板带轧制板型控制的新装置 液压弯辊系统.pdf

爹 板 带轧制板 型 控 制 的 新装置 液压弯辊系统 冶金部钢铁研究院张树 堂陆东涛 茜 百 目前在板带轧制生产中 , 重要的新技术 和研究项目之一 , 是控制和改善板带钢形状 平直度和横向厚度差 , 并使之与纵向厚 度自动控制系统联结在一起 , 进行 综合 自动控制 , 以得到高质量的板带钢成 品 , 相应地提高产量 。 而在板带轧机上安装 的液压弯辊系统就是有效实现这种控制的新 装置 。 影响板带钢形状和厚度差的主 要因素 是轧辊的弹性弯曲即挠度 、 轧辊压扁的 不均匀分布 、 轧辊的不均匀热膨胀和磨损以 及不均匀张力分布等 。 传统的控制板带形状 和横向厚度差的方法是采用磨削一定形状的 原始辊型和通过冷却液控制轧辊热膨 胀凸 度 , 但是 由于轧制过程 中品种和道次不 同 , 轧制压力 、 轧辊磨损和温度也变化不同 , 用 磨削原始辊型的方法显然不能适应要求 , 而 控制轧辊热膨胀温度的方法则是一个较缓慢 的过程 , 尽管可以采用强化分段冷却或煤气 和红外线加热等 , 同样不能满足高精度控制 板型的要求 , 因此 , 在板带钢轧制生产中被 迫要严格安排品种规格厚度 、 宽度和钢种 的程序周期 , 限制了一些产品主要是薄 、 宽的的生产数量或增加换辊次数 。 如采用 辊型可调装置时 , 则可大大放宽品种规格安 排的轧制程序周期 , 延长轧辊使用寿命 , 除 提高板带产品质量外 , 还可提高 轧机的产 量 。 辊型可调装置在冷轧薄带的多辊轧机上 早已采用 , 如 森吉米尔二十辊轧机和 型八辊轧机等都采用机械式调整辊型系统 , 以及在平整机上使用 , 在实际生产中使用效 果很好 。 但是对大型四辊热轧和冷轧机的辊 型调整系统则是六十年代以来采用液压弯辊 系统后才发展起来 , 由于 液压 弯辊系统简 单 、 可靠 、 弯辊 力迅速可调等优点 , 因此 , 在七十年代新设计的板带四辊轧机上几乎全 部都安装了液压弯辊系统 , 用来调整辊型 , 控制板型 。 同时对已投产的大多数旧轧机进 行改造 , 增设液压弯辊系统 。 板带轧机采用 液压弯辊系统后 , 一般可以降低横向厚度差 改善平整度提高轧机生产率约 一增加轧辊周期使用时间 二 降低轧辊消耗和减少工艺换辊次数 。 、 液压弯辊的方 式 及特点 液压弯辊机构的设计形式很多 , 各 设计 者对机架和轴承座形状设计不同 。 液压缸安 装位置也不同 , 但液压弯辊方式概括起来可 分为二种一是工作辊弯 曲方式 , 二是支撑 辊弯曲方式 。 见图 。 工作辊弯曲方式是目前板带轧机中应用 得最广泛的 , 它结构简单 , 弯辊力较小 , 约为 车制压力的 , 一般不需要对轧机机 座牌坊作改变 , 只需在工作辊轴承座上加装 液压缸 , 有 的可利用原轧机工作辊轴承座 上 的平衡缸增加数目和压力 , 就可以达到工作 栩铁 一一 刁一 一 卜卜 一一 尸 以以以以 ‘日日 二二二二 ,二二月月 日日日 曰‘几舀 占占卜已 已 刃开开开开开尸尸尸尸〕 〕 口口口一 一一口 口 日日 卜卜一 一 工作辊 受轧制力产生的弯曲挠度 , 因工作辊 弯曲影响的距离较小 , 因此它适用于中等和 窄板带轧机上使用 , 如在 , 和 毫米轧机上均得到较好的效果 。 大致工作辊 身长度与直径之比小于时 , 采用工作辊弯 辊 , 它的另一缺点是换辊时需拆卸液压缸的 高压连接管 , 增加了换辊的复杂性 。 