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轧机工艺_图文_百度文库

  轧机工艺_冶金/矿山/地质_工程科技_专业资料。轧 制 工 艺 rolling process 主要内容 ? ? ? ? ? ? 轧制的基本概念(咬入,前后滑,板形) 轧机及轧制生产技术的发展 板带材高精度轧制和板形控制 板带材轧制制度的确定

  轧 制 工 艺 rolling process 主要内容 ? ? ? ? ? ? 轧制的基本概念(咬入,前后滑,板形) 轧机及轧制生产技术的发展 板带材高精度轧制和板形控制 板带材轧制制度的确定 首钢冷轧具体工艺流程及主要工艺参数 板形缺陷 轧制的基本概念 α A C B H B1 h A1 轧制的基本概念 概念 轧制 轧制变形区 咬入角 接触弧长度 绝对变形量 相对变形量 变形系数 定义 靠旋转的轧辊与轧件之间形成的摩擦力将轧件拖进辊缝之间 轧件承受轧辊作用发生变形的部分 ?h 轧件与轧辊相接触的圆弧所对应的圆心角= R 轧件与轧辊相接触圆弧的水平投影长度= ?h ? R 轧制前、后轧件绝对尺寸之差 :?h ? H ? h H ?h 轧制前、后轧件尺寸的相对变化 = H ? 100 % H 轧制前、后轧件尺寸的比值 : ?? h 咬入(nip)与稳定轧制 α Nx A Tx Ny Ty B T H N 咬入与稳定轧制 概念 咬入 定义 依靠旋转的轧辊与轧件之间的摩擦力,轧辊将轧件拖入轧辊之 间的现象称为咬入。为使轧件进入轧辊之间实现塑性变形,轧 辊对轧件必须有与轧制方向相同的水平作用力。 稳定轧制 当轧件被轧辊咬入后开始逐渐充填辊缝,在轧件充填辊缝的过 程中,轧件前端与上下轧辊轴心连线间的夹角α不断减小。当轧 件完全充填辊缝时,α=0,开始稳定轧制阶段。 实现咬入的条件 咬入力 Tx和阻力Nx 之间的关系有以下三种: Tx ? Nx Tx ? Nx Tx ? Nx 不能实现自然咬入 平衡状态 可以实现自然咬入 由于: Nx ? N sin? Tx ? Nf cos? f ? tan ? 其中: ? 咬入角;? 摩擦角 故咬入条件: ? ? ? ---极限咬入条件 稳定轧制条件 稳定轧制阶段咬入条件 ? y ? ?y Kx 其中: ? y- 稳定轧制阶段的咬入角 ? y - 稳定轧制阶段的摩擦角 K x - 合力作用点系数 又由于一般稳定轧制阶段, K x ? 2 故稳定轧制阶段的最大允许咬入角比开始咬入时的最大允许咬 入角大,同样稳定轧制阶段的最大允许压下量也比咬入时的最 大允许压下量大。 改善咬入条件的途径 凡是能够提高 ? 角或降低 ? 角的一切因素都有利于咬入: ?h ? ? ? 1. 降低 角 R 增加轧辊直径和减小压下量 实际生产中可以采用:小头轧制和强迫咬入 2. 提高 ? 角 改变轧辊或轧件的表面状态,提高摩擦角 合理调整轧制速度,低速咬入 轧制过程的纵变形 -前滑(forward slip)和后滑(backward slip) 由于压下的金属向轧辊入口和 出口两个方向流动,导致: vh ? v 1. 前滑: vh ? v S ? ? 100 % 前滑值: h v 2. 后滑: v H ? v ? cos? 后滑值: v ? cos? ? v H SH ? ? 100 % v ? cos? 中性面 ? ? v ? cos? vH v v cos? v? v vh 3. 中性面: vh ? v ? v? ? v ? cos? ? v ? cos? ? v H 后滑区 前滑区 影响前滑的一些因素 ? ? 