轧件头部下弯的成因分析

D0I:10.13374/j.1ssn1001-053x.1997.sL.025 第9卷增刊 北景科技大学学报 Vol.19 1997年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feh.1997 轧件头部下弯的成因分析 杨竞吴迪平 北京科技大学机械工程学院，北京100083 摘要对轧制过程中轧件头部产生弯曲的成因进行分析，为其控制提供依据， 关键词板带，轧制，弯曲 轧制过程中任何不对称的变形条件，均会使板带产生弯曲现象四，引起轧件弯曲的不对 称因素很多，如板坯上下表层的加热温度不均，在运送过程中板坯上下表层散热条件不同 等造成的板坯上下表层温度差，上下轧辊直径不等，上下轧辊的线速度不等，轧制线高度、 轧件厚度及压下量等综合造成的轧件中心和辊缝中心不对中，上下轧辊表面的摩擦情况不 同等，都会在轧制过程中产生不对称轧制条件，从而使轧件产生弯曲.理论上讲，轧件的弯 曲会贯穿轧件全长，但在轧件下弯时，由于轧机出口处机架辊（或溜板的）上扳作用，弯曲仅 会在头部一定长度内出现回，此即表现为下扣头.下面就轧制过程中使轧件（头部）产生弯曲 的几个主要因素进行简要分析 1钢板上下表层温度不相等时的变形 由于轧件在加热炉中的吸（传）热条件不同，及出炉后运送过程中轧件上下表面的散热 条件的差异，会造成轧件在轧制时上下表层存在温度差.一般情况下，轧件的上层温度较 下层温度高，即轧件上表层温度T,大于轧件下表层温度T,此时轧件上表层的变形阻力小 于轧件下表层的变形阻力，这样上表层金属变形要比下表层金属变形容易， 假定上下轧辊直径及线速度相等，轧件和辊缝中心对中（下轧辊上辊面高于辊道上辊面 的距离δ等于压下量的一半△2).根据上下轧辊轧制压力相等条件)，轧件上表层温度 T大于轧件下表层温度T,时，有 P=p2,p:b R:=p:b2 R2 式中，P,P2一轧件上、下表层在变形区的平均单位压力；R,,R,一上、下轧辊的半径； I,,l2-上、下轧辊和轧件的接触弧长度，1=(R△h)2,I2=(R△h)2;b-轧件宽度. 由于T>T,有o,l△h>△h 因此，一方面，轧件温度较高的上表面高温侧的金属压下量较温度较低的下表面相对大 一些，从而使两侧金属的延伸率、前滑及出口流动速度不一致，最终造成轧件向下（低温）侧 弯曲，另一方面，上下两侧的接触弧长度不同造成的轧制力分布不一致，使轧件相当于受到 1996-03-20收椅 第一作者男37岁硕士

第 珍 卷 增刊 1哭刀 年 2 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J加时目 of U面 ev面 yt of sc 妇耽 .回 1’ce hn ok 橙 B旬血嗯 VJ . 19 F曲 . 1卯 7 轧件 头部下 弯的成 因分 析 杨 竞 吴迪平 北京 科技 大学 机械工 程学 院 , 北京 1〕 刃8 3 摘要 对轧制过程 中轧件头部产生弯曲的成因 进行 分析 , 为其控制提供依据 . 关键词 板带 , 轧制 , 弯 曲 轧 制过 程 中任何 不对称 的 变形 条件 , 均 会使板 带产 生 弯曲现 象 l[] . 引起 轧件弯曲 的不对 称 因素很 多 , 如 板坯上 下 表层 的加热温 度不 均 , 在运 送过 程 中板 坯上 下 表 层 散 热条 件 不 同 等造 成 的板坯 上下 表 层温 度差 , 上下 轧辊直径不 等 , 上下 轧辊 的 线 速 度 不 等 , 轧 制 线 高 度 、 轧件 厚度 及压 下量 等 综合 造成 的轧件 中心 和辊缝 中心不 对 中 , 上下 轧 辊 表 面 的摩 擦 情 况 不 同等 , 都会在 轧 制过 程 中产生 不对称 轧制 条 件 , 从而 使 轧 件 产 生 弯曲 . 理 论上 讲 , 轧 件 的弯 曲会贯 穿轧 件全 长 , 但 在 轧件 下弯 时 , 由于轧 机 出 口 处 机架辊 ( 或溜板 的 ) 上 扳 作 用 , 弯 曲仅 会在头 部一 定 长度 内出现 2[] , 此 即表现 为下 扣头 . 