拉弯矫直的原理课件

带钢拉伸弯曲矫直破鳞原理矫直原理带钢拉伸弯曲矫直破鳞原理矫直原理1板形简述板形简述 带钢的板形问题包括带钢的横向厚差和带钢的平直度等两个方面。板带横向厚差ht一般以轧件中部厚度hc与轧件边部厚度he之差来表示,即 ht=hc-he 直观上讲，所谓带钢的平直度是指其翘曲程度，就其实质而言，是指带直观上讲，所谓带钢的平直度是指其翘曲程度，就其实质而言，是指带钢内部沿横向残余应力的分布。板形的定量表示，即板形的表示方法，既是生产中衡量板形质量的需要，也是研究板形问题和实现板形自动控制的前提条件。因此，人们依据各自不同的研究角度及不同的板形控制思想，采取不同的方式定量描述板形。1-1板形简述 带钢的板形问题包括带钢的横向厚差和带钢2 常见的表示方法主要为相对长度差表示法和波形表示法。(1)相对长度表示法:将轧后翘曲的带钢裁成若干纵条并铺平，则可清楚的看出横向各点的不同延伸。一个比较简单的方法就是取横向上不同点的相对长度差L/L来表示板形。其中L是所取基准点的轧后长度,L是其它点相对基准点的轧后长度差。相对长度差也称为板形指数。=L/L1-2 常见的表示方法主要为相对长度差表示法和波形表示法3 (2)波形表示法 在翘曲的钢板上测量相对长度来求出相对长度差 很不方便,所以人们采用更为直观的方法,即以翘曲波形来表示板形，称之为翘曲度。将带材切取一段置于平台之上，如将其最短纵条视为一直线，最长纵条视为一正弦波，如图，则可将带钢的翘曲度表示为：=(R/L)*100%1-3 (2)波形表示法 1-34LR图图1-1 板形表示法板形表示法 另外,根据参考文献,可以得到和最长,最短纵条相对长度差之间的关系为:L/L=2*2/41-4 上式表明带钢波形可以作为相对长度差的代替量，因此只要测出带钢波形，就可以求出相对长度差。LR图1-1 板形表示法 另外,根据参考文献,可以5 基于带钢矫直的特点，在矫直中的板形问题主要是指平直度问题。它通常有如下几类：双边浪，中浪，单边浪，肋浪，L翘和C翘。1）双边浪:这主要是因为冷轧过程中，负弯辊力过大，轧制力过高，轧辊凸度太小，工作辊和支承辊的磨损，轧辊发热等因素造成两边延伸大于中部。2）单边浪:这是因为工作辊磨削时凸度曲线不对，有横向差(直径一头大一头小)出口卷取机轴承与支承间有间隙，使卷筒摆动，弯辊故障影响，液压漏油等原因造成的带材一边延伸较其他部分大。基于带钢矫直的特点，在矫直中的板形问题 6 3）中间浪:这是因为在轧制过程中轧制力过小，正弯太大，卷取张力过大弯辊给错了，轧辊原始凸度不合理等因素造成中部延伸比边部大而形成。4）肋浪:也称“眼睛”，这是因为冷轧时由于各种原因造成局部延伸过大，位置既不在中间，也不在两边。板带材中晶粒度的不均匀分布在压力加工时也可能引起这种缺陷。这种板形缺陷很不好消除，这是平整所不希望见到的一种板形缺陷。3）中间浪:这是因为在轧制过程中轧制力 7 5）L翘 在轧制时由于各种原因，造成带钢上下表面的延伸不一致，从而使带钢沿长度方向呈现向上或是向下的翘曲，这种翘曲在实际矫直中很难消除。6）C翘:带钢沿宽度方向呈现向上或是向下的翘曲。图图1-2 板形示意图板形示意图 5）L翘 在轧制时由于各种原因，造成带钢上8连续拉伸矫直机组连续拉伸矫直机组 按矫直方式，板带材矫直机可分为辊式矫直机、张力矫直机、连续张力按矫直方式，板带材矫直机可分为辊式矫直机、张力矫直机、连续张力矫直机和连续拉弯矫直机等四类。这里介绍连续张力矫直机.连续拉伸矫直机组 按矫直方式，板带材矫直机可分为9Unit 2Unit 1图图1-3 连续拉矫机组示意图连续拉矫机组示意图3#B/R4#B/R 连续式矫直机的入口和出口均设有张力辊,带钢可以在较大的张力下进行更高速率的运行.需矫平的带材在张力辊组施加的张力作用下，连续经过上下交替布置的多组小直径的弯曲辊剧烈弯曲，如图1-3。XYUnit 2Unit 1RollRollRollRoll10 连续式拉伸弯曲矫直技术是在拉伸矫直和辊式矫直的基础上问世的,发挥了两种工艺的优点,又打破了其局限性。具有以下特点：1)厚度2mm的板形缺陷，辊式矫直机很难使带钢矫平，特别是 0.5mm的带钢，在辊式矫直机上几乎无法矫平。而（连续）张力矫正机对瓢曲也无能为力，拉弯矫直机则能消除带材的瓢曲、边浪和镰刀弯等三维形状缺陷。