板形控制概述

冷轧板形控制技术发展现状
•CVC轧机控制板形的特点
• CVC辊型和弯辊是CVC轧机控制板形的两种独立的控 制方法。一般来说，一种方法只能控制一种简单的板形缺 陷（对称边浪或中间浪），两种方法配合一起使用才能既 控制第一种简单的又能控制第二种复杂的板形缺陷（四分 之一浪或者边中复合浪）。但如果两种方法使用不当，第 二种板形缺陷则不能得到有效控制。因此，存在CVC辊型 调整与弯辊力调节两种方法最佳配合的问题。理论上最佳 配合的目标函数是出口带材的横向张力分布均匀，使总张 力消失后带材平直度达到板形精度的要求。
板形控制的基本理论
• 根据向量在坐标系中的位置可以确定带钢板形缺陷的 分布趋势
板形控制的基本理论
• 板形矢量 有两个分量 和 ，即
• 根据该矢量在不同象限的位置，可以表示板形的 不同变化趋势和变化的剧烈程度。
板形控制的基本理论
板形控制的基本理论
•边部减薄的原因
a. 轧制力引起轧辊压扁变形的分布特征：边部轧辊压扁量 较小，轧制力越大，边部减薄越严重。
冷轧板形控制技术发展现状
•国内外市场的激烈竞争 •下游产业对带钢板形质量要求的提高
•国外公司对板形控制技术的封锁
•板形控制技 术研究势在必
行
冷轧板形控制技术发展现状
• 我国板形研究的发展方向 研究建立一系列板形控制核心模型，不断发展板形控制理 论，通过实际生产实验开发和完善板形控制系统，使其在工 业生产中能够长期稳定运行，扩大国产板形控制技术的工业 应用范围，为国内冷轧企业的技术水平提高提供技术支持。 开发出具有自主知识产权的板形控制系统，打破国外公司 的技术垄断； 从整体上提升我国冷轧机的板形控制水平，提高我国冷轧 带材产品的附加值和技术含量，提高我国冷轧带材企业的国 际市场竞争力。
• 为了获得平直的带钢，应使带钢中部和边部有相 等的延伸量，应该保证：
•即
•由此可得
板形控制的基本理论
• 上式也可以写成下面两种形式
•和
• 由此可见，要满足均匀变形的条件，保证带钢平直 ，则必须使带钢轧前凸度 与轧后凸度 之比等于延伸 率 。或者轧前的相对板凸度(△/H)等于轧后的相对板 凸度（ /h），即保持相对板凸度一定。
b. 边部金属和内部金属的流动规律也显著不同：边部金属 所受侧向阻力比内部要小得多，侧向阻力为0。
板形控制的基本理论
•边部减薄
• 凡是影响轧制力分布的因素，也影响工作辊的压扁分 布，必然影响边部减薄。例如增大压下量，轧制硬质材料等 均会引起边部减薄量增大。采用较大工作辊直径，一方面会 使轧件与轧辊的接触弧长增加，从而增大纵向阻力，助长横 向流动，另一方面又会加大接触压扁，所以必然会引起边部 减薄增大，由此可知，工作辊直径越小，则边部减薄也越小 。可改变辊形来减小边部减薄，例如采用双锥度工作辊以及 可横向抽动的单锥度工作辊。
冷轧板形控制技术发展现状
•日本
•法国
•德国
•瑞典
•板形控制 技术领先选
手
冷轧板形控制技术发展现状
• 我国板形控制技术的发展现状
•检测 •设备
•控制 •系统
•整体 •水平
•尚未开发 出可成熟用 于实际工业 生产的板形 检测设备
•初步开发 出满足工 业生产的 板形控制
系统
•板形控制 技术整体 水平还比
较低
冷轧板形控制技术发展现状
• 引进的板形控制技术应用现状 • 一是引进的板形控制系统与国内生产企业的设备生产 情况并不完全符合，板形控制系统功能单一，对产品规格 和品种有严格的限制，难以满足多样化产品的生产要求， 而且对来料带钢的质量要求较高，在来料带钢存在板形缺 陷时很难消除后续生产带来的重叠板形缺陷；二是国外板 形控制系统引进价格极为昂贵，维护费用和备件费用很高 ，中小钢铁生产企业一般都难以负担高昂的引进费用和维 护费用。这限制了国外板形控制系统在国内中小型钢铁企 业的广泛推广应用。
板形控制的基本理论
• 这是研究某些板形控制系统时所采用的一种表示方 法，它形象地表示了在板形控制系统的作用下板形变化 的趋势。设有某板形控制系统，当其设定值变化百度文库1时 ，带钢的c点（中点），q点（半板中心），e点（边部
）的板厚变化分别为 ac、aq、ae
