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中厚板轧制过程中轧件头部翘曲的影响因素与控制方法


第 29 卷 第 1 期 2006 年 2 月

鞍山科技大学学报
Journal of Anshan U niversity of Science and Technology

Vol. 29 No. 1 Feb. ,2006

中厚板轧制过程中轧件头部翘曲的 影响因素与控制方法
贾春秀1 ,曲正

刚2
(1. 本溪钢铁公司 设备备件处 ,辽宁 本溪   邮政编码 ;2. 鞍山科技大学 产业处 ,辽宁 鞍山   114044)

摘   : 对中厚板轧制生产过程中 ,影响连续生产效率的轧件头部弯曲的影响因素 : 轧件温度分布 、 要 压下量 、
轧制线不同高度与辊径等进行分析 ,并对各因素控制对比进行分析 ,确定对轧机上 、 下轧辊的转速差进行控制 的方法 ,实现对轧件头部弯曲的在线调整 。

   中厚板轧制过程中 ,可逆精轧机出现轧件头部弯曲易引发严重事故 。理想轧制状态下 ,轧件出轧机 时头部平直 。在实际轧制过程中 ,轧件出轧机时头部形状从侧面观察主要有四种 : 上弯的雪橇形 、 波浪 形、 下扣形和平直形 。轧件的平直状态只是轧件头部上翘与下扣的临界状态 , 这种状态的可调范围极 小 ,在现实生产中很难把握 。根据现场实际情况 , 相对平直轧件而言 , 若轧后板坯形状略微上翘呈 “雪 橇” ,则调节范围较宽 ,不但容易调节与保持 ,而且对下一道次的咬入无大的不良影响 。所以 ,实际调 状 节过程中使轧件出轧制变形区后形成头部略向上翘的形状 。本文结合异步轧制理论 [ 1 - 3 ] ,对中厚板轧 制过程中轧件头部翘曲的影响因素与控制方法进行了讨论 。

1  轧件头部弯曲的影响因素
111   轧件温度分布

   轧件的温度分布不均可分为上 、 下表面分布不均和纵向温度分布不均 。由于轧件在加热炉中的加 热不均 、 钢坯出炉后在辊道运送过程中散热不均以及除磷过程中水对钢的冷却作用使得上部的平均温 度比下部高 ,一般高出 20 - 50 ℃。当钢坯温度分布不均时 ,由于温度高的区域更易变形 ,轧后钢坯会向 温度低的一侧弯曲 。    如果上 、 下工作辊辊径相等且轧件水平咬入 , 且轧辊以相同转速转动 ,仅钢坯上 、 下表面存在温 差 ,且上表面温度高于下表面温度 。由于温度高 的区域易于变形 , 使得上表面的平均单位压力低 于下表面的平均单位压力 。为了保持上 、 下轧辊 轧制压力相等 , 必然会使 L 1 > L 2 , 即 Δ H1 > Δ H2 。在将钢板从中性层分为上 、 下两半部分的 情况下 ,上轧辊从变形区轧出的金属体积将比同 一时间内下轧辊从变形区轧出的金属体积大 , 结 果形成图 1 所示的弧形 。温度的影响总是促使轧 件在出轧机时产生下扣 。
收稿日期 :2005207213 。 作者简介 : 贾春秀 (1964 - ) ,男 ,辽宁本溪人 ,工程师 。

关键词 : 中厚板轧制 ;轧件头弯曲 ;转速差 ;在线调整 中图分类号 : T G335152   文献标识码 : A   文章编号 : 167224410 ( 2006) 0120069204
? 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.

