第四篇板带材生产-14

1、RAL14 板带材高精度轧制和板形控制板带材高精度轧制和板形控制 板带材高精确度主要指厚度板带材高精确度主要指厚度( (纵向和横向纵向和横向) )的精确度。的精确度。辊缝的大小和形状决定了板带纵向和横向厚度变化，为此必辊缝的大小和形状决定了板带纵向和横向厚度变化，为此必须研究轧辊辊缝大小和形状变化的规律，才能找到提高产品须研究轧辊辊缝大小和形状变化的规律，才能找到提高产品厚度精度的办法。厚度精度的办法。Ph图的建立与运用图的建立与运用轧件产生塑性变形轧件产生塑性变形轧机产生弹性变形轧机产生弹性变形板带轧制过程板带轧制过程塑性曲线塑性曲线弹性曲线弹性曲线P-h图图P-h图的作用图的作用辊缝的预设

2、定辊缝的预设定厚控分析厚控分析14.1 板带轧制中的厚度控制板带轧制中的厚度控制RAL实际上在压力较小时，弹跳和压力的关实际上在压力较小时，弹跳和压力的关系并非线性，主要由于轧机各部件之间系并非线性，主要由于轧机各部件之间装配表面不平、存在缝隙和公差造成的。装配表面不平、存在缝隙和公差造成的。压力愈小，所引起的变形也愈难精确确压力愈小，所引起的变形也愈难精确确定，亦即辊缝的实际零位很难确定。为定，亦即辊缝的实际零位很难确定。为了消除这一非线性区段的影响，实际操了消除这一非线性区段的影响，实际操作中可将轧辊预先压靠到一定程度，即作中可将轧辊预先压靠到一定程度，即压到一定的压力。然后将此时的辊缝指

3、压到一定的压力。然后将此时的辊缝指示定为零位，这就是所谓示定为零位，这就是所谓“零位调整零位调整”，假想辊缝假想辊缝，以后即以此零位为基础进行，以后即以此零位为基础进行压下调整。压下调整。 KPPSh00S0考虑预压变形后的空载辊缝。考虑预压变形后的空载辊缝。 P0hhK(P-P0)/KP/KS0S/0RAL14.1.1 板带厚度变化的原因和特点板带厚度变化的原因和特点影响板带厚度的主要因素：影响板带厚度的主要因素：(1) 轧件温度、成分和组织不均，温度影响具有重发性。轧件温度、成分和组织不均，温度影响具有重发性。(2) 坯料厚度不均。改变弹性曲线的位置和斜率，使压下量坯料厚度不均。改变弹性曲

4、线的位置和斜率，使压下量产生变化，厚度不均难以消除，必须选择高精度的原料。产生变化，厚度不均难以消除，必须选择高精度的原料。(3) 张力变化。通过影响应力状态及变形抗力起作用，带材张力变化。通过影响应力状态及变形抗力起作用，带材头尾厚度因张力的变化而改变。头尾厚度因张力的变化而改变。 (4) 轧制速度变化。影响摩擦系数、变形抗力、轴承油膜厚轧制速度变化。影响摩擦系数、变形抗力、轴承油膜厚度而改变轧制压力起作用。度而改变轧制压力起作用。RAL14.1.2 板带厚度控制方法板带厚度控制方法(1) 调压下（改变原始辊缝）：常用以消除由于影响轧制调压下（改变原始辊缝）：常用以消除由于影响轧制压力的因素

5、所造成的厚度差。压力的因素所造成的厚度差。 图图141 （a）板坯厚度变化时板坯厚度变化时(a)板坯厚度变化时：压下的调整板坯厚度变化时：压下的调整量量S0与料厚的变化量并不相等与料厚的变化量并不相等 00hKMS 主要用于前馈即预控主要用于前馈即预控AGC，即，即在入口处预测料厚的波动，据在入口处预测料厚的波动，据以调整压下，消除其影响。以调整压下，消除其影响。由三角形由三角形DEE/和三角形和三角形EE/F可推出下式：可推出下式：RAL 称为压下有效系数或辊缝称为压下有效系数或辊缝传递函数，它常小于传递函数，它常小于1，轧机刚度，轧机刚度K愈大，其值愈大。愈大，其值愈大。 (b)变形抗力变