压下率: 前滑随压下率的增加而增加 轧件厚度:轧辊直径和中性角保持不变,轧件出口厚度越 小,前滑越大 2 ? 德里斯顿公式: S ? R h 轧辊直径:前滑值随辊径的增加而增加 摩擦系数: 摩擦系数越大,前滑越大 张力: 前张力增加,前滑区增加,后张力增加,后滑 区增加 ? ? ? 连续轧制中的连轧常数 F1V1 F2V2 F3V3 F4V4 F1V1 ? F2V2 ? ...... ? FnVn ? C C :连轧常数 轧制成品 概念 板形(shape) 理想板形 潜在板形 表观板形 定义 板带材的平坦度(flatness)和横截面轮廓(profile)。 内应力沿带钢宽度方向上均匀分布。 如果残余内应力虽然存在,但不足以引起带钢翘曲,称 为“潜在的”板形不良. 如果残余内应力足够大,引起带钢的翘曲,称为“表观 的”板形不良 z y W(x,y) b) Rw o w Lw x B 横截面轮廓--凸度 横截面轮廓的主要指标有凸度(Crown)、边部减薄(Edge Drop)和楔 形(Wedge)。 凸度 凸度C h是反映带钢横截面外形最主要的指标,是指带钢中部标志点厚度 hc 与两侧标志点 he 0 和 hed 平均厚度之差: C h ? hc ? (he0 ? hed ) / 2 he 0 hed hc 标志点位置一般取为25mm或是40mm 横截面轮廓--凸度 ? 比例凸度 比例凸度 C P是指带钢凸度与厚度之比 C P ? C h / hc ? 100 % ? 获得良好板形的条件: H e0 he 0 比例凸度恒定(凸度成比例) --板凸度一定原则 hed hc H ed H c C P (轧前) ? CH HC ? C P (轧后) ? Ch hc 原因: ? ? 横截面轮廓--边部减薄 轧制压力引起轧辊压扁变形的分布 特征 边部金属和内部金属的流动规律显 著不同 影响轧制力的因素--压下量,轧 件材质等 辊径--工作辊辊径越小,边部减 薄越小 选用有锥度的工作辊 工作辊横移 影响因素: ? ? 解决方法: ? ? 横截面轮廓--楔形 楔形 Wh是指带钢操作侧与传动侧边部标志点厚度之 差: Wh ? he 0 ? hed he 0 hed hc 平坦度 ? 带钢平坦度是指带钢中部纤维长度与边部纤维长度的相对延 伸差。带钢产生平坦度缺陷的内在原因是带钢沿宽度方向各 纤维的延伸存在差异,导致这种纤维延伸差异产生的根本原 因,是由于轧制过程中带钢通过轧机辊缝时,沿宽度方向各 点的压下率不均所致。当这种纤维的不均匀延伸积累到一定 程度,超过了某一值,就会产生表观可见的浪形。 RV LV ?L L 平坦度的表示方法-相对长度差表示法 平坦度的表示方法有很多,如波形法、相对长度差法、 残余应力法、矢量法等。 RV LV ?L L 相对长度差表示法: I? ?L ?10 5 L 平坦度的表示方法-波形表示法 Lv Lv Rv Rv 带钢 RV 平台 LV ? ?LV LV 翘曲的带钢切取一块置于平台上,如将最短纵条视为一直线, 最长纵条视为一正弦波,以翘曲波形表示板形,称为翘曲度。 RV 翘曲度通常以百分比表示。 λ? LV ? 100% 两种表示法之间的关系 ? πRV ΔLV 5 I ? ? 10 ? ? ? 2L LV V ? ? 5π 2 2 5 ? ? ? 10 ? 2 λ ? 2 两种度量之间的关系 (πλ)2/4=ε (πλ)2/4=10-5 I 单位 例如,λ=1%,对应7.85 I 单位 影响平坦度和板凸度的因素 冷轧带钢的板形缺陷 板形缺陷类型 带钢的应力分布 承载辊缝 +? 