下 面就 轧制过 程 中使轧 件 (头 部 ) 产生 弯曲 的几个 主要 因 素进行 简要 分析 . 1 钢板上 下表层温度不相 等时的变形 由于 轧件在 加热 炉 中的 吸 (传 )热 条件不 同 , 及 出炉后 运送 过程 中轧 件 上 下 表 面 的散 热 条 件的差异 , 会造成 轧件 在轧 制时上 下表 层存 在温 度差 . 一 般情况 下 , 轧 件 的 上层 温 度 较 下 层温 度高 , 即轧件 上表 层温 度 T , 大 于 轧件下 表层 温度 兀 . 此时 轧件上 表层 的变 形阻力 小 于 轧件下表 层 的变形 阻力 , 这 样上表 层金 属变 形要 比下 表层 金属 变形容 易 . 假 定上 下轧 辊直 径及 线速 度相 等 , 轧 件 和辊缝 中心 对中 (下 轧 辊上 辊 面高于 辊道 上辊 面 的距离 占 等 于压 下量 的一 半 △ h/ 2) . 根 据上 下轧 辊 轧制压 力 相 等 条件 {3] , 轧 件 上 表 层 温度 不 大于 轧 件下 表层 温度 兀 时 , 有 尸一尸2 , 夕1 b 1R l l一夕2 b Z R Z 1 2 . 式 中 , p l , p Z一 轧件上 、 下表 层 在 变形 区 的 平均 单 位 压力 ; R , , R Z 一 上 、 下 轧辊 的半 径 ; l , , 几 一 上 、 下轧 辊和 轧件 的接 触弧 长度 , =l (R △h ,产 , 1 2二 (R Ah少 口 ; b 一 轧 件宽 度 . 由于 不 > ’7z , 有 。 , 几 , △h l > △.hz 因此 , 一方 面 , 轧件 温度 较高 的上 表面 高温侧 的金属压 下量 较温 度较 低 的下 表面 相对大 一 些 , 从而 使两侧金 属 的延伸 率 、 前滑 及 出 口 流 动速 度不 一致 , 最终 造成 轧 件 向下 (低 温 ) 侧 弯 曲 . 另一 方 面 , 上 下 两侧的接触 弧长 度不 同造 成 的轧制力分布 不一 致 , 使轧件相 当于 受到 1哭场一 0 3一 加 收稿 第一 作者 男 37 岁 硕士 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1997. s1. 025

·98· 北京科技大学学报 1997年 一个向下（受力面较短）的弯矩，更会使轧件的下弯加剧.在咬人阶 段，因轧件前端自由，第一个方面的影响会较稳定轧制时更大，表现 为轧件的前端扣头更为严重（图1）. 研究表明，轧件下弯程度随其上下表层温度差值的增加而加大 的倒.这和上述结论是一致的， 根据变形抗力理论，轧件的变形抗力是热力学温度(T)的函数， 所以，我们可以认为轧件的扣头程度为轧件上下表面相对温度差[T' =2(T,-T)(T+T月的函数.当温度在小范围内变化时，根据数学 原理，有下列关系（不计二次以上高阶微量）： 1/p =Kon+KTT' 图1轧件上下表层温度 式中，1/p一轧件出口弯曲曲率，均以向下为正，下同；K。w-轧件上 差对轧件头部的影响 下温差为零时的轧件出口曲率，由其它轧制工艺条件和轧机确定；当其它条件均处理想对 称状态时，其为0；KT一轧件出口曲率关于温差的系数， 2辊缝中心高度和轧件入口中心高度不一致时的轧件弯曲 假定上下轧辊直径、线速度、轧件上下表层温度等均相同，当轧件入口时中心高度和辊 缝中心高度一致时，即 δ=△h/2 式中，δ-下辊上辊面对辊道上辊面的高度；△h一轧件压下量，△h=εH.形成简单（对称） 轧制.但在辊缝中心高度和轧件入口中心高度不一致时，会造成轧件倾斜咬人，最终造成产 生轧件弯曲.如：轧制线较低时，即辊缝中心低于辊道上轧件中心 (δ△2时，轧件中心低于辊缝 中心，情况相反.不过此时机架辊对轧件上托力的作用由轧件的 围2轧线高度变化对轧件 重力替代，其作用效果（轧件的下弯曲程度）将不如上弯明显，和轧 头部变形的影响 件的厚度有关（如图2）. 总之，轧件的弯曲程度和轧件中心与辊缝中心高度的差值有关，同时也取决于轧辊直 径、轧辊和机架辊的距离等，辊径等愈大，这种影响会愈小.取相对值8'=（⑥-△2）D,在其 它条件相同时，有：

