張志強(qiáng)，蘇振軍，李宏杰，弓習(xí)峰，黃慶學(xué)，潘露

(1.邯鄲鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司，河北 邯鄲 056015;2.太原科技大學(xué)山西省冶金設(shè)備設(shè)計(jì)理論及技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，太原 030024)

板形控制是一個(gè)非常復(fù)雜的問題，這是由于板形影響因素具有多元性、復(fù)雜性和非線性[1]。為了獲得良好的板形，必須綜合協(xié)調(diào)各影響因素，因此對(duì)于板形控制理論的研究不僅是近50年來軋鋼工藝?yán)碚摰闹行膬?nèi)容，而且依然是當(dāng)前軋鋼領(lǐng)域中最令人關(guān)注的課題[2]。在冷軋薄帶材領(lǐng)域，對(duì)板形控制的研究更為重要。彎輥技術(shù)的基本原理:通過裝在軋機(jī)機(jī)架兩側(cè)軸承座之間的液壓缸來向支承輥或工作輥輥頸施加彎輥力，來瞬時(shí)地改變軋輥的有效凸度，從而改變有載輥縫形狀以及板帶材沿板寬方向的伸長(zhǎng)率分布。由于彎輥技術(shù)可以使軋輥瞬時(shí)凸度量在一定范圍內(nèi)得到迅速變化，且能連續(xù)進(jìn)行調(diào)整，有利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整板形的目的[3]，因此，在人工調(diào)節(jié)控制法、冷卻液控制法、壓下傾斜控制法、液壓彎輥法等眾多的板形控制方法中，彎輥技術(shù)應(yīng)用最為廣泛，也最為成功[4]。文中采用實(shí)驗(yàn)的方法研究了彎輥力對(duì)板凸度的影響。

1 實(shí)驗(yàn)研究

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

300 mm四輥板帶冷軋機(jī)主要由三大部分組成，分別是機(jī)械設(shè)備、電氣傳動(dòng)以及液壓系統(tǒng)。機(jī)械設(shè)備部分主要由機(jī)架、2個(gè)支承輥、2個(gè)工作輥、前后導(dǎo)向輥、前后卷取機(jī)、減速器、人字齒輪座、萬向接軸等組成。傳動(dòng)部分主要由軋機(jī)電氣傳動(dòng)和前后卷取機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成。液壓系統(tǒng)由安裝在機(jī)架兩側(cè)的2個(gè)壓下液壓缸、安裝在工作輥傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)的正彎和負(fù)彎液壓缸以及液壓的動(dòng)力來源液壓站等組成。同時(shí)，300 mm四輥板帶冷軋機(jī)還具有相對(duì)獨(dú)立的冷卻與潤(rùn)滑系統(tǒng)，基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 300 mm四輥板帶冷軋機(jī)Fig.1 The 300 mm four-high plate and strip cold rolling mill

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)所用材料為Q195鋼，其性能參數(shù)見表1，其應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖2所示。

表1 Q195帶鋼性能參數(shù)Table1 The property parameters of the Q195 strip

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

圖2 Q195應(yīng)力應(yīng)變曲線[5]Fig.2 Q195-stress-strain curve

在其他軋制工藝條件不變的情況下，通過改變彎輥力的大小來計(jì)算所對(duì)應(yīng)的板凸度值。該實(shí)驗(yàn)分為7 種工況，彎輥力分別為0，4，6，7，8.5，10，12 kN。

計(jì)算板凸度的方法是:在每一種軋制工況完成后，首先截取若干段帶鋼，測(cè)出每段帶鋼橫截面沿板寬方向上中心與距其邊部25 mm處的厚度，分別用hic與hie標(biāo)記;然后使其兩者做差運(yùn)算，得到的計(jì)算值用 Ci(i=1，2，3…n)表示，即 Ci=hic－ hie;最后把它們的差值相加，再對(duì)其求平均值，即C=(C1+C2+C3+…+Cn)/n，C就是在此工況下所要求解的板凸度值。

1.4 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

實(shí)驗(yàn)所要達(dá)到的目的如下所述。

1)獲得實(shí)際生產(chǎn)中彎輥力對(duì)帶鋼出口厚度的影響規(guī)律;

2)改變彎輥力的大小，計(jì)算出不同工況下的板凸度值;

3)對(duì)每種工況的板凸度值進(jìn)行分析，找出最佳彎輥力。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 不同彎輥力對(duì)窄帶鋼出口厚度的影響

彎輥力對(duì)帶材的板凸度影響很大，因此主要實(shí)驗(yàn)并測(cè)量了窄帶鋼在同一軋制工藝條件下，不同彎輥力對(duì)其出口厚度的影響。在帶鋼表面選取12個(gè)點(diǎn)，可得到彎輥力與帶鋼出口厚度的關(guān)系。由于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繁多，選取4種工況的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)足以說明不同彎輥力對(duì)窄帶鋼出口厚度的影響關(guān)系，如圖3所示。

