平直度控制.doc

平直度控制(flatness control)运用各种机械的或物理的方法，通过改变轧辊辊型曲线的形状，轧制出断面形状和平直度都合乎标准要求的板带材的控制技术。平直度即板形，平直度控制也叫板形控制。带钢的宽度越大，厚度越薄，则越容易出现板形缺陷。因此，平直度控制技术首先在冷热薄带钢轧机上获得广泛应用.简史 20世纪60年代前主要靠磨削轧辊原始凸度、人工控制压下制度和合理编制生产计划来控制板带材的平直度。60年代出现液压弯辊装置(见弯辊技术)，后来又将分段冷却轧辊法用于控制带钢平直度。1967年瑞典ASEA公司研制成功接触式板形测量仪和平直度自动控制(AFc)，把它与弯辊装置配合构成平直度闭环控制系统。以后平直度控制的应用逐渐由冷轧薄板发展到热轧薄板和厚板。为了克服弯辊力不足和弯辊效果不理想的问题，70年代以后又出现了许多种平直度控制的新方法，诸如：(1)阶梯支承辊(BcM)法；(2)倒角支承辊(CBR)法；(3)大凸度支承辊(NBCM)法；(4)双轴承座(DCwRB)法；(5)可变凸度轧辊(Vc)法；(6)移辊(HC和wRS)法；(7)交叉辊(PC)法；(8)张力分布(TDC)法；(9)连续可变凸度(CVC)法；(10)万能板形控制(uPc)法等。其中以Hc轧机和CVc轧机应用较广泛.基本原理板材平直度控制主要是控制轧辊的有载辊缝，使它对带钢沿宽向压下变形均匀，从而导致板宽上各点延伸一致，即保证轧辊有载辊缝必须满足/的要求，与为带钢来料和轧后的凸度，为该道次的延伸系数。影响轧辊有载辊缝形状的因素有：(1)轧辊的原始凸度；(2)轧辊由于温度分布不均匀造成的热凸度；(3)轧辊的磨损凸度；(4)在轧制力和弯辊力作用下轧辊产生的弯曲挠度和压扁变形。轧辊有载辊缝由下式决定：.式中Kp、Ks1，和Ks2分别为与轧制力、工作辊弯辊力和支承辊弯辊力有关的横向刚度(见移辊技术)系数；Kw、KB和K。分别为工作辊凸度、支承辊凸度和来料凸度的影响系数；P为轧制力；S1和S2为工作辊和支承辊的弯辊力；Dw和DB为工作辊和支承辊的凸度；为来料凸度。上式中等号右边第一项PKp是轧制力作用下带钢产生的凸度，最末一项KD是来料凸度对带钢凸度的影响，它们都是随机变量，而S1、S2、Dw、DB为可控参数。故平直度控制就是通过改变弯辊力和轧辊凸度来获得平直带钢.控制方法 平直度控制有图l所示的多种方法.阶梯支承辊法 为了减轻支承辊有害接触部分对工作辊挠度的影响，将支承辊辊身长度缩短做成阶梯形(图la)。这样一方面可减小工作辊弯曲挠度，另方面增加工作辊弯辊的效果。但此法有局限性，不大适合板带宽度变化大的情况.倒角支承辊法 在支承辊辊身边缘处采取大倒角(图16)，它与阶梯辊法有相同的效果.大凸度支承辊法 采用具有原始大凸度的支承辊(图lc)。目的是为了提高工作辊的横向刚度，同时也增加工作辊弯辊的调节能力.弯辊控制法 液压弯辊装置是四辊轧机上控制带钢凸度和平直度的常用装备。弯辊控制法是利用液压弯辊装置在轧辊辊颈上施加液压缸推力，使轧辊产生附加弯曲，以改变辊缝形状，达到调节带钢凸度和平直度的目的(图1d).双轴承座法 工作辊两侧各采用两个轴承座(图1e)。由于采用双轴承座，平衡功能与弯辊功能可以分开。内侧液压缸一般用于轧辊平衡，外侧液压缸主要用于板形控制。内外弯辊力由各自的系统控制，通过各种组合而得到不同的正负弯辊效果。采用双轴承座系统，其调节范围比一般的弯辊系统可增加15左右。对细长的轧辊，其效果更明显，可高达40。同时轴承和轴承座受力更均匀，提高轴承寿命，轴颈形状可实现最优化。但机械结构复杂.可变凸度轧辊法 轧辊由芯轴和外套装配而成。芯轴和外套之间制成中空的液压腔，腔内充以高压油，使外套微带凸度(图1f)。调节液压系统的压力，可以改变轧辊的凸度。(见辊型控制)移辊法 在四辊轧机工作辊和支承辊之间增设可轴向移动的中间辊，制成新型的六辊轧机(图1g)。(见移辊技术)交叉辊法 上下轧辊群成对交叉布置(图1h)，上下工作辊之间的间隙完全等同于具有初始轧辊形状的工作辊的间隙。上下轧辊的交叉角分别由安装在轧机顶部的四台电机，通过伞齿轮和蜗杆蜗轮，对上下辊两端的四组轴承座进行侧向水平调节。为了避免轧辊之间的磨损、支承辊和工作辊保持平行，并一起作交叉调节.在工作辊直径和板材宽度一定的情况下，带钢凸度变化C与交叉角的平方成正比，它们之间有如下关系：式中是影响系数，取07，05，03；b是轧制板材的宽度；Q是轧辊交叉角，最大为12。；Dw是工作辊直径.交叉辊轧机是日本三菱重工和新日铁共同开发的产品。