中板轧制过程板坯弯曲生成与抑制之二——采用上压法抑制板坯弯曲.pdf_大学文库

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.2000.06.016 第22卷第6期北京科技大学学报 Vol.22 No.6 2000年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2000 中板轧制过程板坯弯曲生成与抑制之二采用上压法抑制板还弯曲闫晓强”李玉庆)孙娟)梁永祥》陈工) 1)北京科技大学机械工程学院，北京1000832)马鞍山钢铁股份有限公司，马鞍山，2430003)邯郸钢铁公司，邯郸摘要研究在中板轧制过程中抑制板坯弯曲的措施.在国内外首次应用上压法轧制来抑制中板轧制过程中板坯生成的弯曲现象，从理论上建立了板坯上下表面温差与轧辊辊径差的关系，为现场提供配辊原则. 关键词中板：轧制过程；板坯弯曲：上压法分类号TG333文献标识码：A 中板轧制过程板坯弯曲现象是中板生产中板坯入口厚度，h为板坯出口厚度，板坯平直咬普遍存在的难题.当板坯下弯时，不仅使板坯与入，如图1所示. 机架辊（或护板）产生撞击造成结疤，同时使机图1(a)中，在上下辊径相同的条件下，由于架辊和护板的寿命降低，影响了产品的产量、质板坯上表面温度高于下表面温度，则轧制区板量、成材率，增加了停产检修时间和维修费.中坯上表面变形抗力小于下表面变形抗力，即板轧制过程板坯弯曲的根本原因是板坯断面温 σ2)才能满足上下辊轧制力平衡这一条件.结情况下板坯上表面温度高于下表面温度导致轧果，上辊压入板坯深度要大于下辊压入板坯深制过程板坯呈现下弯现象，应用上压法轧制、合度，即△h>△h2,则上辊从变形区轧出的金属体理配辊能够抑制板坯的下弯. 积将比在相同时间内下轧辊从变形区轧出的金属体积大，忽略宽展，板坯在轧机出口单位时间 1应用上压法轧制的理论依据内上表面金属延伸量大于下表面金属延伸量，中板轧机一般采用上下辊单独直接驱动，导致板坯生成向下弯曲的圆弧. 即分别由两台电动机驱动上下辊，其上下辊的在时间。（为板坯横截面从开始进入变形转速分别由各自的速度控制系统来调节，上下区到离开轧机出口所需时间)内上下辊轧出的辊之间的速差由速度平衡调节器来控制. 金属体积之差△V可由弧边三角形BWE,CDF面按传统概念，一般中板轧制均采用下辊径积之差算出大于上辊径5~10mm的配辊方案，即下压法轧设△，△V,分别表示6时间从上下辊轧出制，目的是使轧出的板坯徽翘，呈“滑雪板”形的金属的体积，则： [△V=SAANE×b 状，以避免板坯撞击机架辊等.但在板坯上表面 l△V2=SsCDFXb (1) 温度大于下表面温度时，此法效果不明显.为式中，b为平均板宽；SABNE,SsCDF为弧边三角形此，在现场试验采用了下辊径比上辊径小30mm BNE,CDF面积.在图1(a)所示坐标系下各点的的配辊方案时，对抑制板坯下弯取得了较好的座标值可用8,2，R1,R2,表示，则弧边三角形面效果.下面给出理论解释. 积SaE,SACDF面积可精确求得：假设上下辊的角速度分别为⊙1，心2，下辊径 [I xa ya xa ya 为2R2,上辊径为2R,板坯上表面温度大于下 SARNE 1 ,1 leyE+lxww厂乞R8= 表面温度，总压下量为△H=H一h,其中H为 1 XN yN、 1 xa yal 2000-05-19收稿闫晓强男，39岁，副研究员 (1-cos0)[hsin0,+R:(sin0,+sin0- 2 H

