板型控制论文.doc

论述异步轧制技术与板型控制摘要：详细阐述了异步轧制技术的特点和变形机理，对异步轧制板型控制问题进行了分析，并对其技术应用前景进行了展望。最后浅谈个人对板型控制技术的认识与设想。关键词：异步轧制 板型 板凸度 控制Discuss Asynchronous rolling technology and Plate-type controlLiupiao （Anhui university of technology Materials Science and Engineering 243002）Abstract：This paper elaborates on the characteristics and deformation mechanism related to Asynchronous rolling technology ，and the forecasts its application prospect , Finally Discussion Personal knowledge and ideas to Plate-type control.Key word: Asynchronous rolling；Plate-type ；Crown ；control引言：薄带被广泛地应用于电子和仪器仪表等工业。随着科技的发展，用户对薄带产品的需求量逐步增加，对其质量的要求也越来越高。因此，如何改善板形及提高尺寸精度成为钢铁企业及研究者所关心的问题。由于冷轧产品具有尺寸精确，表面光滑等优点，薄带多采用冷轧的方法来生产。但是由于现代轧制理论中的“最小可轧厚度”的限制，当薄带厚度达到某一定值后，即使增加压力，轧件也不可能再变薄。因此引入了异步轧制的新技术。1异步轧制技术的特点异步轧制是指两个工作辊表面线速度不相等的一种轧制方法，也称非对称轧制，通常有以下三种形式：(1)上、下轧辊半径不等的非对称轧制；(2)上、下轧辊速度不等的非对称轧制；(3)上下轧辊与金属轧件摩擦系数不等的非对称轧制。金属轧件在异步轧制时变形区内会引起剪切变形，可以细化晶粒，从而在变形区激发更多的滑移系参与滑移与交滑移，导致旋转立方织构的增强，剪切带区域内集中了非常高的局部塑性变形，具有较高的形变储能，因此，异步轧制有利于降低再结晶温度，减少耗能，以及降低轧制力，提高生产效率1。2 异步轧制技术的原理2.1异步轧制技术的实现异步轧制辊速的不同是通过上下轧辊半径不同或二者转动角速度不一样来实现的。前者称为异径异步轧制，后者称为同径异步轧制。近年来还出现了上下辊具有相同的辊径与转速，但依靠两者摩擦系数不同来实现异步轧制。图1为异径异步轧制原理图。异步轧制轧件P在咬人时，其头部A点首先与大辊径的上轧辊接触，瞬间轧件头部上的B点被推向小辊径的下轧辊，且上辊比下辊的线速度高而下压轧件。当B点和下辊接触时，轧件P头部A点部位受到来自上辊的锤锻作用力，使轧件头部与辊的接触由A点(实际是一条线)变成A一A接触弧(实际是一块接触弧面)，如图1b所示，轧机上工作辊的咬人角由降到，形成楔咬作用。锤锻和楔咬作用有利于建成轧件咬人条件。图1c为咬入建成情况。轧件咬入后，由于上下工作辊存在辊径差，则上下轧辊表面由此产生线速度差，使轧件处于搓轧状态中，从而可削平摩擦峰值，降低轧制力和能耗，同时也可使轧件表面的氧化铁皮易于脱落，提高了轧件的表面质量。见图2。图3所示为常规轧制和异步轧制时的摩擦力分布。金属在轧制过程中，按金属流动速度的不同，可将变形区分为3个区域：前滑区、后滑区和中性面。在轧制过程中，常规轧制时上下辊的中性角相等，轧制变形区金属在前滑区，后滑区上下表面摩擦力都是指向中性面，中性面附近单位压力骤增，使平均单位轧制压力增大，阻碍金属变形。异步轧制时，由于上下轧辊的线速度不同，中性面将发生偏移，表现在辊缝出口端轧材中性面偏向快速辊一侧。由于中性面的偏移，在变形区中形成一个外力作用条件与应力状态都比较特殊的区域，此区域位于2个中立点之间，其上、下接触面的摩擦力方向相反，形成了异步轧制所特有的“搓轧区”由于搓轧区的存在，造成了轧制过程变形特点和金属流动的特殊变化。在搓轧区上、下表面，外摩擦力方向相反，减少了外摩擦所形成的水平压力对变形的阻碍作用，从而显著降低了轧制变形的总压力。又由于方向相反的摩擦力，造成了搓轧区上、下表面金属流动的不同，因而在变形区内引起剪切变形，导致金属表面质量金相组织、晶体位向和力学性能的变化。与常规轧制相比，异步轧制具有显著降低轧制压力与轧制扭矩，降低产品能耗，减少轧制道次，增强轧能力，改善产品厚度精度和板形，提高轧制效率的优点。特别是对于轧制变形抗力高、加工硬化严重的极薄带材，其节能效果更加显著。2.2异步轧制技术的变形机理异步轧制是金属在两个不同线速度的轧辊间完成塑性变形的一种新的轧制方法，是非对称轧制方法的一种2。在异步轧制中，上下工作辊的表面速度差造成了金属在变形区内流动的特点与同步轧制不同。同步轧制中，轧制变形区内的金属相对轧辊有前滑区和后滑区，摩擦力指向中性面。因此，其上下接触弧的摩擦力、轧制压力和扭矩是对称的（如图2a）。而异步轧制中，由于上下工作辊的速度差造成上下辊的工作点不在同一垂直平面内，慢速辊侧中性面向入口侧移动，快速辊侧中性面向出口侧移动。这样就形成了变形区上下摩擦阻力方向相反的区域（如图2b），称为搓轧区。