圖3 彎輥力與帶鋼出口半橫向厚度的關(guān)系Fig.3 The relationship between the bending force and semitransverse thickness of the strip in exit

由圖3得出，彎輥力對(duì)窄帶鋼橫斷面形狀的影響很明顯。在彎輥力為0時(shí)，帶鋼橫截面厚度變化為:從中部到邊部逐漸增大，在中部中心區(qū)厚度變化量很小，而在距離帶鋼邊部約48 mm處，開始出現(xiàn)邊部減薄現(xiàn)象，厚度變化明顯，此區(qū)稱為邊部減薄區(qū);在距離帶鋼邊部大約25 mm處，厚度減薄量迅速加大，厚度變化非常明顯。為了消除這種現(xiàn)象，應(yīng)逐步加大彎輥力。與前者相比，在彎輥力增大到4 kN時(shí)，帶鋼橫截面中心厚度基本沒有變化，但是邊部減薄現(xiàn)象略有緩解;在施加的彎輥力為8.5 kN時(shí)，帶鋼橫截面厚度變化量很小，在板寬區(qū)域內(nèi)厚度變化較平緩，此時(shí)的形狀較好;當(dāng)彎輥力施加到12 kN時(shí)，帶鋼橫截面中心厚度繼續(xù)減小，邊部減薄區(qū)厚度明顯增大。

2.2 不同彎輥力對(duì)窄帶鋼板凸度的影響

對(duì)每一種軋制工況進(jìn)行測(cè)量，并計(jì)算出相應(yīng)的板凸度值，計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 不同彎輥力所對(duì)應(yīng)的板凸度值Table2 The plate crown values corresponding the different bending forces

為了更為直觀地分析在同一軋制工藝條件下，彎輥力的變化對(duì)板凸度的影響關(guān)系，把不同彎輥力所對(duì)應(yīng)的板凸度值放到一個(gè)坐標(biāo)系中，如圖4所示。

圖4 不同彎輥力所對(duì)應(yīng)的半板凸度值Fig.4 The semi-plate crown values corresponding the different bending forces

由圖4可知，隨著彎輥力的逐漸增大，板凸度逐漸減小，當(dāng)板凸度為0時(shí)，此時(shí)的彎輥力應(yīng)是最佳彎輥力。在生產(chǎn)實(shí)際中，隨著彎輥力的增加，板凸度會(huì)逐漸減小，且只能趨近于0，但在理論計(jì)算時(shí)，可以使板凸度值等于0，而在實(shí)驗(yàn)中當(dāng)板凸度變化速度隨著彎輥力的增大逐漸放緩時(shí)，最佳彎輥力應(yīng)該出現(xiàn)在這個(gè)區(qū)域內(nèi)。從表2中的數(shù)據(jù)可知，在彎輥力為12 kN 時(shí)，帶鋼的板凸度最小，即2.7 μm，但是從圖3中可以看出帶鋼邊部厚度逐漸增大，而中心厚度有所減小，此消彼長(zhǎng)，此時(shí)帶鋼中部最容易出現(xiàn)浪形，故不能由板凸度的大小來判斷最佳彎輥力。綜合分析圖3和圖4，在軋制板寬為220 mm的帶鋼時(shí)，最佳彎輥力約為8.5 kN。

3 結(jié)語

1)通過分析在同一軋制工藝條件下，不同彎輥力對(duì)軋件軋后板形的影響表明:為了改善板形，適當(dāng)?shù)卦黾訌澼伭?，?huì)使帶鋼中心厚度減薄，在一定程度上緩解了邊部減薄現(xiàn)象。

2)通過對(duì)不同工況下板凸度值的分析表明:隨著工作輥彎輥力的增大，板凸度值逐漸減小，最佳彎輥力出現(xiàn)在這個(gè)變化過程中的放緩區(qū)內(nèi)。

3)在軋制板寬為220 mm的帶鋼時(shí)，最佳彎輥力約為8.5 kN。

[1]闞志.四輥軋機(jī)冷軋板帶材板形問題的數(shù)值模擬[D].昆明:昆明理工大學(xué)，2007.

[2]王文明，鐘掘，譚建平.板形控制理論與技術(shù)進(jìn)展[J].礦冶工程，2001，21(4):70 －72.

[3]王國(guó)棟.板形控制和板形理論[M].北京:冶金工業(yè)出版社，1986.

[4]連家創(chuàng)，劉宏民.板厚板形控制[M].北京:兵器工業(yè)出版社，1996.

[5]張志強(qiáng)，李宏杰，黃慶學(xué)，等.彎輥力對(duì)帶材板形影響的有限元分析[J].山西冶金，2012(2):8－10.