第 2 2 卷第 ` 期 2州】0 年 12 月北京科技大学学报 OJ u nr a l o f U n vi e sr yit o f cs i e n c e a n d Te c h n o】俄岁 B eij ni g V bL 22 D伙。 N 0 . 6 2 0 0 中板轧制过程板坯弯曲生成与抑制之二 — 采用上压法抑制板坯弯曲间晓强 ” 李玉庆 ” 孙娟 2 , 梁永祥 ” 陈工 ” 1)北京科技大学机械工程学院 , 北京 10 0 83 2) 马鞍山钢铁股份有限公司 , 马鞍山 , 2 43 0 0 3) 邯郸钢铁公司 , 邯郸摘要研究在中板轧制过程中抑制板坯弯曲的措施 . 在国内外首次应用上压法轧制来抑制中板轧制过程中板坯生成的弯曲现象 , 从理论上建立了板坯上下表面温差与轧辊辊径差的关系 , 为现场提供配辊原则 . 关键词中板 ; 轧制过程 ; 板坯弯曲 ; 上压法分类号 T G 3 3 文献标识码 : A 中板轧制过程板坯弯曲现象是中板生产中普遍存在的难题 . 当板坯下弯时 , 不仅使板坯与机架辊 (或护板) 产生撞击造成结疤 , 同时使机架辊和护板的寿命降低 , 影响了产品的产量、质量、成材率 , 增加了停产检修时间和维修费 . 中板轧制过程板坯弯曲的根本原因是板坯断面温度分布不均和轧机调整、操作不当造成的 . 通常情况下板坯上表面温度高于下表面温度导致轧制过程板坯呈现下弯现象 . 应用上压法轧制、合理配辊能够抑制板坯的下弯 . 板坯入口厚度 , h 为板坯出口厚度 , 板坯平直咬入 , 如图 1 所示 . 图 1 (a) 中 , 在上下辊径相同的条件下 , 由于板坯上表面温度高于下表面温度 , 则轧制区板坯上表面变形抗力小于下表面变形抗力 , 即 al lz )才能满足上下辊轧制力平衡这一条件 . 结果 , 上辊压入板坯深度要大于下辊压入板坯深度 , 即 △凡> △棍 , 则上辊从变形区轧出的金属体积将比在相同时间内下轧辊从变形区轧出的金属体积大 . 忽略宽展 , 板坯在轧机出口单位时间内上表面金属延伸量大于下表面金属延伸量 , 导致板坯生成向下弯曲的圆弧 . 在时间 t0 ( t0 为板坯横截面从开始进入变形区到离开轧机出口所需时间) 内上下辊轧出的金属体积之差 △ V 可由弧边三角形五四万 , C 口尸面积之差算出 . 设 △Vl ,△K 分别表示 t0 时间从上下辊轧出的金属的体积 , 则 : 、 `乳毗 x 凡哪 x ; 几胭 ( l ) △矶K 一 ! ` l 式中 , b 为平均板宽 , 凡卿为弧边三角形刀刀瓦 C 口尸面积 . 在图 1 ( a) 所示坐标系下各点的座标值可用 0 , , 氏 , R , , 凡 , 表示 , 则弧边三角形面积凡舰 , 凡哪面积可精确求得 : 1 ~ 。一一言 1 《亨仃 1 乙一2l 一漏 1 应用上压法轧制的理论依据中板轧机一般采用上下辊单独直接驱动 , 即分别由两台电动机驱动上下辊 , 其上下辊的转速分别由各自的速度控制系统来调节 , 上下辊之间的速差由速度平衡调节器来控制 . 按传统概念 , 一般中板轧制均采用下辊径大于上辊径 5 一 10 ~ 的配辊方案 , 即下压法轧制 , 目的是使轧出的板坯微翘 , 呈 “ 滑雪板 ” 形状 , 以避免板坯撞击机架辊等 . 但在板坯上表面温度大于下表面温度时 , 此法效果不明显 . 为此 , 在现场试验采用了下辊径比上辊径小 30 ~ 的配辊方案时 , 对抑制板坯下弯取得了较好的效果 . 下面给出理论解释 . 假设上下辊的角速度分别为。 , , 。 2 , 下辊径为 Z R 二 , 上辊径为 2R : , 板坯上表面温度大于下表面温度 , 总压下量为 △万 = H 一 h , 其中 H 为 2X() 0 一 0 5 一 19 收稿闰晓强男 , 39 岁 , 副研究员誉{ s in 0 1+ s i n 氏一 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2000. 06. 016

