板形控制技术绪论课件

板形控制技术Shape Control Technique安徽工安徽工业业大学大学材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系2006.82006.86/29/20241精品绪 论背景意义发展问题6/29/20242精品背 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。6/29/20243精品 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。6/29/20244精品 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。6/29/20245精品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。6/29/20246精品多多变变量量强强耦合耦合快快过过程程非非线线性性连轧过连轧过程特点程特点轧轧制制过过程的特点程的特点6/29/20247精品 板形控制不板形控制不仅对仅对冷冷轧带钢轧带钢有意有意义义，而且，而且对热对热带钢带钢的生的生产产来来说说也是十分重要的。因也是十分重要的。因为为它不它不仅对仅对于提高于提高热带钢热带钢的平直度和减小的平直度和减小带钢带钢的横的横向厚度差有着极向厚度差有着极为为重要的影响，而且也会直重要的影响，而且也会直接影响后接影响后续带钢续带钢冷冷轧过轧过程中板形程中板形质质量的改善。量的改善。从从这这种意种意义义上上说说，热带钢轧热带钢轧机机对对板形控制技板形控制技术术的要求更的要求更为为迫切。板形迫切。板形 控控 制制 在中厚板在中厚板轧轧机上也机上也获获得得应应用。在用。在钢钢板厚度比板厚度比较较大的情况大的情况下，板形影响下，板形影响虽虽然不太明然不太明显显，但是在，但是在这类轧这类轧机采用板形控制以解决机采用板形控制以解决钢钢板的横向厚差也是板的横向厚差也是十分有效的。因此，目前在各十分有效的。因此，目前在各类轧类轧机上都极机上都极其重其重视视板形板形检测检测和板形控制技和板形控制技术术的的应应用。用。6/29/20248精品 但是，由但是，由 于板形概念比于板形概念比较较模糊，影响模糊，影响带带钢钢平直度的因素又极平直度的因素又极为为复复杂杂，板形，板形检测检测控控制在技制在技术术上上还还存在着很大困存在着很大困难难。因而，从。因而，从应应用角度来看，用角度来看，还还不及板厚控制系不及板厚控制系统统广泛。广泛。根据有关根据有关资资料介料介绍绍，我国每年由于板形不，我国每年由于板形不良造成的良造成的经济损经济损失十分失十分严严重。如果我国板重。如果我国板带带生生产产能力能能力能够够广泛采用各种新技广泛采用各种新技术术提高提高板形板形质质量，量，经济经济效益将十分可效益将十分可观观。所以，。所以，学学习习掌握板形控制技掌握板形控制技术术是一是一项项具有巨大具有巨大经经济济意意义义的的课课程。程。6/29/20249精品板形控制技板形控制技术术的的发发展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。板板形控制的工形控制的工艺艺方法主要有方法主要有:6/29/202410精品1.合理安排不同合理安排不同规规格格产产品品轧轧制制:a.合理制合理制订轧订轧制制规规程；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。具体又分具体又分为为局部加局部加热热法和局部冷却法。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，实现对实现对板形的控制。板形的控制。6/29/202411精品 2.异步异步轧轧制法：制法：使使轧轧件在上下两个件在上下两个圆圆周速度不同周速度不同的的轧辊轧辊件完成件完成轧轧制制过过程。在形式程。在形式上分上分为为异速异速轧轧制和异径制和异径轧轧制，即制，即使使轧轧件在件在变变形区受到搓形区受到搓轧轧作用，作用，消除磨擦峰从而降低消除磨擦峰从而降低轧轧制力，使制力，使轧轧件在件在变变形区沿横向的延伸率形区沿横向的延伸率趋趋向一致。以后各国相向一致。以后各国相继进继进行行这这方方面的研究，工作开展的相当活面的研究，工作开展的相当活跃跃。