支撑辊弯曲方式结构较复杂 , 弯辊力较 大 , 约为轧制压力的 , 需要延长支 撑辊颈安装液压缸 , 它的位置影响工作辊换 辊 。 另一种形式是机架横梁加长和延长的支 撑辊颈间安装液压缸 , 这都使轧机结构 复 杂 , 但它弯曲辊型能较好地吻合 轧辊 挠度 抛物线型 , 因此只用于宽板和中厚板轧机 上毫米以上 。 大致工作辊辊身长度 与工作辊直径之比大于时 , 采用支撑辊弯 辊 。 无论工作辊弯曲 , 还是支撑辊弯曲方式 中 , 大多采用正弯方法来弥补轧辊受轧制力 所产生的挠度 , 但有时为了扩大弯辊的控制 范围 , 可采用正 、 负弯都有的方式 , 但在采 用负弯曲时 , 当带钢咬入和离开轧辊时 , 负 弯曲力使轧辊产生冲击 , 给实际操作带来困 难 。 必须指出 , 采用液压弯辊系统后 , 由于 附加于轧辊和轴承新的接触应力 , 因 此会 导致增加轧辊表面剥落和疲劳 , 轧辊轴承的 疲劳破坏和辊颈的疲劳破坏 , 经研究证 明 , 采用工作辊弯曲时 , 上述因素引起的寿命降 低较小 , 可以不降低轧辊和轴承正常使用寿 命周期 。 当使用工作辊弯曲时 , 支撑辊身两 端可磨削成稍度约 , 可大大降 低工作辊和支撑辊之间在辊身端部的应力和 工作辊颈的应力 , 增加轧辊表面接触和工作 辊颈的疲劳寿命 , 同时可增加 弯辊效果 , 减 小所需的最大弯辊力 。 采用支撑辊弯曲时会 使支撑辊颈疲劳寿命降低 , 而限制了它的使 用 , 当控制在最后道次 , 小负荷时有 限使 用 , 车制窄板时不使用弯辊 , 这样才能有足 年第期 夸 工作辊正弯 黔黔黔 确嗯 , 盛 川 冲冲 一 麒 支撑辊负弯 尸尸尸 诵 一 ” ’扮 扮 , , 气泞泞 , ,一 李李砚 砚续一二二二挂 挂 一几几 七七非 非 百丫, ‘下下厂 瑞 一一 尸尸 ‘一下 下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下产产产产产 曰曰山‘洲曰曰山山片 片片 片 刀了几万万万万万 一一 擞擞卜 卜 孟占分‘气‘山山卜 卜件 件 哨哨哨哨哨哨哨哨哨哨哨哨哨哨哨哨哨哨哨哨哨哨哨哨剥 剥剥剥剥剥剥剥剥剥剥 川川川日日 卜卜卜 , 了了降 降降降降降降降 上上过过过日日日目目 一一 琶 工作辊负弯 ‘‘‘‘」 支撑辊正弯 口液压庵粗方式示愈田 辊正弯的目的 。 这无论对新设计的轧机和已 生产的旧轧机改造都十分简便 , 它的缺点是 工作辊正弯曲的辊型在辊 身 长 度 宽大于 毫米以上的轧机上不能很吻合地补偿 卜 , 挤 够的疲劳寿命 。 因此从疲劳寿命 的观点来 看 , 使用工作辊弯曲比支撑辊弯曲有利 。 二 、 合适的弯曲力和 弯曲 凸度计算 在设计和使用液压弯辊系统时 , 必须计 算合适的弯曲力和 「弯曲凸度 , 简单的计算方 法是由板带横断面厚度不均的基本公 式出 发 。 宝八 。 △ 。 士 式中了板带出口横断面厚度差 八 。 考虑到磨削的原始辊型和轧 辊磨损后板带边部和中部的 原始辊缝差 八 由于辊身温度差造成轧辊热 膨胀凸度引起的板带横断面 厚度差 。 由于轧制力造成工作辊挠度 和弹性压扁不均匀分布引起 的板带横断面厚度差 。 由于液压弯辊力造成工作辊 弯曲在板带边部和中部的差 值 。 关于△ 。和八 由已知条件决定 , 由轧 制力大小计算 , 即液 压弯辊力产生的凸 度 , 根据式 , 可确定所需的值 , 然后 据值 , 计算求出所需的弯辊力 。 。