VoL.22 No.6 闫晓强等：中板轧制过程板坯弯曲生成与抑制之二 ●549· o=KrK。K (9) 的R2,01,02. 式中，为基准变形阻力，即变形温度t=1000℃，在进行计算机数值解的时候，发现：当R增变形速度w=10s',变形程度ε=40%时的变形大(R,不变)时，△V也增大，说明板坯弯曲越严阻力. 重，反之，则弯曲减轻：随着R的减小，△V从正 Kr=efar (10) 值渐渐减小变成负值，说明板坯的弯曲方向改 T=(+273)/1000 (11) 变了，因此有满足△V=0的唯一解R. Kr为变形温度影响系数，当t=1000℃时，K=1. 在板坯上下表面温度及温差不变的情况 K.=(u/10)c+Dr (12) 下，对于每一确定的R,都可算出相应的R2,这 K.为变形速度影响系数，当=10s时，K=1. 样的配辊可完全矫正由板坯整体温差导致板坯 K,=Er.J0.4)-(E-1)r/0.4) (13) 弯曲的现象，对于局部温差也可起缓解作用. K,为变形程度影响系数，当平均变形程度”。这里以某中板轧机为例：板坯入口厚度为 40%时，K=1.式中A,B,C,E,N为常数，由实验 H=220mm,压下量取30mm,材质为Q235A, 确定，根据上下轧辊轧制力相等的平衡条件有：板坯上表面温度为1274℃，下表面温度为1254 P1=P2 (14) ℃，上下表面整体温差为20℃，上辊径2R= 式中，P,为上轧辊轧制力，P=p1m×l,l=Rsin8, 1100mm,上下辊线速度相等，求满足板坯经轧为上辊接触弧水平投影长度，p1m=1.15n'o, 制后仍为平直这一条件时的下辊径2R的大小. n。为应力状态影响系数，采用简化了的R.B. 由于温差的存在，轧制变形区内的应力场 Sims公式，n'。0.8049+0.3393e+(0.2488+0.039+ 分布是相当复杂的，目前还没有成熟的公式可 0.0732e)l,/hm,hm=(H+h)/2为变形区板坯平均利用，因此需作如下假设：厚度，e为压下率，P2为下轧辊轧制力，P= (a)板坯上下部分变形速度近似相等： pm×lz,l,=Rsin0为下辊接触弧长水平投影长 (b)认为板坯与轧辊在变形区内处于粘着 p2m=1.15n',2,n。=0.8049+0.3393+(0.2488+ 状态； 0.039e+0.0732e2)l2/hm. (c)轧辊为刚性，不考虑弹性压扁. 将式(10(13)代入式(9)得板坯上下表面变根据以上假设，轧制变形区内平均单位压形阻力为：力公式可采用简化的西姆斯公式，将以上已知 o=e(0m[Ea严-(E-1】 (15) 条件代入方程(17)，(18)和(19)，用计算机编程求解结果如下： =e(0[E4-(E-1】 (16) 2R2=1008mm; 将n.,,2代入(14)式得： 81=0.2326rad=13.33°： (0.8049+0.33938+(0.2488+0.039e+0.0732e)× 0=0.2461rad=14.11°. (会e(0r[a-(E-1哈aRsi血6，= 某中板轧机工艺规程规定轧辊的辊径使用范围为1100~980mm.计算的下辊半径为2R2= (0.8049+0.3393e+0.2488+0.039e+0.0732e)× 1008mm仍在许可范围之内. (完m(器or[E年y-(E-106器Rsin8,17) 为了直观起见，现将板坯上下表面温差与再由入口厚度与出口厚度的几何关系有：配辊方案计算结果绘制成图2所示. H-h=(1-cos0,)R1+(1-cos0)R2(18) 这里需要特别指出，当板坯上下表面温差由板坯出轧机平直条件△V=0,有：大于20℃时，选择下辊径比上面计算的结果 SABNE-SACDF=0 (D2=2×505mm)还要小，同时由于各个道次的根据(2)和(4)式，即为：压下率和温差也不同，导致每个道次都需要不 shsin0,+R.(sin0,+sim.-sin- 同的辊径差，这给现场配辊带来难以实现的困 H )+sim-0,1s02Ihsim0.+R.(sin0. 难.因此，现场采取了辊径差限制在30~50mm, H 同时提高下辊线速度的方法来解决板坯弯曲这 sin62-sin(0,+0)]+sin82-}=0 (19) 一问题.即利用下辊径小于上辊径的配辊方案假定R,为已知，这样由式(17)，(18)和(19)联和提高下辊线速度的共同作用来抑制板坯在轧立方程组，可求得满足板坯轧制后平直条件下制过程生成的下弯现象

