薄板轧制过程中的检测与质量控制技术及新进展

薄板轧制过程中的检测与质量控制技术及新进展姓名：宋龙江学号：200711102049摘要：板形作为一项重要的质量指标，直接体现了产品质量的好坏，历来都被钢铁制造企业所重视，如何有效的对轧制板形进行精密检测和质量控制已成为越来越多企业和一些研究所的重要研究课题。随着薄板市场应用的领域不断扩大，要求也越来越高，所以轧制板材不仅要有较高的厚度精度,还要有良好的平直度，因此，对板形控制的要求越来越高，而板形控制系统只有将可靠真实的板形信息进行合理的处理，才能发出正确的指令控制执行机构工作。这些轧制过程中的板形信息，就需要合适的板形检测装置，板形检测是实现板形自动化控制的重要前提之一，其发展受到国内外同行的广泛重视。关键字：薄板板形检测质量控制新进展一、薄板轧制过程中的板形检测对于板形的描述，包括带钢横截面几何形状和在自然状态下带材的平坦度两个方面。板带材的横向厚差，它决定于板、带材的横断面形状。这种横面厚差主要来源于不均匀的工作辊缝。当理想情况时，板带材为矩形断面，其横向厚差为零。当左右压下装置调整不当时将引起锲形断面的横向厚差，而凸形或凹形横向厚差是由有载辊缝的形状所造成的。平坦度指的是轧制后在不存在张力的状态下（自然状态）的带材平坦性。平坦度不良主要表现为带钢（在自然状态下）的翘曲。而翘曲是由于带宽方向上各处延伸不均造成内部残余应力的分布。对板形检测装置的主要要求是：高精度，良好的适应性，安装方便，结构简单，易于维护及对带钢不造成任何损伤，因此，板形检测是一个相对比较困难的问题,其原因是多方面的。板形本身受到诸多因素的影响，板形缺陷又有各种复杂的表现形式，这就给精确检测带来了一定的困难。特别是在实行张力轧制时，由于张力的作用，往往会将某些板形缺陷掩盖起来。在生产过程中，轧机的操作环境恶劣，剧烈振动，水，油,铁粉尘等杂质的影响，往往会降低检测精度甚至损坏检测装置。尽管如此，由于实际生产的迫切需要和板形改善所带来的巨大经济效益，从六十年代开始，板形检测装置的研制开展的相当活跃,各国都投入了相当的人力和物力。目前已研制出多种形式的板形检测装置,多数已用于生产实践，并收到了良好的效果。目前，国际上许多著名的板形检测装置生产厂家如瑞典的ABB公司，德国的SIMENS公司，德国的AEG公司，CLECIM公司以及日本的三菱，川崎公司等都研制出各具特色的装置用于板形检测场合。在国内，东北重型机械学院也研制出自己的板形仪（分段辊测压仪），并用于武钢冷轧厂;在宝钢，特别是冷轧机组，大多采用ABB公司的板形检测装置。目前国内外板形检测装置一般分为以下几类：1）压头测压式组合辊测量张应力分布。这种板形检测装置首先由加拿大铝公司(ALCAN)和瑞典电气公司(ASEA)联合研制出来，是最早出现的板形检测装置之一。空气轴承式组合辊测量张应力分布。其原理是通过测量空气轴承中气体压力来测量带钢的张应力。典型代表是英国洛威一罗伯逊(LOEWY-ROBERSON)工程公司制造的VIDIMON的板形检测装置。这种检测装置的特点是棍子惯性小，辊环和固定轴之间无摩擦，所以带钢对棍子的包角可以很小，不会擦伤带钢表面，特别适合于箔材等精密材料的板形检测，但对工作环境要求特别严格。透磁式磁性板形检测装置。这是一种非接触式的板形检测装置，它的检测对象是带钢中的张应力。根据磁学理论，在机械应力作用下，磁性材料的导磁率会发生变化。反之，利用导磁性的变化，也可以检测带钢中的张应力变化和分布。由此原理，英国钢铁研究协会(BISRA)研制出在线应用的板形检测装置。该装置安装在英国钢铁公司的奥伯(ORB)厂。这种检测装置的特点是探头结构大，为了防止探头间产生的磁场相互干扰，各探头的安装位置不能彼此靠的太近，由于测点少，测得的断面形状很粗糙。同时，这种方法只能于检测铁磁材料的板形。为了克服上述缺点，日本鹿岛厂对该检测装置进行了改进，它安装了扫描式测头，并采用了独特的信号处理系统。剩磁式磁性板形检测装置。