正文

運(yùn)用各種機(jī)械的或物理的方法，通過改變軋輥輥型曲線的形狀，軋制出斷面形狀和平直度都合乎標(biāo)準(zhǔn)要求的板帶材的控制技術(shù)。平直度即板形，平直度控制也叫板形控制。帶鋼的寬度越大，厚度越薄，則越容易出現(xiàn)板形缺陷。因此，平直度控制技術(shù)首先在冷熱薄帶鋼軋機(jī)上獲得廣泛應(yīng)用.

簡(jiǎn)史 20世紀(jì)60年代前主要靠磨削軋輥原始凸度、人工控制壓下制度和合理編制生產(chǎn)計(jì)劃來控制板帶材的平直度。60年代出現(xiàn)液壓彎輥裝置(見彎輥技術(shù))，后來又將分段冷卻軋輥法用于控制帶鋼平直度。1967年瑞典ASEA公司研制成功接觸式板形測(cè)量?jī)x和平直度自動(dòng)控制(AFc)，把它與彎輥裝置配合構(gòu)成平直度閉環(huán)控制系統(tǒng)。以后平直度控制的應(yīng)用逐漸由冷軋薄板發(fā)展到熱軋薄板和厚板。為了克服彎輥力不足和彎輥效果不理想的問題，70年代以后又出現(xiàn)了許多種平直度控制的新方法，諸如：(1)階梯支承輥(BcM)法；(2)倒角支承輥(CBR)法；(3)大凸度支承輥(NBCM)法；(4)雙軸承座(DCwRB)法；(5)可變凸度軋輥(Vc)法；(6)移輥(HC和wRS)法；(7)交叉輥(PC)法；(8)張力分布(TDC)法；(9)連續(xù)可變凸度(CVC)法；(10)萬能板形控制(uPc)法等。其中以Hc軋機(jī)和CVc軋機(jī)應(yīng)用較廣泛.

基本原理板材平直度控制主要是控制軋輥的有載輥縫，使它對(duì)帶鋼沿寬向壓下變形均勻，從而導(dǎo)致板寬上各點(diǎn)延伸一致，即保證軋輥有載輥縫必須滿足δ＝Δ/μ的要求，△與δ為帶鋼來料和軋后的凸度，μ為該道次的延伸系數(shù)。影響軋輥有載輥縫形狀的因素有：(1)軋輥的原始凸度；(2)軋輥由于溫度分布不均勻造成的熱凸度；(3)軋輥的磨損凸度；(4)在軋制力和彎輥力作用下軋輥產(chǎn)生的彎曲撓度和壓扁變形。軋輥有載輥縫由下式?jīng)Q定：.

式中Kp、Ks1，和Ks2分別為與軋制力、工作輥彎輥力和支承輥彎輥力有關(guān)的橫向剛度(見移輥技術(shù))系數(shù)；Kw、KB和K。分別為工作輥凸度、支承輥凸度和來料凸度的影響系數(shù)；P為軋制力；S1和S2為工作輥和支承輥的彎輥力；△Dw和△DB為工作輥和支承輥的凸度；△為來料凸度。上式中等號(hào)右邊第一項(xiàng)P／Kp是軋制力作用下帶鋼產(chǎn)生的凸度，最末一項(xiàng)△／KD是來料凸度對(duì)帶鋼凸度的影響，它們都是隨機(jī)變量，而S1、S2、△Dw、△DB為可控參數(shù)。故平直度控制就是通過改變彎輥力和軋輥凸度來獲得平直帶鋼.

控制方法 平直度控制有圖l所示的多種方法.

階梯支承輥法 為了減輕支承輥有害接觸部分對(duì)工作輥撓度的影響，將支承輥輥身長(zhǎng)度縮短做成階梯形(圖la)。這樣一方面可減小工作輥彎曲撓度，另方面增加工作輥彎輥的效果。但此法有局限性，不大適合板帶寬度變化大的情況.

