板形控制技术绪论-课件

板形控制技术Shape Control Technique材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系2006.82006.82020/12/121绪 论背景意义发展问题2020/12/122精品资料你怎么称呼老师？如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你是否会认为老师的教学方法需要改进？你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？教师的教鞭“不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我笨，没有学问无颜见爹娘”“太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早”背 景 板带材是广泛应用于国民经济各部门的重要材料，是钢铁工业的主干产品。板带的材料性能、几何尺寸和表面质量是其主要质量指标，而板带的几何尺寸精度包括厚度和板形两项内容。目前，板厚控制精度己经达到令人满意的效果，厚度控制技术可以将板带的纵向厚差稳定地控制在成品厚度的1%或5m甚至2m的范围内，而板形控制技术尚未达到稳定成熟的地步。2020/12/125 板形是影响板带轧制正常进行的一个重要的工艺因素。七十年代以来，板形研究一直是国际上板带生产技术领域的前沿和热点，而且目前板形问题仍普遍存在。从板形技术多种形式并存的现实可知，板带技术仍在发展中，因而有关板形的研究无疑具有重大的理论价值和现实意义。2020/12/126 良好的板形不仅是带钢用户的永恒要求，也是生产过程中保证带钢在各条连续生产线上顺利通行的要求。改善带钢产品的板形一直是板带生产的关注重点，板形理论和板形控制设备及技术的研究在近几十年来一直是本领域中的热点课题，并己经取得长足的进展。2020/12/127板形控制技术的意义 在板带钢生产中，轧制钢板的宽度越大，成品板的厚度越薄，则带钢的板形缺陷越严重；尤其用户对汽车钢板、镀锡钢板、硅钢板以及航空铝板等冷轧薄板的平直度又有很高的要求。因此在这些薄板生产中，除了采用计算机实现板厚控制、速度控制、位置控制、温度控制以外，板形控制也是一个不可缺少的环节。2020/12/128多变量多变量强耦合强耦合快过程快过程非线性非线性连轧过程特点连轧过程特点轧制过程的特点轧制过程的特点2020/12/129 板形控制不仅对冷轧带钢有意义，而且对热板形控制不仅对冷轧带钢有意义，而且对热带钢的生产来说也是十分重要的。因为它不带钢的生产来说也是十分重要的。因为它不仅对于提高热带钢的平直度和减小带钢的横仅对于提高热带钢的平直度和减小带钢的横向厚度差有着极为重要的影响，而且也会直向厚度差有着极为重要的影响，而且也会直接影响后续带钢冷轧过程中板形质量的改善。接影响后续带钢冷轧过程中板形质量的改善。从这种意义上说，热带钢轧机对板形控制技从这种意义上说，热带钢轧机对板形控制技术的要求更为迫切。板形术的要求更为迫切。板形 控控 制制 在中厚板轧机在中厚板轧机上也获得应用。在钢板厚度比较大的情况下，上也获得应用。在钢板厚度比较大的情况下，板形影响虽然不太明显，但是在这类轧机采板形影响虽然不太明显，但是在这类轧机采用板形控制以解决钢板的横向厚差也是十分用板形控制以解决钢板的横向厚差也是十分有效的。因此，目前在各类轧机上都极其重有效的。因此，目前在各类轧机上都极其重视板形检测和板形控制技术的应用。视板形检测和板形控制技术的应用。