V bL 2 2 N o . 6 闰晓强等 : 中板轧制过程板坯弯曲生成与抑制之二 a = ’a0 Kr · Ku · 凡 (9) 式中两为基准变形阻力 , 即变形温度 t = 1 0 0 ℃ , 变形速度 u = 10 5 一 ’ , 变形程度。 = 40 % 时的变形阻力 . 筋 = 已+BT ( 10) T = (什2 7 3 ) /1 0 0 0 ( 1 1 ) 瓜为变形温度影响系数 , 当 t = 1 0 0 ℃ 时 , 瓜= 1 . 凡 = ( u / 10 )+cDT ( 12 ) 凡为变形速度影响系数 , 当=u 1 0 s 一 , 时 , 凡=l . 凡 = (E r奋0 . 酬一 (E 一 IX r夕0 . 4) ( 13 ) 凡为变形程度影响系数 , 当平均变形程度 ` = 40 % 时 , 凡=l . 式中 A , B , C , E , N 为常数 , 由实验确定 . 根据上下轧辊轧制力相等的平衡条件有 : P l = p2 ( 14 ) 式中 , p , 为上轧辊轧制力 , p , = 夕 l m x l , , z , = 尺 , s in s , 为上辊接触弧水平投影长度 , lP m = 1 . 1 5n 满 , n 愁为应力状态影响系数 , 采用简化了的 R . .B S如s 公式 , n 卜0 . 8 0 4 9 + 0 . 3 3 9 3叶( 0 . 2 4 8 8 + 0 . 0 3 9扮 .0 0 7 3扮l)I hm/ , h 二二 (月斗 h) 2/ 为变形区板坯平均厚度 , ￡为压下率 . 八为下轧辊轧制力 , 凡= p mZ 咦 , 人= 凡s in 氏为下辊接触弧长水平投影长 P 、 = 1 . 1 5 n 认 , n 愁= 0 . 8 0 4 9 + 0 . 3 3 9 3叶 ( 0 . 2 4 8 8 + 0 . 0 3 9时0 . 0 7 3 2扩)人/h m . 将式 ( 10曰 13) 代入式 (9 )得板坯上下表面变形阻力为 : a , 一丙创 + 甲(共)~ 固鲁丫一 (E 一 l )畏等」 l( 5) “ , “ 洲 “ 1 0 产巴、 0 . 4 产 ~ ` 产 0 . 4 “ 。 = ae0 ` (黑)~ 固丢等丫一 (E 一 l )令号〕 (1 6) 甘 z 甘训、 1 0 / 巴、 0 . 4 声甲 ` 了 0 . 4 “ 、 ` ’ 了将 n 认 al 两代入 ( 14) 式得 : ( 0 . 8 0 4 9 + 0 . 3 3 9 3叶 ( 0 . 2 4 8 8 + 0 . 0 3 9创旧 . 0 7 3 2扩) x (李)已 , (兴)~ (E[ 畏号丫一 (E一 1 )鲁 lR] isn 氏 - 、 hm 产’ 、 10 产巴 “ .0 4 了 … ` / .0 4 “ 一 ` 1一` 一 ` ( 0 . 8 04 务 0 . 3 3 9 3叶 ( 0 . 2 4 8 8 + 0 . 0 3 9叶 0 . 0 7 3 2扩) x (李)已 , (兴 )+cD 不以[ 妥等丫一 (E 一 l )鲁 zR] isn 0(z 1 7 ) 、 hm 产’ 、 10 / ` 一、 0 . 4 产 … 一产 0 . 