宽厚板热矫直机技术研究_王宇

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
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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。
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
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.
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。
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
=[ ]
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
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；
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
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.
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：
责任编辑 杜 敏
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（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
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
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。
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。
(
)
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。
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
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