带材各条纵向纤维在拉伸和弯曲应力的联合作用下,沿长度方向产生了不同程度的塑性延伸，各条纵向纤维的长度趋向于一致，从而减小内应力的不均匀分布，由纵向纤维长度差造成的板形缺陷得以消除。其根本特点是在张力水平远低于材料屈服极限的情况下（T=s/10-s/3）使带材产生永久塑性延伸。连续式拉伸弯曲矫直技术是在拉伸矫直和辊 11 2)弯曲辊组和矫平辊组均是从动辊，没有驱动装置，因而可与带材同步运动，不会因打滑而擦伤表面。3)与辊式矫直机相比，其结构简单，重量轻，维修方便，操作容易。4)(连续)张力矫正机矫正带材时，带材必须受到超过s的拉伸，才能产生残余变形，对宽厚度较大的带材，势必付出张力所需的能量，功耗大，易拉断s=b的带材。与此相反，拉伸弯曲矫直机组中带材的张应力小得多，不会断带，也不会影响带材质量，能耗比拉伸矫直机要小得多。2)弯曲辊组和矫平辊组均是从动辊，没有驱 12 5)在酸洗机组中作为机械破鳞装置。通过对热轧来料的拉弯矫直处理，不但能改善板形，同时可获得有效的破鳞效果，从而降低酸液消耗并显著提高整个酸洗线的生产效率及带钢质量。6)带钢退火后进入拉伸弯曲矫直，获得相应的延伸，减小或消除退火屈服平台（即屈服点延伸Yield Point Elongation），机械性能和板形有了明显改善，其某些性能的改善超过冷平整的效果。7)用于热镀锌机组，可以使锌花更细致，镀层更均匀。8)适用于几乎所有的带材加工作业线和各种金属材料,矫正厚度范围广,尤其是厚度=0.12mm的薄带效果更好,而且矫直速度高，一般工作速度为30700 m/min，最大可达1000 m/min。5)在酸洗机组中作为机械破鳞装置。通过对热 13张力辊辊及其传动系统张力辊辊及其传动系统 张力辊组负责提供矫直所需的张力,它由入口张力辊组和出口张力辊组组成。两个辊组都是驱动的，但出口张力辊组的线速度高于入口张力辊组.张力辊组常采用四辊式,即入口和出口辊组各由四个张力辊组成.由于带材以“S”形经过这些辊子传导出来,所以又称四辊式“S”辊组.目前张力辊组常用的传动系统主要有集中传动与单独传动两大类.在张力辊组的集中传动方式中,前后张力辊组中的各个张力辊通过齿轮箱、行星齿轮差动机构由一台主传动电机集体驱动，并由差动调速装置产生带材矫平所需的延伸率。单独传动是指入口和出口张力辊组中每个张力辊组都单独由直流电机或交流变频电机传动。张力辊辊及其传动系统 张力辊组负责提供矫直所需的14拉伸弯曲矫直原理拉伸弯曲矫直原理 半形缺陷的产生机理一般认为板形缺陷来源于带钢横截面上各点沿轧制板形缺陷的产生机理一般认为板形缺陷来源于带钢横截面上各点沿轧制方向的延伸不相同，延伸较大的部分被迫受压，而延伸较小的部分则被迫受拉。拉伸作用不会引起板形问题，但是当压缩应力超过一定的临界值时，该部分板材将产生不同形式的屈曲，边部延伸大就产生边浪，中部延伸大就产生中浪，浪形产生的部位取决于带钢局部延伸量偏大处。连续拉弯矫直机的原理是弹塑性拉弯矫直理论。带材在轧制及平整工序中由于不均匀延伸使内部产生应力，当其值达到一定程度时，会造成板形的瓢曲或浪形，拉弯矫直机改善板形正是利用了内应力的存在。拉伸弯曲矫直原理 半形缺陷的产生机理一般认为板形缺15 需矫平的带材在张力辊组施加的张力作用下,连续经过上下交替布置的多组小直径的弯曲辊剧烈弯曲,如图1-4。图图1-4 连续拉伸弯曲矫直机示意图连续拉伸弯曲矫直机示意图1入口张力辊；入口张力辊；2导向辊；导向辊；3预弯矫直辊；预弯矫直辊；4抗横弯矫直辊；抗横弯矫直辊；5抗纵弯矫直辊；抗纵弯矫直辊；6导向辊；导向辊；7出口张力辊出口张力辊 需矫平的带材在张力辊组施加的张力作用下,连图1-161#延伸2#延伸1#反弯 在Scale Breaker中,Breaking Unit有延伸带钢作用，LevelingUnit起矫直带钢作用在这里把BreakingUnit 当作延伸，LevelingUnit当作反弯1#延伸2#延伸1#反弯 在Scale Break17带钢矫直处理原则带钢矫直处理原则18(1)带通过拉矫后板形会发生显著的变化，通过(2)控制相关工艺参数的设置可以达到改善板形、(3)消除翘曲的目的，不同的辊子切入量搭配方案(4)将产生不同的带钢翘曲结果。(2)延伸辊组的辊径较小，因而，在切入量不大时即可使带材产生较大的延伸。延伸辊组主要是消除来料板带的浪形。