宽厚板热矫直机技术研究_王宇

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作者:王 宇 胡高举 宽厚板热矫直机技术研究
宽厚板热矫直机技术研究
王 宇 胡高举
(中冶赛迪公司设备成套事业部,重庆 400013)
摘要:以宽厚板热矫直机为例,着重研究了宽厚板热矫直技术,分析了该机型的热矫直机设备功能、规格和结构 特点,并研究了该热矫直机的离线矫直模型和在线矫直模型。
关键词:宽厚板;热矫直机;离线矫直模型;在线矫直模型
率达到 60%计算,一般厚板热矫需要的钢板塑性
变形比率可以稍低。
3 热矫直机矫直模型
3.1 热矫直板主要板形缺陷 热矫直板板形缺陷主要分为三类:(1)加热炉加
热温度不均引起的板形缺陷;(2)轧制过程中,板厚 与温度不均、变形不均匀、主传动控制偏差、冷却相 变的差异、残余应力大与不均匀、平整道次缺乏等 原因引起的中波、边波和浪形;(3)加速冷却(ACC) 不均匀和边部冷却快引起的瓢曲、边波等。图 3 为 热矫直板主要板形缺陷。 3.2 热矫直板矫直原理
和年产量高,堪称当今我国甚至全世界最先进的宽 厚板轧制生产线。
某厂在建宽厚板生产线的主要设备有:四辊轧 机、立辊、热矫直机、切头剪、双边剪、剖分剪、定尺 剪和冷矫直机。本文以此为例,重点探讨热矫直机 技术特点。
2 宽厚板热矫直机设备结构、特点和主要技术性 能参数
2.1 宽厚板热矫直机设备结构 宽厚板热矫直机设置在加速冷却装置(ACC)与
子使轧件产生的变形程度和最终消除残余曲率的 方法,可以有多种矫直方案[4]。典型矫直方案有“小 变形矫直”和“大变形矫直”两种。“小变形矫直”方 案要求矫直机每个矫直辊压下量可以单独调整,每 个辊子反弯曲率的选择原则是:只消除轧件在前一 辊上产生的最大残余曲率(即进入本辊时的最大原 始曲率),使之变平。“大变形矫直”方案是使具有 不同原始曲率的轧件经过几次剧烈的反弯(大变 形)以消除其原始曲率的不均匀度,形成单值曲率, 然后按矫平单值曲率轧件的方法对轧件加以矫平。
最近几年来,随着我国国民经济的飞速发展, 特别是“西气东输”等重点基建项目和造船工业的 急速拉动,国内的中(宽)厚板新建项目纷纷上马。 据统计,目前全国共有中板轧机 30 台(套),总生产 能力约 2 200 万吨,其中新增 3 台(套),另有在建和 拟建的中厚板轧机 11 台(套),生产能力 1 270 万吨。 典型工程如河南安阳 3 500 mm 炉卷轧机(Danieli)、 韶钢 3 500 mm 炉卷轧机(Danieli)、南钢联 3 500 mm 炉卷轧机(VAI)、新余 3 800 mm 中厚板轧机(SMS)、 湘钢 3 800 mm 中厚板轧机(SMS)、宝钢 5 000 mm 宽厚板轧机(SMS)和沙钢 5 000 mm 宽厚板轧机 (VAI)。尤其是宝钢 5 000 mm 和沙钢 5 000 mm 两 项工程,以技术装备水平高、投资大、生产规格齐全
矫直力/MN: 最大 35 ~ 40;
矫直速度/(m/min): 0 ~ 60/120;
矫直范围:
见图 2;
矫直速度/(m/s): 1;
钢板宽度/mm: 4 900;
钢板材料:
X80,450 ℃。
图 2 (a)按钢板塑性变形比率达到 70%计算,
一般中板要求钢板塑性变形比率达到 70%~ 90%
即可达到热矫直要求;图 2(b)按钢板塑性变形比
责任编辑 杜 敏
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矩和塑性变形比率。计算的前提是已知热矫直钢 板厚度和屈服极限。计算方法如图 5 所示,即将热
6
3.4 热矫直机在线矫直模型 某厂宽厚板热矫直机配有在线矫直模型。热
矫直目标是:(1)优化矫直获得合理塑性变形比率; (2)最后一根矫直辊上的残余曲率为零。矫直模型 的输入参数包括:热矫直钢板宽度、厚度、产品等 级、矫直温度、矫直辊直径、矫直辊节距、矫直力极 限和矫直力矩极限。
参考文献
[1] 孙本荣,王有铭,陈瑛 .中厚钢板生产[M].北京:冶金工业出版 社,1993,1:4.