它们为该系统对板形的影响系数。以板宽方向为横坐标 x，以a为纵坐标，可以表示如下：
• 连续可变凸度轧机（ CVC）
• CVC轧机是德国西马克 公司于80年代初开发，第 一台轧机于1982年投入运 转。由于其独特的控制板 截面形状和板形控制特性 ，自研制以来，在钢板带 和铝板带轧制中获得了广 泛的应用。
冷轧板形控制技术发展现状
冷轧板形控制技术发展现状
• 连续可变凸度轧机（ CVC）
➢轧机装备水平不断 提高；
➢板形检测设备的精 度和稳定性不断提高 ；
➢板形控制系统硬件 平台配置的不断完善 和提高。
冷轧板形控制技术发展现状
• 冷轧板形控制技术代表轧钢领域单项技术最高水 平之一。板形控制是厚度控制沿带材宽度方向上的延 伸，调节机构多，各板形调节机构对板形的影响规律 复杂，因此板形控制系统是一个多变量，强耦合，非 线性的复杂控制系统。随着用户的要求逐渐增高，以 及市场竞争的愈加激烈，国内主要冷轧带材生产厂均 在冷轧生产线上使用板形控制系统，而这些板形控制 系统全部依赖进口。全世界只有极少数著名跨国公司 可以提供全套工业生产所需的冷轧板形控制技术与控 制系统。
• b. 相对长度差表示
•：带钢平直部分的长度 •：带钢瓢曲部分的长
•：相对长度度差 • 相对长度差表示波浪部分的曲线长度相对于平直 •部分标准长度的相对增长量。相对长度差的 为 •一个I单位。
板形控制的基本理论
•c. 张力差表示
• 带钢在张力作用下显在板形缺陷消失，而变为潜在板形缺 陷，此时沿板宽方向出现张力不均匀分布。原来平直部分（即 相对长度差为0的部分）受张力大，而原来有波浪部分（相对 长度差大于0的部分）受张力小。此时板形可以用张力差来表 示。
a4主要取决于轧辊凸度分布，单位长度轧制力分 布，弯辊力大小和方向。
板形控制的基本理论
•断面形状特征系数的确定
• 根据板形良好条件有： •带钢来料的断面形状 设为：
•出轧带钢的断面形 状设为：
•则有：
板形控制的基本理论
•为此必须满足： • 这种方法不是以板宽上某一点的板形来描述 ，而是以整个断面的形状来表示板形，所以它能 反映复杂的板形缺陷。
• 六辊轧机
冷轧板形控制技术发展现状
• 六辊轧机
• 通过上下中间辊沿相反方向进行轴向的相对横移， 改变工作辊与中间辊的接触长度，使工作辊和支承辊在 板宽范围之外脱离接触，可以有效地消除有害接触弯矩 ，使工作辊弯辊的控制效果得到了大幅增强。通过轧机 中间辊的横移，可以适应轧制板宽的变化，实现轧机的 较大横向刚度，具有较强的板形控制能力
冷轧板形控制技术发展现状
•HC及其它轧辊横移式轧机 • 日本日立公司创立的HC轧机，即中间辊可以轴向移动的 六辊轧机，由于消除带宽以外工作辊与支撑辊间的接触，从 而减小了工作辊挠度和带材边部减薄，并可以根据需要进行 调整，提高了板形控制的能力，目前已得到了越来越广泛的 应用。 • 在HC轧机可移动中间辊和工作辊弯辊的基础上，增设中 间辊正弯辊，成为UC轧机，因而具有更强的板形控制能力 。在HC轧机的基础上，还可派生出工作辊也可以轴向移动 的HCMW,UCMW六辊轧机，仅对工作辊进行轴向移动的 HCM四辊轧机等。 • 工作辊轴向移动不仅有利于控制板形，对均匀工作辊磨 损也是非常有利的措施。无论是工作辊移动还是中间辊移动 ，都提高了弯辊力的作用效果。
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• 森吉米尔轧机
冷轧板形控制技术发展现状
• 冷轧机的发展方向
•森吉米尔
•CVC类轧机
•轧机方向
•UC类轧机
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•理论和设备
➢计算机、通信、仿真 技术等学科的发展提高 了板形控制的自动化、 智能化水平；
➢板形控制新理论、新 工艺的出现带来了新的 板形控制思路。
板形控制的基本理论
•1）. 板形缺陷的主要表示方法 a. 相对波峰值表示 b. 相对长度差表示 c. 张力差表示 d. 带钢断面的多项式表示 e. 矢量表示法
•2）.带钢平直条件
板形控制的基本理论