6、化时：压下的调整量变形抗力变化时：压下的调整量S0与轧出板厚变化量与轧出板厚变化量h也不相等也不相等 图图14.1 （b）张力、速度、抗力及摩擦系数变化时）张力、速度、抗力及摩擦系数变化时)(0KMKSh0Sh 由由CDF和和CFE/及及CDE/可可以推出下式：以推出下式：RALn把轧辊本身当作间接测厚装置，通过测得的轧制力计把轧辊本身当作间接测厚装置，通过测得的轧制力计算板带厚度来进行厚度控制。这就是所谓的轧制力算板带厚度来进行厚度控制。这就是所谓的轧制力AGC或厚度计或厚度计AGC。 n在轧制力在轧制力P发生变化时，能自动快速调整压下（辊缝）。发生变化时，能自动快速调整压下（辊缝）。可由可

7、由p-h图求出压力图求出压力P的变化量（的变化量（P）与压下调整量）与压下调整量（ S0）之间的关系式为：）之间的关系式为：P增加时，增加时， P即为正，即为正，S0减小，减小，S0为负，故符号相反为负，故符号相反 轧制力轧制力AGC或厚度计或厚度计AGCRALn 利用张力改变塑性曲线利用张力改变塑性曲线B的斜率以控制厚的斜率以控制厚度。当来料有厚差时，通过加大张力，在度。当来料有厚差时，通过加大张力，在S0不变的情况下，使不变的情况下，使h保持不变。保持不变。n 冷轧薄板常用，热轧一般不用，有时在末冷轧薄板常用，热轧一般不用，有时在末架采用张力微调。架采用张力微调。n 优点：响应快优点：响应

8、快n 缺点：张力不能过大，防止拉窄和拉断。缺点：张力不能过大，防止拉窄和拉断。n 厚度波动小时则采用张力微调，波动大时厚度波动小时则采用张力微调，波动大时则用调压下方法。实际中常用联合方法。则用调压下方法。实际中常用联合方法。 图图 142 调整前后张力来改变调整前后张力来改变 轧件塑性变形线轧件塑性变形线B的斜率的斜率（2） 调张力调张力 RAL 轧制速度影响张力、温度和摩擦系数等。故可通过调速来调节张力和轧制速度影响张力、温度和摩擦系数等。故可通过调速来调节张力和温度，从而改变厚度。温度，从而改变厚度。实际中，往往将多种厚控方法结合起来使用。如前述用厚度计测量厚实际中，往往将多种厚控方法结

9、合起来使用。如前述用厚度计测量厚度，虽有即时调整的优点，但它对油膜轴承的浮动效应、轧辊偏心、轧辊度，虽有即时调整的优点，但它对油膜轴承的浮动效应、轧辊偏心、轧辊热膨胀和磨损等却难以检测出来，从而会使结果产生误差。所以还须采用热膨胀和磨损等却难以检测出来，从而会使结果产生误差。所以还须采用X射线测厚仪对轧制力射线测厚仪对轧制力AGC不断进行标定或不断进行标定或“监控监控”。即在弹跳方程中需。即在弹跳方程中需增加补偿量，主要有轧辊热膨胀与磨损和轴承油膜的补偿。增加补偿量，主要有轧辊热膨胀与磨损和轴承油膜的补偿。（3）调轧制速度）调轧制速度 00PPhSGKG轧辊热膨胀和磨损所带来的辊缝变化；轧辊热

10、膨胀和磨损所带来的辊缝变化；油膜厚度变化所带来的辊缝变化。油膜厚度变化所带来的辊缝变化。RAL14.2 横向厚差与板形控制技术横向厚差与板形控制技术 横向厚差横向厚差 概念：指板带沿宽度方向的厚度差。从用户最好概念：指板带沿宽度方向的厚度差。从用户最好是断面厚度差为零。从技术上在无或小张力时，要有是断面厚度差为零。从技术上在无或小张力时，要有一定的一定的“中厚量中厚量”，以防跑偏和刮框，尽量减少厚度差。，以防跑偏和刮框，尽量减少厚度差。板形板形 概念：所谓板形直观地说是指板材的翘曲程度，其实质是指带概念：所谓板形直观地说是指板材的翘曲程度，其实质是指带钢内部残余应力的分布。钢内部残余应力的分布

