板形控制技术第二章

板形控制技术第二章2023/6/191第一页，共四十五页，编辑于2023年，星期日

金属在轧辊作用下经过一系列变形过程轧成需要的板带材。最终产品的板形受到许多因素的影响，总括起来，这些因素可以分为内因(金属本性)和外因(轧制条件)两个方面。金属本身的物理性能(例如硬化特性、变形抗力）直接影响轧制力的大小，因而与板形密切相关。金属的几何特性，特别是板材的宽厚比、原料板凸度是影响板形的另一个重要因素。轧制条件的影响更为复杂，它包括更为广泛的内容。凡是能影响轧制压力及轧辊凸度的因素(例如摩擦条件、轧辊直径、张力、轧制速度、弯辊力、磨损等)和能改变轧辊间接触压力分布的因素(例如轧辊外形、初始轧辊凸度)都可以影响板形。本章试图从以下几个主要方面分析影响板形的因素，以便为进一步的学习打下基础。第二页，共四十五页，编辑于2023年，星期日2.1规程图

为了说明各种因素对板形的影响以及它们之间的相互作用，首先介绍规程图。我们考虑—个假想实验。设轧前带钢凸度及所有规程变量均保持不变。仅仅调整轧辊凸度来保证获得良好板形。此时，轧辊在轧制力作用下所产生的弹性变形应恰好被轧辊凸度所平衡。现开始改变轧制力，同时调整轧辊凸度，使轧辊凸度调整值恰好抵消轧制力变化引起的轧辊弹性变形的变化值，始终保持良好板形。将这些能够获得良好板形的轧制力和轧辊凸度作成曲线，反映了轧制力和产生完好板形的轧辊凸度之间的关系，这个曲线称为完好板形线。第三页，共四十五页，编辑于2023年，星期日如图2-1，当来料凸度为零时，完好板形线为l，它通过原点O。在完好板形线以上的区城轧制时，轧件产生中波；在完好板形线以下的区域轧制时，轧件产生边波；只有轧辊工作凸度和轧制力所确定的工作点位于完好板形线上时，才会获得良好板形。模拟研究表，在实际的轧制条件下，完好板形线是一条直线，其原因在于，轧辊变形中表现出线性关系的轧辊弹性挠曲比表现出非线性关系的轧辊弹性压扁起更大的作用。第四页，共四十五页，编辑于2023年，星期日

图2-l完好板形线1—来料板凸度为零；2—来料板凸度为CH第五页，共四十五页，编辑于2023年，星期日当带钢原料本身具有一定的凸度CH时，为了满足良好板形条件，承载辊型应当有一个相应的负凸度CH

，这个负凸度的存在使完好扳形线相应向下平移一段距离，得到曲线2，它与纵坐标轴交点坐标为一CH

。所以当来料凸度变化时，完好板形线相应向上或向下移动。第六页，共四十五页，编辑于2023年，星期日

其次再考虑热凸度-轧制力关系曲线。假定产生热凸度的热量主要来源于金属和轧件之间的相对滑动，且热凸度值与这个热量成正比。虽然变形时金属内部也产生大量的热，但由于金属和轧辊接触时间很短，仅会很少一部分热量传递到轧辊中去。为了简化问题，将这部分热量忽略。基于上述前提，我们求出传到轧辊中的热量和轧制力的关系。

