板形控制技术绪论1课件

板形控制技术Shape Control Technique安徽工业大学安徽工业大学材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料材料成型与控制工程成型与控制工程系系2002007 7.8 86/29/20241主要内容主要内容1.板形与板凸度的基本概念及影响因素板形与板凸度的基本概念及影响因素2.板形控制技术的研究与应用进展板形控制技术的研究与应用进展3.轧辊的热膨胀和磨损对板形的影响轧辊的热膨胀和磨损对板形的影响4.板形和平直度分析理论板形和平直度分析理论5.弯辊分析弯辊分析6.板形控制执行机构板形控制执行机构7.热轧板形与板凸度控制热轧板形与板凸度控制8.冷轧钢板生产技术发展概况冷轧钢板生产技术发展概况9.冷轧带材的板形控制冷轧带材的板形控制10.辊系弹性变形理论辊系弹性变形理论6/29/202422006年年热热轧轧带带钢钢总总产产量量达达到到7600万万吨吨/年年。冷轧带钢冷轧带钢1500万吨。万吨。270016006006/29/202436/29/20244绪 论背景意义发展问题6/29/20245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。6/29/20246 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。6/29/20247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。6/29/20248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。6/29/20249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6/29/202410 板板形形控控制制不不仅仅对对冷冷轧轧带带钢钢有有意意义义，而而且且对对热热带带钢钢的的生生产产来来说说也也是是十十分分重重要要的的。因因为为它它不不仅仅对对于于提提高高热热带带钢钢的的平平直直度度和和减减小小带带钢钢的的横横向向厚厚度度差差有有着着极极为为重重要要的的影影响响，而而且且也也会会直直接接影影响响后后续续带带钢钢冷冷轧轧过过程程中中板板形形质质量量的的改改善善。从从这这种种意意义义上上说说，热热带带钢钢轧轧机对板形控制技术的要求更为迫切。机对板形控制技术的要求更为迫切。6/29/202411板板形形 控控 制制 在在中中厚厚板板轧轧机机上上也也获获得得应应用用。在在钢钢板板厚厚度度比比较较大大的的情情况况下下，板板形形影影响响虽虽然然不不太太明明显显，但但是是在在这这类类轧轧机机采采用用板板形形控控制制以以解解决决钢钢板板的的横横向向厚厚差差也也是是十十分分有有效效的的。因因此此，目目前前在在各各类类轧轧机机上上都都极极其其重重视视板板形形检检测测和和板板形形控制技术的应用。控制技术的应用。6/29/202412但但是是，由由 于于板板形形概概念念比比较较模模糊糊，影影响响带带钢钢平平直直度度的的因因素素又又极极为为复复杂杂，板板形形检检测测控控制制在在技技术术上上还还存存在在着着很很大大困困难难。因因而而，从从应应用用角角度度来来看看，还还不不及及板板厚厚控控制制系系统统广广泛泛。根根据据有有关关资资料料介介绍绍，我我国国每每年年由由于于板板形形不不良良造造成成的的经经济济损损失失十十分分严严重重。如如果果我我国国板板带带生生产产能能力力能能够够广广泛泛采采用用各各种种新新技技术术提提高高板板形形质质量量，经经济济效效益益将将十十分分可可观观。所所以以，学学习习掌掌握握板板形形控控制制技术是一项具有巨大经济意义的课程。技术是一项具有巨大经济意义的课程。6/29/202413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:6/29/2024141、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。6/29/202415 2、异步轧制法、异步轧制法 使使轧轧件件在在上上下下两两个个圆圆周周速速度度不不同同的的轧轧辊辊件件完完成成轧轧制制过过程程。在在形形式式上上分分为为异异速速轧轧制制和和异异径径轧轧制制，即即使使轧轧件件在在变变形形区区受受到到搓搓轧轧作作用用，消消除除磨磨擦擦峰峰从从而而降降低低轧轧制制力力，使使轧轧件件在在变变形形区区沿沿横横向向的的延延伸伸率率趋趋向向一一致致。以以后后各各国国相相继继进进行行这这方方面面的的研研究究，工工作开展的相当活跃。作开展的相当活跃。6/29/202416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。6/29/2024173、液压弯辊技术、液压弯辊技术 加加拿拿 大大 Aclan公公司司率率先先于于1965年年采采用用液液压压弯弯辊辊作作为为调调节节板板形形的的主主要要手手段段，于于1969年年配配以以板板形形检检测测仪仪构构成成闭闭环环控控制制，大大幅幅度度提提高高了了板板带带材材的的板板形形质质量量，其其基基本本原原理理是是:通通过过工工作作辊辊或或支支撑撑辊辊辊辊颈颈施施加加液液压压弯弯辊辊力力，来来瞬瞬时时的的改改变变轧轧辊辊的的有有效效凸凸度度，从从而而改改变变承承载载辊辊缝缝形形状状和和轧轧后后带带钢钢的的延延伸伸率率沿沿横横向向的的分分布布。只只要要根根据据具具体体的的工工艺艺条条件件来来适适当当的的选选取取液液压压弯弯辊辊力力，就可以达到控制板形的目的。就可以达到控制板形的目的。6/29/202418这这种种方方法法进进一一步步还还可可以以分分为为工工作作辊辊弯弯曲曲和和支支撑撑辊辊弯弯曲曲，每每种种弯弯曲曲还还可可以以分分成成正正弯弯和和负负弯弯。液液压压弯弯辊辊在在改改善善板板形形方方面面是是一一项项基基础础性性的的工工作作，在在板板形形控控制制方方面面具具有有重重大大意意义义，是是一一种种有有效效的的板板形形控控制制手手段段，其其他他方方法都必须配合采用液压弯辊。法都必须配合采用液压弯辊。6/29/2024196/29/2024206/29/2024216/29/2024226/29/2024236/29/2024246/29/2024256/29/202426 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，液液压弯辊技术仍存在很多问题。压弯辊技术仍存在很多问题。6/29/202427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压力也限制了弯辊效果的发挥。触压力也限制了弯辊效果的发挥。6/29/2024284、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，而且可以控制边部减薄。好，而且可以控制边部减薄。6/29/202429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长度，使其适应板宽的变化。触长度，使其适应板宽的变化。6/29/2024306/29/2024316/29/2024326/29/2024336/29/2024346/29/202435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。6/29/202436 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。6/29/2024376/29/202438轧机采用的工艺控制模型和技术控制系统6/29/202439CVC系统的原理系统的原理6/29/202440 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。6/29/202441 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交叉的对辊交叉系统。系交叉的对辊交叉系统。6/29/2024426/29/202443冷轧的板形缺陷 边浪 中浪 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6/29/202444产生板形缺陷的原因轧辊弹性变形6/29/202445产生板形缺陷的原因轧辊热膨胀6/29/202446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6/29/202447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6/29/202448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）6/29/202449 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6/29/202450CVC(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）6/29/202451HC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）6/29/202452板形控制能力的比较6/29/202453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6/29/202454 柔性边轧机柔性边轧机其它板形控制轧机6/29/202455 VC(Variable Crown)轧机轧机VC轧机其它板形控制轧机6/29/2024566/29/202457 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 6/29/202458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。6/29/2024596/29/202460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。6/29/2024612、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。6/29/202462