板形控制技术绪论

1、2021-12-151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成型与控制工程系材料成型与控制工程系2007.82007.82021-12-152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

2、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2021-12-1532006年热轧带钢总产量达到年热轧带钢总产量达到7600万吨万吨/年。年。冷轧带钢冷轧带钢1500万吨。万吨。270016006002021-12-1542021-12-155背景意义发展问题2021-12-156 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

3、控制技术尚未达到稳定成熟的地步。2021-12-157 2021-12-158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。2021-12-159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

4、环节。2021-12-1510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2021-12-1511 板形控制不仅对冷轧带钢有意义，而且对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。因为热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它不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，而钢的横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且也会直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，热带钢轧质量的改善。从这种意义上说，热带钢轧机对板形控制

5、技术的要求更为迫切。机对板形控制技术的要求更为迫切。2021-12-1512板形板形 控控 制制 在中厚板轧机上也获得应在中厚板轧机上也获得应用。在钢板厚度比较大的情况下，板用。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机采用板形控制以解决钢板的横向厚差也是十分有效的。因此，目前在各差也是十分有效的。因此，目前在各类轧机上都极其重视板形检测和板形类轧机上都极其重视板形检测和板形控制技术的应用。控制技术的应用。2021-12-1513但是，由但是，由 于板形概念比较模糊，影响带钢平于板形概念比较模糊，影响带钢平直度

6、的因素又极为复杂，板形检测控制在技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，从应用角度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。根据有关来看，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良造成的经资料介绍，我国每年由于板形不良造成的经济损失十分严重。如果我国板带生产能力能济损失十分严重。如果我国板带生产能力能够广泛采用各种新技术提高板形质量，经济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，学习掌握板形控制效益将十分可观。所以，学习掌握板形控制技术是一项具有巨大经济意义的课程。技术是一项具有巨大经济意义的课程。20

7、21-12-1514关于板形问题的研究和应用始于关于板形问题的研究和应用始于60年代。年代。M.D Stone的弹性基础梁理论和液压弯辊的实用研究，的弹性基础梁理论和液压弯辊的实用研究，使板形问题取得了较大突破。板形控制技术从控使板形问题取得了较大突破。板形控制技术从控制途径上划分为工艺方法和设备方法两大类。板制途径上划分为工艺方法和设备方法两大类。板形控制的工艺方法主要有形控制的工艺方法主要有: 2021-12-15151、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.轧制调温法；这种方法是通过改变工作辊的温度轧制调温法；这种方法是通过改变工作

8、辊的温度分布，使工作辊的凸度发生变化，从而控制板形。分布，使工作辊的凸度发生变化，从而控制板形。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.张力控制法张力控制法;通过改变张力横向分布来调节轧制力通过改变张力横向分布来调节轧制力的横向分布，并改善辊缝内金属的横向流动状态，的横向分布，并改善辊缝内金属的横向流动状态，实现对板形的控制。实现对板形的控制。2021-12-1516 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的轧辊件完成使轧件在上下两个圆周速度不同的轧辊件完成轧制过程。在形式上分为异速轧制和异径轧制，轧制过程。在形式上分为异速轧制和异径轧制，即使

9、轧件在变形区受到搓轧作用，消除磨擦峰从即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，使轧件在变形区沿横向的延伸率而降低轧制力，使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面的研究，工趋向一致。以后各国相继进行这方面的研究，工作开展的相当活跃。作开展的相当活跃。2021-12-1517随着板形基础理论研究的不断深入，随着板形基础理论研究的不断深入，及用户对板形质量要求的不断提高，及用户对板形质量要求的不断提高，板形控制技术经历了辊型配置、轧辊板形控制技术经历了辊型配置、轧辊冷却、可变凸度轧辊、轧辊横移及轧冷却、可变凸度轧辊、轧辊横移及轧辊交叉等发展阶段。从辊交叉等发展阶段

10、。从20世纪世纪80年代年代起开始进入实用阶段，开发出了各种起开始进入实用阶段，开发出了各种各样的新型轧机。各样的新型轧机。2021-12-15183、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年配以板形检测仪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量，构成闭环控制，大幅度提高了板带材的板形质量，其基本原理是其基本原理是:通过工作辊或支撑辊辊颈施加液压弯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，从而改变承辊力，来瞬时的改变轧辊的

11、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的分布。只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液压弯辊力，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。就可以达到控制板形的目的。2021-12-1519这种方法进一步还可以分为工作辊弯曲和这种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。液压弯辊在改善板形方面是一项基负弯。液压弯辊在改善板形方面是一项基础性的工作，在板形控制方面具有重大意础性的工作，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，其他方义，

12、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。法都必须配合采用液压弯辊。2021-12-15202021-12-15212021-12-15222021-12-15232021-12-15242021-12-15252021-12-15262021-12-1527 采用液压弯辊技术，不仅对板形质量采用液压弯辊技术，不仅对板形质量有十分显著的提高，还可以使穿带、有十分显著的提高，还可以使穿带、抛钢等操作顺利进行，避免断带、堆抛钢等操作顺利进行，避免断带、堆钢等事故。从而提高作业率，减少金钢等事故。从而提高作业率，减少金属消耗和损坏轧辊的几率。同时，液属消耗和损坏轧辊的几率。同时，液压

