轧件头部下弯的成因分析.pdf_大学文库

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