轧件残力应力 理论分布 0 -? +? 板形仪显示 0 应力分布 -? 生成浪形 单侧边浪 双侧边浪 中浪 四分之一浪 边中复合浪 带钢的应力分布 带钢的张力分布可以回归为多项式形式: σ(x) = A0+A1x+A2x2+A4x4+… 式中σ(x)-带钢横向张力分布; A0 -带钢横向张力分布平均值; A1 -带钢横向张力分布的线 -带钢横向张力分布的二次对称分量; A4 -带钢横向张力分布的四次对称分量。 ? 有时用车比雪夫正交多项式表示: σ(x) = C0+C1x+C2(2x2-1)+C4(8x4-8 x2+1) 式中C0 -带钢横向张力分布平均值; C1 -带钢横向张力分布的线 -带钢横向张力分布的二次车比雪夫系数; C4 -带钢横向张力分布的四次车比雪夫系数。 ? 板形的自动控制系统 板形控制系统的执行机构 板形控制系统的执行机构 1 轧辊倾斜 2 弯辊 A 力作用在辊颈上 B力作用在辊身上 3 轧辊横移 A中间辊横移 B CVC辊横移 4 影响辊型 A通过冷却水 B 通过内压 机械性能和工艺性能 机械性能是指钢材受外力作用时反映出来的各种指标,包括抗拉强度、屈服 强度、延伸率、断面收缩率、和冲击韧性等。 名 称 极限强度 符号 _ 单 位 MPa N/㎜2 解 释 材料抵抗外力破坏作用的最大能力,及材料在断裂前 能承受的最大载荷除以横截面积得到的应力。 抗拉强度 σb σs MPa N /㎜2 MPa N /㎜2 MPa N /㎜2 外力为拉力时的极限强度 屈服强度 材料(试样)在受外力作用下,载荷增大到某一数值 时,试样发生连续伸长的现象,叫屈服现象。这时材 料抵抗外力的能力叫做屈服强度。 一般把引起试样标距部分发生一定残余伸长量的载荷 规定为试样的屈服载荷。若标距内的残余伸长量为拉 伸试样原标距长度的0.2%,此时的屈服强度常用σ0.2 表示 σ0.2 机械性能和工艺性能 名称 符号 单位 解 释 塑性 _ 塑性是金属材料受力后发生永久变形而不破坏的 能力。金属塑性变形能力的高低用两种指标来表 示,即延伸率和断面收缩率。 % 材料受拉力作用而断裂时,伸长的长度与原有长 度的百分比。 材料受拉力作用断裂时,断面缩小的面积与原来 断面积的百分比。 延伸率 δ 断面收缩 率 ψ % 机械性能和工艺性能 工艺性能试验的目的是检验板带钢具有的再加工性能,工艺性 能包括弯曲、冲压、焊接性能等。 名称 焊接性能 解 释 在给定的工艺条件和焊接结构方案下,用焊接方法可以获得 预期质量要求的、优良的焊接部分。 冷弯性能 材料承受弯曲变形能力的指标,它间接反映钢材的塑性,常 用于板带材试验。通常,试样宽度等于厚度的2倍,弯曲 直径为厚度的1~5倍,当弯到180°时,检查试样弯曲处 情况。如果没有裂纹或分层缺陷,即为冷弯性能合格。 在冲压变形的过程中金属材料不发生裂纹等缺陷的变形极限。 常用材料的宽厚塑性变形比R的大小来表示材料的冲击能 力。 冲击性能 冷轧产品的分类和技术要求 ? 板带材按规格一般可分为: 中厚板-- 4mm以上(4~20mm为中板,20~60mm为厚板,60mm以上者为 特厚板), 薄板 -- 4~0.2mm 箔材 -- 0.2mm以下 ? 冷轧产品通常分为: CQ(一般用)、DQ(冲压用)、DDQ(深冲用)、EDDQ(特深冲用)、 SEDDQ(超深冲用)等。 ? 冷轧产品的要求 (1)尺寸精度要求高。 (2)板形要好。 (3)表面质量要好。 (4)性能要好 冷轧机的简介 -HC (High Crown)轧机 ? HC轧机的基本原理 用可轴向移动的中间辊来适应轧件宽度变化,消除有害接触区, 实现横刚度无限大(板凸度不受轧制力影响) 冷轧机的简介-HC轧机 冷轧机的简介-HC轧机 冷轧机的简介-HC轧机 HC轧机与普通的四辊轧机相比: ? ? ? ? ? ? ? ? 采用六辊结构,工作辊径小--接触弧长度小,轧制力小,轧辊的弹性 压扁小 采用了工作辊、中间辊弯辊装置--更好的控制板形 采用了中间辊横向移动装置--消除轧制过程中,工作辊的有害挠度 HC轧机的优点: 板形控制能力强 控制带钢边部减薄的能力强 压下量大,节能效果明显 可以使用平辊轧制 消除了有害接触区 HC轧机的发展-UC (Universal Crown)轧机 冷轧机简介-CVC轧机(Continuously Variable Crown ) ? ? ? ? ? ? 1 工作辊弯辊 2 HS 3 中间辊弯辊 4 中间辊横移 5 液压压下 6 精细冷却 冷轧机简介--CVC轧机 冷轧机简介--CVC轧机 ? CVC轧机的主要优点: 凸度调节范围大。调整CVC辊型参数可直接改变调 节区域和调节幅度; ? 辊间接触压力变化不大,但压力分布有些变化。平 均接触压力与普通四辊相同; ? 可以动态调整。CVC辊的抽动可以在轧制过程中进 行,参与板形闭环控制; ? 板形控制能力较强,CVC辊的抽动与弯辊力的配合, 可以有效纠正板形缺陷。 ? 冷轧机简介 每台板带轧机的承载辊缝都具备“柔”、“刚”两 种特 性。“柔性”指的是承载辊缝的调节范围,对应于辊 缝 凸度调节域指标,它是轧机各板形控制手段共同作用 所能形成的辊缝二次凸度和四次凸度的最大调节范 围。而“刚性”指的是承载辊缝形状对应于轧制压力 变 化的稳定性,对应于辊缝横向刚度指标。因此板带轧 机的控制性能可以通过这两方面指标来评价。CVC轧 冷轧机简介-6H3C轧机、PC (Pair Crossed)轧机 6H-3C轧机:达涅利开发,中间辊交叉,工作辊横移 PC 轧机:三菱开发,对辊交叉 中间辊交叉 ? 轴向力大 ? 不均匀磨损 对辊交叉: ? 调解范围大 ? 有轴向力 ? 需在线磨辊 ? 机构复杂 PC轧机的工作原理 轧辊交叉移动改变带钢凸度 交叉角度 带钢凸度 正凸度 0度 中等 平坦 大角度 负凸度 冷轧生产技术的发展 -单一全连续轧机(无头轧制-endless rolling) 全连续轧制:将热轧带卷头尾焊接,从而实现不间断轧制。 全连续冷轧的优点: ? ? ? 轧机生产能力提高。 提高产品质量。 提高成材率。 关键设备--焊机 冷轧生产技术的发展 -联合式全联轧机 ? ? 单一全连轧机与前面的连续酸洗机组联合,称为酸洗冷轧联 合机组; 单一全连轧机与后面的连续退火机组联合,称为冷轧退火联 合机组。 冷轧生产技术的发展 -完全联合式全连轧机 完全联合式全连轧机 单一全连轧机与前面的连续酸洗机组,又与后面的连续退火机组 (包括清洗、退火、冷却、平整、检查工序)均联合起来。 冷轧板带材的轧制工艺特点 ? 加工温度低,在轧制中将产生不同程度的加工硬化 加工硬化:流变应力随着应变的增加而增加的现象 产生加工硬化的原因:冷加工过程中位错密度增加,弹性应力场不断增 大,位错运动越来越困难 ? 冷轧过程中要采用工艺冷却和润滑-乳化液 工艺冷却:降低变形区温度,带走摩擦热和变形热 工艺润滑:减小金属的变形抗力,降低轧制力 ? 冷轧过程中要采用张力轧制 作用:防止带钢跑偏;保持良好板形;降低变形抗力; 适当调整主电机负荷。 