图1  钢坯上 、 下表面存在温度差时轧出的轧件形状     between upper surface and below surface of plate

Fig. 1  Plate shape generated wit h temperature difference

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                 山 科 技 大 学 学 报                29 卷 鞍 第 ?70 ?
112   压下量

   压下量 、 压下率决定了轧件上表面入轧机时的咬入角度 。倾斜咬入会引起轧件出轧机时头部弯曲 。 轧件咬入时 ,如果上 、 下轧辊的压下量不相等 ,则上 、 下接触弧的长度也将不等 ,从而变形区受力不平衡 产生变形 。在一个轧制周期内 ,从首道次到末道次压下量逐渐减少 。首道次轧件的初始厚度大 ,相对于 轧制线高度来说 ,压下量较大 ,轧件向下倾斜咬入并在出轧机时上翘 ; 随着轧制的进行 ,轧件的初始厚度 逐渐变小 ,压下量逐渐减小 ,轧件爬坡咬入并在出轧机后头部下扣 。 113   轧制线高度与辊径    轧制线高度是指轧机上 、 下辊面与辊道 ( 机架辊) 上辊面之间的高度差 , 这里用 HB 来表示 ( 图 2 ) 。 在垫片高度一定的情况下 ,下辊辊径的变化影响下辊标高的变化 ,改变下辊辊径即可改变轧制线高度 。 理想的轧制线高度应该等于总压下量的一半 ( HB = Δ H/ 2 ) 。这时若轧件水平咬入 , 在其他条件均对 称的情况下 ,轧件出轧机时应该保持平直 。 Δ    轧制线高度对轧件头部弯曲的影响是双向的 。当 HB ≠ H/ 2 时 , 存在倾角 θ,θ的存在必改变上 、 下咬入角α; 亦必改变上 、 下接触弧长 ; 当 HB > Δ H/ 2 时 , 发生轧件倾角咬入 ; 当 HB < Δ H/ 2 时 , 发生轧 件下倾斜咬入 。   先分析 HB > Δ H/ 2 的情况 。 假设轧件 温度均匀分布 , 轧机上 、 下辊径相等 , 转速 相同且没有偏移距 , 如图 2 所示 。 此时 , 轧制 变形区有以下特点 : ( 1) P1 = P2
P1 = k 1σ1 L 1 b1 s P2 = k 2σ2 L 2 b2 s ( 2) ( 3)

式中 : P1 , P2 为轧机上 、 下辊所受轧制压 力 ; k 1 , k 2 为比例系数 ;σ1 ,σ2 分别为轧件 s s 上、 下表面变形抗力 ; b1 , b2 为轧制变形区 上、 下接触面平均宽度 ; L 1 , L 2 为轧制变形 区上 、 下接触的水平投影长度 。    在忽略变形条件对压下量的影响以及 压下量对轧制力的影响的条件下 , 可以认 为 k 1 = k 2 ,σ1 = σ2 , b1 = b2 , 所以有 L 1 = s s L 2 , 即 R 1 sinα = R 2 sinα , 因为 R 1 = R 2 , 1 2 于是咬入角 α = α 。上下辊的压下量为 1 2

图 2  HB > Δ H/ 2 时轧件的弯曲情况

Fig. 2   Showing plate bend at HB > Δ H/ 2

Δ H1 = [ R 1 ( 1 - cosα ) + L 1 tgθ]/ cosθ 1 Δ H2 = [ R 2 ( 1 - cosα ) - L 2 tgθ]/ cosθ 2

( 4) ( 5)

式中 : Δ H1 ,Δ H2 分别为上 、 下轧辊的压下量 。显然 ,Δ H1 > Δ H2 时 ,轧件上表面的延伸率大于下表面 的延伸率 ,轧件与轧辊上表面的接触弧长大于下表面的接触弧长 ,使轧件出轧机后向下弯曲 ,发生扣头 现象 。

   HB < Δ H/ 2 时 ,如果辊道和轧辊之间的距离足够大 , 允许轧件下倾 , 此时轧件的受力和变形刚 当    辊径的大小也影响轧辊表面的线速度及电机输出转矩 。在轧制过程中 ,当上 、 下轧辊辊径变化时 ,

好和 HB > Δ H/ 2 的情形相反 ,轧件出轧机后上翘 。

轧辊表面的线速度也随之变化 。上 、 下轧辊表面线速度的变化相应会影响轧件上 、 下表面的速度 ,从而 使轧件向速度小的一侧弯曲 。

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第 1 期      贾春秀 ,等 : 中厚板轧制过程中轧件头部翘曲的影响因素与控制方法

?7 1 ?