在技术方面有许多特点：(1)根据轧制条件设定适当的交叉角，可以得到任意的目标带钢凸度，从而可使带钢平直度以及边部损失得到改善；(2)交叉辊轧机在一个道次轧制中能够调整的凸度控制范围很大，因此能够适应任何截面形状的带钢；(3)交叉角设定容易，能任意得到最合适的完全相同的轧辊曲线，所以无需每次都根据带钢规格及其他轧制条件改变原始凸596度，减轻了对轧辊的管理.热凸度控制法 轧辊中间一段与带钢接触，带钢将变形热或高温热量传给轧辊；同时轧辊两端向四周散热，因此形成中部温度高，两端温度低的辊温分布。这样不均匀的温度分布是轧辊产生热凸度(见辊型设计)的来源。如果利用轧辊两侧的喷水冷却系统，沿辊身长度方向改变冷却液的流量分布(图1i)，就可以改变各部分的冷却条件，从而改变了轧辊的凸度值。利用热凸度控制带钢平直度的效果十分有限，可调范围小，调节时间长。但是该法对消除板面不对称浪形(见板形缺陷)，尤其是局部凸起，都特别有效，是生产中控制带钢平直度不可缺少的手段.张应力分布控制法 带钢板形好坏与带钢横向的张应力分布有直接关系。张应力分布法控制带钢平直度是通过组合辊式板形检测装置，检测张应力沿横向分布的状态，控制张应力辊1的升降，改变张应力分布，直到板形检测辊2检测的张应力均匀分布为止(图1i)。此法正在试验中.连续可变凸度法 将轧辊辊身整体磨成s形，上下辊形状相同，而相对地成180。布置，使上辊和下辊构成对称的辊缝轮廓形状(图1屉)。上辊和下辊可沿轴向作反向调整。虽然辊缝形状为S形，但轴移到某一位置，可使辊身全长方向上辊缝具有相同的高度。这时的有效凸度为零(图1，)。如果上工作辊向右、下工作辊向左轴向移动相同的距离，两个轧辊辊缝之间的距离中间变小，则产生一个大于零的凸度。即为正凸度(凹辊缝)(图1。)。反之，如果上工作辊向左、下工作辊向右轴向移动相同的距离，则产生一个小于零的凸度，即为负凸度(凸辊缝)(图1。)。连续可变凸度(CVC)轧辊通过轴向无级移动，使轧辊凸度能在一个最大和最小值之间无级调节，达到轧辊凸度可连续变化的效果。连续可变凸度轧辊对轧制各种板宽、各种板厚和各种不同来料凸度的带钢，在各种辊温分布的情况下，都能顺利进行平直度控制，这就为热带钢轧机实现自由程序轧制创造必要的条件.万能板形控制法 工作辊的辊廓曲线呈中间直径大，两端直径小的双圆锥状，上下工作辊反对称配置(图1z)，简称UPC。UPC轧机的上下工作辊可沿轴向同时向相反方向作缓慢移动，再适当配以弯辊调节，在轧制带钢时可获得各种所需要的辊缝形状。工作辊轴向移动到两个小圆锥段处于工作区时，则可轧出凸形断面的带钢；工作辊轴向移动到两个大圆锥段处于工作区，则会使带钢产生中凹形状。uPc轧机具有强大板形调节能力，能够稳定地补偿轧制过程中各种弹性变形和热变形的影响，因此有万能板形控制之称。uPC技术可用于四辊或六辊轧机。在六辊轧机上应用轧带钢生产，也可适用于冷轧带钢生产。各种平直度控制方法的比较见表。控制系统 平直度控制系统有开环控制系统和闭环控制系统两类.开环控制系统 不需要对轧出带钢的板形质量进行在线检测，而是根据轧制带钢的工艺参数，通过模型计算确定各道次或各机架的控制变量及其他有关操作变量，以保证获得良好的带钢尺寸和板形精度。开环控制最常用的3种方法是：(1)根据静态负荷分配，计算轧机预设定值；(2)根据动态负荷分配，计算轧机预设定值；(3)最佳弯辊力(见弯辊技术)的预设定计算；模型计算比较复杂，一般都需由计算机完成；所以平直度开环控制实质上就是在计算机帮助下，对轧机进行预设定计算，估计出在保证带钢平直度好的条件下各道次应设定的辊缝值和弯辊力的大小.闭环控制系统 即板形自动控制(AFC)系统，包括板形检测、控制器和执行机构3大部分。其中控制器的结构千变万化，种类繁多，目前大多由计算机来完成，典型控制系统如图2所示。板形检测仪测得的带钢张力分布一般为高次方程，经过数据处理后可以分离出一次、二次、四次和高次分量4部分。一次分量与轧辊倾斜有关，通过倾斜调节计算，分别控制两侧的液压压下，使上下轧辊达到平行。二次分量与轧辊轴向移动位置有关，通过移辊调节计算，控制移辊到某一合适位置。二次分量也与液压弯辊有关，通过弯辊调节计算，动态改变弯辊力的大小。四次分量和高次分量与局部凸度有关，通过冷却调节计算，改变冷却系统流量分配关系，控制轧辊的热凸度值.展望由于使用部门对高质量板带材的要求以及科学技术的发展和进步，新的平直度控制方法将不断出现。移辊技术和连续可变凸度技术是板带轧机上比较有效的控制手段，它们同传统的控制方法如液压弯辊、分段冷却轧辊相结合，产生HC轧机和CVC轧机，将使平直度控制的面貌焕然一新。但是还存在几个