板形与板凸度控制

第1章板形与板凸度的基本概念1

1.1板形及其度量1

1.1.1板形1

1.1.2板形的度量4

1.2板凸度8

1.3板形与板凸度的关系9

1.4边部减薄10

参考文献10

第2章板形和板凸度的影响因素分析11

2.1轧制力对板形和板凸度的影响11

2.2来料板凸度对板形和板凸度的影响12

2.3热凸度对板形和板凸度的影响13

2.4初始轧辊凸度对板形和板凸度的影响14

2.5辊系直径对板形和板凸度的影响15

2.5.1工作辊直径对板形和板凸度的影响15

2.5.2支撑辊直径对板形和板凸度的影响15

2.6轧辊接触状态与接触长度对板形和板凸度的影响16

2.6.1轧辊接触状态对板形和板凸度的影响16

2.6.2轧辊接触长度对板形和板凸度的影响16

2.7弯辊力对板形和板凸度的影响17

2.8轧辊磨损对板形和板凸度的影响17

2.9板宽对板形和板凸度的影响18

2.10张力对板形和板凸度的影响19

参考文献19

第3章板形与板凸度控制的执行机构20

3.1WRB20

3.1.1弯辊力的配置21

3.1.2工作辊正弯21

3.1.3工作辊负弯及其控制21

3.1.4合理弯辊力的设置22

3.2WRS24

3.2.1WRS轧机的设计原理24

3.2.2WRS轧机的结构特点24

3.2.3WRS轧机的边部减薄控制25

3.2.4SFR与WRS28

3.3NBCM轧机29

3.3.1NBCM轧机的原理29

3.3.2NBCM轧机支撑辊辊型曲线的设计30

3.3.3NBCM轧机的配置32

3.4PC轧机34

3.4.1PC轧机的设计原理34

3.4.2PC轧机的结构特点35

3.4.3PC轧机的轴向力35

3.4.4PC轧机在热连轧机上的配置36

3.5PCS轧机37

3.5.1PCS轧机的设计原理37

3.5.2PCS轧机的结构特点37

3.5.3PCS轧机在热连轧机组的配置37

3.6CVC38

3.6.1CVC辊型设计原理38

3.6.2CVC轧机结构特点39

3.6.3四辊CVC轧机41

3.6.4六辊CVC轧机42

3.6.5CVC新辊型42

3.7HC轧机43

3.7.1HC轧机的结构43

3.7.2HC轧机的功能44

3.7.3HC轧机的优点48

3.7.4HC轧机的分类及应用50

3.8UC轧机及其家族51

3.8.1UC轧机的结构52

3.8.2UC轧机的板形控制特性52

3.8.3UC轧机的分类及应用56

3.9轧辊分段冷却57

3.9.1轧辊分段冷却控制的原理与特点57

3.9.2系统组成与喷嘴结构58

3.9.3分段冷却控制策略59

3.10板形和板凸度控制手段的评述66

参考文献68

第4章轧辊弹性变形的数学模型和计算方法69

4.1与轧辊弹性变形有关的基础理论69

4.1.1梁的弯曲及其挠度曲线微分方程69

4.1.2梁的剪切挠度71

4.1.3变形能和卡氏定理71

4.1.4弹性基础梁理论73

4.1.5半无限体模型及其应用于轧辊弹性压扁时的修正74

4.2轧辊弹性变形的解析方法76

4.2.1解析方法的初级阶段——斯通和R.戈雷的工作76

4.2.2盐崎模型79

4.2.3比较完善的解析方法——本城模型82

4.3影响函数法89

4.3.1离散化过程89

4.3.2影响函数91

4.3.3绍特的工作92

4.3.4艾德瓦尔兹等的工作98

4.3.5户泽的工作及工作辊弹性压扁影响函数103

4.4计算轧辊弹性变形的矩阵方法108

4.4.1辊间压扁影响函数108

4.4.2矩阵方法的基本方程114

4.4.3计算方法115

4.5各类轧机辊系弹性变形的计算122

4.5.1横移式四辊轧机辊系变形计算122

4.5.2PC轧机的辊系变形计算130

4.5.3CVC四辊轧机的辊系变形计算138

4.5.4六辊轧机的辊系变形计算140

参考文献149

第5章轧辊热变形的数学模型和计算方法151

5.1不考虑周向温度变化的计算151

5.2考虑周向温度变化的计算方法152

5.3工作辊横移式轧机轧辊温度的计算153

5.3.1工作辊模型单元划分153

5.3.2传热学的基本定律154