倒角支承輥法 在支承輥輥身邊緣處采取大倒角(圖16)，它與階梯輥法有相同的效果.

大凸度支承輥法 采用具有原始大凸度的支承輥(圖lc)。目的是為了提高工作輥的橫向剛度，同時(shí)也增加工作輥彎輥的調(diào)節(jié)能力.

彎輥控制法 液壓彎輥裝置是四輥軋機(jī)上控制帶鋼凸度和平直度的常用裝備。彎輥控制法是利用液壓彎輥裝置在軋輥輥頸上施加液壓缸推力，使軋輥產(chǎn)生附加彎曲，以改變輥縫形狀，達(dá)到調(diào)節(jié)帶鋼凸度和平直度的目的(圖1d).

雙軸承座法 工作輥兩側(cè)各采用兩個(gè)軸承座(圖1e)。由于采用雙軸承座，平衡功能與彎輥功能可以分開。內(nèi)側(cè)液壓缸一般用于軋輥平衡，外側(cè)液壓缸主要用于板形控制。內(nèi)外彎輥力由各自的系統(tǒng)控制，通過各種組合而得到不同的正負(fù)彎輥效果。采用雙軸承座系統(tǒng)，其調(diào)節(jié)范圍比一般的彎輥系統(tǒng)可增加15％左右。對(duì)細(xì)長(zhǎng)的軋輥，其效果更明顯，可高達(dá)40％。同時(shí)軸承和軸承座受力更均勻，提高軸承壽命，軸頸形狀可實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化。但機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜.

可變凸度軋輥法 軋輥由芯軸和外套裝配而成。芯軸和外套之間制成中空的液壓腔，腔內(nèi)充以高壓油，使外套微帶凸度(圖1f)。調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的壓力，可以改變軋輥的凸度。(見輥型控制)

移輥法 在四輥軋機(jī)工作輥和支承輥之間增設(shè)可軸向移動(dòng)的中間輥，制成新型的六輥軋機(jī)(圖1g)。(見移輥技術(shù))

交叉輥法 上下軋輥群成對(duì)交叉布置(圖1h)，上下工作輥之間的間隙完全等同于具有初始軋輥形狀的工作輥的間隙。上下軋輥的交叉角分別由安裝在軋機(jī)頂部的四臺(tái)電機(jī)，通過傘齒輪和蝸桿蝸輪，對(duì)上下輥兩端的四組軸承座進(jìn)行側(cè)向水平調(diào)節(jié)。為了避免軋輥之間的磨損、支承輥和工作輥保持平行，并一起作交叉調(diào)節(jié).

在工作輥直徑和板材寬度一定的情況下，帶鋼凸度變化△C與交叉角的平方成正比，它們之間有如下關(guān)系：

式中δ是影響系數(shù)，取0．7，0．5，0．3；b是軋制板材的寬度；Q是軋輥交叉角，最大為1．2。；Dw是工作輥直徑.

交叉輥軋機(jī)是日本三菱重工和新日鐵共同開發(fā)的產(chǎn)品。在技術(shù)方面有許多特點(diǎn)：(1)根據(jù)軋制條件設(shè)定適當(dāng)?shù)慕徊娼?，可以得到任意的目?biāo)帶鋼凸度，從而可使帶鋼平直度以及邊部損失得到改善；(2)交叉輥軋機(jī)在一個(gè)道次軋制中能夠調(diào)整的凸度控制范圍很大，因此能夠適應(yīng)任何截面形狀的帶鋼；(3)交叉角設(shè)定容易，能任意得到最合適的完全相同的軋輥曲線，所以無需每次都根據(jù)帶鋼規(guī)格及其他軋制條件改變?cè)纪?96度，減輕了對(duì)軋輥的管理.