北 京 科 技 大 学 学 报 卯 7年1 一 个 向下 (受力 面较 短 的) 弯矩 , 更 会 使轧 件 的 下 弯加 剧 . 在 咬人 阶 段 , 因轧件 前端 自由 , 第一个 方面 的影 响会较 稳 定 轧 制 时更 大 , 表 现 为轧件的前 端扣 头更 为严重 (图 1 ) . 研究 表 明 , 轧件 下 弯程度 随其上下 表 层 温 度 差 值的 增 加 而加 大 的3[] . 这和 上述 结论 是 一致 的 . 根 据 变形抗 力理 论 , 轧 件的 变形抗 力是 热 力学 温 度 ( 刀 的 函 数 , 所 以 , 我们 可 以 认 为轧 件 的扣头程 度 为轧件 上下 表 面相 对温度 差 【T ` 二 2( T 1 一 兀)(/ 不 + 兀)] 的 函数 . 当温度 在小 范 围 内变化 时 , 根 据 数 学 原理 , 有 下列 关系 (不 计二 次 以 上高 阶微量 ) : 1P/ 二 x p刊 + 心T ` 式 中 , 1P/ 一 轧 件出 口 弯 曲曲率 , 均 以 向下 为正 , 下 同 ; K eOT 一 轧件上 八 图 1 车L件上 下表层 温度 差对轧件头部的影 响 下温 差 为零 时 的轧件 出 口 曲率 , 由其 它 轧制 工 艺 条件 和 轧机 确定 ; 当其 它条件 均处理 想 对 称状态时 , 其 为 O; K 叮 一 轧 件 出 口 曲率 关于 温差 的 系数 . 2 辊缝 中心高度和 轧件 入口 中心高度 不一致时 的轧件弯 曲 假 定上 下轧 辊直 径 、 线速 度 、 轧件 上下表 层 温度 等均相 同 . 当轧件 入 口 时 中心 高 度 和辊 缝中心 高度 一致 时 , 即 占= △h / 2 式 中 , 占一 下 辊上辊 面 对辊道 上 辊面 的高度 ; △h 一 轧件压 下量 , △ h = 。 H . 形成 简单 (对称 ) 轧制 . 但 在辊缝 中心高 度和 轧件 入 口 中心 高度不 一 致时 , 会造 成轧 件倾斜 咬 人 , 最 终 造 成 产 生轧 件弯 曲 . 如 : 轧制 线较 低 时 , 即辊缝 中心低 于 辊道 上 轧件 中 心 怕 △ h / 2 时 , 轧 件 中心 低 于 辊 缝 中心 , 情 况相反 . 不 过 此 时 机 架 辊 对轧 件上 托 力 的作 用 由轧 件 的 重 力替 代 , 其 作用 效果 (轧 件 的下弯曲程度 )将不 如上 弯 明显 , 和轧 件 的厚度 有 关 (如 图 2) . 牟 图 2 车L线高度变化 对轧 件 头部变形的影响 总之 , 轧 件 的弯曲程度 和 轧件 中心 与 辊 缝 中 心 高度 的 差 值 有 关 , 同时 也 取 决 于 轧 辊 直 径 、 轧辊 和 机架辊 的距 离等 , 辊径 等愈大 , 这 种影 响 会愈 小 . 取 相 对值 占 ’ = (占一 △h 2/ )/ D , 在 其 它条件相 同时 , 有 :

Vol.19 杨竞等：轧件头部下弯的成因分析 ·99· 8'>0,轧件出口扣头，M上/M下1. 从上面分析可以看出，影响δ'的因素有轧制线高度6和压下量△h(或相对压下量ε和 来料厚度)，随轧制线高度的增大，轧件扣头加剧，上下辊轧制力矩比减小，随压下量（△h 或相对压下量ε和来料厚度H)的增大，轧件扣头改善，上下辊轧制力矩比增大， 同样，在较小区域内应有 1/p=K+K 式中，1/p-轧件出口弯曲曲率；K-在δ=△h/2时，轧件出口曲率，由其它轧制工艺条 件和轧机确定；当其它条件均处理想对称状态时，其为0；K一轧件出口曲率关于轧 制线高度的系数 3上下轧辊直径不相等时的变形 假定其它条件对称，仅上下轧辊直径不等，单纯的辊径对轧件弯曲的影响主要是通过 影响变形区的形状而产生，这种影响可以这样来考虑：在其它因素全相同时，轧件上下侧的 接触弧长度一样，但大辊会对应较大的水平投影长度，从而造成轧制力分布的不同，轧制力 作用点和方向的变化，最终使轧件受到一个向小辊弯曲力矩而产生弯曲.