热轧带钢板形综合控制技术

中国热轧带钢产能5000万吨全世界热轧带钢产能约2.8亿吨注:钢铁协会发表数据整理热轧宽带钢轧机能力变化2476276732004608490849084908234016007000100020003000400050006000700080002000200120022003200420052006万吨在建建成目前，已建项目预计今年产量可达4908万吨/年；新建项目今年产量将达1600万吨/年，预计2006年可达2340万吨/年；2006年总产量可达到7248万吨/年.在近期鞍钢将达到1500万吨/年热轧卷板产能国内外及鞍钢热轧卷板的产能增长性能：强度，塑性，冲击韧性表面：氧化铁皮，麻点，划伤，挂腊,夹杂,边裂,翘皮尺寸精度：厚度，宽度热轧卷板的主要质量问题板形(平直度,凸度,边部减薄,局部高点)板形对用户产品质量的影响由于带钢板形质量问题对用户使用及最终产品质量带来不利影响。如汽车制造、工程机械设备、集装箱和冷轧生产等汽车梁成型后腿部距离回弹不一致，导致下工序衬板、加强板组装困难热轧卷板表面局部高点造成冷轧卷板成品表面产生粘结浪形工程机械钢卷板瓢曲造成吊车吊臂无法焊接集装箱板浪形影响集装箱整体焊接质量和外观热轧带钢板形综合控制技术板形控制技术概述板形控制技术的研究与应用进展鞍钢热连轧板形综合控制技术开发应用鞍钢热轧带钢板形综合控制的发展方向板形控制技术概述板形基本描述板形控制的基本方法及策略板形基本描述板形带钢的横断面轮廓形状：凸度、楔度、边部降、局部高点平坦度：浪形、瓢曲、横折通常意义:在生产实际中板形主要是指平坦度等钢卷外观形状上的变化板形的基本构成板形控制技术概述横截面轮廓形状描述凸度：CR=hf(0)-0.5[hf(B/2-be)+hf(be-B/2)],是=25mm或是=40mm楔形度：我们=hf(be-B/2)–hf(B/2-be),是=25mm或是=40mm边部减薄量：ED=hf(B/2-be)–hf(B/2-是＇)是＇=5mm局部突起量:即横截面上局部范围内的厚度偏离名义厚度的大小。一般取矩形(图B中b=10mm，h=10μm），当局部上凸和下凹区域超过此矩形区域时，就认为存在局部突起，并把局部突起量定义为上凸最高点或下凹最低点偏离名义厚度的距离hs板形控制技术概述平坦度其他：单边浪、1/4浪、复合浪、瓢曲钢板的平坦度-----板带产品的平坦程度，即钢板的翘曲程度。其实质是钢板轧制时，宽度上的各处在厚度方向上不均匀压缩塑性变形，或由于带钢冷却不均而导致其在宽度方向上纤维产生不均匀延伸。由于各纤维内部相互制约，形成了轧件内部的拉压应力,因而造成带钢不平中浪边浪平坦轧辊带钢带钢宽度方向应力分布拉应力压应力轧辊带钢轧辊带钢拉应力压应力板形控制技术概述VLRLLVab相对长度差表示法/LL相对长度差10-5定义为一个I单位精确,严密,标志板形控制水平RvLvRvLv波形表示法100%vvRL称作急峻度,简单明了,实用其他还有矢量表示法,残余应力表示法52210)()2(板形控制技术概述平坦度表示方法影响带钢板形的因素及控制途径板形凸度平直度冷却工艺辊缝变化初始辊型,辊系变形,轧辊磨损,轧辊热膨胀几何因素:即通过改变轧辊辊型来影响辊缝形状，其中包括CVC技术、分段冷却轧辊以改变其热辊型等。板形控制技术概述力学因素:通过轧制力(单位宽度上的轧制力分布)、弯辊力使辊系发生变形来改变辊缝形状准力学因素:通过改变辊系抗变形能力来改变轧制力、弯辊力的影响.HC轧机等，支撑辊端头修形减少支撑辊和工作辊的接触长度VCR轧辊等带钢热连轧板形良好判别条件板形良好基本判别式：const(常量)式中Ch：为出口轧件凸度CH：为入口轧件凸度h：为出口轧件平均厚度H：为入口轧件平均厚度这就是等比例凸度轧制的基本原理,亦即秒流量相等原则板形良好扩展判别式实际上热轧中，由于轧件沿宽度方向上厚度的不均匀压缩一部分转化为纵向不均匀延伸，另一部分转化为金属的横向流动。