熱凸度控制法 軋輥中間一段與帶鋼接觸，帶鋼將變形熱或高溫?zé)崃總鹘o軋輥；同時(shí)軋輥兩端向四周散熱，因此形成中部溫度高，兩端溫度低的輥溫分布。這樣不均勻的溫度分布是軋輥產(chǎn)生熱凸度(見輥型設(shè)計(jì))的來源。如果利用軋輥兩側(cè)的噴水冷卻系統(tǒng)，沿輥身長(zhǎng)度方向改變冷卻液的流量分布(圖1i)，就可以改變各部分的冷卻條件，從而改變了軋輥的凸度值。利用熱凸度控制帶鋼平直度的效果十分有限，可調(diào)范圍小，調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)。但是該法對(duì)消除板面不對(duì)稱浪形(見板形缺陷)，尤其是局部凸起，都特別有效，是生產(chǎn)中控制帶鋼平直度不可缺少的手段.

張應(yīng)力分布控制法 帶鋼板形好壞與帶鋼橫向的張應(yīng)力分布有直接關(guān)系。張應(yīng)力分布法控制帶鋼平直度是通過組合輥式板形檢測(cè)裝置，檢測(cè)張應(yīng)力沿橫向分布的狀態(tài)，控制張應(yīng)力輥1的升降，改變張應(yīng)力分布，直到板形檢測(cè)輥2檢測(cè)的張應(yīng)力均勻分布為止(圖1i)。此法正在試驗(yàn)中.

連續(xù)可變凸度法 將軋輥輥身整體磨成s形，上下輥形狀相同，而相對(duì)地成180。布置，使上輥和下輥構(gòu)成對(duì)稱的輥縫輪廓形狀(圖1屜)。上輥和下輥可沿軸向作反向調(diào)整。雖然輥縫形狀為S形，但軸移到某一位置，可使輥身全長(zhǎng)方向上輥縫具有相同的高度。這時(shí)的有效凸度為零(圖1^，)。如果上工作輥向右、下工作輥向左軸向移動(dòng)相同的距離，兩個(gè)軋輥輥縫之間的距離中間變小，則產(chǎn)生一個(gè)大于零的凸度。即為正凸度(凹輥縫)(圖1^。)。反之，如果上工作輥向左、下工作輥向右軸向移動(dòng)相同的距離，則產(chǎn)生一個(gè)小于零的凸度，即為負(fù)凸度(凸輥縫)(圖1^。)。連續(xù)可變凸度(CVC)軋輥通過軸向無級(jí)移動(dòng)，使軋輥凸度能在一個(gè)最大和最小值之間無級(jí)調(diào)節(jié)，達(dá)到軋輥凸度可連續(xù)變化的效果。連續(xù)可變凸度軋輥對(duì)軋制各種板寬、各種板厚和各種不同來料凸度的帶鋼，在各種輥溫分布的情況下，都能順利進(jìn)行平直度控制，這就為熱帶鋼軋機(jī)實(shí)現(xiàn)自由程序軋制創(chuàng)造必要的條件.

萬能板形控制法 工作輥的輥廓曲線呈中間直徑大，兩端直徑小的雙圓錐狀，上下工作輥反對(duì)稱配置(圖1z)，簡(jiǎn)稱UPC。UPC軋機(jī)的上下工作輥可沿軸向同時(shí)向相反方向作緩慢移動(dòng)，再適當(dāng)配以彎輥調(diào)節(jié)，在軋制帶鋼時(shí)可獲得各種所需要的輥縫形狀。工作輥軸向移動(dòng)到兩個(gè)小圓錐段處于工作區(qū)時(shí)，則可軋出凸形斷面的帶鋼；工作輥軸向移動(dòng)到兩個(gè)大圓錐段處于工作區(qū)，則會(huì)使帶鋼產(chǎn)生中凹形狀。uPc軋機(jī)具有強(qiáng)大板形調(diào)節(jié)能力，能夠穩(wěn)定地補(bǔ)償軋制過程中各種彈性變形和熱變形的影響，因此有萬能板形控制之稱。uPC技術(shù)可用于四輥或六輥軋機(jī)。在六輥軋機(jī)上應(yīng)用軋帶鋼生產(chǎn)，也可適用于冷軋帶鋼生產(chǎn)。各種平直度控制方法的比較見表。

控制系統(tǒng) 平直度控制系統(tǒng)有開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)兩類.