Qt=btP[(n+1)/n]第七页，共四十五页，编辑于2023年，星期日大量的模拟实验已经证实了，压缩率r＜60%可以满足上面的关系。由于热凸度和热量Qt成正比，所以热凸度和轧制力之间也存在上述所示那样的关系，只不过常数不再是bt。以曲线定性表示，则如图2-2，曲线T所对应的是初始轧辊凸度为零时的情况，它通过原点。这个曲线就是热凸度—轧制力关系曲线。第八页，共四十五页，编辑于2023年，星期日图2-2热凸度—轧制力关系曲线第九页，共四十五页，编辑于2023年，星期日热凸度曲线受许多因素的影响，最明显的因素是初始轧辊凸度C0。当轧辊具有初始凸度时，相当于在原有热凸度曲线上又叠加一常数值，所以曲线平移。若初始轧辊凸度为正值，曲线向上移，成为T1；若初始轧辊凸度为负值，曲线向下移，成为T2。图2-3表示了初始轧辊凸度变化时，热凸度-轧制力关系曲线的位置也发生变化。第十页，共四十五页，编辑于2023年，星期日图2-3不同初始轧辊凸度时的热凸度-轧制力关系曲线第十一页，共四十五页，编辑于2023年，星期日将上述完好板形线和热凸度-轧制力关系曲线作到一个图上，如图2-4，就构成了所谓的规程图。之所以称义为规程图，是因为它反映了各种规程变量，例如轧辊凸度、轧制力(即压下量)、张力等，对板形的影响。第十二页，共四十五页，编辑于2023年，星期日在一定的初始轧辊凸度和一定的张力下，轧辊的实际工作凸度和轧制力之间的关系就用曲线T表示。而根据力学条件，轧辊凸度和轧制力只有满足曲线F所表示的关系才能得到良好板形。所以曲线T表示的是实际发生的情况，而曲线F表示的是理想的情况。当轧制力取T、F曲线交点A、B对应的轧制力值PA、PB时，可以得到良好板形。而当偏离这两点时，会发生板形缺陷。第十三页，共四十五页，编辑于2023年，星期日图2-4规程图第十四页，共四十五页，编辑于2023年，星期日2.2轧制力变化对板形的影响轧制力受许多因素影响，例如变形抗力、来料厚度、摩擦系数、带钢张力等，因此它是轧制过程中一个非常活跃的因素。轧制力变化可以分为两种情况，一种是偶然性的波动，一种是稳定性的变化。所谓偶然性，是指它变化的时间与轧辊热凸度变化所用时间相比是短的，所谓波动是指变化后基本上会恢复原值。第十五页，共四十五页，编辑于2023年，星期日这种情况下，轧制力变化并不涉及到轧辊热凸度的变化。完好板形线为图2-5中的直线F，实际的轧辊凸度在轧制力波动时并不发生变化，所以是一条水平线T。当轧制力为PA时，即对应于曲线F和T的交点时，可以获得充好板形。当轧制力波动偏离PA时，就会发生板形缺陷，轧制力低于PA时，实际凸度大于完好板形所要求的凸度，发生中波；轧制力高于PA时，情况相反，发生边浪。第十六页，共四十五页，编辑于2023年，星期日图2-5轧制力偶然波动对板形的影响第十七页，共四十五页，编辑于2023年，星期日如果轧制力发生了稳定的长时间的变化，情况就复杂多了。如图2-6，完好板形线为F，热凸度-轧制力关系曲线为T，它们相切于点K。当以与K点对应的轧制力PA工作时，板形完好。当轧制力降低到PA1时，开始阶段热凸度还来不及变化，它对板形的影响与上述偶然波动时的相似，当工作点移到K1时，发生中波。第十八页，共四十五页，编辑于2023年，星期日图2-6轧制力稳定变化对板形的影响第十九页，共四十五页，编辑于2023年，星期日但在随后一段时间内，由于轧制力降低，热凸度随之减小，热凸度值沿垂直线由K1变化到K2。如果K2在完好板形线上，就可以获得良好板形，否则就会发生缺陷。缺陷种类视K2相对于良好板形线的位置而定。例如图示情况，K2在F曲线以上，仍产生中波，但比在K1

点有所缓和。当轧制力增大时可以进行相似的讨论。第二十页，共四十五页，编辑于2023年，星期日2.3来料板凸度对板形的影响前已述及，获得具有良好板形的带钢的重要条件是来料断面形状和承载辊缝形状相匹配。一般来料断面主要决定于供料厂。通常采用的方法是大量测取原料数据，找出原料板凸度的变化规律，据此确定本车间的工艺参数，以保证获得良好板形。第二十一页，共四十五页，编辑于2023年，星期日在实际生产中，当来料凸度变化时，已定的轧制状态就会改变，因而使板形发生变化。如图2-7，热凸度-轧制力关系曲线为T，正常的良好板形线为F，工作在最佳状态点K。若来料凸度有变化，例如来料凸度减小，这时热凸度虽然也会发生变化，但变化甚微，可以忽略，可以认为热凸度-轧制力关系曲线基本不变。但来料板凸度减小的结果使良好板形线上升为F1，它要求轧辊有与K1点相对应的凸度，而实际凸度仍保持原来K点的，所以带钢会发生边波。如果来料板凸度增大，与上述情况相反，会发生中波。第二十二页，共四十五页，编辑于2023年，星期日图2-7来料板凸度变化对板形的影晌第二十三页，共四十五页，编辑于2023年，星期日2.4热凸度变化对板形的影响轧制过程中，金属相对轧辊滑动产生的热量和金属变形所释放的热量有一部分传入轧辊，使轧辊温度升高，这是轧制过程中轧辊的热输入。同时冷却水和空气又从轧辊中带走热量，使其温度降低，这是轧辊的热输出。第二十四页，共四十五页，编辑于2023年，星期日在开轧后的一段时间内，轧辊的热输入大于热输山，轧辊温度逐渐升高，热凸度也随之不断增大。在以某一特定规程轧制若干带卷之后，轧辊热输入和热输出相等，处于平衡状态，轧辊热凸度也保持一个稳定值。轧制过程中热凸度随时间的变化情况如图2-8所示。一般说来，在特定的轧制规程下，板形工艺参数是依据稳定的热凸度设计的。但是，由于下述三个方面的原因，实际凸度往往偏离上述的稳定热凸度值。第二十五页，共四十五页，编辑于2023年，星期日2-8轧制过程中热凸度的变化第二十六页，共四十五页，编辑于2023年，星期日1)当轧机停轧一段时间又重新开动时，在极端情况下轧辊没有热凸度、实际生产中虽然通过烫辊等措施使轧辊有一定的热凸度，但仍较稳定值小得多。只有轧制数卷之后，才形成热凸度。