所以一定范围内违反比例凸度原则也不会引起板形缺陷，所以板形良好条件一般用shohet判别式表示:-βk﹤δ﹤kδ=k=α()γ其中k是阀值α、β、γ是与钢种有关的系数；中低碳钢α=40,β=2,γ=1.86。hChHCHBbHCHhCh板形控制技术概述纵向流动横向流动平直度变化过渡区板凸度变化100%材料流动50%0612带钢厚度,毫米金属流动与厚度的关系板形控制技术概述热连轧过程带钢变形板形关系yp(y)FwFwzoq(y)4-Hi1700-Mill/CwConstitunts0102030405060708090728832936104011441248135214561560StripWidth,mmRollGapCrown,mmA=支持辊弯曲变形+有害接触区弯曲变形+不均匀接触压扁变形B=支持辊弯曲变形+不均匀接触压扁变形C=不均匀接触压扁变形4-Hi1700-Mill/CwConstituents0204060801001201401601800.10.20.30.40.50.60.70.80.911.11.21.31.41.51.61.71.81.92SpecificRollForce,pt/mmRollGapCrown,CwmmA=支持辊弯曲变形+有害接触区弯曲变形+不均匀接触压扁变形B=支持辊弯曲变形+不均匀接触压扁变形C=不均匀接触压扁变形常规轧机辊系变形图轧机辊系变形对辊缝形状的影响板形控制技术概述轧辊磨损轧辊热膨胀轧辊综合辊型最佳辊型消除不利因素优化轧辊形状轧辊磨损和热膨胀对辊缝形状的影响板形控制技术概述板形控制方法及途径工艺方法:合理安排不同规格产品的轧制：合理轧制负荷分配：轧辊调温法：张力控制法：异步轧制法：设备方法:原始凸度辊法：液压弯辊法：WRB调整轧辊凸度法：如VC轧机,DSR轧机和NIPCO轧机等轧辊变形自补偿法：阶梯形支承辊法：如大凸度支承辊技术NBCM抽动轧辊法：如HC轧机,CVC和UPC轧机等在线研磨轧辊法：ORG轧辊交叉法：PC轧机板形控制技术概述无论采用哪种策略,都必须与液压弯辊技术结合才能有效发挥作用板形控制技术概述柔性辊缝控制策略均匀磨损控制策略刚性辊缝控制策略通过对轧机的承载辊缝的灵活调控，有效消除生产中各种变动因素对工作辊热变形和磨损的影响，即辊缝具有一定的柔性。CVC、PC技术就是这种策略的代表在一个服役周期内轧辊辊形不断发生变化。这就要求辊形的自保持性能好,轧辊磨损均化。长行程窜辊WRS,在线轧辊磨削ORG,润滑轧制就是这种策略的代表消除辊间有害接触区造成了辊缝的过渡挠曲和轧制力波动时引起辊缝凸度不稳定，提高辊缝横刚度。HC轧机,VCR变接触支持辊技术就是这种策略的代表板形控制策略板形控制策略板形控制技术的发展历程初级阶段发展阶段成熟阶段优化阶段智能控制技术:神经网络,模糊控制,遗传算法,快速有限元在线控制技术,与轧后冷却工艺相结合的板形综合控制技术得到发展并应用采用静态负荷分配工艺,原始辊型调整法与轧制计划编排相结合的方法进行板形控制,主要是依靠人的经验操作,稳定性及可靠性差,且增加生产组织的难度~19501950~19901990~20002000~液压弯辊技术,与辊型相结合的窜辊技术及各种板形控制轧机开发并大量应用,如日本PC,HC轧机,德国CVC,UPC轧机等,其中液压弯辊技术和窜辊技术成为现代板形控制的标志计算机控制技术大量应用,板形设定控制与动态控制模型应用;板形检测技术日趋成熟,板形板厚解耦控制,动态负荷分配,板形控制精度提高,自由程序轧制技术配合连铸连轧热装直轧生产板形控制技术概述热轧带钢板形综合控制技术板形控制技术概述板形控制技术的研究与应用进展鞍钢热连轧板形综合控制技术开发应用鞍钢热轧带钢板形综合控制的发展方向工艺:层流冷却工艺检测:凸度仪,平直度仪控制:设定控制和动态控制液压弯辊:WRB机型：窜辊与交叉，HC,CVC,UPC，UC,WRS,PC,VC辊型：CVC,UPC,SMARTCROWN,VCR,LVC,K-WRS,ASR板形控制技术的研究与应用进展机型与辊型：液压弯辊技术液压弯辊技术出现于60年代基本原理是：通过辊端液压缸的推力向工作辊或支持辊辊颈施加液压弯辊力，使轧辊产生附加弯曲，迅速改变承载辊缝形状以改善轧后带钢板形状况。