a. 相对波峰值表示
•：相对波峰值 •：带钢平直部分长度 •：带钢产生瓢曲的部分的振幅
板形控制的基本理论
•b. 平直条件
• 要使带钢在轧制过程中保持平直，首要的条件就 是保证带钢沿宽度方向上各处有均匀的延伸。
板形控制的基本理论
• 如图所示为带钢变形前和变形后的断面形状， 和 分别表示带钢变形前中部和边部的厚度； 和
he分别表示带钢变形后中部和边部的厚度，则带
钢变形前和变形后的凸度 和 分别为：
板形控制的基本理论
冷轧板形控制技术发展现状
• 森吉米尔轧机
✓ 具有整体铸造（或锻造) 的机架，刚度大，并且轧制 力呈放射状作用在机架的各 个断面上。
✓ 工作辊径小，道次压下率 大，最大达86％。有些材料 不需中间退火，就可以轧成 很薄的带材。
✓ 设备质量轻，轧机质量仅 为同规格的四辊轧机的三分 之一。轧机外形尺寸小，所 需基建投资少。
冷轧板形控制技术发展现状
• 六辊轧机的分类
冷轧板形控制技术发展现状
• 六辊轧机板形调节机构主要有工作辊正/负弯辊、 中间辊正/负弯辊、轧辊倾斜和中间辊横移控制。六辊 HC/UC类轧机刚度大、板形控制能力强，常用于单机架 配置的生产，或者用于连轧机组中的末机架配置，用于 实现成品带钢的板形控制。
冷轧板形控制技术发展现状
板形控制概述
2020年7月17日星期五
主要内容
冷轧板形控制技术发展现状
•板形的一般概念： •带钢是否平直
•平直
•中浪
•边浪
冷轧板形控制技术发展现状
• 导致断带
• 导致后续加 工难度增大
冷轧板形控制技术发展现状
•板形快速调整—液压弯辊
• 通过合理制定压下规程可以一定程度上满足板形 控制的要求，但调节范围受限，不能达到现代轧机板形 控制精度的要求。为了更好地控制板形，特别是在轧制 过程中能及时地根据板形缺陷快速调整辊型以控制板形 ，广泛采用弯辊的方法，即采用液压缸的压力使工作辊 或支承辊产生附加弯曲，以改变辊缝形状，保证板材平 直度和断面形貌偏差符合要求。
冷轧板形控制技术发展现状
• 板形调节机构
•普通四辊轧机
••+
•-
冷轧板形控制技术发展现状
• 普通四辊轧机
冷轧板形控制技术发展现状
• 调节机构主要有工作辊正/负弯辊，轧 辊倾斜控制，板形控制能力较弱，只能 用于一般的冷轧带钢生产，或在连轧机 中作为控制压下机架，而不作为板形调 节机架
冷轧板形控制技术发展现状
板形控制的基本理论
•a. 产生板形缺陷的原因 • 如果板带沿宽度方向上各部分有不均一的压下变形 ，则必将产生不均一的纵向延伸。由于带钢是一个整 体，个部分之间必将互相牵制，互相影响。因此带钢 内部就产生互相作用的内应力。当这个内应力足够大 时，就可能破坏带钢个部分之间维持平直的稳定性条 件，带钢上就会产生波浪形，翘曲等板形缺陷。
• a. 中间位置
b. 正凸度
c. 负凸度
冷轧板形控制技术发展现状
• 连续可变凸度轧机（ CVC）
• 分为CVC-4H和CVC-6H轧机
• CVC-4H轧机为四辊轧机，工作辊辊型磨削加工成具 有一定曲线特征的形貌，实现轧机辊缝形状的连续可变 。
• CVC-6H轧机为六辊轧机，中间辊被磨削加工成具有 一定曲线特征的形貌，通过中间辊横移，实现轧机有载 辊缝的连续可变。
• 式中 ： hc为带钢中部厚度 •表示断面形状特征的系数
板形控制的基本理论
• 任何一个给定的断面形状都可以用上式 来表达。但是除一次项与两侧压下不等有关 外，一般认为带钢是左右对称的，所以奇次 项不存在，同时为简化计算，忽略高次项， 因而上式可以简化为：
• 由上式可知，只要知道了四个参量hc、a1、a2 、a4 ，则断面形状就完全确定了。系数a1、a2、
• 如果施加到标准长度部分的单位张力为 T0 则板宽 方向上某点的单位张力 T(X) 可以表示为：
• 又有 ） • 故有
（其中 为弹性模量
板形控制的基本理论
•d. 带钢断面的多项式表 示
• 带钢的板形与带钢的断面形貌有关，所以为了控 制带钢的平直度，可以将带钢的板形用断面形状参数 来表示。带钢断面形状可以用带钢厚度（带钢半厚） h(x)与板宽方向离开中心线距离x之间的数字表达式来 表示。