6/29/202412精品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各样样的新型的新型轧轧机。机。6/29/202413精品 3.液液压压弯弯辊辊技技术术 加拿加拿 大大 Aclan公司率先于公司率先于1965年采用液年采用液压压弯弯辊辊作作为调节为调节板形的主要手段，于板形的主要手段，于1969年配以板形年配以板形检测检测仪仪构成构成闭环闭环控制，大幅度提高了板控制，大幅度提高了板带带材的板形材的板形质质量，其基本原理是量，其基本原理是:通通过过工作工作辊辊或支撑或支撑辊辊颈辊辊颈施加施加液液压压弯弯辊辊力，来瞬力，来瞬时时的改的改变轧辊变轧辊的有效凸度，从的有效凸度，从而改而改变变承承载辊缝载辊缝形状和形状和轧轧后后带钢带钢的延伸率沿横向的延伸率沿横向的分布。只要根据具体的工的分布。只要根据具体的工艺艺条件来适当的条件来适当的选选取取液液压压弯弯辊辊力，就可以达到控制板形的目的。力，就可以达到控制板形的目的。这这种种方法方法进进一步一步还还可以分可以分为为工作工作辊辊弯曲和支撑弯曲和支撑辊辊弯曲，弯曲，每种弯曲每种弯曲还还可以分成正弯和可以分成正弯和负负弯。液弯。液压压弯弯辊辊在改在改善板形方面是一善板形方面是一项项基基础础性的工作，在板形控制方性的工作，在板形控制方面具有重大意面具有重大意义义，是一种有效的板形控制手段，是一种有效的板形控制手段，其他方法都必其他方法都必须须配合采用液配合采用液压压弯弯辊辊。6/29/202414精品6/29/202415精品6/29/202416精品6/29/202417精品6/29/202418精品6/29/202419精品6/29/202420精品 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了弯辊辊效果的效果的发挥发挥。6/29/202421精品4.HC技技术术(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，使使其其适适应应板板宽宽的的变变化。化。6/29/202422精品6/29/202423精品6/29/202424精品6/29/202425精品6/29/202426精品由由于于 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的数目及降低轧辊轧辊消耗。消耗。6/29/202427精品 5.CVC技技术术(Continuously Variable Crown)CVC 轧轧机机(连续连续可可变变凸度凸度轧轧机机)是德国是德国SMS公公司于司于1980年年发发明的。明的。该轧该轧机的研制成功机的研制成功为为板形板形控制技控制技术术的的发发展开辟了新天地。展开辟了新天地。这这种种轧轧机主要机主要是由两个是由两个轴轴向可移向可移动动的与的与严严格的格的圆锥圆锥体稍有差体稍有差别别的的S形形辊辊身的工作身的工作辊组辊组成。成。S形形辊辊的的辊颈辊颈差和差和普通普通辊辊的凸度的凸度值值大小相似，两个工作大小相似，两个工作辊辊形状完形状完全一致，但安放全一致，但安放时时互置互置180度，因而上下度，因而上下辊辊互互补补形成一个形成一个对对称的称的轧辊辊缝轧辊辊缝形状。形状。6/29/202428精品6/29/202429精品轧机采用的工艺控制模型和技术控制系统6/29/202430精品CVC系系统统的原理的原理6/29/202431精品 轧辊轧辊向相反方向作向相反方向作轴轴向移向移动动，就会使，就会使辊缝辊缝的几何形状的几何形状发发生生变变化。由于移化。由于移动动方向和距离不同，方向和距离不同，轧辊轧辊的有效凸度会的有效凸度会随随时时改改变变。移。移动动距离和凸度之距离和凸度之间间是是线线性关系，每个性关系，每个轧辊轧辊的凸度的凸度调节调节范范围约围约为为0-500um，由于，由于CVC辊辊形曲形曲线选择线选择的不同，的不同，轧辊轧辊的有效凸度也会的有效凸度也会发发生生变变化。化。6/29/202432精品 6.轧辊轧辊交叉系交叉系统统(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轴交叉系交叉系统统有：有：(1)只有支撑只有支撑辊辊交叉的支撑交叉的支撑辊辊交叉系交叉系统统；(2)只有工作只有工作辊辊交叉的工作交叉的工作辊辊交叉系交叉系统统；(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交叉的对辊对辊交叉系交叉系统统。