4 “ 一 ’ ` -一 ` 、一 ` / 再由入口厚度与出口厚度的几何关系有 : H一 h = ( l一 e o s s ; )R 1+ ( l一 e o s氏)R 2 ( 1 8 ) 由板坯出轧机平直条件 △ V= 0 , 有 : 凡朋 E 一凡cDF = 0 根据 ( 2 ) 和 ( 4 ) 式 , 即为 : 尽碑共笋互「* s 、 01 瑛( s i n e l+ s , e Z一 s。 ( e l - 2 t H L ’ . ` 一 “ ” 一 ` 、。 `一 , - 一一 ` 一、一 , 。、 , 、 . _ , _ _ 。。、鹅 ; ( l 一 e o s 0 1 ) r 二 _ : _ 。 . 。 ` _ : _ 。 . 氏、) 1 + s i n 8 1一 8 1 } 一书乙 { 三七书缪生「h s in 氏十尺 , ( s in o ,+ “ “ ,J ’ “ ~ “ ` “ ” 2 t H “ ’ “ 一一 ` , 、 -一一 ’ s in 02 一 s in ( 0 1+ 丛))〕 + s i n 氏一良} = 0 ( 1 9 ) 假定 R , 为已知 , 这样由式 ( 17 ) , ( 1 8 ) 和 ( 1 9 )联立方程组 , 可求得满足板坯轧制后平直条件下的 R Z , e l , 氏 . 在进行计算机数值解的时候 , 发现 : 当凡增大 ( R , 不变 ) 时 , △y 也增大 , 说明板坯弯曲越严重 , 反之 , 则弯曲减轻 ; 随着凡的减小 , △犷从正值渐渐减小变成负值 , 说明板坯的弯曲方向改变了 , 因此有满足 △V = O 的唯一解 R 2 . 在板坯上下表面温度及温差不变的情况下 , 对于每一确定的 R , , 都可算出相应的 R : , 这样的配辊可完全矫正由板坯整体温差导致板坯弯曲的现象 , 对于局部温差也可起缓解作用 . 这里以某中板轧机为例 : 板坯入口厚度为 H = 2 2 0 r n r 。 , 压下量取 30 r n r n , 材质为 Q2 3 5A , 板坯上表面温度为 1 27 4 ℃ , 下表面温度为 12 54 ℃ , 上下表面整体温差为 2 0 ℃ , 上辊径 ZR =I 1 10 0 ~ , 上下辊线速度相等 , 求满足板坯经轧制后仍为平直这一条件时的下辊径 2R 2 的大小 . 由于温差的存在 , 轧制变形区内的应力场分布是相当复杂的 , 目前还没有成熟的公式可利用 . 因此需作如下假设 : a( ) 板坯上下部分变形速度近似相等 ; b( ) 认为板坯与轧辊在变形区内处于粘着状态 ; c( ) 轧辊为刚性 , 不考虑弹性压扁 . 根据以上假设 , 轧制变形区内平均单位压力公式可采用简化的西姆斯公式 . 将以上已知条件代入方程 ( 17) ,( 18) 和 ( 19) , 用计算机编程求解结果如下 : { 2R 2 一 ’ ” 0 8 mln ’ 1 “ 1 一 ” · 2 3 2 “ adr 一 ` 3 · 3 3 。 , t氏= 0 . 2 4 6 l ar d = 14 . 1 1 0 . 某中板轧机工艺规程规定轧辊的辊径使用范围为 1 1 0 0一 9 80 r n r n . 计算的下辊半径为 2R 2= 1 0 0 8 ~ 仍在许可范围之内 . 为了直观起见 , 现将板坯上下表面温差与配辊方案计算结果绘制成图 2 所示 . 这里需要特别指出 , 当板坯上下表面温差大于 2 0℃ 时 , 选择下辊径比上面计算的结果 (刀 2 = Z x 5O5 n ) 还要小 , 同时由于各个道次的压下率和温差也不同 , 导致每个道次都需要不同的辊径差 . 这给现场配辊带来难以实现的困难 . 因此 , 现场采取了辊径差限制在 3-0 50 r n r n , 同时提高下辊线速度的方法来解决板坯弯曲这一问题 . 即利用下辊径小于上辊径的配辊方案和提高下辊线速度的共同作用来抑制板坯在轧制过程生成的下弯现象