不过在一般板 带生产中这种差异是很小的，其影响较小， 4上下轧辊线速度不相等时的变形 假定轧件上下表层的温度相同，上下轧辊直径相等，轧制线高度δ=△2，仅上下轧辊 的线速度不相等. 由于辊面的速度差，变形区内的摩擦状况改变，使高速辊侧的中性面向出口方向移动， 前滑和前滑区减小，后滑和后滑区增大，如此使辊面上的两区上的摩擦力等形成的水平分 量不再平衡，即轧制力连线不再垂直，而是在高速侧向人口方向倾斜，使高速辊的轧制力 矩增大；低速辊侧则相反，轧件二侧表面速度上的差异会使轧件在出口处向低速侧偏转. 同样，这些影响是和各相对辊径差相关的，所以，速度差的影响和变形区形状的影响是一致的， 这些影响最终可用和温度差影响相似的公式来定量表示二个指标和辊径差的关系： 1/p =Kovo+KovV" 式中，1/P一轧件出口弯曲曲率；Ko一轧辊速度差为零时的轧件出口曲率，由其它轧制工 艺条件和轧机确定；当其它条件均处理想对称状态时，其为0：Kv一轧件出口曲率关于速 度差的系数；V'=2(Ψ，-V2)(V+V2)为相对辊径差，其它参数意义和温差影响相似 从理论上讲，上述影响是贯穿轧件全长的，但当轧件下弯时，头部接触出口辊道或溜板 部，表现为扣头，其长度为轧辊中心至溜板头接触点或稍长一些.这已被生产所证实

V bl . 19 杨竟等 : 轧件头部 下弯的成 因分 析 一万瓜而下面琢顽不丽不石而屯 仄轧件出 口 榷 , 从M/ 下 一 , ; “ ` L 从上 面分析可 以 看 出 , 影 响 占 ’ 的 因素有 轧制 线高度 占 和压下 量 △ h( 或相 对压 下量 。 和 来料 厚度 H ) ; 随轧制 线高 度的增 大 , 轧件扣 头 加剧 , 上 下 辊 轧 制 力 矩 比减 小 . 随 压 下 量 (△ h 或相 对压下量 。 和来 料厚 度 H ) 的增 大 , 轧件 扣头 改善 , 上 下辊 轧制力 矩 比增 大 . 同样 , 在较 小 区 域 内应有 1P/ = K , + K沪 ’ 式 中 , 1加一 轧件出 口 弯曲曲率 ; K 网 一 在 占= △ h/ 2 时 , 轧件 出口 曲率 , 由其 它轧 制 工 艺 条 件 和 轧 机 确 定 ; 当其 它 条件均 处理 想 对称 状态 时 , 其 为 O; 凡 一 轧 件 出 口 曲率 关 于轧 制 线高度 的系 数 . 3 上下 轧辊直径 不相等时 的变形 假定 其它条件 对称 , 仅 上下 轧辊直 径不 等 , 单纯 的辊 径对 轧件 弯曲的影响 主要是 通过 影 响变形 区 的形 状而 产生 . 这种 影 响可 以这 样来 考 虑: 在 其它 因素全 相 同 时 , 轧 件 上 下 侧 的 接触弧长度 一样 , 但大辊 会对应较大 的水 平投影 长 度 , 从 而造 成轧制 力 分 布 的 不 同 , 轧 制力 作 用点和方 向的变化 , 最 终使轧件受 到 一 个 向 小 辊 弯 曲力 矩 而 产 生 弯 曲 . 不 过 在 一 般 板 带生产中这种 差异是 很小 的 , 其影 响较小 . 4 上下轧辊线速度 不相等时 的变形 假定轧件 上下 表层 的温 度相 同 , 上 下轧 辊直 径相等 , 轧 制 线 高 度 占二 △ h 2/ , 仅 上 下 轧 辊 的线速 度不相 等 . 由于辊 面 的速度 差 , 变形 区 内的 摩擦状况改变 , 使高速辊侧 的 中性 面 向 出 口 方 向移 动 , 前滑 和前 滑区 减 小 , 后 滑 和后滑 区 增 大 , 如此 使辊 面上 的两 区 上 的摩擦 力等形 成 的水平 分 量 不再平 衡 , 即轧制 力连 线不 再垂直 , 而 是在 高速 侧向人 口 方 向倾斜 , 使高速 辊 的轧制力 矩 增大; 低速 辊侧 则相反 . 轧件二 侧表 面速度 上的差异 会使轧件在 出 口 处向低速 侧偏 转 . 