11、。n板形不良：带钢中存在残余内应力称为板形不良。板形不良：带钢中存在残余内应力称为板形不良。n潜在板形不良：带钢中存在残余内应力，但不足以引起带钢翘曲，潜在板形不良：带钢中存在残余内应力，但不足以引起带钢翘曲，称为潜在板形不良。称为潜在板形不良。n表观板形不良：带钢中存在残余内应力足够大，以致引起带钢翘表观板形不良：带钢中存在残余内应力足够大，以致引起带钢翘曲，则称为表观的板形不良。曲，则称为表观的板形不良。RAL目的：目的： 定量表示板形，既是衡量板形质量的需要，也定量表示板形，既是衡量板形质量的需要，也是研究板形问题和实现板形控制的前提条件。是研究板形问题和实现板形控制的前提条件。 人们依

12、据各自不同的研究角度及不同的板形控人们依据各自不同的研究角度及不同的板形控制思想，采取不同的方式定量地描述板形。制思想，采取不同的方式定量地描述板形。相对长度差表示法相对长度差表示法波形表示法波形表示法张力差表示法张力差表示法带材断面形状的多项式表示法带材断面形状的多项式表示法厚度相对变化量差表示法厚度相对变化量差表示法14.2.1 板形表示方法板形表示方法 RAL相对长度差表示法相对长度差表示法翘曲带钢翘曲带钢(a)及其分割及其分割(b)LVRVaLVLVLLb取横向上不同点的相对取横向上不同点的相对延伸差延伸差 L/L来表示板形。来表示板形。其中其中 L是所取基准点的是所取基准点的轧后长度

13、，轧后长度， L是其它点是其它点相对基准点轧后长度之相对基准点轧后长度之差。相对长度差也称为差。相对长度差也称为板形指数板形指数r r ，r r = L/L。RAL相对长度差的单位相对长度差的单位A) 英国的相对长度差的单位是蒙英国的相对长度差的单位是蒙(mon)，该术语是由，该术语是由W.K.泼森泼森建议的，建议的，1蒙相当于相对长度差为蒙相当于相对长度差为10- -4。泼森定义板形为横向。泼森定义板形为横向上单位距离上的相对长度差，以上单位距离上的相对长度差，以mon/cm表示，即：表示，即： 410sLL B) 加拿大铝公司是取横向上最长与最短纵条之间的相对长度差加拿大铝公司是取横向上最

14、长与最短纵条之间的相对长度差作为板形单位，称为作为板形单位，称为 I 单位，单位，1个个I单位相当于相对长度差为单位相当于相对长度差为10- -5。所以板形表示为：。所以板形表示为： 510stLL式中：式中：L最短纵条的长度，最短纵条的长度，mm。 RAL翘曲度翘曲度VRVLVVLL平台带钢板形的波形表示法板形的波形表示法 从翘曲的带钢切取一段置于平台上，如将最短纵条视从翘曲的带钢切取一段置于平台上，如将最短纵条视为一直线，最长纵条视为一正弦波，以翘曲波形来表示板为一直线，最长纵条视为一正弦波，以翘曲波形来表示板形，称为形，称为翘曲度翘曲度。式中：式中：100vvRL波幅波幅vR波长波长vL

15、RAL14.2.2 板形良好的条件板形良好的条件n 轧件在经过变形区轧制后，由残余应力而引起的变形轧件在经过变形区轧制后，由残余应力而引起的变形(一般称为一般称为“二次变二次变形形”)应该等于零，即应使板材在轧制时，沿横向分布的纵向小条上的延应该等于零，即应使板材在轧制时，沿横向分布的纵向小条上的延伸完全一致，也即沿横断面各点的延伸系数相同。伸完全一致，也即沿横断面各点的延伸系数相同。图图147 轧制前后板带厚度变化轧制前后板带厚度变化RALn可见，要想满足均匀变形的条件，保证板形良好，就可见，要想满足均匀变形的条件，保证板形良好，就必须使板带轧前的厚度差必须使板带轧前的厚度差与轧后的厚度差与

