轧制工艺过程控制原理与方法

① 用测厚仪测厚的反馈式厚度自动控制系统
图1-97反馈式厚度自动控制系统
Km h S M Km
M Km M S h (1 )h Km Km
② 厚度计式厚度自动控制系统 思路：在轧制过程中，任何时刻的轧制压力P和空 载辊缝S0都可以检测到，用弹跳方程h=S0+P/Km计 算出任何时刻的实际轧出厚度h (GM法) 。 GMAGC或P AGC：根据轧机弹跳方程测得的 厚度和厚度偏差信号进行厚度自动控制的系统 。 特点：可克服传递时间滞后，但对压下机构、机械 系统以及计算机控制时程序运行等的时间滞后仍不 能消除。
图1-95 摩擦系数对轧出厚度的影响
图1-96 变形抗力对轧出厚度的影响
（6）厚度自动控制的基本形式及其控制原理 AGC的含义： 厚度自动控制系统。 基本功能：
采用测厚仪等直接或间接的测厚手段，对轧制过程 中板带的厚度进行检测，判断出实测值与设定值的 偏差；根据偏差的大小计算出调节量，向执行机构 输出调节信号。 组成： 辊缝控制系统、轧制速度控制系统和张力控制系 统。
电器柜 D/A
过程计算机
L i L Es
模量。
i 为带材横截面应力的变化， E 为带材的弹性 s
（2）软件模型 ①预设定控制模型 带材头部进入轧机之前，轧机的各种板形机构都应有正确的 预设定值，以此作用反馈控制的调节起点。必要时可手工干 涉。 ②轧制力—弯辊力前馈控制模型 板形预设定控制模型在计算设定值时采用的轧制力是预估 的，肯定与实际轧制过程的轧制力存在误差，而且在轧制过 程中轧制力是不断变化的，为了消除误差和轧制力的波动对 板形的干扰，必须对弯辊力进行不断的补偿性调整。 ③闭环反馈模型 闭环反馈控制模型是板形控制的核心，在轧制过程中闭环反 馈控制模型通过周而复始地根据板形仪实测板形信号对各板 形调节机构的动作值进行修正，以使轧后带材板形达到板形 控制的目标值。
（2）宽度控制系统
图1-98 自动宽度控制系统原理图 接轴；2-液压活塞；3-立辊牌坊；4-压下螺丝机构；5-立 辊；6-齿轮；7-轴承架；8-液压缸块；9-测力压力
1.9.3 板形控制 1.9.3.1 板形概念： 板形参数：
图1-100 板带材横截面几何形状
图1-101板带材在自然状态下表观平 坦程度
2) 压力机压缩调宽方法 思路：压缩减宽是通过挤压调宽机（Squeezing Presses）或调宽压力机（Sizing Presses）实现 的。 基本类型：
①长锤头调宽压力机; ②短锤头调宽压力机 .
