森基米尔轧机板型控制技术

河北**职业技术学院毕业论文第1页共21页森基米尔轧机板型控制技术摘要：森基米尔轧机也称完善。本文介绍了本机组的主要特征和板型控制的基础理论知识以及板型控制的基本方法，分析认识了神经网络模糊控制和板型的表达方法。对森基米尔轧机的板型控制的认识进一步加深。关键词：板型控制；凸度；模糊控制；AS-U；串辊一、前言硅钢片是发展电力和各种通讯工业的关键材料，主要用于制造各种变压器和电机铁芯。近年来随着社会发展和科学技术的进步，用户对硅钢产品质量、品种、性能的要求越来越高，硅钢质量指标已经达到相当高的程度。衡量硅钢板几何质量的两个重要指标就是它的厚度精度和板形精度。由于硅钢中硅的含量较高，导致其变形抗力很大。20辊森吉米尔轧机因其刚性好，工作辊直径小，能提供大的轧制压力，故成为硅钢轧制的主要设各之一。相对于普通四、六辊轧机，20辊轧机具有较小的工作辊直径，可以轧制出更薄、精度更高的板带产品，同时在结构上也更复杂，工作辊变形的规律也更复杂。20辊轧机主要通过AS-U凸度调节、一中间辊窜辊及工作辊、主液压调平、二中间被动辊原始辊形进行板形调节，对于轧制过程中出现的中浪、边浪、边中复合浪及楔形均很好的调节能力。完全可以满足现代硅钢生产厚度和板型的要求。二、轧机的基本结构及特点森吉米尔(Sendzimir)轧机又称20辊轧机，1933年由森吉米尔博士发明，当时主要用于生产宽度为800mm厚度为0.13的低碳带钢。目一前，共有400多台森吉米尔轧机遍布35个国家。世界上90%以上的冷轧不锈带钢是由森吉米尔轧机生产的，此外大量的硅钢片、薄规格的有色金属及低碳钢也都是森吉米尔轧机轧制的。目前，世界上最小的20辊轧机的轧制宽度仅1OOmm，可以轧制出仅几微米厚的超薄带;最宽的20辊轧机的轧制宽度达2m，速度最高的20辊轧机的轧制速度己达1000m/min以上。河北**职业技术学院毕业论文第2页共21页图120辊轧机辊系图1-支持辊；2-一中间辊；3-二中间被动辊；4-二中间传动辊；5-工作辊森吉米尔轧机多按单机架可逆式布置，是冷轧硅钢生产的关键设备。其二十个轧辊环形叠加式镶嵌在刚度很高的整体铸钢机架牌坊内。该机架使用了重型侧框架以及从中部到轧机前后侧逐渐变细的锥形顶板和底板结构，使得轧机牌坊在负载下的变形沿轧机宽度上的分布更加均匀，具有“零凸度”的特点。这样可以简化轧辊的辊形配置，例如可使用小凸度或无凸度工作辊。“零凸度”机架比普通机架重10~15倍，但其结构简单、刚性好、制造和安装相对容易。森吉米尔轧机辊系分上下两组，各有10个轧辊(见图1)。每组由1个工作辊、2个第一中间辊、3个第二中间辊及4个支持辊组成。支持辊利用鞍座及分段轴承实现多点支撑，其余辊均采用直接叠放的方式，无固定支撑。上下6个二中间辊中的4个为传动辊，其余为被动辊。支持辊的结构与其它辊不同，它采用分段轴承、多点支撑结构。其中A,B,C,D辊具有内外双偏心结构。A,B,C,D辊内外偏心用于支持辊整体位置调整，这些偏心具体功能为:E,F和G,H辊压上以实现轧制厚度的调整和快速打开辊缝，A,B,C,D辊主要用于调整上辊系的高度以调整轧制线高度，便于穿带和更换工作辊;A,B,C,D辊内外偏心的调节，用于辊形的调整，进行板形的控制。一中间辊为一端带锥度并可轴向抽动的轧辊，主要用于调节带钢边部的板形。工作辊与被动的二中间辊带凸度。20辊轧机的工作辊直径很小(一般为80左H1G1F1E112345河北**职业技术学院毕业论文第3页共21页右毫米)，且由多层辊系支撑，使该轧机适于轧制脆、硬薄带材。轧机的传动由电机通过齿轮箱传动4个二中间传动辊实现，为避免发生压下错位、辊系倾斜以及便于工作辊换辊，二中间辊上辊工作侧轴承座采用弹簧吊挂装置悬挂，下辊堆放在支持辊上。森吉米尔轧机的压上和板形调整机构均采用液压缸或液压马达，通过齿轮、齿条带动与偏心轮连接的齿轮。液压缸或液压马达的推力只需克服轧制分力引起的滑动面间的摩擦和下辊系的重量，使液压设备和轧机的尺寸大大减小。