16、轧后的厚度差之比等于之比等于延伸率。或者轧前板凸度（延伸率。或者轧前板凸度（/H）等于轧后板凸度）等于轧后板凸度（ /h），即），即板凸度保持一定板凸度保持一定。n在均匀变形的原则下，后一道次的板厚差在均匀变形的原则下，后一道次的板厚差要比前一道要比前一道次的板厚差次的板厚差为小，其差值为：为小，其差值为： 0) 1() 1(RAL此差值取决于轧辊因承受压力所产生的挠度值。其差值由挠度计算此差值取决于轧辊因承受压力所产生的挠度值。其差值由挠度计算公式反推求出，即公式反推求出，即02/) 1(2/ )(21RRKKPP显然，这里板厚差显然，这里板厚差及及，实际就是板带前后道的中厚量或板凸量。从均

17、匀变形，实际就是板带前后道的中厚量或板凸量。从均匀变形原则出发，后一道次的原则出发，后一道次的“中厚量中厚量”比前一道次的比前一道次的“中厚量中厚量”要小。由此可见要小。由此可见良好的板形只有在随着轧制的进行，使良好的板形只有在随着轧制的进行，使“中厚量中厚量”也逐道次减小时才能获得。也逐道次减小时才能获得。 在轧辊强度相同情况下，后一道次轧制压力在轧辊强度相同情况下，后一道次轧制压力P2必须小于前一道轧制必须小于前一道轧制压力压力P1，这是通常按逐道减小压力的压下规程设计的理论基础，这是通常按逐道减小压力的压下规程设计的理论基础。 RAL板形与压力及板厚的关系板形与压力及板厚的关系hhWyy

18、tzzt22设实际轧制中轧件宽度中心处的辊型凹度，即设实际轧制中轧件宽度中心处的辊型凹度，即轧件中厚量之半轧件中厚量之半t为：为： y、yt、W分别为工作辊的弯曲挠度值、热凸度及原始辊型凸度值分别为工作辊的弯曲挠度值、热凸度及原始辊型凸度值若将若将良好板形条件和良好板形条件和“中厚法中厚法”操作操作（使轧制操作稳定，防止轧件跑偏）（使轧制操作稳定，防止轧件跑偏）结合起来考虑，可得：结合起来考虑，可得：RAL图图148 板形与压力及板厚的关系板形与压力及板厚的关系 方程反映了板凸度保持一定时压力与板厚的关系。直线附近才能保持均匀变形。方程反映了板凸度保持一定时压力与板厚的关系。直线附近才能保持均

19、匀变形。但实际生产中并非严格遵守，尤其是轧件愈厚，温度愈高，张力愈大，则对不但实际生产中并非严格遵守，尤其是轧件愈厚，温度愈高，张力愈大，则对不均匀变形的自我补偿能力愈强，就可不受此限制。但精轧道次，一般应收敛到均匀变形的自我补偿能力愈强，就可不受此限制。但精轧道次，一般应收敛到此直线上，以保证板形质量。钢板愈薄，这种道次应愈多。此直线上，以保证板形质量。钢板愈薄，这种道次应愈多。1)形成中浪：轧制力减小，弯曲减小，中部形成中浪：轧制力减小，弯曲减小，中部压下增大；同样解释形成边浪。压下增大；同样解释形成边浪。2)为使操作稳定，必须使轧制力为使操作稳定，必须使轧制力3)随着板厚减小而使压力逐道

20、次减小，而压随着板厚减小而使压力逐道次减小，而压力减小即使轧辊挠度减小，带钢力减小即使轧辊挠度减小，带钢“中厚量中厚量”逐道减小，板厚精度也逐道次提高。逐道减小，板厚精度也逐道次提高。RtKyWRAL14.2.3 影响辊缝形状的因素影响辊缝形状的因素因素：因素：轧辊的弹性变形、不均匀热膨胀和不均匀磨损轧辊的弹性变形、不均匀热膨胀和不均匀磨损轧辊的不均匀热膨胀轧辊的不均匀热膨胀 轧辊受热和冷却沿辊身分布不均，一般辊身中部温度轧辊受热和冷却沿辊身分布不均，一般辊身中部温度高于边部，传动侧低于操作侧，径向辊面高于辊心。高于边部，传动侧低于操作侧，径向辊面高于辊心。这使得热膨胀精确计算困难，一般采用简