5.3.3轧辊温度场的计算155

5.3.4工作辊热凸度的计算156

5.3.5横移方式的选择157

5.3.6横移方式对轧辊温度场和热凸度的影响158

5.3.7不同横移步长对工作辊热凸度的影响159

5.4轧制过程中热凸度的计算159

参考文献162

第6章轧辊磨损163

6.1轧辊磨损的影响因素163

6.2轧辊磨损的数学模型163

6.3轧辊的在线研磨（ORG）165

参考文献166

第7章金属的三维流动167

7.1有限元法168

7.1.1黏塑性有限元法168

7.1.2刚塑性有限元法169

7.1.3弹塑性有限元法171

7.2条元法173

7.3轧辊变形与轧件变形的耦合分析175

参考文献176

第8章板形与板厚的解耦控制177

8.1CVC轧机轧辊横移对厚度的影响177

8.2弯辊力对厚度的影响178

8.3板形板厚综合控制178

参考文献180

第9章热轧板形和板凸度的控制181

9.1热连轧机板形和板凸度的控制手段181

9.2热轧板形控制策略182

9.2.1热连轧机上下游机架的分工182

9.2.2边部减薄的控制183

9.2.3SFR与板形板凸度控制184

9.3板形和板凸度控制模型186

9.3.1考虑来料板形的热轧板形良好条件186

9.3.2板形与板凸度之间的转换关系189

9.3.3板凸度设定计算模型190

9.3.4热连轧机机架间二次变形193

9.4热轧板凸度的检测与信号处理194

9.4.1辐射测厚原理194

9.4.2凸度仪的主要类型194

9.5热轧平直度的检测与信号处理196

9.5.1非接触式感应传感器板形检测装置196

9.5.2利用转像方法的光学平直度检测仪198

9.5.3利用光截面法的光学平直度检测仪199

9.6热轧板形与板凸度控制系统199

9.6.1板形设定计算200

9.6.2轧辊热膨胀和磨损的计算201

9.6.3板形自学习计算201

9.6.4板凸度自动控制202

9.6.5平直度自动控制202

参考文献203

第10章冷轧板凸度和板形的控制204

10.1冷轧板形的检测与信号处理204

10.1.1板形检测装置205

10.1.2检测信号的补偿处理229

10.2冷轧板形控制策略231

10.2.1板形检测信号的分解231

10.2.2板形执行机构的分工238

10.3冷轧板形控制系统239

10.3.1板形控制系统构成240

10.3.2板形预设定控制241

10.3.3板形前馈控制247

10.3.4板形反馈控制251

参考文献2742100433B

轧制过程中的板形问题是衡量板带材生产工艺水平和产品质量的一个重要指标，良好的板形不仅可以提高产品的成材率，而且将给后部工序创造更好的生产条件，因此不断提高板带轧制过程中轧件的平直度、板凸度、边部减薄等横断面指标在实际的轧钢生产中就显得尤为迫切和重要。

本书从阐述板形与板凸度控制的基本理论出发，介绍了板形与板凸度控制的执行机构，并对各种执行机构的特点及适用范围进行分析，还介绍了板形与板凸度控制的分析方法及热轧、冷轧的板形控制系统。

本书特点在于结合引进技术的消化、吸收和我国科技工作者的集成创新和自主创新，总结了国际、国内在板形及其控制方面的进展，反映了板形控制技术的发展趋势。本书不仅讲述了基本原理和控制方法，而且列举了大量的国内外应用的实例，它的理论与实践相结合的特色将使广大从事轧制过程研究的读者受益。

中厚板的凸度对金属收得率、企业经济效益和再加工工艺均有重要影响，其控制技术近年来发展迅速。轧板厂为了改善产品质量的控制水平和减少钢板凸度，将精轧机的支撑辊由传统的圆柱形改为两端的双锥度形，即双锥度支撑辊，应用以来，已取得较好的效果。研究拟在分析各因素对双锥度支撑辊钢板凸度影响规律的基础上，提出进一步提高钢板凸度控制水平的措施。

钢板凸度双锥度支撑辊改善钢板凸度的机理

2800mm中厚板轧机的精轧机为四辊轧机，其支撑辊长期以来采用传统的圆柱形，轧制过程的力学模型示于图1。由图1可知，由于支撑辊和工作辊在辊身长度上全部接触，工作辊在板宽范围以外作用着一个附加力矩，通常叫做有害力矩，从而使其挠度大于支撑辊的挠度。这样，必然导致钢板产生较大的凸度

