拉伸弯曲矫直机破鳞功能的研究

设计与研究

拉伸弯曲矫直机破鳞功能的研究

李同庆Ξ　陈先霖 王建国

(北京科技大学机械工程学院　100083) (包头钢铁学院机械系　014010)

摘要　分析总结了拉矫机破鳞理论,研究了拉矫机工艺参数与破鳞效果之间的关系,提出了酸洗拉矫机工艺参数优化的准则,同时就拉矫机在破鳞方面的发展提出自己的看法。

关键词　拉矫机　破鳞　带钢

Research to the D escali ng Function of the Ten sion L eveler

L i Tongqing　Chen X ian lin W ang J ianguo (U n iversity of Science and T echno logy B eijing) (B ao tou In stitu te of Iron and Steel)

ABSTRACT　A nalyzes the descaling theo ry of the ten si on leveler.It app roach the connecti on betw een the descaling resu lt and varying of techno logical param eter of the equ i pm en t,at the sam e ti m e it give the ru le to op ti m ize the functi on of the ten si on leveler.Fu rthermo re,it described the app lycati on trend of the ten si on leveler in descaling.

KEYWOR D S　T en si on leveler　D escaling　Stri p

1　前言

随着经济的发展及技术的进步,国内外市场对冷轧薄板质量的要求越来越高,因此如何在各工序采取措施来提高其质量便成为冷轧厂的当务之急。酸洗拉伸弯曲矫直机作为热轧、冷轧之间承前启后的一台设备,在除鳞的高速、高效化以及对板形的改善方面起到了举足轻重的作用,特别是对近年发展起来的酸洗——冷轧联机技术的实现上,更是成为一种决定性的因素。以往人们研究的重点往往集中于其对板形质量的改善并已取得了明显的效果,但如今已逐步感受到充分发挥拉矫机破鳞功能对于提高带材表面质量进而提升带钢总体质量水平以及生产顺行的重大意义。而生产实践也表明,近年来随着板形质量水平的逐渐提高,带材表面质量问题日益凸显。如何使酸洗拉矫机在实际应用中更好的兼顾改善板形与破鳞的双重功能,这实际上便是一个拉矫机工艺性能的优化问题,这一问题的解决亦有赖于拉矫机破鳞理论的研究。

2　氧化铁皮的破坏形式[1]

211压应力作用下的破坏形式

考虑一个性质均一的氧化铁皮在迅速作用外载下的破坏形式,此时蠕变即可忽略,而这时氧化铁皮在外力作用下的失效形式通常为形成贯穿氧化物的裂纹(源于原本存在的微裂纹)。对于受侧向压缩作用的氧化物,其破坏取决于沿氧化物与金属界面方向或平行于此方向裂纹的增长。EVAN S的研究结果表明,氧化物受压时的剥落可通过两个过程产生,取决于氧化铁皮自身强度及其与基体界面结合强度之间的关系。当界面

To tal N o1109 June1998

冶　金　设　备

M ETALLU R G I CAL EQU IP M EN T

总第109期

1998年6月第3期

Ξ第一作者简介:李同庆,男,博士研究生

牢固而氧化铁皮脆弱时为路径1,反之当氧化铁皮与基体界面的结合强度相对较小时,剥落通过

路径2产生,如图1所示

。

图1　压应力作用下的破坏形式

212拉应力作用下的破坏形式

氧化物在受到拉应力作用时,由于应力只能通过金属基体传给氧化铁皮,因此如果基体的应变继续增加时,氧化物将变成一个个“弧岛”,但其并未剥落,如图2所示。

图2　拉应力作用下的破坏形式

3　拉矫机破鳞工作机理

利用铁基体及氧化铁皮覆层材料性能的巨大差异,采用机械方法反复弯曲,基体材料受力后产生一定的弹塑性变形,表面氧化铁皮则由于不具有塑性且破坏强度较低,同时氧化铁皮与铁基体附着力差,这样当氧化铁皮由于不能适应金属形状变化而引起的内应力大于其破坏强度时,它便要破裂。带材在经过弯曲辊时,上下表面处于不同的应力状态,最终产生不同形式的氧化铁皮剥落,这就是拉矫机破鳞的原理所在。4　拉矫机工艺参数对破鳞的影响与控制411延伸率的影响