由于搓轧区的存在减小或消除了同步轧制前滑区内接触弧上摩擦力对金属流的阻碍作用，从而降低了轧制压力。对比传统的轧制方法，异步具有很多优点3，4：减少3040的轧制力；在达到相同的压下量的条件下，减少轧制道次，减少或省去中间退火工序，从而降低能耗，降低生产成本；采用异步轧制方法可突破轧机的最小可轧厚度的限制，两辊异步轧机可望取代四辊轧机，四辊异步轧机可望取代多辊轧机；异步轧制有利于带材尺寸精度的提高，更好的控制板形与板厚；改善轧板的表面质量；异步轧制技术还可用于轧制高抗张强度的钢材与薄带；并且有利于减少轧辊的表面磨损，提高轧辊使用寿命等。3 异步轧制技术板型控制3.1异步轧制的板形分析在一般轧机上，张力轧制时，当出现板形问题后，沿板材横向延伸不同，带材延伸木的地方要出现波形，相应获得的张应力小、延伸小的部位，获得的张应力大。张应力大的部位能有利于金属产生塑性变形，张应力小的部位不利于金属产生塑性变形，结果使带材沿着横向变形更趋于均匀，使板形良好，因此张力轧制可以改善板形。对于同样的板形问题，异步轧制的张应力分布应与同步轧制相同 ，但对延伸起的作用不同。同步轧制，尤其是冷轧薄带，轧制压力很大，在变形区的出口和入口会造成很大的轧辊弹性变形（压扁），压力愈大，弹性压扁量愈大。而弹性压扁量愈大，造成的带材纵向流动阻力越大，张应力很难深透到变形区内部，带材变形困难。因此，常规冷轧板薄带时，张力改善板形的作用是有限的。异步轧制，在同样的变形条件下，轧制压力要比同步轧制低得多，压扁量小，同时，异步轧制时变形区内存在很长的搓轧区，张应力在搓轧区不衰减，可深透到变形区深部，张力对降低轧制压力作用明显，因此，张力不均匀分布对板形的自调节作用要比同步轧机强，可以获得良好的板。表一是未投人弯辊装置时的板形实测数据，由此可以看到，异步轧制薄带可以获得良好的板形5。 3.2异步轧制的速度比及半径比对板凸度的影响异步轧制的速度比及半径比对板凸度的影响如图310所示，当上下轧辊的速度比降低时，轧件的板凸度减少。而且当速度比大于11时，板凸度的减少率增加。因此，在工作辊边缘接触的条件下，轧制速度比的增加可以起到改善板形的作用6。同时，由图310可知，速度比对板凸度的影响与半径比的影响略有不同。3.3工作辊边缘接触长度对板凸度的影响如图315，为工作辊边部接触长度对板形的影响，由图可见，板凸度随着工作辊边缘接触长度的增加而增加。因此，当使用异步轧制方法轧制薄带时，工作辊边缘接触对轧件的板形有很大的影响6。3.4板带宽度对轧制力及板形的影响板带宽度对工作辊边部接触力的影响更为复杂。图33分析了不同的板带宽度对轧件轧后厚度分布的影响，随着板宽的增加，板形大为改善6。4 异步轧制技术的发展前景和意义随着我国钢材产量的迅猛增长，产能过剩问题日趋显著，吨钢耗能还很高，产品质量合格率、高附加值产品也都不尽人意。因此，迫切需要在现有的大量的冷、热连轧机组中施加先进的生产工艺，提高产品质量，降低能耗及生产成本，生产高附加值的产品，使我国完成由钢铁大国向钢铁强国转变。研究在热连轧过程中各种不同的异步轧制工艺参数对轧件变形规律、相变级组织演变规律的影响，完善热连轧的异步轧制理论，能够使异步轧制理论在热连轧工艺中得到成功应用。特别是异步轧制可使轧件在较低的温度下，实现预定的变形量，这样就可以为实现低温铁素体轧制创造条件，从而可避免两相区轧制容易出现的混晶及带状组织等缺陷，拓宽异步轧制工艺的应用范围。5 结语近些年来，随着用户对板带材表面质量、板形等要求越来越高，产生了很多针对板形控制的各种技术及轧机，如：液压弯辊技术、CVC、HC、PWRS轧机等，但是各种技术都有不足，而且由于辊缝形状复杂，使得板形控制设备复杂、庞大。而采用异步轧制技术可显著降低轧制力，也可相应减少轧辊的横向弯曲，使有载辊缝更加均匀，减少了板凸度，从而降低了板形控制的难度。因此，异步轧制技术可有效地改善板形，使异步轧制理论及工艺的优越性得到最大发挥。6 个人对板型控制的认识与设想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。个人认为，目前的各项板形控制技术都同时具有优势和局限，处于发展中、尚未成熟这一方面给板带轧机的选型和板形控制技术的配置制造了难度，另一方面也留下了针对板形控制技术的较大创新空间正因此，近年来有关板形的研究始终都是前沿和热点，板形技术应向系列化和一体化模式发展系列化主要表现在连轧机组各机架板形控制技术的开发、兼顾板形的轧制道次设定，以及以轧机为重点同时开发热轧层流冷却、热轧精整、冷轧酸洗、冷轧平整与精整中的板形控制技术一体化主要表现在热轧和冷轧机的机型配置、辊形设计、工艺制度和控制模型被整合为一体的板形综合控制技术。参考文献1 孙蓟泉， 戴辉， 唐荻.异步轧制技术发展概况及其应用前景J.鞍钢技术，2009（5） 359期2 中国金属学会轧钢学术委员会基础理论组编M轧钢理论文集，北京，冶金工业出版社，1982，210213 DPan，DHSansome，An experimental study of the effect of roll speed mismatch on therolling load during the cold rolling ofthe thin stripJ，JM