图1-107 不同类型的调宽压力机 长锤头型；b-带平直压缩工具的短锤头型；c带锥度压缩工具 的短锤头型 Lt-锤头长度；b-加工后的宽度
P金属的压力方程： F ( B, R, H , h, f , T , s )
塑性曲线B
金属的压力方程 曲线B的斜率代表轧件塑性 的塑性刚度M ：
P P M h
（3）实际轧出厚度随辊缝而变化的规律
轧机的原始预调 辊缝值S0决定着 弹性曲线A的起 始位置。
图1-92 实际轧出厚度随辊缝变化的规律
1.9.3.2 板形控制技术 ① VC辊
图1-105 VC辊的构造 1-回转接头；2-辊套；3-油沟；4-操作盘；5控制盘；6-油泵
② CVC系统 CVC辊为Continuously Variable Crown的缩写当带 有瓶状辊型的工作辊在相对向里或向外抽动时空载 辊缝形状将变化。
③ PC轧机 PC轧机为Pair Cross的缩写，即上下工作辊（包括支承辊） 轴线有一个交叉角，因此上下轧辊（平辊）将形成一个相对 于有辊型的辊缝形状，此时边部厚度变大，中点厚度不变， 形成了负凸度的辊缝形状（相当于轧辊具有正凸度）。
(a)凸辊型空载运转的状态；(b)轧制受力的状态
2）轧辊辊身温度不均匀而产生的轧辊不均匀热变形
(a) 平辊空载辊缝;(b)受热后变为凸辊型、钢板中部厚度小 边部厚度大
(a) 当轧辊为凹辊型时，受热后变成平辊;(b)凹辊受热的 形状与平辊受热形状一致
3）轧制过程中轧辊的不均匀磨损 4）轧机的控制系统
图1-99 GM-AGC闭环系统示意图
③ 前馈式厚度自动控制系统 思路：在轧制过程尚未进行之前，预先测定出来料 厚度偏差H，并往前馈送给轧机，在预定时间内提 前调整压下机构，以便保证获得所要求的轧出厚度h 。
图1-101 H、h与S之间的关系曲线
④ 液压式厚度自动控制系统
思路：液压AGC是按照轧机刚性可变控制的原理来 实现厚度的控制，即通过液压伺服阀调节液压缸的 油量和压力来控制轧辊的位置，对钢板进行厚度自 动控制。
平直度：
图1-102 平直度 (a)侧弯；(b)边浪；(c)中浪
平直度和带钢在每个机架入口与出口处的相对凸度 是否匹配有关：
图1-103 入口和出口 断面形状
平直度良好条件为l/l=0，所以

h

L L H
如果来料平直度良好，L/L=0，则 h


H
板形的定量表示方法： 1）波形表示法，这一方法比较直观。带钢翘 R 曲度表示为： 100%
1）辊型及辊型设计； 2）板型及板型控制
为保证纵向厚度分布均匀而提出：
1）自动厚度控制理论； 2）自动厚度控制技术
为保证纵向宽度分布均匀而提出：
1）自由张力连轧； 2）小张力连轧。
1.9.1 厚度控制 (1 )产生板厚变化的原因
1) 轧辊辊型的影响
(a)圆柱形轧辊的空载辊缝；(b)受力过程中产生轧辊挠度
断面形状可用多项式加以逼近：
h( x) he ax bx cx dx
2 3
4
一次项：楔形的反映；二次项（抛物线）为对称断 面形状；对于宽而薄的板带也可能存在三次和四次 项，边部减薄一般可用正弦或余弦函数表示。 出口断面凸度表示法：
hc he
相对凸度：CR=/h作为特征量（h为宽度方向平均 厚度），也可用/he或/hc作为相对凸度。
3）轧制过程的宽度控制
①轧制减宽
图1-109 立式与水平轧机的主要布置形式 a-开式布置；b-VH；c-HVH；d-VHV
图1-110 4种类型的立辊 a-平辊；b-锥形辊；c-带平或凸槽底表面的孔型辊； d-带斜槽底表面的孔型辊
② 轧制增宽 增宽方法可分为两大类： 第一类：利用轧制时厚度压下大部分转化为纵向延 伸的现象，即中厚板生产中横轧法。
⑥带活套的热带连轧机组中间机架的张力控制系统
常用活套形式：电动活套、气动活套、液压活套。