用拉矫机进行机械除鳞处理时,若对带钢施加一定的延伸率,则对以后的酸洗效果有很大影响。因为带钢酸洗速度的快慢直接取决于带钢表面氧化铁皮的破碎程度,而一般随延伸率的增大,带钢表面的氧化铁皮破碎程度会增加,因此破鳞效果也就越好,除鳞速度也越高。但这一趋势却不是绝对的,尽管对饱和点的位置还有不同看法,但形成共识的却是酸洗速度将随着延伸率提高到某一值时趋于饱和,即超过这一点后破鳞效果将不再随延伸率的增大而再有明显的改善。文献[2]提出除鳞速度随延伸率的增加而上升,但是当延伸率达到约1%时出现了大致饱和的倾向。另一方面,带钢板形矫直的效果约为015%时差不多就矫平了,可以认为实际操作中延伸率达到1%时效果最佳。基于同一问题文献[3]的研究结果却指出这一饱和点在2%左右。但不管饱和点的位置有何差异,共同说明的一个问题却是盲目的增大设定延伸率对改善预除鳞的效果是没有多大帮助的。这一点在理论上的解释是延伸率的增大会对铁基体上氧化铁皮的裂缝程度产生影响,但它却对改变氧化铁皮的致密度及其与基体的附着力无多大帮助,见图1。412拉伸和弯曲对破鳞效果的影响

图3　宝钢酸洗拉矫机工艺简图

Ε——延伸率;Β——机架倾角;T d ——弯曲辊压下深度;T ——张力

带钢同一延伸率的获得既可在大张力小弯曲下实现,亦可在小张力大弯曲下实现,但究竟哪种工艺对破鳞更有利,这里面牵涉的问题便是拉伸以及弯曲作用对带钢破鳞效果的影响。一般说来,是否有利于氧化铁皮的破碎以及氧化铁皮的破碎程度是衡量破鳞效果好坏的唯一标准,基于这一观点,带钢弯曲程度增加对破鳞效果的改善作用要优于拉伸作用的增加。

(1)由于氧化铁皮经常处于受压应力状态

下,因此增加压缩作用要比增加拉伸作用更有利于氧化铁皮的破碎。

(

2)压缩作用导致氧化铁皮结构疏松直至

破碎,而氧化铁皮硬度的下降直接导致其与铁基体附着力的下降从而更有利于破鳞,拉伸作用对其硬度的改善作用不明显。

(3)氧化铁皮尽管有时以块状脱落,但在其

与铁基体结合的最里层却基本是以粉粒状存在的,此时压缩作用更有利于其自身的脱落。

图4　破鳞示意图

工业用的破鳞机象除鳞器、矫直机、平整机、拉伸矫直机等,它们对带钢表面氧化铁皮的作用不同,如拉伸、弯曲、破碎、碾压等,这些设备使用于酸洗线上作用的侧重点有所不同。当带钢通过拉伸弯曲矫直机的弯曲辊时,带钢两个表面变形情况不同,一个表面受到张力拉伸,氧化铁皮和它与铁基体的界面会产生裂纹,而与弯曲辊相接

触的另一面将受到压缩力的作用,氧化铁皮会被挤碎成网状,有的不再附着于基体上,直至脱落。由此可见,拉伸弯曲矫直机破鳞效果的取得主要依靠弯曲时的塑性镦粗作用,S M S 所做的现场实验证明了这一点[4]。5　酸洗拉矫机工艺优化准则

结合拉矫机对板形影响的研究结果[5],我们

可以得出酸洗拉矫机的理想工艺条件。511延伸率的设定

拉矫机工作状况的好坏不取决于设定延伸率的高低,相反过大的延伸率反而会产生以下副作用。

(1)由于延伸率沿带钢横截面分布的不均

以及带钢本身对延伸率差的敏感性,过大的延伸率不仅无助于破鳞效果的改善,反而会引起失衡的不均匀变形和局部瓢曲,使板形反趋恶化,同时带钢晶粒变的粗糙,表面出现滑移线。

(2)设定延伸率的升高将直接导致机组断

带率的升高,这将对连续化大生产造成不利的影响,而这一点对于日益发展的酸洗——轧机联机操作来说更是致命威胁。

(3)给机组运行带来不必要的负担,造成传

动系统负荷增加及能源浪费。带钢最终所能获得的实际延伸率将受机组设备条件(如电机功率、弯曲辊径)所限,并不是设定值愈高,带钢就一定能获得更高的延伸率。512弯曲程度及张力的关系

理论分析表明,弯曲和张力的增大都将有利于带钢的延伸。考虑到酸洗拉矫机破鳞的特殊要求,张力一般不能太大(源于张力对塑性镦粗的遏制作用),张力的增大将容易引起带钢打滑而对设备安全构成威胁,因此酸洗拉矫机的理想工艺情况应该是小张力大弯曲。但弯曲的增大也不

能随心所欲,一方面要考虑对材料加工硬化的影响,另一方面受设备自身条件所限,弯曲辊辊径不可能做的太小,辊子太细会带来磨损快、挠度大以及受轴承位置限制等问题,甚至有可能断辊,另外弯曲的增大也意味着能耗的增大。因此设置工艺时应协调好压下深度和张力关系,尽可能利用弯曲对带钢延伸的贡献,以求得能耗与工

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