液压弯辊示意图其中工作辊正弯为采用最多,负弯已在新建的轧机上很少采用,强力弯辊需要特殊设计的双轴承座,一般用在2米左右宽带钢生产线上.abcd板形控制技术的研究与应用进展机型与辊型a)工作辊正弯b)工作辊负弯c)支持辊正弯d)强力弯辊响应快,可以实现动态板形控制现代板形控制的标志之一轧辊交叉轧机工作辊交叉中间辊交叉支持辊交叉成对辊交叉(PC)机型系列板形控制技术的研究与应用进展轴向移辊轧机支持辊移动中间辊移动工作辊移动HC,CVC,UPC,WRS,LVCPC,PCS窜辊技术:由于可以灵活应对各种辊型,实现多种功能板形控制,因此也成为现代板形控制技术的重要标志;辊型系列CVCUPC工作辊辊型ASPWLVCSAMRTCROWN板形控制技术的研究与应用进展支持辊辊型旋转接手辊套芯轴液压腔VC辊油孔VC轧辊DSR轧辊板形控制技术的研究与应用进展阶梯辊技术板形控制技术的研究与应用进展其他机型辊型辊型自补偿轧辊轴向移动轴套或带轴套轧辊几种典型技术介绍HCδFwFwFwFwUCδF1F1F1F1FwFwFwFwHCMHCWHCMWUCMHC轧机系列支撑辊中间辊工作辊轧制负荷弯辊力板形控制技术的研究与应用进展常规辊型HC轧机为日本日立公司在1972年开发,并与液压弯辊技术结合，具有很强的板形控能力.目前,世界上有450多架在应用,主要在冷轧,鞍钢一冷轧0架,二冷轧F1,F5采用UCM.通过中间辊的移动，消除了四辊轧机中工作辊和支持辊在板宽范围以外的有害接触部分具有很大的横向刚性压下量由于不受板形限制而可以适当提高可以显著改善带钢的板形状况降低边部减薄板形控制技术的研究与应用进展辊间接触压力有尖缝,从而导致辊面剥落，增大辊耗和换辊次数不具备均化轧辊磨损能力特点优点不足在此基础上,采用长行程窜辊产生了WRS轧机,可以实现自由轧制只需一对轧辊，通过轧辊的轴向移动就可进行大范围凸度控制可以用一种轧辊轧制不同的产品，精简轧制程序的编制CVC辊型曲线可以在投产后很方便的重新设计和优化轧机性能需要特定的磨床磨削，并且辊型曲线容易被破坏。辊间接触压力分布呈现S型，工作辊和支持辊磨损严重不均,导致耗加倍，换辊周期缩短。容易因上下轧辊磨削、磨损或移位不对称产生非对称板型缺陷。2S2SCVC轧机系列零凸度正凸度负凸度不足优点特点CVC轧机1982年德国SMS开发,目前世界有281架应用板形控制技术的研究与应用进展轧辊轴向移动技术在板形控制上具有划时代意义,许多现代板形控制技术都源于此,辊型与窜辊工艺结合才能显示其多姿多彩的特色和能力.需要安装角度调整和侧推力支承两套机构,结构复杂,造价高轴向力大(一般为轧制力的5%～10%)没有减小边部减薄的功能Cｒ＝Sθ-Sｃ=b2tan2θ2Dwb2θ22Dw=ScSθDwb2tanθb2θ22DwCｒ=式中：b:带钢宽度θ：轧辊交叉角Dw:工作辊直径θbDw800700600500400300200100000.20.40.60.81.01.2Cr(um)θ(deg)PC轧机凸度控制能力最强与工作辊横移结合的PCS轧机,可实现完全自由程序轧制目前78架PC轧机应用在世界各地的热冷轧机上不足优点特点板形控制技术的研究与应用进展其他SmartCrownVAI在上世纪90年代开发目前,SMARTCROWN已经应用在奥地利,武钢冷连轧的最后一架,江苏沙钢的热轧机,唐钢单机架冷轧机,唐钢新建的冷连轧机组也即将应用.有效控制四分之一边浪,且在轧制初期就能够减小板形控制能力优于CVC辊缝形状调节域及与CVC比较凸度调节能力与窜