如图2所示，将支撑辊改为双锥度形以后，对不同的钢板宽度而言，在其范围以外工作辊和支撑辊可部分、甚至全部脱离接触。这样，工作辊的有害力矩可在一定程度上减小，甚至全部消除，从而使钢板产生的凸度相应地减少。

将工作辊为平辊、支撑辊分别为圆柱形和双锥度形条件下实测的不同成品厚度的钢板凸度示于图3。可知，曲线2位于曲线1的下方，且其斜率小于曲线1的斜率。也就是说，在一定条件下，双锥度支撑辊不仅可使各种厚度产品的凸度明显减少，而且还可使其间的凸度差减少。

应强调指出，实测的各种工艺条件下的钢板凸度均有类似图3的特性，说明使用双锥度支撑辊对于减小和稳定钢板凸度来说，具有明显的效果。

钢板凸度各种因素对双锥度支撑辊钢板凸度的影响

一般来讲，若忽略轧件轧后的弹性回复和冷缩，钢板的横向厚度分布将与相应板宽范围内实际工作辊缝的几何轮廓形状近似一致。实际工作辊缝几何轮廓形状主要与轧辊的原始凸度和其产生的弹性变形(弯曲和压扁)及热凸度有关。在轧制过程中，由于轧辊原始凸度不断地发生磨损，轧辊产生的弹性变形和热凸度又与轧件的材质、规格(厚度和宽度)、温度、变形量和轧制速度等一系列因素有关，故影响实际工作辊缝几何轮廓形状即影响钢板凸度的因素是非常多而复杂的。为了便于分析各种因素对钢板凸度的影响规律，我们对大量的现场数据进行取平均值和分类，以便采用单因素法对主要的因素进行分析。

钢板凸度进一步提高钢板凸度控制水平的几点建议

（1）双锥度支撑辊钢板凸度规程效应特性分析

由于双锥度支撑辊可以部分减小，甚至全部消除有害力矩的影响，使轧辊的横向刚度增大，从而可有效地减小钢板凸度，并使钢板凸度的规程效应特性减弱，使钢板凸度易于控制和稳定。但是，鉴于上述，钢板凸度仍然有明显的规程效应现象。比较起来，在现行工艺制度条件下，钢板的材质和厚度对凸度的影响较小，工作辊的原始凸度和板宽对凸度的影响则比较大。

由于接触段长度不易变更，进一步提高钢板凸度控制水平只有通过改进工艺规程这一途径。也就是说，只有利用上述凸度的规程效应特性反过来对凸度进行控制和改善。

（2）进一步提高钢板凸度控制水平的建议

鉴于上述分析，为了进一步提高双锥度支撑辊钢板凸度的控制水平，建议采取的主要措施为：

①将工作辊的原始凸度定为0.05～0.15mm，在现行换辊制度下，在支撑辊的一个服役周期内，初期工作辊的原始凸度取下限值，中后期随着支撑辊磨损量的不断增大，工作辊的原始凸度随之增大，直至上限值。为了简化，在支撑辊服役中期，工作辊的原始凸度取0.1mm，后期取0.15mm。这样，既可将各种产品的凸度控制在0.1mm以下较小的水平上，又可避免较宽规格的产品产生负凸度的情况。同时，又可适当补偿支撑辊磨损的影响，以保证钢板凸度的控制水平比较稳定。

②进一步合理安排、调整产品品种的轧制顺序。合理安排产品品种的轧制顺序，必须兼顾设备(主要是轧辊)安全、凸度和板形控制、以及产品表面质量等问题，这是项非常重要而又非常复杂的工作。针对2800轧机生产的具体情况，在安排产品品种顺序时，换辊之后，由于是冷辊，没有热凸度，应首先安排较厚、材质较软(变形抗力较小)和中等宽度的产品；待轧辊的热凸度稳定后，接着安排材质较硬、宽而薄的产品；随后，随着轧辊凸度磨损量的不断增大，再依次按宽度由宽到窄、厚度由薄到厚和材质由硬到软等来进行安排。这样，既可较好地兼顾上述有关问题，又可使双锥度支撑辊的优点得以充分发挥。

研究在首钢3500mm中厚板轧机和南钢2500mm中板轧机改造项目的基础上，对中厚板轧机的板形与板凸度控制技术进行全面、系统和深入的研究，形成了一套比较完整的研究方法，并开发出相应的控制模型；同时对中厚板轧机的发展方向CVC-PLUS轧机的板形控制技术进行辊型设计和控制特性的研究，建立了相应的分析模型。