開環(huán)控制系統(tǒng) 不需要對(duì)軋出帶鋼的板形質(zhì)量進(jìn)行在線檢測(cè)，而是根據(jù)軋制帶鋼的工藝參數(shù)，通過模型計(jì)算確定各道次或各機(jī)架的控制變量及其他有關(guān)操作變量，以保證獲得良好的帶鋼尺寸和板形精度。開環(huán)控制最常用的3種方法是：(1)根據(jù)靜態(tài)負(fù)荷分配，計(jì)算軋機(jī)預(yù)設(shè)定值；(2)根據(jù)動(dòng)態(tài)負(fù)荷分配，計(jì)算軋機(jī)預(yù)設(shè)定值；(3)最佳彎輥力(見彎輥技術(shù))的預(yù)設(shè)定計(jì)算；模型計(jì)算比較復(fù)雜，一般都需由計(jì)算機(jī)完成；所以平直度開環(huán)控制實(shí)質(zhì)上就是在計(jì)算機(jī)幫助下，對(duì)軋機(jī)進(jìn)行預(yù)設(shè)定計(jì)算，估計(jì)出在保證帶鋼平直度好的條件下各道次應(yīng)設(shè)定的輥縫值和彎輥力的大小.

閉環(huán)控制系統(tǒng) 即板形自動(dòng)控制(AFC)系統(tǒng)，包括板形檢測(cè)、控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)3大部分。其中控制器的結(jié)構(gòu)千變?nèi)f化，種類繁多，目前大多由計(jì)算機(jī)來完成，典型控制系統(tǒng)如圖2所示。板形檢測(cè)儀測(cè)得的帶鋼張力分布一般為高次方程，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后可以分離出一次、二次、四次和高次分量4部分。一次分量與軋輥傾斜有關(guān)，通過傾斜調(diào)節(jié)計(jì)算，分別控制兩側(cè)的液壓壓下，使上下軋輥達(dá)到平行。二次分量與軋輥軸向移動(dòng)位置有關(guān)，通過移輥調(diào)節(jié)計(jì)算，控制移輥到某一合適位置。二次分量也與液壓彎輥有關(guān)，通過彎輥調(diào)節(jié)計(jì)算，動(dòng)態(tài)改變彎輥力的大小。四次分量和高次分量與局部凸度有關(guān)，通過冷卻調(diào)節(jié)計(jì)算，改變冷卻系統(tǒng)流量分配關(guān)系，控制軋輥的熱凸度值.

展望由于使用部門對(duì)高質(zhì)量板帶材的要求以及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，新的平直度控制方法將不斷出現(xiàn)。移輥技術(shù)和連續(xù)可變凸度技術(shù)是板帶軋機(jī)上比較有效的控制手段，它們同傳統(tǒng)的控制方法如液壓彎輥、分段冷卻軋輥相結(jié)合，產(chǎn)生HC軋機(jī)和CVC軋機(jī)，將使平直度控制的面貌煥然一新。但是還存在幾個(gè)技術(shù)問題：(1)帶鋼平直度同軋輥軸向位移之間關(guān)系的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的建立；(2)帶鋼板形檢測(cè)技術(shù)及其檢測(cè)結(jié)果的數(shù)據(jù)處理；(3)閉環(huán)控制系統(tǒng)的構(gòu)成及其控制關(guān)系；(4)板形控制和液壓壓下厚度自動(dòng)控制系統(tǒng)的聯(lián)合控制和不相關(guān)控制。上述這些問題有待今后研究解決。預(yù)計(jì)20世紀(jì)90年代期間平直度控制將會(huì)突破幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，逐步走向?qū)嵱?。?1世紀(jì)平直度控制與厚度自動(dòng)控制一樣，將作為一項(xiàng)成熟技術(shù)在板帶軋機(jī)上獲得普遍推廣應(yīng)用.