当磁感应强度的最大值一定时，如果施加在钢板上的应力发生变化，则钢板的磁滞回线也发生变化，应力与磁感应强度变化之间存在一定的关系，考虑到这个特点，如果能够测出沿钢板横向的磁感应强度的变化，就可以确定钢板中张应力分布，从而可以测定钢板的板形。光学式板形检测装置。这也是一种非接触式板形检测装置，它的检测对象是带钢的波形，所以它适用于张应力低于6Kg/mm2的底张应力轧制过程，当张应力较大时，板形缺陷常常被掩盖起来。据报道，利用这种板形检测装置配以适当的控制系统，可将翘曲度控制在0.45%以内。带反馈放大式涡流测距仪的板形检测装置。该装置的检测对象是运动中带钢的振动振幅，由振动振幅再推算出带钢的翘曲度。日本钢管公司首先在福山厂安装试验设备，然后根据该试验样机的在线使用情况为京滨厂设计了实用机。C.R.M.的光学式热轧机板形检测装置。比利时冶金研究中心(缩写为：C.RM.)研制了光学式热轧机板形检测装置，它的检测对象是带钢的波形。二、薄板轧制过程中的质量检测板形控制的最终目标是使得控制板形与目标板形相一致，对于整个控制系统来说，板形控制系统是一个有惯性，带滞后，多扰动，多变量，强耦合的复杂工业控制系统。由于轧出的带钢断面是有载辊缝形状，所以板形控制实质上就是控制带钢宽度方向上的有载辊缝，进而获得与目标板形一致的带钢断面轮廓和平直度。影响有载辊缝的因素有很多，主要有工作辊形，使辊系产生弯曲变形的轧制力和弯辊力，改变轧辊辊形的热辊形以及一些可控辊形技术。轧辊横移和交叉技术轧辊横移系统通常在冷轧和热轧生产中都应用，它可以通过扩大带钢凸度的控制范围，减小带钢横断面上的边部减薄和重新分布带钢边缘附近的轧辊磨损来实现对带钢的板形控制。轧辊横移系统可分为三类：轴向移动圆柱形轧辊，如HC轧机；轴向移动非圆柱形轧辊，如CVC轧机，UPC轧机；轴向移动带套轧辊，如SSM轧机等。其优点：液压弯辊技术利用弯辊控制法，通过控制轧辊在轧制过程中的弹性变形，达到控制板形的目的。所谓液压弯辊技术，就是利用液压缸施加压力使工作辊或支撑辊产生附加弯曲，以补偿由于轧制压力和轧辊温度等工艺因素的变化而产生的辊缝形状的变化，以保证生产出高精度的产品。（3）VC技术［3］（VariableCrown）支撑辊是一种膨胀凸度轧辊。VC轧辊在心轴和辊套之间有一个油腔，辊套在两端紧紧地热装在心轴上，在轧制力矩的作用下也不会松动，同时密封空腔中的高压油由液压动力机构通过旋转接头供给VC轧辊。当VC轧辊与弯辊液压缸结合使用时，就能矫正复杂的带钢平直度缺陷。VC轧辊系统在带钢的中间部分比工作辊弯辊系统更为有效。与工作辊弯辊系统一起使用时，可同时对中间浪和边浪进行控制。（4）DSR技术法国克莱西姆公司研制成功的动态板形辊DSR及其板形控制系统，不仅可以对轧制辊缝进行全辊缝调节，而且能够对轧制辊缝中的任意位置进行调节，能够满足轧制辊缝中任意一个局部缺陷的调控要求。正常工作时，在工作辊的带动下，动态板形辊的金属套筒（辊套）可以绕着固定辊轴自由旋转。套筒内共有7个压块，每个压块装备了一个液压缸，此液压缸固定在辊轴上。板形控制系统通过对液压缸流量的控制，调整每个压块的压下，通过控制多个压块的压力分布就可以调整辊缝的分布，从而达到控制板形的目的。DSR辊目前已应用在我国宝钢2030mm冷轧机上。二、薄板轧制过程中的控制新技术（a）增加有载辊缝的刚度。轧制过程中，轧制力发生波动而仍然能保持有载辊缝形状的稳定性，有利于减小轧后板带板形波动。有载辊缝在轧制时的稳定性可用辊缝刚度系数来表示：Ks=△q/ACR式中△q为单位板宽轧制力的波动量,ACR为辊缝凸度CR对应于q的波动量采用提高辊缝系数Ks来增加板形控制能力的辊缝，视为刚性辊缝型，如：采用工作辊或中间辊（六辊轧机）横移来调节轧制力分布，从而提高了辊缝刚度。（b）加大轧辊辊缝（或有载辊缝）的调节范围。一般四辊轧机,工作辊原始辊型确定后是一定的，显然不能适应各种轧制情况。为了使其（或有载辊型）能适应轧制情况的变化而作相应的变化,应采用加大轧辊原始辊缝调节范围来控制板型,这就是柔性辊缝型。