森吉米尔轧机具有以下几个特点：1)工作辊直径小，其与最外层支持辊直径之比可达1:10，这样就大大缩小了轧辊与轧件间接触变形区的面积，在同样压下率的情况下，可以明显降低轧制力。2)辊系的排列形式及结构特点可保证小直径工作辊具有很高的横向刚度。采用多支点的背衬轴承支撑辊和整体机架，保证工作机座具有很大刚性。3)由于工作辊直径小，工作辊弹性压扁很小，不经中间退火即可用较少道次轧制难变形金属和合金，生产很薄的带材。同时由于压扁小，带钢的边部减薄明显减小。4)配有轧辊辊型控制装置和带钢边缘板形控制装置，在轧制过程中可以通过调整双偏心结构的压下量、主液压调平和一中间辊串辊量，实时地进行板形调节。5)完善的计算机控制系统，轧制过程控制自动化程度很高，控制精度高，响应速度快，适于轧制高强度金属及合金等材料。6)该轧机多按单机架可逆配置，每道次轧制的开始和结束阶段都有一个加速和减速的过程，加上工作辊直径很小等原因，导致轧制速度比常见的4辊或6辊轧机低。7)辊系结构复杂，调整困难，除工作辊外，其它辊的换辊时间较长;工作辊辊径小，单位轧制压力大，转速高，导致工作辊磨损比较严重，故在每卷钢的成品道次轧制前，都要更换上、下工作辊，以保证良好的带钢表面质量，这些都限制了轧机作业率的提高。河北**职业技术学院毕业论文第4页共21页该森吉米尔轧机机组（见图2）类型为HZ-21BN-51分体式森基米尔可逆式二十辊轧机主要由20辊轧机、带有CPC装置的开卷机、三辊喂料机、皮带助卷器、出入口卷取机、出入口精擦粗擦辊、出入口测厚仪、出入口板形仪、出入口圆盘剪、出入口边部吹扫、入口压板及轧机主体以及相关配套乳化液系统、液压系统及主传动系统等。随着轧制速度的提高，轧机乳化液液循环系统的作用越来越重要。图2二十辊轧机设备分布图三、板形控制理论（一）板型控制的工艺基础所谓板形，直观上是指板带的翘曲程度，实质则是指带钢内部残余应力分布，其衡量指标主要包括凸度（横向）和平直度（纵向）。凸度值的大小取决于来料凸度值和总压下率，这是因为按照等凸度原则，来料厚度、成品厚度及来料凸度确定，那么成品凸度值也将是确定的。如果比例凸度不保持一致的话，那么就会出现板形缺陷。平直度则是反映了带钢在变形过程中，变形率相差的关系，其数值一般用波形法或相对长度差法表示，板形控制的实质就是将凸度值、平直度值控制在一个合理的范围之内。为了控制带钢平直度，也可以将带钢板形用断面形状来表示，断面形状的表达式为：式中，h（x）表示带钢厚度，x表示离中心线位置，a1、a2、a4的参数主24124()chxhaxaxax河北**职业技术学院毕业论文第5页共21页要取决于轧辊凸度分布、单位轧制压力分布以及其他轧制参数。在轧制过程中，为了获得所需要的目标板形，只需要控制a1、a2、a4这几个参数即可以获得满意的板形。带钢断面形状如（图3）。图3带钢断面形状图如果将成品带钢的板形看成轧辊辊缝的形状，那么所有影响辊缝的因素都将最终影响成品带钢的板形，因此影响带钢板形的因素主要有以下几种：1、轧辊的原始辊形轧辊的辊形状况，将直接影响到辊缝的形状,而辊缝的形状将影响带材的板形状况。2、轧制载荷引起的轧辊弯曲变形轧制过程中，轧辊必然受到轧件的反作用力，由于轧机不是完全刚性（也不可能是完全刚性），因此轧辊必然会发生弯曲变形，该类弯曲变形也会影响到轧件的板形状况。3、轧辊表面压扁变形4、轧辊磨损和热变形5、轧制压力、轧制速度、润滑条件、前后张力等客观条件在控制板形方面，一些冷连轧机采用乳化液选择性冷润控制高次板形，而在二十辊轧机中并未选择乳化液进行控制调节高次板形，我们所采用板形调节方式主要仍是针对轧辊状态进行调节，所采用的手段为在线调节轧辊辊形状态，从而获得所需要的目标板形。（二）带钢板型缺陷的种类就板形控制而言，通常要考虑的是以下4种主要带钢板形形式：河北**职业技术学院毕业论文第6页共21页1、理想的板形。理想的板形指的是当带钢宽度方向内部应力相等时的纯理论情况。