2)如果某机架工作辊损坏，必须更换新辊，在极端情况下也没有热凸度。第二十七页，共四十五页，编辑于2023年，星期日3）不同产品常常要求由一种轧制规程变到另一种轧制规程，随之而来的是热凸度需要由一个稳定值过渡到另一个稳定值。关于1）、2）两项，我们考虑极端情况，即使用冷辊。如图2-9，冷辊的热凸度为零，所以实际凸度曲线是水平线T，完好板形线为F，当以正常轧制力PA轧制时，产生完好板形的凸度应该是K／，但实际轧辊凸度是车削凸度K，它远小于产生完好板形所需要的凸度，因此带钢必然形成明显的边波。第二十八页，共四十五页，编辑于2023年，星期日2-9冷辊轧制对板形的影响第二十九页，共四十五页，编辑于2023年，星期日在实际生产中为了防止这种情况发生，除了通过烫辊给出一定的初始热凸度外，在轧制程序方面采用先轧窄带、后轧宽带的方法，利用对板形不十分敏感的窄料轧制形成热凸度，再轧板形较难控制的宽料。第三十页，共四十五页，编辑于2023年，星期日关于3），即轧制规程改变使稳态凸度变化，这是经常发生的，有时凸度变化是十分明显的。例如某轧机，压下率为20％时，轧辊直径仅变化0.05mm，但压下率为35%时，这个值可达0.2mm。可见热凸度变化非常明显。如图2-10，完好板形线为F，某规程下热凸度-轧制力关系曲线为T，当轧制力PA对应两曲线切点时，可获得良好板形。在规程改变后，热凸度曲线变为T1或T2，如仍在轧制力PA下工作，则必然发生板形缺陷。严重时，规程变化对板形的影响并不亚于换辊等对板形的影响，所以应特别注意。第三十一页，共四十五页，编辑于2023年，星期日2-10规程变化对板形的影响第三十二页，共四十五页，编辑于2023年，星期日2.5初始轧辊凸度对板形的影响对板形控制来说，初始轧辊凸度的选择是一个十分重要的问题，合理地选择初始凸度，可使板形变化始终被限制在轧机控制能力之内，这无疑是获得良好板形的重要保证。对所轧产品宽度变化大的轧机来说，应根据产品宽度的不同而采用相应凸度的轧辊，一般地说，在轧制力相同的情况下，板宽越大，所需凸度越小。第三十三页，共四十五页，编辑于2023年，星期日如图2-11，当采用初始凸度a时，热凸度-轧制力关系曲线T与完好板形线F的切点恰好对应于工作轧制力PA，这时可以获得良好板形。但如果初始凸度选择不合理，例如选用b＞a，则实际的热凸度-轧制力关系曲线上升为T1，实际凸度K1在良好板形线之上，会造成中波。第三十四页，共四十五页，编辑于2023年，星期日2-11初始轧辊凸度对板形的影响第三十五页，共四十五页，编辑于2023年，星期日2.6板宽变化对板形的影响我们通常所说的轧机刚度是指轧机的纵刚度，但在研究板形问题时，更关心的是轧机的横刚度。所谓横刚度是指造成板中心和板边部单位厚度差所需要的轧制力，单位是吨／毫米。第三十六页，共四十五页，编辑于2023年，星期日轧机的横刚度是相对一定板宽而言的，当板宽变化时，轧机的横刚度发生变化，因而在承受同样轧制力的情况下，轧辊的变形以及为弥补轧辊变形所必需的轧辊凸度均发生变化，当然良好板形线也发生变化。第三十七页，共四十五页，编辑于2023年，星期日如图2-12所示，对应某板宽的完好板形线为F1，当板宽变窄时，轧制力仍保持原来的PA，但它们集中作用到较窄的辊身中间的区域，所以必然增大了轧辊的弹性变形。为抵消这种变形以获得良好板形，当然需要更大的轧辊工作凸度。这样一来，良好板形线变化到F2，当板宽增大时，变化的趋势相反。第三十八页，共四十五页，编辑于2023年，星期日图2-12板宽变化对板形的影响第三十九页，共四十五页，编辑于2023年，星期日2.7张力对板形的影响

张力对板形的影响体现在几个方面。其一是张力改变对轧辊热凸度发生影响，特别是后张力影响更大，因而调整张力是控制板形的手段。其二是张力对轧制压力发生影响，根据轧制理论，由于张力变化，特别是后张力变化，对轧制压力有很大影响，而轧制压力变化必然导致轧辊弹性变形发生变化，所以必然对板形产生影响。第四十页，共四十五页，编辑于2023年，星期日其三是张力分布对金属横向流动发生影响。这个问题近年来已引起人们的广泛注意。研究表明，当张力沿横向分布不均时会使金属发生明显的横向流动，即使对于板材轧制这种宏观看来近于平面变形的情况也是如此。在一定的高向变形下，横向流动的结果必然改变沿横向的延伸分布，因而必然改变带钢的板形。第四十一页，共四十五页，编辑于202