张力矫直机组矫直原理

张力矫直机组矫直原理

彭俊新

摘要：介绍影响拉矫机组带钢板形的因素,矫直原理和一些参数的确定方法。

关键词：拉矫机组；张力；矫直辊；延伸率

The Straightening Principle of Tension Leveller Line

Peng Junxin

Abstract:This thesis introduce the facters affecting stainless steel strip’s level and the srtainhtening principle of tension leveller line.It also canvass how to ascertain some parameters.

Key words:tension leveler line；tension ；straightening roll；stretch ratio 1 前言

不锈钢市场竞争日趋激烈，用户对不锈钢板、卷的质量要求越来越高，板形是其中一个重要指标之一。常用的改善板形的方法有拉伸矫直，弯曲矫直和拉伸弯曲矫直三种。比较而言拉伸弯曲矫直的效果比较好，尤其是对于高强度钢和薄料，矫直效果好，效率高。

2 拉伸弯曲矫直的原理

带钢的板形缺陷主要有边浪，中浪，瓢曲，翘曲，镰刀弯，这些缺陷从根本上说都是在带钢轧制过程中不同方向上延伸差异形成的。

拉伸弯曲矫直是对带材进行拉伸和弯曲变形，通过弯曲应力和拉伸应力的叠加，使应力达到屈服极限，将带材平直部分的纤维长度拉长，同时将波浪部分的纤维也拉长，弹性恢复后，带钢的纤维长度保持相同，因而带材就变平直了。决定矫直效果的主要因素是延伸率，

塑性变形区大小和张力等。

矫直单元的前后各有一套S辊，带材通过S辊时，产生一定的张力，带张力的带材通过矫直单元时，在拉应力和弯曲应力的联合作用下，产生塑性变形。同时，经过反复的正向、反向弯曲，使材料内部的残余应力和残余弯曲逐渐减小，甚至趋近于零。

图1为连续拉弯矫直机内部的应力变化图。材料经过正向弯曲时，带材上表面的拉伸应力大于材料的屈服应力，即σ>σs，同时材料的变形中心层相对中心层向下偏移。材料经过反向弯曲时，带材下表面的拉伸应力大于材料的屈服应力，即σs >σ，同时材料的变形中心层相对中心层向上偏移。经过反复的正反弯曲，材料在整个横截面上产生均匀的塑性变形。

图1 带钢在弯曲辊上上弯曲时的应力变化图

3 矫直带钢所需要的延伸率

矫平带钢所需要的延伸率一般需要考虑带钢的浪形、镰刀弯和弹性恢复量。延伸率表示为：

ε=121V V

V ×100%

式中 1V —入口张紧辊的速度

2V —出口张紧辊的速度

ε主要通过改变出入口张紧辊速度差来进行控制。在实际生产中2V /1V =1.002~1.003，ε=0.2~0.3%即可以达到很好的延伸率控制的矫

直效果。

4 塑性变形区域

弯曲曲率决定带钢的弯曲变形或弯曲应力，弯曲曲率主要取决于矫直机工作辊的的直径和带钢的厚度。

图2 带钢与矫直机工作辊接触示意图

图中 ρ—曲率半径

h —带钢厚度

d ϕ—带钢在矫直辊上的包角

0e —应变

c —从中性层到应力屈服极限处的距离

0e =()2h

d d d ρϕρϕ

ρϕ+-=2h

ρ

(1) 在弹性限度内，拉伸变形满足虎克定律：

σ=E 0e

(2) 由（1）和（2）得：

σ/E =h /2ρ

设 η=/2c

h ，即弹性区域占一半厚度截面区域的百分比

则 2h

c η= ， 2s h

E σηρ=

在塑性变形临界点有：

2s h

E σηρ=

可以推得2/s hE ρησ=

由于带钢厚度远小于矫直机工作辊直径，可把ρ近似看成为矫直机工作辊半径，则有矫直机工作辊直径d

=2ρ/s hE ησ= 所以有 1

s d hE ησ=

故塑性变形区域百分比ξ=11

1s d hE ησ-=-

有上式可看出，矫直机工作辊直径越小或带钢越厚，塑性变形相对区域越大，在截面上反复矫直越充分，带钢越容易被矫直。 矫直机工作辊直径越小或带钢越薄，塑性变形相对区域越小，越不容易被矫直。

5 张力分配

拉矫机组入口段和出口段分别有4根和6根直径为1000mm 的张紧辊组成，均采用单独驱动模式。带钢经张紧辊的传动为挠性的摩擦传动。若不考虑带钢的弯曲应力、自重和运转时的离心力，则符合欧拉方程的基本条件，有

01a F F e μ=

式中 0F —入口张力

1F —出口张力

μ—带钢与张紧辊间的摩擦系数

a —带钢在张紧辊上的包角，近似4/3π

相邻两个张紧辊见的最大张力之比为：

1F K =01/F F =1a F e μ/1F =a e μ

一般取μ=0.15

则 1F K =0.154/3e π⨯≈1.87

入口段张紧辊与出口段张紧辊相邻辊子之间张力分别呈约 1.87倍的递增和递减的关系。在入口段出口和出口段入口张力达到最大。 6 结束语

不锈钢板的矫直是一个复杂的过程，特别是薄的材料的矫直。必须根据设备的具体情况，在正确的矫直理论的指导下，在生产中不断的摸索，调整，总结经验，使各个工艺参数达到最佳配合，才能得到好的矫直效果。

参考文献

1. 任玉成 拉伸弯曲矫直机基本工艺参数的确定 四川冶金 2005

2.武汉钢铁设计院 板带车间机械设备设计 1984

3.1TL 技术附件1—2.5 SUNDWIG 2002