平直的带钢经过1#延伸以后，产生下L翘和下C翘，经过1#延伸和2#延伸以后，同样产生下L翘和下C翘，必须通过后续反弯辊组消除这种缺陷。结论带通过拉矫后板形会发生显著的变化，通过结论19 拉伸弯曲矫直的根本特点是在张应力水平远低于材料屈服极限的情况下(T=s/10-s/3)使带材产生了塑性延伸.金属带材拉伸弯曲矫直的主要问题有以下三个：(1)确定矫直不良板形所需要的带材延伸率。(2)(2)确定实现上述延伸率所需要的张力和矫正辊的半(3)径和数量。(4)(3)对工艺参数进行合理的调整，消除反复弯曲之后(5)带材产生的纵向卷曲(Curl)和横向卷曲(Gutter)。拉伸弯曲矫直的根本特点是在张应力水平远低20应力与应变分析应力与应变分析 资料表明:弹塑性体在弯曲和弹复的全过程中,中性面都移向受压缩的一侧,带材的几何中间面被拉伸,在反复弯曲过程中，其延伸率可以用叠加法计算。图图1-5 拉伸弯曲应变和应力分布拉伸弯曲应变和应力分布应力与应变分析 资料表明:弹塑性体在弯曲和弹复的全21 图1-给出了带材在两次拉伸弯曲过程中的应力和应变分布.明确地表示了中性轴相对于中间轴的偏移.中心层发生了相对移动，也即是中心层发生了塑性流动（即原始中心层的应力必须超过材料的屈服应力s）才能达到改善板形的作用 图1-给出了带材在两次拉伸弯曲过程中的22包角包角图图1-6 包角示意图包角示意图包角的示意图如下:包角图1-6 包角示意图包角的示意图如下:23其中：t为带钢的厚度；p为弯曲辊的间距；H为辊子的相对交错量。关于包角根据几何关系可以得到:上式中当辊子直径不一样时：在入口和出口辊子上：。在交错布置的其他中间辊子上：。1-5其中：t为带钢的厚度；p为弯曲辊的间距；关于包角根据几何关24图图1-7 Elongation与与Intermesh之间关系之间关系 Elongation与与Intermesh之间关系之间关系图1-7 Elongation与Intermesh之间关系 25 无论带材为何种材料,带材延伸率与带材的前张力成直线的正比关系;为了消除带材的“马鞍形”板形缺陷在矫直机的后部需要增加一组直径逐渐增大的辊子用于最后的矫直。板形好的带材可能需要0.5%的带材延伸率;一般的板形需要的带材延伸率可达到1%；而板形严重的带材所需要延伸率可达到1.5%；不论带材强度高低,带材的延伸率与带材的前张力成直线关系;在带材延伸率不变的情况下，随着矫直辊直径的增加带材的张力增加.为了控制对强度性能和时效的影响，就低合金钢而言延伸率可达到2%。对机械除磷而言带材的延伸率0.51.0%是足够的。无论带材为何种材料,带材延伸率与带材 26 1)拉伸弯曲矫直机组对改善板形和破鳞都有很好的效果，是目前薄板带矫正的最好方法。2)只有带材的中心层发生了塑性流动(即原始中心层的应力必须超过材料的屈服应力s)才能真正达到改善板形的作用。3)影响矫直后带材板形的因素有来料板形、板带厚度,各辊的切入深度,辊径,张力的大小及延伸率等,尤其是各辊的切入深度的影响较大。结论结论 1)拉伸弯曲矫直机组对改善板形和破鳞都有很结论27破鳞原理带钢拉伸弯曲矫直破鳞原理破鳞原理带钢拉伸弯曲矫直破鳞原理28氧化铁皮的破坏形式氧化铁皮的破坏形式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外载迅速作用下的破坏形式，此时可忽略蠕变的作用，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。资料表明,氧化物受压时的剥落可通过两个过程产生,通过哪一过程则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。当界面牢固而氧化铁皮脆弱时为图2-1中的路径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。氧化铁皮的破坏形式压应力作用下的破坏形式 考虑一29图图2-1压应力作用下的破坏形式压应力作用下的破坏形式图2-1压应力作用下的破坏形式30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，因此如果基体自身的应变已超过屈服应变，此时氧化铁皮将不能被施加更大的应力，当金属基体的应变继续增加时，氧化物将变成一个个“孤岛”，但其并不剥落，如图2-2所示。