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板形控制技术及应用 孙蓟泉周永红 (北京科技大学) 摘要概述了板形控制原理。根据有载辊缝形状方程,分析了影响板形、板凸度的诸项因素,综合介绍了板形控制技术及发展趋势。 关键词板形控制板凸度辊形技术 1 引言 近年来,随着社会的发展和科学技术的进步,用户对高质量、高附加值、高技术难度的热轧带钢产品的需求量显著增加,对钢铁产品质量、品种、性能方面的要求也越来越高。对热轧板带来说,其性能、质量及精度要求主要包括厚度精度、板形精度、成形性能及表面质量等。由于厚度自动控制(AGC)系统的不断完善和广泛采用,特别是厚度检测设备的发展和检测信号反馈时间的缩短,使模型的自学习功能大大增强,板带的纵向厚度精度也越来越高。相比之下,板形问题显得日益突 出。板形精度是热轧带钢的一项主要的质量指标和决定产品市场竞争力的重要因素。目前,板形控制技术已成为热轧带钢生产的核心技术之一,也是当前轧制技术研究开发的前沿和热点。板形理论从20世纪60年代发展至今,经历了四辊轧机轧辊变形分析、三维板材轧制分析、辊系三维有限元分析等阶段;在板形控制技术方面,经历了基于负荷分配的板形控制、各种板形控制轧机(HC、CVC、PC等)、板形和板厚解耦控制、板形和板凸度以及断面轮廓综合控制等阶段;此外,液压弯辊装置的广泛应用,实现了带钢的凸度和平直度的在线调整控制。这些理论和技术的采用都使板形控制水平得到了很大的提高,板形控制精度也得到了大幅提升。 2 板形控制原理 由于轧出带钢的断面形状即是有载辊缝形 状,因此板形控制的实质就是控制带钢宽度方向 上的有载辊缝,从而获得所需的带材轮廓和平直 度。影响有载辊缝形状的因素较多,主要有工作辊 辊形、使辊系产生弯曲变形的轧制力和弯辊力、改 变轧辊辊形的热辊形和磨损辊形以及一些可控辊 形技术。 2.1 有载辊缝形状 有载辊缝形状可用如下方程描述[2]: CR= P KP+ F KF+ECωC+EΣ(ωH+ωW+ωO)+E0Δ 式中CR--与带钢凸度有关的有载辊缝形状; P--轧制力; F--弯辊力; KP--辊系在轧制力作用下的弯曲变形, 又称为轧机横向刚度; KF--辊系在弯辊力作用下的弯曲变形, 又称为弯辊横向刚度; ωC--可控辊形,根据所采用的CVC或PC 等技术确定其值; ωH--热辊形; ωW--磨损辊形; ωO--初始辊形,根据板形控制需要,进行 辊形设计和磨辊; Δ--入口带钢凸度; E0、EC、EΣ--相关系数。 从辊缝方程中可知,影响带钢出口凸度的因 素有以下三点: (1)扰动量:热辊形和磨损辊形。当负荷分配 不考虑板形最优时,则轧制力亦将作为扰动量。 (2)可控制量:可调节辊形(CVC或PC)。板 形设定计算时,首先确定一个弯辊力,主要是确定 CVC辊的抽动量或HC辊的交叉角。但CVC辊的 抽动或HC辊的交叉目前仅用于空载时辊缝形状 的调节,因此主要用于板形设定模型对辊缝形状 的设定,而在线控制一般只用弯辊进行。当以板形 最优为目标进行负荷分配时,轧制力亦是一种可 控制量。 (3)固定量:初始辊形和弯辊力。初始辊形设 计时需考虑轧制单位的特征,一旦确定,在轧制时 将固定不变。弯辊力应该是可控的,但为了保留弯 辊力用于轧制在线调节,在设定计算时往往将其 固定于某一值。 2.2 轧辊变形对板形的影响 轧辊变形有两大主要原因: (1)由轧制力P引起的轧辊变形 在通常轧制情况下,当在工作辊两端施加轧 制力时,轧件在两辊间产生塑性变形。工作辊受到 反作用力产生挠曲,使带材板形具有一种依赖于 如轧机尺寸、带材硬度、宽度、轧制力、压下量等多 种因素的形状。 由轧制力引起的轧辊变形的另一种主要形式 是轧辊压扁。轧辊压扁现象发生在轧件与工作辊 的接触区或工作辊与支撑辊的接触区。 (2)由板形调控机构引起的轧辊变形 板形调控机构常用来对轧机的辊缝形状作适 当的调整,以获得良好的板形。 常被用来调整辊缝形状的设备是弯辊机构, 它能使轧辊产生水平或垂直面上的弯曲。弯辊力 可以加在轧辊轴承座或辊身上。另一种调节辊缝 形状的方法是采用可变辊形曲线的轧辊。这种轧 辊通常由辊轴和套筒构成,装在辊轴和套筒之间 的液压或机械动力设备可调整辊套的外形。 轧辊的弹性弯曲挠度是影响辊缝形状的最主 要因素。目前关于轧辊的变形模型可分为二辊轧 机简支梁模型、四辊轧机简支梁模型、分割梁模型 和有限元模型。 2.3 可控辊形对板形的影响 对于带钢轧机来说,CVC、PC、HC等装置主要 用于预设定(空载时调节)来保证带钢的最终出口 凸度。 当采用CVC轧机时: ωC=-αΔRb2d 式中b--带宽; d--横向抽动量; ΔR--辊形曲线(最大、最小直径之差); α--系数。 当采用PC轧机时: ωC= b2 2Dwθ2 式中b--板宽; Dw--工作辊直径; θ--