根据弹性基 础梁理 论导 出支撑辊和工作辊弯曲公式如下 至支撑辊轴承 中心 线的距离 毫米 轧制板带宽度毫米 轧辊弹性模量公斤毫米 “ ‘ 一”黝雕 矩一 卸“靴 ‘ 、 支撑辊直径 毫米 由轧机中心线到辊身任一点距 离 田 主 一万一。 ‘ 丫作姐杏瀚一一一二旦旦 一一 一 一 ” ”“ ‘ 卢刀 甘 以刀刀 一 刀 一 刀刀刀刀 一一 刀刀 一 口 一 , 刀 一 口 一 刀〕 一 。, , 、 、 坦答母二乙〔 一 〕 、 、一 一 , , 式中 作用于工作辊每端的 弯 辊 力 吨 弹性基础梁常数公斤毫米 “ 刀一粼 焉 毫米 一‘ ,, “撑 ”“曲 一 瓮哥 ‘一 用 当 一 专 时 , ‘,式可简化为下式‘即 最大弯曲凸度 谬 卫些立 式中 支撑辊每端的弯曲力吨 力产生的力矩 力臂 。 即力 , 一” 辊淤雕矩一 俞 毫 米 ‘ , 工作辊直径毫米 力产生的力矩力臂 , 即力 至辊身边缘的距离 毫米 辊身长度 毫米 工作辊辊身上任一点至辊身边 缘的距离毫米 支撑辊辊身惯性矩毫米 ‘ 支撑辊轴承中心线至辊身端部 距离毫米 从辊身边部到作用线的距离 毫米 一 合 时 , 可简化为下丸 栩铁 即最大弯曲 刀 刀刀 粉 夕 合 一刀专 , ‘ 刀 专 刀 一 刀三 。 、、 户下厂 十 ‘ 尸 工 , 执一 ﹄ 一 ‘‘ 夕﹄ 苏联 根据弹性弯曲和 压扁理论 , 提出工作辊液压正弯力与弯曲凸 度的关系式如下 若合 ‘ 昔 、 。 , 式中含为对弯辊力辊系的刚度系数 , 他可由实验求得或用下式计算求 出 下量分布及压力分布 , 看与价定的压力分布 和最佳板厚分布是否一致 , 不一致则进行修 正 , 最后求 出最佳弯 曲力 , 此计算较复杂 , 需反复进行 , 因此用电子计算 机计算 , 这 里就不详细列举计算公式及方法 , 用此综合 解析法 , 可 以较准确地计算出最佳弯辊力和 凸度 , 并比较容易各研究因素对所需弯辊力 的影响 。 由其计算实例指示影响弯辊力的因 素有板宽 、 轧制压 力 、 轧辊凸度 、 轧辊磨损 、 入口板凸度等 , 其中尤其是板宽与后几因素 的综合影响最大 。 奢 一共 甲 竺 上工二 一 飞 式中是辊间压力分布不均匀系 数 , 此系数可 由计算辊间压力图得 出 , 对典 型轧机 , 当时 ,, 时 , 二 。 日本本城恒则提出求最佳弯辊 力和凸度 的综合解析法根据轧制条件和板厚条件及最 佳板厚设定 , 假设轧辊弯曲力 , 然后假设压 力分布 , 并据此计算出轧辊弯形 , 再求 出压 三 、 液压弯棍的液压 系统 液压弯辊系统组成比较简单 , 典型的电 液伺服液压系统示意图如图所示 , 它由三 部分组成一是动力源 , 即油泵和油箱二 是调压系统三是安装在轴承座上的液压 缸 。 液压弯辊的最大弯辊力对工作辊弯辊系 统一般为最大轧制压力的 , 液压系 统的最大工作压 力 采用公斤厘 米 , 由一台或二台容量为升 分的高 压泵和米 “的油箱组成动 力源部分 , 此外还有供控制油压用的公斤厘米油压 系统 , 泵的容量约升分 。 调压系统 , 除通常系用的各种阀件 、 压 琶 口口口口 彝彝 】】 习【 二〕 二二二二 日日 之之之之之之之之之之之之之之之之之之」工, 一尸一一 , , , 歹歹节 节 找 盈屏 屏 崛崛 ’ 叹 ’ 日日 一一入 入 寸寸寸寸寸一士一一一 圈至电液伺服液压育辊系统示愈圈 一液压 缸 , 一油箱 , 一控制油路用泵 , 一高压油泵公斤 厘米 ’, 一安全阀 , 一粗过簿器 , 一精过滤器 , 一电液伺服阀 , 一压力表 , 功一调整阀 , 一压力传感器 , 一压力稳定器 , 一蓄势器 , 一反向控制阀 , 巧一压力继电器 , 一可逆滑阀 , 一套筒式高压接头 , 一单位张力测头 , 一控制柜 , 一控制盘 。 