21、化公式：这使得热膨胀精确计算困难，一般采用简化公式：TRKRTTKyRTBZTtt)(式中式中 TZ、TB辊身中部和边部温度；辊身中部和边部温度； R 轧辊半径；轧辊半径； 轧辊材料的线膨胀系数；轧辊材料的线膨胀系数； KT考虑轧辊中心与表面温度不均分布的系数，一般考虑轧辊中心与表面温度不均分布的系数，一般0.9。RAL轧辊的磨损轧辊的磨损 靠大量的实测数据来描述磨损规律，理论上尚无准确方法。靠大量的实测数据来描述磨损规律，理论上尚无准确方法。轧辊的弹性变形轧辊的弹性变形 弹性压扁：沿辊身长度分布不均，因单位压力分布不均所致。在工作辊与弹性压扁：沿辊身长度分布不均，因单位压力分布不均所致。在工

22、作辊与支撑辊之间也产生不均匀弹性压扁，它直接影响工作辊的弯曲挠度。支撑辊之间也产生不均匀弹性压扁，它直接影响工作辊的弯曲挠度。 弹性弯曲：影响辊缝形状最主要的因素。弹性弯曲：影响辊缝形状最主要的因素。 对于二辊轧机，弯曲挠度由弯矩和切力所引起的挠度组成，其辊身挠度差对于二辊轧机，弯曲挠度由弯矩和切力所引起的挠度组成，其辊身挠度差按下式计算：按下式计算： KW轧辊的抗弯柔度，mm/kNRAL 对于四辊轧机对于四辊轧机支撑辊的辊身挠度差可用上式进行近似计算。但不能支撑辊的辊身挠度差可用上式进行近似计算。但不能用支撑辊来代替工作辊的辊身挠度差。用支撑辊来代替工作辊的辊身挠度差。工作辊的弯曲挠度取决于

23、支撑辊的弯曲挠度及支撑辊工作辊的弯曲挠度取决于支撑辊的弯曲挠度及支撑辊与工作辊间的不均匀弹性压扁所引起的挠度。与工作辊间的不均匀弹性压扁所引起的挠度。如果支撑辊和工作辊辊型的凸度均为零，则工作辊的如果支撑辊和工作辊辊型的凸度均为零，则工作辊的挠度为：挠度为：yfff21式中式中 f1工作辊的弯曲挠度；工作辊的弯曲挠度； f2支撑辊的弯曲挠度；支撑辊的弯曲挠度； fy 支撑辊和工作辊间不均匀弹性压扁所引起的挠度差。支撑辊和工作辊间不均匀弹性压扁所引起的挠度差。RAL14.2.4 轧辊辊型设计轧辊辊型设计辊型曲线（凸度）设计时，主要考虑轧辊的不均匀热膨辊型曲线（凸度）设计时，主要考虑轧辊的不均匀热

24、膨胀和轧辊弹性弯曲（挠度）的影响。由于二者产生的挠胀和轧辊弹性弯曲（挠度）的影响。由于二者产生的挠度相反，故应按热凸度与挠度合成的结果定出新辊凸度度相反，故应按热凸度与挠度合成的结果定出新辊凸度（或凹度）曲线。（或凹度）曲线。故得其最大实际凸度为：故得其最大实际凸度为： t0t0，弯曲挠度，弯曲挠度 热凸度，原始辊型应磨成凸度。热凸度，原始辊型应磨成凸度。t0t0，情况相反。，情况相反。对于二辊轧机，曲线按抛物线规律计算，对于二辊轧机，曲线按抛物线规律计算，辊缝形状的凸度曲线辊缝形状的凸度曲线为：为：当当x=0时，在辊身中部有：时，在辊身中部有：yx=y，ytx=Rt=ytRAL14.2.5 辊型及板形控制技术辊型及板形控制技术 常用辊型控制技术常用辊型控制技术：调温控制法和弯辊控制法：调温控制法和弯辊控制法调温控制法：调温控制法：人为控制冷却或供热，改变温度分布；人