   在温度均匀分布 ,上 、 下轧辊辊径相同的情况下 ,轧机的上 、 下辊转速差对轧件头部弯曲程度的影响 是很明显的 ,轧件总是向慢速辊方向弯曲 。为了控制轧件头部弯曲 ,在雪橇板控制系统中 ,采取在咬钢 的 102 ms 内设置转速差的措施 。对于轧机采用的上 、 下辊单独驱动的同步电动机 ,通过设置转速差可 以解决轧件头部弯曲问题 。    从控制实现的难易程度来看 ,钢坯的温度分布不均主要与加热及散热条件有关 ,在现场加热条件下 很难改变 ; 轧辊径差 、 轧制线高度 ,只能在换辊时调节 ,在工作辊的一个服役期内也是无法改变的 ; 压下 量、 压下率虽然可以调节轧件头部弯曲 ,但主要要从兼顾板形平坦度的等负荷最优的角度来进行压下负 荷分配 ; 转速差调节易于调节和控制 ,是控制轧件头部变形的最方便 、 有效的手段 。
115   轧制中对各影响因素控制对比分析

2  咬钢过程中转速差的设置

   轧机的上 、 下辊转速差对轧件头部弯曲程度的影响是很明显的 , 生产中通常采用矢量控制交2交变 频的同步电动机传动系统 [ 4 ,5 ] 。轧机采用上 、 下辊单独驱动电气同步方式 ,固定值的转速差只能在轧机 空转时才能保证 。随着轧件的咬入 , 辊速差会变化 , 辊速差变化的程度和轧制载荷及电机软硬特性有 关 。轧制载荷越小 ,速差越容易保持 。    中板轧制前几个道次由于轧件较厚 ,都采用低速咬入 ,带载加速 ,高速抛钢的轧制过程 。在各道次 轧制中 ,咬钢时上辊转速下降很快 , 然后才渐渐加速 , 与下辊速差由剧烈变化到基本保持稳定 , 直到抛 钢 。由图 3 可以看出 ,对于轧板厂同步电机 ,其转速的变化不仅与负载转矩有关 ,还与主传动速度调节 系统的响应特性有关 。在咬钢瞬间 ,电机突加负载 ,电机的转速下降 ,此时只有速度调节器迅速作用 ,才 可能快速跟随转速变化 ; 若主传动速度调节系统的响应迟缓 ,则在咬钢的 102 ms 内 ,电动机的转速无法 维持在设定值 ,咬钢前的转速差设置也无法达到预期目的 。对于上 、 下辊单独驱动的控制系统 ,上 、 下电 机的特性不会绝对一致 ,咬钢瞬间上 、 下轧辊的速降亦不同 ,导致轧件上 、 下表面运行速度存在偏差而引 起轧件头部弯曲 。图 4 为咬钢时上 、 下电动机的速降曲线 。

114   、 上 下轧辊转速差

图3  第一道次上 、 下电机转速绝对值及转速差曲线

Fig. 3   Curve of absoulte value of rotate speed of upper2below motors and rotate speed difference on t he first rolling

图 4   mm 钢种在咬钢瞬间上 、 12 下辊电机速降曲线

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Fig. 4   Curve of rotate speed decline of upper2below motors at moment rolling , δ = 12 mm ,steel