2020/12/1210 但是，由但是，由 于板形概念比较模糊，影响带于板形概念比较模糊，影响带钢平直度的因素又极为复杂，板形检测控钢平直度的因素又极为复杂，板形检测控制在技术上还存在着很大困难。因而，从制在技术上还存在着很大困难。因而，从应用角度来看，还不及板厚控制系统广泛。应用角度来看，还不及板厚控制系统广泛。根据有关资料介绍，我国每年由于板形不根据有关资料介绍，我国每年由于板形不良造成的经济损失十分严重。如果我国板良造成的经济损失十分严重。如果我国板带生产能力能够广泛采用各种新技术提高带生产能力能够广泛采用各种新技术提高板形质量，经济效益将十分可观。所以，板形质量，经济效益将十分可观。所以，学习掌握板形控制技术是一项具有巨大经学习掌握板形控制技术是一项具有巨大经济意义的课程。济意义的课程。2020/12/1211板形控制技术的发展板形控制技术的发展关关于于板板形形问问题题的的研研究究和和应应用用始始于于60年年代代。M.D Stone的的弹弹性性基基础础梁梁理理论论和和液液压压弯弯辊辊的的实实用用研研究究，使使板板形形问问题题取取得得了了较较大大突突破破。板板形形控控制制技技术术从从控控制制途途径径上上划划分分为为工工艺艺方方法法和和设设备备方方法法两两大大类类。板板形控制的工艺方法主要有形控制的工艺方法主要有:2020/12/12121.合理安排不同规格产品轧制合理安排不同规格产品轧制:a.合理制订轧制规程；合理制订轧制规程；b.轧轧制制调调温温法法；这这种种方方法法是是通通过过改改变变工工作作辊辊的的温温度度分分布布，使使工工作作辊辊的的凸凸度度发发生生变变化化，从从而而控控制制板板形形。具体又分为局部加热法和局部冷却法。具体又分为局部加热法和局部冷却法。c.张张力力控控制制法法;通通过过改改变变张张力力横横向向分分布布来来调调节节轧轧制制力力的的横横向向分分布布，并并改改善善辊辊缝缝内内金金属属的的横横向向流流动动状状态态，实现对板形的控制。实现对板形的控制。2020/12/1213 2.异步轧制法：异步轧制法：使轧件在上下两个圆周速度不同使轧件在上下两个圆周速度不同的轧辊件完成轧制过程。在形式的轧辊件完成轧制过程。在形式上分为异速轧制和异径轧制，即上分为异速轧制和异径轧制，即使轧件在变形区受到搓轧作用，使轧件在变形区受到搓轧作用，消除磨擦峰从而降低轧制力，使消除磨擦峰从而降低轧制力，使轧件在变形区沿横向的延伸率趋轧件在变形区沿横向的延伸率趋向一致。以后各国相继进行这方向一致。以后各国相继进行这方面的研究，工作开展的相当活跃。面的研究，工作开展的相当活跃。2020/12/1214随随着着板板形形基基础础理理论论研研究究的的不不断断深深入入，及及用用户户对对板板形形质质量量要要求求的的不不断断提提高高，板板形形控控制制技技术术经经历历了了辊辊型型配配置置、轧轧辊辊冷冷却却、可可变变凸凸度度轧轧辊辊、轧轧辊辊横横移移及及轧轧辊辊交交叉叉等等发发展展阶阶段段。从从20世世纪纪80年年代代起起开开始始进进入入实实用用阶阶段段，开开发发出出了了各各种种各样的新型轧机。各样的新型轧机。2020/12/1215 3.液压弯辊技术液压弯辊技术 加拿加拿 大大 Aclan公司率先于公司率先于1965年采用液压弯辊作年采用液压弯辊作为调节板形的主要手段，于为调节板形的主要手段，于1969年配以板形检测年配以板形检测仪构成闭环控制，大幅度提高了板带材的板形质仪构成闭环控制，大幅度提高了板带材的板形质量，其基本原理是量，其基本原理是:通过工作辊或支撑辊辊颈施加通过工作辊或支撑辊辊颈施加液压弯辊力，来瞬时的改变轧辊的有效凸度，从液压弯辊力，来瞬时的改变轧辊的有效凸度，从而改变承载辊缝形状和轧后带钢的延伸率沿横向而改变承载辊缝形状和轧后带钢的延伸率沿横向的分布。只要根据具体的工艺条件来适当的选取的分布。