[2] 于世果,李宏图 .国外厚板轧机及轧制技术的发展[J].钢铁技 术,2000,(5):11.
[3] 陈瑛.中厚板矫直技术的发展[J].宽厚板,2002(6):1. [4] 邹家祥.冶金机械[M].北京:冶金工业出版社,2000,2:366.
矫直辊长度/mm: 5 100;
支承辊直径/mm: Ø 360;
矫直辊间距/mm: 380;
矫直辊开口度/mm:300;
主液压缸/mm: 4 - Ø 680× 330;
主缸工作压力/MPa:25 ~ 27.5;
主传动电机:2 × AC 850 kW,0/750/1 500
(m/min)。
(3)热矫直机性能参数
(
源自文库
)
每层的弯曲运动
每层的弯曲曲率
热矫直钢板轨迹
No 热矫直钢板轨迹是否与 每 根矫 直 辊相 切? Yes 计 算 矫 直 力 ,矫 直 力 矩,塑性 变 形 比率
/MPa
300 200 100
0 100 200 300 400
-100 -75 -50 -25 0 25 50 75 100 %
3.3 热矫直离线模型 热矫直离线模型的目标是确定矫直力、矫直力
冷床之间,用于矫直从轧机出来或经过控制冷却的 热钢板。矫直钢板温度在 600 ~ 750 ℃,经过加速 冷却后也可达到 450 ℃。矫直后钢板温度若过高, 冷却中就会产生瓢曲变形现象,而温度过低则矫直 力要明显增大 3 。热矫直机与四辊轧机之间的距离
收稿日期:2006 - 11 - 07 4
《重型机械科技》 HEAVY MACHINERY SCIENCE AND TECHNOLOGY
计算过程包括:(1)矫直辊位置预设定;(2)每根 矫直辊载荷/力矩;(3)每根矫直辊塑性变形比率。
在线热矫直预设定模型见图 7。在线热矫直 策略可以用图 8(a)、(b)、(c)来表示。
《重型机械科技》 HEAVY MACHINERY SCIENCE AND TECHNOLOGY
No. 2 June 2007
矫直过程中钢板中间部分为弹性变形区,两侧 为塑性变形区,设钢板厚度为 ,弹性变形区厚度为
e,则热矫直钢板塑性变形比率为( e)/ 。图 4 为热矫直机采用“小变形矫直”方案矫直 X70 管线 钢板的热矫直过程模拟图。该过程中,钢板温度 450 ℃,要求的塑性变形比率为 65%。图中实线曲 线表示相应颜色矫直辊强加给热矫直钢板的应力, 虚线曲线表示热矫直钢板刚通过某相应颜色矫直 辊后的残余应力。
中图分类号:TG333.2+3
文献标识码:B
Technical Study of Wide & Heavy Plate Straightening Machine
Wang Yu,Hu Gaoju
Abstract: This paper emphasize on the technical study of wide & heavy plate straightening machine. The device function, specification and structural feature have been analyzed, off-line straightening model and on-line straightening model have been studied as well.