6/29/202433精品6/29/202434精品冷轧的板形缺陷 边浪 中浪 二肋浪 双肋浪 复合浪翘翘曲度（急峻度）曲度（急峻度）表示法表示法I单单位表示法位表示法6/29/202435精品产生板形缺陷的原因轧辊弹性变形6/29/202436精品产生板形缺陷的原因轧辊热膨胀6/29/202437精品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6/29/202438精品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6/29/202439精品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）6/29/202440精品 6H-3C轧轧机：机：达涅利开达涅利开发发，中，中间辊间辊交叉，工作交叉，工作辊辊横移横移 PC 轧轧机：机：三菱开三菱开发发，对辊对辊交叉交叉中中间辊间辊交叉交叉 轴轴向力大向力大 不均匀磨不均匀磨损损对辊对辊交叉：交叉：调调解范解范围围大大 有有轴轴向力向力 需在需在线线磨磨辊辊 机构复机构复杂杂(1)轧辊轧辊交叉交叉 轧轧机机6/29/202441精品CVC(Continuously Variable Crown)轧轧机机工作工作辊轴辊轴向移向移动动辊辊身身为为花瓶型花瓶型（3次曲次曲线线）通通过轴过轴向移向移动动调调整初始凸度整初始凸度可以在可以在线调线调整凸度整凸度减少减少换辊换辊()CVC轧轧机（技机（技术术）6/29/202442精品HC轧轧机的基本原理机的基本原理 用可用可轴轴向移向移动动的中的中间辊间辊来适来适应轧应轧件件宽宽度度变变化，消除有害接触区，化，消除有害接触区，实现实现横横刚刚度无限大（板凸度不受度无限大（板凸度不受轧轧制力影响制力影响）理想状态HC轧宽板HC 轧窄板(3)HC轧轧机（日立技机（日立技术术）6/29/202443精品板形控制能力的比较6/29/202444精品冷冷轧轧机板形控制能力小机板形控制能力小结结：6 辊轧辊轧机机优优于于4辊轧辊轧机，机，HC（UC）轧轧机机优优于于CVC轧轧机机HC（UC）（）（锥锥形工作形工作辊辊横移），控制横移），控制边边部减薄能力部减薄能力强强CVC轧轧机控制机控制边边部减薄控制能力差，因部减薄控制能力差，因为为：1）不能根据）不能根据宽宽度度变变化横移，化横移，2）不能使用）不能使用锥锥形形辊辊PC轧轧机板形控制能力机板形控制能力强强，但机构复，但机构复杂杂有有轴轴向力向力HC、PC 轧轧机采用平机采用平辊辊，容易磨削，容易磨削CVC的的S形形辊则辊则必必须须采用数控磨床磨采用数控磨床磨辊辊板形控制能力的比较6/29/202445精品 柔性柔性边轧边轧机机其它板形控制轧机6/29/202446精品 VC(Variable Crown)轧轧机机VC轧机其它板形控制轧机6/29/202447精品 T-WRS轧轧机机(Taper Work Roll Shift Mill）工作工作辊轴辊轴向移向移动动一端一端带锥带锥形段形段通通过轴过轴向移向移动动使使锥锥形段形段处处于于边边部减薄的位置部减薄的位置来来补偿边补偿边部减薄部减薄T-WRS(锥锥型工作型工作辊辊横移）横移）轧轧机机 6/29/202448精品板形研究板形研究过过程中遇到的困程中遇到的困难难板形板形问题问题甚甚为为复复杂杂，它主要表，它主要表现为现为:1 板形不具板形不具单单一性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，也可能出形良好，也可能出现现板形板形恶恶化。化。6/29/202449精品6/29/202450精品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，厚控目同，厚控目标标是是单单一的、限定的。一的、限定的。6/29/202451精品2.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，也有可能板形既有可能改善，也有可能恶恶化。化。6/29/202452精品