只要根据具体的工艺条件来适当的选取液压弯辊力，就可以达到控制板形的目的。这种液压弯辊力，就可以达到控制板形的目的。这种方法进一步还可以分为工作辊弯曲和支撑辊弯曲，方法进一步还可以分为工作辊弯曲和支撑辊弯曲，每种弯曲还可以分成正弯和负弯。液压弯辊在改每种弯曲还可以分成正弯和负弯。液压弯辊在改善板形方面是一项基础性的工作，在板形控制方善板形方面是一项基础性的工作，在板形控制方面具有重大意义，是一种有效的板形控制手段，面具有重大意义，是一种有效的板形控制手段，其他方法都必须配合采用液压弯辊。其他方法都必须配合采用液压弯辊。2020/12/12162020/12/12172020/12/12182020/12/12192020/12/12202020/12/12212020/12/1222 采采用用液液压压弯弯辊辊技技术术，不不仅仅对对板板形形质质量量有有十十分分显显著著的的提提高高，还还可可以以使使穿穿带带、抛抛钢钢等等操操作作顺顺利利进进行行，避避免免断断带带、堆堆钢钢等等事事故故。从从而而提提高高作作业业率率，减减少少金金属属消消耗耗和和损损坏坏轧轧辊辊的的几几率率。同同时时，液液压压弯弯辊辊技技术术仍仍存存在在很很多多问问题题。首首先先，它它是是通通过过弯弯曲曲刚刚度度很很大大的的轧轧辊辊来来实实现现的的，最最终终的的弯弯曲曲曲曲线线基基本本上上接接近近于于二二次次曲曲线线。而而实实际际上上，轧轧辊辊在在轧轧制制中中由由于于磨磨损损和和受受热热凸凸度度变变化化的的影影响响，曲曲线线形形状状比比较较复复杂杂，常常常常出出现现一一些些比比较较复复杂杂的的板板形形缺缺陷陷，例例如如复复合合波波、局局部部波波等等等等，这这些些单单靠靠液液压压弯弯辊辊是是无无法法解解决决的的。其其次次，在在板板宽宽范范围围以以外外，四四辊辊轧轧机机的的工工作作辊辊和和支支撑撑辊辊之之间间的的接接触触压压力力也也限限制制了弯辊效果的发挥。了弯辊效果的发挥。2020/12/12234.HC技术技术(High Crown Control Mill)HC轧轧机机是是70年年代代日日本本日日立立公公司司和和新新日日铁铁公公司司联联合合研研制制的的具具有有中中间间辊辊横横移移的的六六辊辊轧轧机机。这这种种轧轧机机是是在在一一般般的的四四辊辊轧轧机机中中，在在工工作作辊辊和和支支撑撑辊辊之之间间添添加加一一对对可可以以横横向向移移动动的的中中间间辊辊，该该轧轧机机具具有有优优良良的的板板形形和和板板凸凸度度控控制制能能力力，板板形形稳稳定定性性好好，而而且且可可以以控控制制边边部部减减薄薄。它它除除了了具具有有液液压压弯弯辊辊控控制制手手段段外外，还还有有一一个个更更重重要要的的控控制制手手段段:横横向向移移动动中中间间辊辊。通通过过上上、下下、中中间间辊辊向向反反方方向向的的横横移移，改改变变工工作作辊辊和和中中间间辊辊的的接接触触长长度度，使使其其适适应板宽的变化。应板宽的变化。2020/12/12242020/12/12252020/12/12262020/12/12272020/12/1228由由于于 H C 轧轧机机的的优优良良特特性性，它它在在冷冷轧轧领领域域中中得得到到了了广广泛泛的的应应用用。大大量量应应用用于于可可逆逆轧轧机机、平平整整机机、连连轧轧机机等等各各类类轧轧机机上上。不不仅仅可可以以大大幅幅度度地地提提高高带带钢钢的的板板形形质质量量、成成材材率率和和轧轧机机的的生生产产效效率率，而而且且可可以以节节约约能能源源，减减少少备备用用辊辊的数目及降低轧辊消耗。的数目及降低轧辊消耗。2020/12/1229 5.CVC技术技术(Continuously Variable Crown)CVC 轧机轧机(连续可变凸度轧机连续可变凸度轧机)是德国是德国SMS公公司于司于1980年发明的。