这种理想的平直板形在外部张力去除以及带钢精整分条后仍然保持不变。2、潜在的板形。潜在的板形即为“隐性板形”，它相当于带钢宽度方向内部应力不等，但带钢的截面模量又大得足以抵抗翘曲变形时的情况。具有潜在板形的带钢在没有外部张力作用的情况下仍然是保持平直的。不过，精整分条后的带钢，由于内部潜在应力的释放，浪形就会显现出来了。3、表现的板形。表现的板形即为“显性板形”，它相当于带钢宽度方向内部应力不相等，同时带钢的截面模量不能大到足以抵抗翘曲变形时的情况，导致带钢的局部出现弹性翘曲。在一定的外部张力作用下，由于带钢内部整体压应力的降低，就有可能使原先的“显性板形”转化为“隐性板形”。不过，去除外部张力以及带钢精整分条后，又会显现出表现的板形。根据浪形发生的部位不同，表现的板形又可分为以下几种：（1）边浪。带钢边部的厚度减薄量大于中部，从而引起边部的延伸量大于中部而出现边浪。边浪又有单边浪、双边浪和不对称双边浪3种。产生边浪的主要原因是总轧制力过高，投入错误的工作辊弯辊，负弯辊量过大，而且没有切换到正弯辊，工作辊凸度过平或工作辊温度边部高于中部。边浪可以由弯辊和轧辊横移来消除。单边浪由调整单侧压下解决。（2）中浪。带钢中部的厚度减薄量大于边部，从而引起中部的延伸量大于边部而出现中浪。产生中浪的主要原因是总轧制力太小，工作辊的正弯辊力过大，没有切换到负弯辊，工作辊凸度过大或轧辊中部热膨胀过大。中浪可以由弯辊和轧辊轴移来消除。（3）1/4浪。波浪出现在中部和边部之间、板宽的1/4处。这主要是由于连续较长时间轧制后，辊中部与边部产生较大温度差，同时辊中部又受到大水量冷却，因而在与板宽1/4处相对应的地方辊温偏高，这种局部的热膨胀是产生1/4浪的来源。此外，采用小辊径工作辊的六辊轧机，由于轧辊的刚性较小，工作辊的弯辊效果不能深入到板宽的中心，不当的弯辊力设置可能会导致1/4浪。1/4浪可以靠加强对该处的局部冷却进行消除，也可以通过对六辊轧机的合理弯辊设置予以解决。（4）双重的板形。双重的板形指的是带钢的一部分具有潜在的板形，而另一部分具有表现的板形的情况。带钢单侧的边浪或单侧的1/4浪就是这种板形形式的典型例子。河北**职业技术学院毕业论文第7页共21页下（图4）中A为中浪、B为双边浪、C为单边浪、D为单肋浪、E为双肋浪、F为边浪和肋浪混合型。需注意生产过程中，并不是只出现一种浪形，有时会多种浪形共同出现，但是会以某种浪形为主，其他浪形为辅。调节时要有针对性。图4带钢浪形示意（三）带钢平直条件根据以上叙述，欲使带钢在轧制过程中维持平直，其首要的条件就是保证带钢沿宽度方向各处有均匀的延伸，即应保证来料带钢横断面形状与承载辊缝的几何形状相匹配，带钢的轧前与轧后断面各处的尺寸比例恒定。（图5）是带钢轧制变形前和变形后的横断面形状，Hc和He分别表示带钢变形前中图5带钢轧前和轧后断面的变化ADBCEFHcHehche河北**职业技术学院毕业论文第8页共21页部和边部的厚度；hc和he分别表示带钢变形后中部和边部的厚度，则带钢在变形前和变形后的凸度（Δ）和（δ）分别为：为了获得平直的带钢，应使带钢中部和边部有相等延伸量，即应该保证即由此可得：这里，考虑到轧件厚度与板平直度和板凸度之间的密切关系，引入比例凸度的概念。比例凸度Cp表示为板凸度与轧件厚度的比值，即由此可见，要想满足均匀变形的条件，保证带钢平直，则必须使带钢轧前凸度（Δ）与轧后凸度（δ）之比等于延伸率（μ）。或者轧前的比例凸度（Δ/H）等于轧后的比例凸度（δ/h），即保持比例凸度恒定的原则。当然这里并不是说当（ΔCp）不等于0时，就一定会出现板形缺陷。只要带钢宽度上各点的不均匀延伸不超过一定的限度，带钢内部残余应力尚未超过带钢产生翘曲的极限应力，带钢仍会维持自身平直的稳定状态。（四）板形控制的改善方法综上所述，作为板形横向典型指标的板凸度和纵向典型指标的板平直度之间的关系并不是相互独立的，它们彼此相互制约、相互影响，不可分割。依据带