卜 年第期 色 力表 、 过滤器 、 蓄势器外见图对液弯 辊力控制现多开始采用电液伺服阀系统 , 因 他调节灵敏 , 反应快 , 便于与板型检测器联 结在一起 , 实现板型 自 动控制 。 而手动控制 系统则采用电动安全调整阀或减压阀 。 弯辊液压缸一般安装在轴承座上 , 根据 所需的最大弯辊力和采用的最大工作压力 , 对工作辊弯辊系统一般采用个液压缸 , 每侧个 , 液压缸直径为毫米 , 柱塞行程 三毫米 , 与液压缸相联结采 用高压软管接头或特殊设计套筒式可伸缩的 高压接头 , 以防止液压缸随轴承座在轧制中 移动时破坏高压密封 , 并便于换辑时装卸 。 四 、 板型检测方式 液压弯辊系统中板型检测器是实现板型 自动控制的关键装置 , 目前各国正在大力研 制一种工作可靠 、反应迅速的板型检测器, 部 分已开始在生产中试用 。 从板型测量原理的 观点来看 , 板型变坏是由于沿板带宽度上压 下不均而产生延伸不均所致 。 由压下量差与 二 、 , 占 , 八 八 ,。 一一 , 一 。尸、 不平直度“ 一 十“ , “波高 , ‘波距 看不 出来 , 当轧制后失去张 力时 , 就出现波 浪 , 根据理论推算目测波浪度 的界 限等于 杯 二 , 一轧制出口平 均张 力 , 当二 为公斤毫米时 , 几 以 下就不能目测 , 因此 , 冷轧就更需要板型检 测装置来弥补人工目测的不足 。 概括起来冷 轧板带板型检测方式如表所示 板型检浏方式衰 测量对象 ⋯ 张力分布 接触式 延伸 采用二 、 四或多段辊导辊 , 测沿板宽张力分布 ⋯ 竺车 专速计 非接触 式 板浪形 采用多段导辊测转速羞 将线光源射于板上 , 用电视 摄影机测定浪形 磁力测定浪形 磁力测定张力 根据气压由变形分布求张力 分布 工业电视 摄影机 磁转换器 磁转换器 差动变压 器 布分力张 梦 长度延伸的关系式些 单 一毕 可知 , 小的压 ‘ 下差就导致大的延伸差 , 因此 , 从控制的观 点看纠正板型采用弯辊最有效 , 即改变宽度 上压下分布 。 但从检测板型的观点看 , 则应 测量延伸差 , 或测量延伸差所造成的张力 差 , 而测量沿宽度板厚分布从原理上看是不 合适的 。 因此 , 板型检测装置除热轧带钢采用 光束一电视摄影方法测定板型外 , 冷轧大多 采用测定延伸或张 力分布的方法 。 目前热轧 带钢板型测量装置正在研制中 , 还 很 不成 熟 。 冷轧板型检测装置则研制较多 , 因冷轧 是张力轧制 , 由于张力的作用 , 带钢有弹性 变形 , 用人工目测的方法对小的波浪度即 接触式和非接触式比较 , 非接触式受环 境气氛和检测器与板带距离影响 。 接触式则 有接触摩擦 、 磨损和导热等影响 , 各有 优缺 点 。 目前接触式的试用较多 。 五 、 结语 液压弯辊系统的手动控制方式已普遍应 用在热轧和冷轧板带轧机上 , 并取得较好效 果 , 但与板型检测器结合起来的 自动控制板 型系统正在研究中 。 此外 , 弯辊系统和纵向 厚度控制综合选择控制最佳的沿宽度和长度 的厚度差的系统也是研究的方向 , 同时 , 要 求进一步研究弯辊理论和数模 , 以实现上述 控制 。 诊 栩性