该轧机的研制成功为板形年发明的。该轧机的研制成功为板形控制技术的发展开辟了新天地。这种轧机主要控制技术的发展开辟了新天地。这种轧机主要是由两个轴向可移动的与严格的圆锥体稍有差是由两个轴向可移动的与严格的圆锥体稍有差别的别的S形辊身的工作辊组成。形辊身的工作辊组成。S形辊的辊颈差和形辊的辊颈差和普通辊的凸度值大小相似，两个工作辊形状完普通辊的凸度值大小相似，两个工作辊形状完全一致，但安放时互置全一致，但安放时互置180度，因而上下辊互度，因而上下辊互补形成一个对称的轧辊辊缝形状。补形成一个对称的轧辊辊缝形状。2020/12/12302020/12/1231轧机采用的工艺控制模型和技术控制系统2020/12/1232CVC系统的原理系统的原理2020/12/1233 轧辊向相反方向作轴向移动，就会使轧辊向相反方向作轴向移动，就会使辊缝的几何形状发生变化。由于移动辊缝的几何形状发生变化。由于移动方向和距离不同，轧辊的有效凸度会方向和距离不同，轧辊的有效凸度会随时改变。移动距离和凸度之间是线随时改变。移动距离和凸度之间是线性关系，每个轧辊的凸度调节范围约性关系，每个轧辊的凸度调节范围约为为0-500um，由于，由于CVC辊形曲线选择辊形曲线选择的不同，轧辊的有效凸度也会发生变的不同，轧辊的有效凸度也会发生变化。化。2020/12/1234 6.轧辊交叉系统轧辊交叉系统(P C)轧轧辊辊交交叉叉系系统统的的主主要要目目的的是是改改变变辊辊缝缝形形状状，使使得得距距轧轧辊辊中中心心越越远远的的地地方方辊辊缝缝越越大大。这这种种设设计计的的板板凸凸度度控控制制功功能能与与采采用用带带凸凸度度的的工工作作辊辊相相同同。已已知知的的辊辊轴交叉系统有：轴交叉系统有：(1)只有支撑辊交叉的支撑辊交叉系统；只有支撑辊交叉的支撑辊交叉系统；(2)只有工作辊交叉的工作辊交叉系统；只有工作辊交叉的工作辊交叉系统；(3)每每组组工工作作辊辊与与支支撑撑辊辊的的轴轴线线平平行行，而而上上下下辊辊系系交叉的对辊交叉系统。交叉的对辊交叉系统。2020/12/12352020/12/1236冷轧的板形缺陷 边浪 中浪 二肋浪 双肋浪 复合浪翘曲度（急峻度）翘曲度（急峻度）表示法表示法I单位表示法单位表示法2020/12/1237产生板形缺陷的原因轧辊弹性变形2020/12/1238产生板形缺陷的原因轧辊热膨胀2020/12/1239产生板形缺陷的原因其它轧辊磨损不均轧辊冷却不均来料凸度（局部高点）变化来料变形抗力变化设备参数不对称（机架、弯辊、液压缸）轧制规程不合理2020/12/1240冷轧钢板的板形调整策略一次板形：调单侧压下二次板形：调弯辊高次板形：调横移弯辊局部板形：调冷却水分布2020/12/1241控制板形的措施各种板形控制轧机轧辊交叉轧机PC轧机（Pair Cross，对辊交叉）轧机轧辊横移轧机CVC轧机（Continuous Variable Crown，连续可变凸度）C轧机（igh Crown，大凸度控制）C轧机（Universal Crown，万能凸度控制）其它（VC轧辊，柔性边轧辊，锥型辊横移轧机）2020/12/1242 6H-3C轧机：轧机：达涅利开发，中间辊交叉，工作辊横移达涅利开发，中间辊交叉，工作辊横移 PC 轧机：轧机：三菱开发，对辊交叉三菱开发，对辊交叉中间辊交叉中间辊交叉 轴向力大轴向力大 不均匀磨损不均匀磨损对辊交叉：对辊交叉：调解范围大调解范围大 有轴向力有轴向力 需在线磨辊需在线磨辊 机构复杂机构复杂(1)轧辊交叉轧辊交叉 轧机轧机2020/12/1243CVC(Continuously