13、弯辊技术仍存在很多问题。压弯辊技术仍存在很多问题。2021-12-1528首先，它是通过弯曲刚度很大的轧辊来实首先，它是通过弯曲刚度很大的轧辊来实现的，最终的弯曲曲线基本上接近于二次现的，最终的弯曲曲线基本上接近于二次曲线。而实际上，轧辊在轧制中由于磨损曲线。而实际上，轧辊在轧制中由于磨损和受热凸度变化的影响，曲线形状比较复和受热凸度变化的影响，曲线形状比较复杂，常常出现一些比较复杂的板形缺陷，杂，常常出现一些比较复杂的板形缺陷，例如复合波、局部波等等，这些单靠液压例如复合波、局部波等等，这些单靠液压弯辊是无法解决的。其次，在板宽范围以弯辊是无法解决的。其次，在板宽范围以外，四辊轧机的工作辊和

14、支撑辊之间的接外，四辊轧机的工作辊和支撑辊之间的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。2021-12-15294、HC技术技术(High Crown Control Mill)HC轧机是轧机是70年代日本日立公司和新日年代日本日立公司和新日铁公司联合研制的具有中间辊横移的六铁公司联合研制的具有中间辊横移的六辊轧机。这种轧机是在一般的四辊轧机辊轧机。这种轧机是在一般的四辊轧机中，在工作辊和支撑辊之间添加一对可中，在工作辊和支撑辊之间添加一对可以横向移动的中间辊，该轧机具有优良以横向移动的中间辊，该轧机具有优良的板形和板凸度控制能力，板形稳定性的板形和板凸度控制能力，板形稳

15、定性好，而且可以控制边部减薄。好，而且可以控制边部减薄。2021-12-1530它除了具有液压弯辊控制手段外，还它除了具有液压弯辊控制手段外，还有一个更重要的控制手段有一个更重要的控制手段:横向移动横向移动中间辊。通过上、下、中间辊向反方中间辊。通过上、下、中间辊向反方向的横移，改变工作辊和中间辊的接向的横移，改变工作辊和中间辊的接触长度，使其适应板宽的变化。触长度，使其适应板宽的变化。 2021-12-15312021-12-15322021-12-15332021-12-15342021-12-15352021-12-1536由于由于 H C 轧机的优良特性，它在冷轧机的优良特性，它在冷轧

16、领域中得到了广泛的应用。大量应轧领域中得到了广泛的应用。大量应用于可逆轧机、平整机、连轧机等各用于可逆轧机、平整机、连轧机等各类轧机上。不仅可以大幅度地提高带类轧机上。不仅可以大幅度地提高带钢的板形质量、成材率和轧机的生产钢的板形质量、成材率和轧机的生产效率，而且可以节约能源，减少备用效率，而且可以节约能源，减少备用辊的数目及降低轧辊消耗。辊的数目及降低轧辊消耗。 2021-12-1537 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

17、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，两个工作辊形状和普通辊的凸度值大小相似，两个工作辊形状完全一致，但安放时互置完全一致，但安放时互置180度，因而上下辊度，因而上下辊互补形成一个对称的轧辊辊缝形状。互补形成一个对称的轧辊辊缝形状。 2021-12-15382021-12-1539轧机采用的工艺控制模型和技术控制系统2021-12-1540CV

18、C系统的原理系统的原理 中性凸度 正凸度 负凸度 2021-12-1541 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。 2021-12-1542 6、轧辊交叉系统、轧辊交叉系统 ( P C

19、) 轧辊交叉系统的主要目的是改变辊缝形状，使得轧辊交叉系统的主要目的是改变辊缝形状，使得距轧辊中心越远的地方辊缝越大。这种设计的板凸距轧辊中心越远的地方辊缝越大。这种设计的板凸度控制功能与采用带凸度的工作辊相同。已知的辊度控制功能与采用带凸度的工作辊相同。已知的辊轴交叉系统有：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)每组工作辊与支撑辊的轴线平行，而上下辊每组工作辊与支撑辊的轴线平行，而上下辊系交叉的对辊交叉系统。系交叉的对辊交叉系统。2021-12-15432021-1

20、2-1544冷轧的板形缺陷%100L5510E10LL 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2021-12-1545产生板形缺陷的原因轧辊弹性变形2021-12-1546产生板形缺陷的原因轧辊热膨胀2021-12-1547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2021-12-1548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2021-12-1549控制板形的措施各种板

21、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）2021-12-1550 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

22、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2021-12-1551CVC(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(a)(b)(c)(a)(b)(c)() CVC轧机（技术）轧机（技术）2021-12-1552 HC轧机的基本原理轧机的基本原理 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，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，实现横刚度无限大（板

23、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）2021-12-1553板形控制能力的比较2021-12-1554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2021-12-1555 柔性边轧机柔性边轧机其它板形控制轧机2021-12-1556 VC(Variable Crown)轧机轧机VC轧机其它板形控制轧机2021-12-15572021-12-1558 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