同 样 , 这 些影 响是 和各相 对辊径差相关的 , 所 以 , 速度差 的影 响和变形 区形状的影 响是 一致 的 , 这些 影 响最终 可用 和温度 差影 响相 似 的公 式来定量 表示 二个 指标 和辊径 差 的关系 : l / p = 凡v0 + K , v ’V 式 中 , l/ p 一 轧件 出 口 弯曲 曲率; K veo 一 轧 辊速 度差 为零 时的轧 件出 口 曲率 , 由其 它 轧 制工 艺条件 和轧 机确定 ; 当其它 条件均 处理 想 对称 状 态 时 , 其 为 0 ; K vP 一 轧 件 出 口 曲 率 关 于 速 度差 的系 数; V ` 二 2( V , 一 矶 )(/ 叭 + 矶 ) 为相 对辊径差 , 其它参数意义 和温差影响相似 . 从理论上讲 , 上 述影 响是贯 穿轧 件全 长的 , 但 当轧件 下弯时 , 头部 接 触 出 口 辊 道 或 溜 板 部 , 表现 为扣 头 , 其 长度 为轧辊 中心 至溜板 头接 触 点或稍 长一 些 . 这 已 被 生产 所 证实

.100. 北京科技大学学报 1997年 5结论 轧后轧件的弯曲是多种因素共同影响的结果，其最终结果主要取决于哪个因素的作用 更大，在实际生产中可以通过调整上述各因素，使之合理搭配，以达到控制轧件扣头程度的 目的. 参考文献 1 HHkoaeB B A,BacwnteB A I.M3BECTMA Bbtcunx yue6bx 3aBenem.YEPHAS METAJUTYPIM.1994,(7) 2减勇等，R1轧机轧件扣头实验研究报告，1996.8 3邹家祥样，施东成.轧钢机械理论与结构设计.1994 Analysis for the Cause of Bending of the Slab Head Yang Jing Wu Diping Mechanical Engineering College,USTB,Beijing 100083.PRC ABSTRACT The cause of bending of slab head is analysed in rolling process and provides the basis for their control. KEY WORDS plate.strip roliing bending

· 1加 · 北 京 科 技 大 学 学 报 1卯 7年 5 结论 轧后轧 件 的弯曲是 多种 因素共 同影 响 的结果 . 其最终结 果 主要 取 决 于 哪个 因素的作 用 更 大 . 在 实际 生产 中可 以 通 过调 整上述 各 因素 , 使之合 理 搭配 , 以 达 到控 制轧 件 扣 头 程度 的 目的 . 参 考文献 I H 皿。 月 a e B B A , B a c 栩 I h e B A r . 用 B E ( T ll 只 B b lc 山M 沉 州e 压习 , ix 3 a B e 军1开成 . q E P H A只 M 田 T A lJ ’JI y P r 【4只 . 1望〕4 , (乃 2 减 勇等 . R l 轧机轧件扣头实验研究报告 . 1夕双i , 8 3 邹家祥 , 施东成 . 轧钢机械理论与 结构设 计 . 1少弄4 A n a l ys i s fo r t he C a us e o f B e nd ing o f the S l a b H e a d aY n g . il n 口 W u D I iP n g M 浅 1 1 a n l司 F n g n e ir n g 6 ll es , U S T B , eB ij i n g l (城贾踢3 , P R C AB S T R A C T hT e ca us e o f b e 们 d i n g o f s l a b h ea d 15 a n a l ys ed in ro l i n g P ro 馏5 a n d P ro vid es ht e b a s is fo r t h e i r o n tro l . K E Y W O R I万 P l a te , s t ir P or il n g , b e n d ing