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                 山 科 技 大 学 学 报                29 卷 鞍 第 ?72 ?    从图 4 可以看出 ,咬钢瞬间下辊电动机的速降大于上辊电动机 ,上辊电动机的速降较平缓 ,二者的 持续时间相差大约 300 ms 。上 、 下轧辊转速差可以用于轧件头部弯曲的在线调节 ,电机的软硬特性需 要在咬钢前调整 ,作为转速差控制轧件头部弯曲的配合手段 。在速度控制中 ,为使轧件形成头部上翘的 特性 ,程序中设定咬钢起始 300 ms 内使上 、 下辊速度有一定的差值 ,并且这一差值在一定范围内是可调 的 。对于薄板 ( h < 16 mm) ,引起扣头因素相对较弱 ,轧制前对电机特性 、 辊径差的设置将使轧件保持 上翘的趋势 ,可以通过调节上 、 下轧辊的转速差 v 1 、 2 ( v 1 > v 2 ) 来减弱上翘因素 ; 对于厚板 ( h ≥ v 16 mm) ,存在扣头趋势 ,可以通过空转时上下轧辊电机的转速差 ( v 1 < v 2 ) 来减小扣头的趋势 。

3    结 语
   通过对中厚板轧制过程中轧件在轧机出口处头部产生上翘变形的分析 ,结合生产实际得出对轧件 头部弯曲的影响因素为 : 轧件温度不均 ,上 、 下轧辊存在转速差 ,轧辊压下量的变化 ,辊径差的变化 ,轧制 线高度的变化 。根据生产实际情况 ,利用同步电机在线对轧机的上 、 下辊的转速差进行调整 ,来满足连 续生产中对轧件头部弯曲的调整的要求 。 参 考 文 献:
[ 1 ]BROVMAN M Y. Investigation offioading of t he joint of universal mill sprindles[J ] . Steel in Translation ,1995 ,25 ( 3) :45 48. UDC621. 771. [ 2 ] 宋耀华 ,张翔 ,王继平 ,等 . 预防中厚板轧件头部下扣途径探讨 [J ] . 武钢技术 ,2000 ( 7) :24 - 28. [ 3 ] Н К А ВВА,等 . 使用不同直径工作辊热轧厚板 [J ] . 国外钢铁 ,1993 ( 12) :60 - 66. И ЦП Е [ 4 ] 马小亮 . 大功率交2交变频调速及矢量控制技术 [ M ] . 北京 : 机械工业出版社 ,1999. [ 5 ] 周绍英 . 机电拖动 [ M ] . 北京 : 冶金工业出版社 ,1995 :1.

ing dimension ,rolling position and roller diameter etc were analyzed ,which influenced t he continuous prod2

待发表论文预报

uct efficiency. By cont rast of t he result s of t hese various of influencing factors ,a metod of cont roling rotate2 speed difference for upper2below rollers is achieved ,which can be adjusted t he plate curve online. Key words :middle2t hick rolling ;plate curve ;rotate2speed difference ;adjust ment online ( Received July 13 ,2005)

Abstract :In t he process of t he middle2t hick rolling production ,rolling temperat ure areas dist ribution ,press2

摘   : 利用糖精钠与盐酸反应生成不溶于水而溶于乙酸乙酯的物质 ,将其萃取出来 ,然后再利用氢氧化钠 要
量 ,分别为 88138 ,01945 0 g/ L ,相对平均偏差分别为 0108 % ,013 % 。

对其进行滴定分析 ,采用二分试差法准确测定了某镀光亮镍添加剂中糖精钠及某镀光亮镍液中糖精钠的含

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Study on plate curl ing control in f inishing roll ing of middle2thick plate mill
(1. Equipment and Spare Parts Depart ment ,Benxi Iron & Steel Corp ,Benxi ,China ; 2. School of ,Anshan University of Science and Technology ,Anshan 114044 ,China)

镀光亮镍添加剂中糖精钠含量的测定
于洪梅 ,李   丹
( 鞍山科技大学 化学工程学院 ,辽宁 鞍山   114044)

J IA Chu n2xi u1 , Q U Zheng2gang2

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