图1-105 示意了机架间的电动活套张力的控制情况。 位置调节器；2-轧制线；3-活套支撑器；4-带钢；5-轧机驱动；6-活套驱 动；7-速度调节器；8-电流调节器；9-角位置调节器；10-带钢张力计 算；11-张力调节器
L
R-波幅；L-波长。
2）残余应力表示法
影响板形的因素： 除了来料的原始板形外，凡是影响辊缝的所有工艺 参数如力学参数、热力学参数及几何参数等都会对 板形产生影响。这些参数包括：①总轧制压力；② 单位轧制压力分布；③弯辊力；④支撑辊与工作辊 间接触压力；⑤初始辊形；⑥轧辊磨损；⑦热凸 度；⑧变位辊形等。
1.9 轧制工艺过程控制原理与方法
本节应掌握的知识点： 1.板带厚度控制基本原理； 2.板带宽度控制的基本方式； 3.板形的基本概念
高精度轧制，对板、带钢的要求：
1）板带钢的横向断面厚度分布均匀性； 2）板带钢的纵向断面厚度分布的均匀性 3）板带钢断面宽度在纵向长度上分布的均匀性。
为保证横向断面厚度分布的均匀而提出：
（4）实际轧出厚度随轧机刚度而变化的规律 轧机的刚度Km随轧制速度、轧制压力、带钢 宽度、轧辊的材质和凸度、工作辊与支撑辊接触 部分的状况而变化。
（5）实际轧出厚度随轧制压力而变化的规律
影响轧制压力的因素都会影响金属塑性曲线B的相对位置 和斜率，因此，即使在轧机弹性曲线A的位置和斜率不变 的情况下，所有影响轧制压力的因素都可以通过改变A和B 两曲线的交点位置，而影响着带钢的实际轧出厚度。
轧机刚度可变的基本方 程：
P P h h x C Km Km P P Km KE 1 C
h -轧辊位置补偿之后的带钢轧出厚度偏差； C-轧辊位置补偿系数； KE-等效的轧机刚度系数； x-轧辊位置修正量。
⑤冷轧带钢张力控制系统
图1-104 Davy-Loewy带钢张力控制系统 轧机；2-张力计；3-液压缸位置；4-液压缸；5-张力偏差； 6-位置基准值；7-位置调节器；8-张力基准值
轧制速度、辊缝、轧制力、弯辊、轧辊平衡、轧 辊润滑冷却、轧制张力以及测厚仪等。
5）入口轧件尺寸与性能 入口轧件在厚度、宽度、板形、硬度、温度等方 面的变化也会导致轧后轧件厚度的波动。
(2) 厚度控制原理
弹 h S 0 S S 0 Km
h—轧件出口厚度；S0—空载辊缝；P—轧制力；Km—轧机刚 度。
④ HCW轧机 HCW为High Crown Work的缩写，HCW为四辊轧 机，通过工作辊的抽动来改变与支承辊的接触长度 及改变辊系的弯曲刚度。
⑤ 弯辊装置 分为工作辊弯辊和支承辊弯辊两种。
1.9.3.3 板形的控制系统 （1）硬件系统
电器柜D/A 液压系统 电/液 板形调节机构 板形仪
轧制参数检测仪
图1-111 展宽轧制的原理 1-板坯；2-展宽轧制；3-水平辊厚度压下
第二类：在水平轧机上利用不同的辊型来控制金属 的流动方向。
a 扇贝型轧辊增宽：
b 具有交错辊环的轧辊增宽：
图1-113 采用带交错辊环的轧辊延伸来增宽 a-宽展孔型；b-平整孔型
c 具有中部突出块的轧辊增宽：
d 大凸度辊增宽：
1.9.2 宽度控制AWC (1)调宽理论与方法
w w2 w1
w2 ln w1 Sw h1 ln h2
w1、w2 分别为轧件轧前和轧后宽度；h1 、h2 分别为轧件轧前和轧后厚度。
1）连铸板坯在线变宽方式 ① 两次浇铸之间更换模具变宽，这种方式需要改变铸模，操 作不大方便，而且有时不能按照所需增量来得到理想的板坯 宽度。 ② 暂停浇铸改变模具宽度变宽，这种方式涉及到铸造过程的 临时中断，以便各种夹具能够插入来改变模子的宽度。此过 程将导致出现断面阶跃，这将不可避免地使切损增加。 ③降低浇铸速度，此过程是移动沿着钢水已凝固壳模子的至 少一个侧板来实现的，从而可不中断金属流动而得到不同宽 度。实践证明，此方法适合于使宽度变窄，而不适于增宽， 这是因为要避免模子与凝固壳之间产生缝隙。 ④更复杂的模子侧板平移、旋转等运动实现在线变宽或变窄。