图图2-2 拉应力作用下的破坏形式拉应力作用下的破坏形式拉应力作用下的破坏形式 图2-2 拉应力作用下的破坏形式31拉矫机工艺参数对破鳞的影响与控制拉矫机工艺参数对破鳞的影响与控制拉矫破鳞工作原理 利用铁基体与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,表面氧化铁皮则由一于不具有塑性且破均强度较低,同时与铁基体附着力差,这样当氧化铁皮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。拉矫机工艺参数对破鳞的影响与控制拉矫破鳞工作原理 32延伸率的影响 用拉矫机进行机械除鳞处理时，若使带钢产生一定的延伸率，则对以后的酸洗效舞有很大影响。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侧碎程度会增加，因此破鳞效果也就越好，除鳞速度也越高。但这一趋势却不是一直有郊的，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的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己善。资料提出除鳞速度的上升，当延伸率达到约1%时出现了大致饱和的倾向。延伸率的影响 用拉矫机进行机械除鳞处理时，若使33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，如本文前面所述。延伸率设定为1%时，实际破鳞效果已达最佳，而带钢矫平的延伸率还不到1%。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，同时带钢晶粒变得粗糙，表面出现滑移线;延伸率的设定 拉矫机工作状况的好坏不取决于设34 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一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。35 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的关系，尽可能利用弯曲对带钢延伸的贡献，以求得能耗与工作效率之间的平衡。弯曲程度和张力的关系 理论分析表明，弯曲和张力的增大都将有弯曲36拉伸和弯曲对破鳞的影响 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，可以认为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:拉伸和弯曲对破鳞的影响 带钢同一延伸率的获37 1)由于氧化铁皮处于经常受压应力状态下，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以粉粒状存在，此时压缩作用更有利于其自身的脱落。1)由于氧化铁皮处于经常受压应力状态38 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.工业用的破鳞机象除鳞器、矫直机、平整39图2-3 破鳞示意图图2-3 破鳞示意图40 从工艺角度来说，各种氧化铁皮与金属的附着力是不同的，Fe0的破坏应力约为0.04kg/mm2,Fe304的破坏应力约为4kg/mm2，Fe203的破坏应力约为1 kg/mm2。由此可见出现对酸洗拉矫机破鳞的最有利的情况应该是主要成分为Fe0的氧化铁皮。资料表明目前热轧来料氧化铁皮的主要成分是Fe3O4和Fe203，且Fe3 04占主要地位。结论 从工艺角度来说，各种氧化铁皮与金结论41 氧化皮的构成是不利于酸洗拉矫机机械破鳞作用的，这是由于随着铁的缓慢冷却发生了FeO Fe3O4+Fe的转变，因此适当降低卷取温度并加快冷却速度，以使冷却时间缩短，从而使Fe0转变可以较早结束的工艺条件应该更有利于酸洗破鳞功能的成分发挥。而针对酸洗拉矫机设备结构来说，为增强破鳞效果可以考虑增加弯曲辊或设计更细的工作辊，亦可根据情况的变化将工作辊压下装置改成横向可调结构以更好的适应来料的变化。氧化皮的构成是不利于酸洗拉矫机机械42