板带材高精度轧制和板形控制 -厚度控制 弹跳方程: B C A P h ? s0 ? K P ? P0 h ? s0 ? K P B A P0 s0 s0 h ? P ? P0 K ? h0 板带材高精度轧制和板形控制 -厚度控制 板带厚度变化的原因及特点: ? ? ? 调零辊缝 轧辊偏心运转,轧辊的磨损与热膨胀,轧辊轴承油膜的变化 轧机刚度 轧制力 轧件温度,成分和组织性能的不均 坯料原始厚度的不均 张力的变化 轧制速度的变化 板带材高精度轧制和板形控制 -厚度控制 板带厚度的控制方法--AGC (Auto gauge control) AGC的调整方式: 1. 调压下--改变原始辊缝 2. 调张力--改变曲线. 调速度--通过调速,改变张力和温度 等厚轧制线 A P ?h h0 ?h0 s 0 ?s0 ?h s0 h h0 ?h0 板带材高精度轧制和板形控制 -厚度控制 几种类型的AGC: A 厚度AGC(h-AGC)系统 ? S ? ?h(1 ? m C?m )? ?h C C B 压力AGC(P-AGC)系统 C 前馈AGC (H-AGC) 系统 D 连轧AGC ( -AGC) 系统 C?m ? S ?? 2 ?P C m ?S i ? ?hi ?1 C h1v1b1 f1 ? h1v1b2 f 2 C?m ?S 2 ? ?? 1 C v 2 ?1 ? f 2 ? f 2 b2 ?? 2 ? ? 1 ?? 板带材高精度轧制和板形控制 -横向厚差与板形控制技术 1) 弹性弯曲 工作辊(WR)的弹性弯曲 支撑辊(BUR)的弹性弯曲 2) 弹性压扁 (roll flatting) 轧制力引起的WR弹性压扁 WR和BUR之间的弹性压扁 板带材高精度轧制和板形控制 -横向厚差与板形控制技术 四辊轧机的液压弯辊 装置 (Bending) --最基本的调控手段 实时动态调整 板带材高精度轧制和板形控制 -横向厚差与板形控制技术 有无液压弯辊辊系受力情况的比较 板带材高精度轧制和板形控制 -横向厚差与板形控制技术 轧辊横移 (Shift) a) CVC b) HC c) WRS 板带材轧制制度的确定 ? ? ? ? ? 压下制度 速度制度 润滑制度 张力制度 辊型制度 在设备能力允许的条件下尽量提高产量 在保证操作稳定的条件下提高质量 确定轧制制度的原则和要求: ? ? 板带材轧制制度的确定 压下制度的中心内容是确定由一定的板坯轧成所要求的板带成 品的变形制度,亦即要确定所需采用的轧制方法、轧制道次及 每道压下量的大小。 ? 理论法 ? 经验法 张力制度,生产中张力的选择主要指平均单位张力 ,根据经 ? z ? (0.1 ~ 0.6)? s 。卷取张力,卷取单位张力与后续机组(连 验, ?z 退,镀锌等)的退火曲线及带钢的宽度和成品厚度有关。 速度制度--主令速度和相对速度。 板带材轧制制度的确定 轧辊制度: ? ? ? 热磨损 热膨胀 弹性变形 动态变规格(Flying Gauge Calculation) 动态变规格,就是在轧制过程中动态地进行产品规格的变 换,亦即在不停机的情况下,把一种产品规格(钢种、厚度、 宽度等)变换成另一种产品规格。 动态变规格的调节方式,按变规格点沿轧制线的推移顺序 可分为“顺流”方式和“逆流”方式两种。 前一钢卷 后一钢卷 首钢冷轧具体工艺流程及主要工艺参数 首钢冷轧具体工艺流程及主要工艺参数 主要工艺参数 轧制力 弯辊力 数值 最大33000KN 最大500KN 最大350KN 最大650KN 最大450KN 最大500KN ± 200 mm (可在线 mm (预设定) 工作辊 正弯 工作辊负弯 中间辊正弯 中间辊负弯 上支撑辊平衡力 中间辊串动量 CVC辊 ESS辊 冷轧表面缺陷