Variable Crown)轧机轧机工作辊轴向移动工作辊轴向移动辊身为花瓶型辊身为花瓶型（3次曲线）次曲线）通过轴向移动通过轴向移动调整初始凸度调整初始凸度可以在线调整凸度可以在线调整凸度减少换辊减少换辊()CVC轧机（技术）轧机（技术）2020/12/1244HC轧机的基本原理轧机的基本原理 用可用可轴向移动的中间辊来适应轧件宽度变化，消除有害接触区，轴向移动的中间辊来适应轧件宽度变化，消除有害接触区，实现横刚度无限大（板凸度不受轧制力影响实现横刚度无限大（板凸度不受轧制力影响）理想状态HC轧宽板HC 轧窄板(3)HC轧机（日立技术）轧机（日立技术）2020/12/1245板形控制能力的比较2020/12/1246冷轧机板形控制能力小结：冷轧机板形控制能力小结：6 辊轧机优于辊轧机优于4辊轧机，辊轧机，HC（UC）轧机优于轧机优于CVC轧机轧机HC（UC）（）（锥形工作辊横移），控制边部减薄能力强锥形工作辊横移），控制边部减薄能力强CVC轧机控制边部减薄控制能力差，因为：轧机控制边部减薄控制能力差，因为：1）不能根据宽度变化横移，）不能根据宽度变化横移，2）不能使用锥形辊）不能使用锥形辊PC轧机板形控制能力强，但机构复杂有轴向力轧机板形控制能力强，但机构复杂有轴向力HC、PC 轧机采用平辊，容易磨削轧机采用平辊，容易磨削CVC的的S形辊则必须采用数控磨床磨辊形辊则必须采用数控磨床磨辊板形控制能力的比较2020/12/1247 柔性边轧机柔性边轧机其它板形控制轧机2020/12/1248 VC(Variable Crown)轧机轧机VC轧机其它板形控制轧机2020/12/1249 T-WRS轧机轧机(Taper Work Roll Shift Mill）工作辊轴向移动工作辊轴向移动一端带锥形段一端带锥形段通过轴向移动通过轴向移动使锥形段处于使锥形段处于边部减薄的位置边部减薄的位置来补偿边部减薄来补偿边部减薄T-WRS(锥型工作辊横移）锥型工作辊横移）轧机轧机 2020/12/1250板形研究过程中遇到的困难板形研究过程中遇到的困难板形问题甚为复杂，它主要表现为板形问题甚为复杂，它主要表现为:1 板形不具单一性板形不具单一性外外观观上上板板形形良良好好程程度度同同样样的的板板带带，由由于于其其内内部部应应力力分分布布不不同同，可可能能继继续续维维持持板板形良好，也可能出现板形恶化。形良好，也可能出现板形恶化。2020/12/12512020/12/1252板板形形检检测测时时，或或检检测测其其波波浪浪度度，或或用用张张力力辊辊检检测测，但但它它都都不不能能确确切切反反映映板板形形状状况况。加加之之通通称称的的板板形形既既包包括括板板带带的的凸凸度度，又又包包括括不不平平度度，不不具具单单一一性性，致致使使问问题题更更为为复复杂杂，给给控控制制造造成成困困难难。这这种种情情况况与与厚厚控控不不同，厚控目标是单一的、限定的。同，厚控目标是单一的、限定的。2020/12/12532.板形不具保持性板形不具保持性众众所所周周知知，轧轧制制工工序序获获得得的的良良好好板板形形，可可能能在在后后续续工工序序中中被被破破坏坏，而而轧轧制制不不理理想想的的板板形形，在在后后续续之之中中获获补补救救，也也可可能能得得到到良良好好板板形形。这这也也和和厚厚度度控控制制不不同同，板板带带厚厚度度经经轧轧制制后后，除除稍稍有有弹弹性性恢恢复复外外，不不再再发发生生变变化化，亦亦即即消消差差后后仍仍保保持持其其所所取取得得的的精精度度。而而板板形形是是与与热热过过程程、弹弹塑塑性性变变形形有有关关，在在后后续续工工序序中中板形既有可能改善，也有可能恶化。板形既有可能改善，也有可能恶化。2020/12/1254