q
令η= 1 - ξ, 根据小川茂等人的试验结果有下 面的关系
[9 ]
( 4) ( 5)
γ η= 0 . 5 - 1 tan - 1 In + 8. 1938 π 1. 1044 γ= 式中
1. 2 机械凸度回归数学模型
机械凸度的计算首先要将轧辊 、 轧件离散化 ,如 图 1 所示 , 将支撑辊 、 工作辊和轧件沿辊身长度等 分 。在分割单元内相应的进行辊系受力的离散化 , 通过假设间接触应力与工作辊在支撑辊上的沉陷 值 ,即工作辊和支撑轴线的接近量成正比的关系 ,列 出轧辊力平衡方程及辊间接触位移协调方程 , 联立 求解即可计算出辊间受力及轧后变形 。
L 0 : 轧辊长度基准值 ; K X0 = 1 . 80556 E - 4 , K X1 = - 2 . 99673 , K X2
6 = - 1 . 14886 。
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第 33 卷
则逐渐减小压下量 ,从而保证板形和厚度精度控制 。 因为在中厚板的规程分配中 , 宽展和头几个纵轧道 次一般不会产生平直度和板凸度问题 , 其压下率主 要取决于最大轧制力 、 最大扭矩和轧机功率的限制 , 必须采用最大不平度来限制板形 , 此时它表现为钢 板凸度限制条件 。所以此时每个道次都要计算轧件 的出口板凸度和平直度 , 并与最大的不平度进行比 较 ,如果超过了板形 、 板凸度的限制 , 则要对整个轧 制规程进行重新分配修正 , 直至轧件的出口板凸度 和平直度满足板形的要求 。 在中厚板的实际生产中 , 可以根据产品凸度方 面的要求进行轧件的凸度修正 , 允许一定程度的比 例凸度的变化 。如对于板带材 , 根据 K. N . Sho het 等的研究结果 [ 10 ] ,当比例凸度的差值 ΔCi 满足下式 时 ,原平直的轧件仍保持平直 。
KB_ C1 = b1 + b2 KB_ C2 = b4 + b5 KB_ C3 = b7 + b8
+ b3 + b6 + b9
Rb R b0 Rb R b0
, ,
3 弯辊力对中厚板板凸度的影响
大量的研究和现场应用结果表明 , 正确投入使 用弯辊系统 ,能够有效控制中厚板钢板的板凸度 ,能 够提高精轧轧制的稳定性 , 使轧线板形废品率有了 显著下降 。 南钢中厚板卷轧机也安装有液压弯辊装置 , 并 开发了弯辊力计算机在线设定软件及弯辊力设定自 适应模型 。其弯辊力控制板凸度的方法是通过改变 工作辊与支承辊间相互弹性压扁量的分布曲线 , 从 而改变了工作辊的挠度 。 弯辊力对轧辊辊端接触应力的分布影响较大 。 当弯辊力达到极值时 , 辊间局部磨损产生影响 。据 研究结果表明 ,弯辊对宽板板凸度的控制能力要明 显强于窄板时的情况 。而在板宽一珲的情况下 , 所 作用的弯辊力大小与轧后板凸度之间呈线性关系 。 在线控制时 ,可以根据目标板凸度值 ,通过弯辊力的 在线调节 ,改变轧辊挠度大小 ,可实现有效的板形控 制 ,如图 2 所示 。
式中 Ch 为轧件出口凸度 ( mm ) ; Ch 为轧件入口凸 ΔCh 度 ( mm) ξ ; = ΔC0 为机械凸度对出口板凸度的影响 系数 ; C0 为轧制力均匀分布时的轧辊凸度 , 也称之 为机械凸度 ( mm ) ; H 为轧件的入口厚度 ( mm ) ; h 为轧件的出口厚度 ( mm) 。
第 33 卷第 6 期 2005 年 12 月
江 苏 冶 金
J iangsu Metallurgy
Vol. 33 No . 6 Dec. 2005
中厚板轧机的板形与板凸度控制
朱鹏举
( 南京钢铁联合公司卷轧中厚板厂 南京 ,210035)
摘要 : 针对南钢 3 500 mm 中厚板卷轧机的实际情况 ,通过影响函数法对轧辊弹性变形进行进行比较精确的理论解 析 ,并回归出实用的在线板形 、 板凸度计算模型 。分析了规程分配和弯辊力对板形 、 板凸控制的影响 。结合现场生 产的实际情况提出了相应的板形 、 板凸度自适应策略 。现场应用表明 ,模型解析正确 ,产品板形良好 。 关键词 : 中厚板轧机 ; 板形控制 ; 板凸度 中图分类号 : T G333. 7