当前，从工艺技术方面改善板形控制已臻于成熟。现有的轧制设备和轧制工艺上的不断改进，使冷轧板带板形控制得到了一定程度上的解决。但板型控制新技术和从控制板型的新型轧机上取得预期的板形控制结果，已成为一种发展趋势。采用新型轧机，从根本上改善轧机运行中的板形控制：目前国际上流行CVC轧机、PC轧机和VC轧机，它们的共同特点是:通过轧辊轴向抽动或摆角位置来改变原始辊缝状态，以实现无极辊缝调整，从而实现板形控制,为柔性辊缝型［4］。我国自行研制开发的XGK型轧机，对传统轧机提出了挑战。它采用了辊系准刚性、消差性、可宽性、不需弯辊和抽辊等新技术，在控制上不需AGC、APC等大小闭环等复杂的控制系统,能够生产出横厚差小于土川m,纵向厚差小于土2pm的高精度产品。参考文献：刘相华，王国栋.热轧带钢新技术.钢铁研究.2000(5):56-89金慈伯格.高精度板带材轧制理论与实践.北京冶金工业出版社.2002:24-50乔俊飞等.神经网络在板形检测中的应用.中国有色金属学报.1998(Vol.8,No.3)陈炎等.ABB板形仪在攀钢HC冷连轧机的应用分析.冶金自动化.1999(No.3)颜景星.实用板形方程的建立和应用.钢铁.1999(Vol.34,No.6)贾春玉等.HC轧机板形控制系统的设计.重型机械.2000(No.2)朱洪涛等.板形模糊控制技术的发展.轧钢.1999(No.6)赵红雁.森吉米尔轧机板形预测的神经网络方法.钢铁研究.2001(No.2)周荣昌.十二辊可逆式轧机板形控制.重型机械.1998(No.6)乔俊飞等.板形模式的一种模糊识别方法.钢铁.1998(Vol.33,No.6)张清东等.冷轧宽带钢板形仪检测与自动控制.钢铁.1999(No.10)乔俊飞等.基于模糊预测的自适应控制方法及应用.电工技术学报.2000(Vol.15:No.4)周晓敏等.智能控制和预测控制在冷轧板形自动控制中的应用.上海金属.2000(Vo1.22:No.4)用于板带材轧机的压力控制式板厚板形综合控制装置.中国专利.UN86107870A冷带板形静态测量仪.中国专利.CN85200405U刘宝华.一种新型红外遥测板形检测仪.钢铁研究学报.1997.No.2带材板形动态测量辊.中国专利.ZL91226916.2灵敏度可变的张力分段检测板形仪.中国专利.ZL94246084.7无滑环分段检测辊.中国专利.ZL93211857.7非接触式冷轧带钢板形检测仪.中国专利.CN86101203A一种新型四辊轧机板厚板形综合调节装置.中国专利.ZL91110616.2王国栋.板形控制和板形理论.冶金工业出版社.1986:32-56李立丰，准工业化气动板形检测仪的开发研究2007-燕山大学：流体机械及工程肖跃发轧机板形检测与控制新技术1985-全国箔带轧制技术装备学术会议单凯军，关允，李俊华，胡小煌，余晓静冷轧轧制后板面残留物测试及讨论，2000-中国金属学会薄钢板质量研讨会黄元辉，宝钢DCR机组板形检测与控制2008-上海交通大学：控制工程荆峰薄铝板的蓝姆波检测试验《航天制造技术》-2004年3期-彭小梅基于计算机图像处理的板形识别研究2007-重庆大学：控制理论与控制工程-黄元辉，李玮18EVM-2CP型光电位置检测器在二次冷轧机组的应用《宝钢技术》-2006年2期王会战，刘建飞，李得志^，厚度/凸度仪在邯钢CSP生产线的应用，2009-2009年薄板坯连铸连轧国际研讨会(TSCR2009)姜树春铝薄板轧制中的板形控制《轻合金加工技术》PKU-2002年2期李峰，李有元，郑涛，周志明，邓天勇极薄板冷连轧机换辊启动板形控制2008-2008年全国轧钢生产技术会议兰利亚铜及铜合金薄板、带材轧制中的板形控制及消除残余应力的方法,2001-2001年全国铜铝加工高新技术发布与研讨会王建国冷轧带钢板形先进控制方法研究2009-上海交通大学：控制理论与控制工程韦富强，李普首钢6H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