一 5 50 . 北京科技聆0 5 1 0 镇1 5 2 0 2 5 3 0 山 /℃ 图 2 板坯上下表面温差与配辊方案关系 F馆.2 Re 】a ti o n s h勿 b e幻时 e o et m Pe r t u碑 d迁 re re n ce o f u P P e r a n d b】o w s u r af c e o f ht e P肠 et a n d 功 18 d i a m d e r 大学学报 2 00 年第 6期 3 结论采用上辊径大于下辊径 R( 1> R Z )方案进行配辊可抑制板坯在轧制过程中由于板坯上表面温度高于下表面温度而产生的下弯 . 从理论上讲 , 若配辊恰当 , 可完全消除板坯的弯曲 . 同时由于凡> 凡 , 降低了下辊轧制扭矩 , 使上下辊轧制扭矩趋于平衡状态 , 充分发挥了轧机的能力 . 参考文献 1 管克智 , 周纪华 . 金属塑性变形阻力 . 北京: 机械工业出版社 , 19 89 2 刘培愕 . 轧制时板坯上下面温差及辊径的选择 . 钢铁 , 198 7 , 2 2( 1 2) : 3 闰晓强 . 中板轧制过程板坯弯曲生成与抑制之一轧制参数特征 . 北京科技大学学报 , 20 0 , 2 (5 ) : 4 75— F o n n in g an d C ur b l n g o f P l aet B e n d ign i n J o b b ign S h e e t R o llign P r o e e s s ( 2 ) — C u br i n g P laet B e n d i n g w iht S m a ll e r L o w er 从七kr ign or ll 别刃刀口口q ia n g l ), lL y u q ign l), S U N uJ 耐), L侧刃 G oY侧笋 ia心 ), C H E N oG 心 , l ) M eC h an i c 已 E吧加优` n g s c h o l , u s T B e ij ign, s iej ign 1 0 5 3 , 。俪 2 ) 脚 . 抬 h an lr o n anu s et e l L如妞“ 正i曲i l iyt 亡皿叩 . 饥施 A曲` m 24 3 0 0 , C创山a 3) H aD d an l r o n an d set el C o 止 IP ar ly H an ds 叭 Ch in a A B S T R A C T O叭e ik n d of het m e ht o d of c加由 ing Pl at e be n d in g in 」。 b ing hse et or n ing rP OC es s h a s be en -er se arC he d . F or het ifsr t t加e , het m e ht o d of us ign sm al er l ~ w o kr in g or n 15 Put fo p 即 adr w iht fo n n ul a an d p ar c t i c al d at a for c 切由吨 lP aet be n d in g e au se d by t e m Pe r at ur e id fe er n c e in het se ict on of Plat e . so , het c h o lce of or ls id 别旧e t e r c an be 娜de d in Pr a e t i c al Pr o du e t ion . K E Y WO R D S j o b b吨 hs e t ; or n ign Por ce s ; lP aet be n d in g ; sm al ler or n id am e et r