箱之间有力矩限制器。
(6)进出口矫直辊通过马达带动蜗轮减速器调
节高度,轻微改善钢板的平直度。
(7)矫直辊内冷和上框架冷却,可以防止过热。
(8)利用模型进行预设定,矫直过程可全面自
动控制。
2.3 宽厚板热矫直机主要技术性能参数
该型号热矫直机技术性能参数如下:
(1)热矫直钢板参数
宽度/mm:
最大 4 900;
=[ ]
弯曲半径
i
i
弯曲半径
=[ ]
矫直辊位置
图 8 中,若每根矫直辊上的塑性变形比率用向
量 表示,矫直机内钢板弯曲半径用向量 表示,
矫直辊位置用向量 表示,则这三个向量之间存在
如下关系:
[]
(1)
[]
(2)
式中,[ ]由热矫直离线模型根据以下参数确
定:屈服极限 s和杨氏模量 ,为温度的函数;钢板 厚度 ;矫直辊直径 Ø i和矫直辊节距 i。[ ]由以下 参数确定:屈服极限 s和杨氏模量 ,为温度的函数; 钢板厚度 。矫直过程中,每根矫直辊上钢板的塑
No. 2 June 2007
一般都超过 120 m,中间设置加速冷却装置(ACC)
调节板温,还可根据实际需要设置预矫直机弹压钢
板翘头。当钢板不需要矫直时也可经热矫直机自
由通过。
所设计的宽厚板热矫直机为四重 9 辊全液压
可逆式热矫直机,图 1 为热矫直机结构示意图。
2.2 宽厚板热矫直机特点
该型号的热矫直机有如下几个特点:
(1)机架为预应力框架,从而保证了矫直机具
有较高的刚度。
(2)矫直辊上框架分为左右两部分,中部有铰
接点。弯辊液压缸通过偏心轴和该铰接点可对上
辊系进行弯辊。
(3) 液压辊缝调节系统有柔性调节和过载保
护,在矫直过程中响应快,还能补偿钢板头部、中间
和尾部在牌坊间的拉伸变形。
(4)设快速换辊装置。
(5)9 根矫直辊分 2 组传动,2 个减速箱与分配
Key words: wide & heavy plate, hot straightening machine, off-line straightening model; on-line straightening model
1 引言
中厚钢板是冶金产品中的重要产品之一,它的 生产水平和产品质量代表了一个国家钢铁工业的 发展水平[1]。最近 30 年来,世界工业发达国家中厚 钢板生产装备与技术取得了巨大的进步,特别是国 际知名的冶金设备供应商(如德国 SMS Demag、日 本三菱重工、日本 IHI、日本 JSP、奥钢联 VAI 和意 大利 Danieli 等)和电气供货商(德国 Siemense、日本 TMEIC =日本东芝+日本三菱电机+美国 GE、瑞 典 ABB 等) 更是将中厚板轧制技术发展到了一个 全新的高度。厚板轧机最重要的标志是轧机的辊 身长度,它可体现一个国家制造船舶、舰艇和油气 输送管线的实力[2]。
性变形比率通常为 70% ~ 90%,最后一根矫直辊
曲率为 0。
在线模型还有自适应功能,为:(1)测量得到的
矫直力适应屈服极限;(2)对于每台电动机,测量驱
动力矩,用来适应扭矩预测偏差。
4 结论
宽厚板热矫直机是宽厚板生产线上的核心关 键设备,各主要关键技术为:(1)机械设备结构形式, 包括机架结构和辊系布置;(2)矫直力和矫直力矩的 计算,以及矫直曲线的计算;(3)结构参数的确定(包 括矫直辊直径等),传动系统设计和力能参数计算; (4) 热矫直策略和压下量道次分配;(5) 热矫直离线 模型和仿真;(6) 热矫直在线模型、压下量预设定和 在线控制。本文主要介绍了热矫直机功能、工艺要 求、结构特点、结构参数和矫直曲线等,同时重点讨 论了其热矫直模型,包括矫直过程模拟、离线模型 和在线模型。
厚度/mm:
5 ~ 100;
长度/mm:
最大 52 000;
屈服强度/MPa: 150 ~ 1 000;
温度/℃:
450 ~ 1 000。
(2)热矫直机结构参数
矫直辊数量/根: 9 = 4(上)+ 5(下);
支承辊数量/根: 62 = 32(上)+ 30(下);
矫直辊直径/mm: Ø 360(新),Ø 350(旧);
综合 温度
工 况 系 数 厚度
硬度 弹性模量
矫直过程 模拟仿真
辊缝预设定
开始 反复迭代直至 塑性变形比率达标 或 矫直力和矫直力矩极限
矫直力 矫直力矩 塑性变形比率
计算每根矫直辊 上的塑性变形
矫直机内 钢板曲率半径
矫直辊 位置
离线模型
钢板 厚度
+0
塑性变形比率
+0
塑性变形区
弹性变形区
弯曲半径 塑性变形区
热矫直机是采用交变弯曲变形法矫平轧件的 辊式矫直机。轧件在辊式矫直机中经过交错排列 矫直辊的多次反向弯曲,使原始曲率的不均匀度逐 渐减小,进而矫平。在辊式矫直机上,按照每个辊
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作者:王 宇 胡高举 宽厚板热矫直机技术研究
矫直钢板分为很多层,计算弯曲运动和弯曲半径。 然后按照图 6 所示框图确定热矫直钢板矫直轨迹。
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