關(guān)于軋機(jī)平面圖/寬度設(shè)定模型(PVM)的研究

王永輝

(三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河南三門峽 472000)

關(guān)于軋機(jī)平面圖/寬度設(shè)定模型(PVM)的研究

王永輝

(三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河南三門峽 472000)

論文主要從自然寬展、狗骨形狀、狗骨展平造成的寬展以及寬度壓下量的分配等方面入手，對(duì)軋機(jī)平面圖/寬度設(shè)定模型進(jìn)行了探討和研究，該模型軋制靈活，能實(shí)現(xiàn)高精度軋制，對(duì)我國(guó)軋機(jī)實(shí)現(xiàn)全面自動(dòng)化控制具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

自然寬展;狗骨;寬度壓下量

0 引言

板材軋制成形階段有兩道工序，即粗軋和精軋，但二者之間并無(wú)明顯界限劃分。通常情況下若為單機(jī)架軋機(jī)則把前期道次稱為粗軋、后期道次稱為精軋;若為雙機(jī)架軋機(jī)則把第一架稱為粗軋機(jī)，第二架稱為精軋機(jī)。將單機(jī)架軋機(jī)前期道次稱為粗軋、后期道次稱為精軋。粗軋是將除鱗后的坯料展寬到所需要的寬度，同時(shí)進(jìn)行大壓縮延伸。粗軋有4種常用方法:全縱軋法、全橫軋法、橫軋—縱軋法和角軋—縱軋法。精軋除將粗軋后的軋件繼續(xù)延伸外，主要是控制質(zhì)量，包括厚度、板形、表面質(zhì)量、性能等控制。由于在傳統(tǒng)軋制時(shí)，軋件前后端產(chǎn)生寬展，軋制后鋼板不會(huì)成為矩形。為此，人們成功研制了許多精軋法:MAS軋制法、狗骨軋制法(DBR)、咬邊返回軋制法、差厚展寬軋制法和立輥法等，較有效地解決了這個(gè)問(wèn)題。這些方法的共同特征是采用橫軋縱軋法，橫軋前一道的縱軋使軋件縱向厚度不等，或縱軋前一道的橫軋使軋件橫向厚度不等。

平面圖/寬度模型(PVM)模型是過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)用于粗軋機(jī)與精軋機(jī)的工藝過(guò)程模型之一，該模型主要是計(jì)算水平軋制道次和立輥軋制道次中鋼板邊部及頭尾部形狀的進(jìn)程。平面圖模型也計(jì)算必要的立輥壓下率以達(dá)到某一寬度和目標(biāo)形狀。因此有必要描述整個(gè)鋼板長(zhǎng)度和寬度上的材料延展性。為了進(jìn)行這種計(jì)算，需考慮下面的主要因素:水平軋制道次中的寬展、鋼板頭部、尾部和邊部形狀的擴(kuò)張、立輥軋制造成的狗骨形狀和水平軋制中的立輥狗骨的延展等。

1 自然寬展

如果在厚度上壓縮材料就會(huì)由于自然延展而變寬。自然寬展由式1決定材料的自然寬展，也與到鋼板頭部和尾部的距離有關(guān)，其在寬度方向上是不均質(zhì)的(各向異性)［1］。不經(jīng)任何修正的結(jié)果是呈現(xiàn)過(guò)寬和圓頭圓尾形狀(圖1)。在定尺軋制、寬尺軋制和精軋階段，通過(guò)累積各軋制道次中的這種效果計(jì)算出鋼板的平面圖形狀。

圖1 水平道次軋制過(guò)程中材料的非同源寬展

圖2 取決于延長(zhǎng)率的邊部、頭尾部形狀

根據(jù)縱向軋制率(定尺軋制和/或精軋)和徑向軋制率(寬尺軋制)，鋼板可以延展形成凹邊(卷筒)或凸邊(圓筒)形狀(圖2)。邊部形狀的知識(shí)對(duì)于立輥軋機(jī)的正確操作至關(guān)重要。改善邊部、頭尾部形狀的措施是在鋼板旋轉(zhuǎn)之前進(jìn)行錐形軋制(ASC/MAS)及使用立輥軋機(jī)。

這兩種措施聯(lián)合使用能獲得最優(yōu)效果［2］。

式中:Δwnatural——水平軋制中的自然寬展;

Δh——厚度壓下量;

dWR——工作輥直徑;

w——鋼板寬度;

μ——摩擦系數(shù);

θ——溫度

2 狗骨形狀

立式軋制過(guò)程中矩形鋼板的外形逐漸變成狗骨形狀。材料邊部的厚度大于其中部的厚度。用來(lái)描述狗骨形狀的重要參數(shù)有:影響寬度wd、最大狗骨高度hdmax、最大狗骨高度的位置wdmax、平均狗骨高度hda、立輥接觸高度hdc和立輥軋制后的鋼板中部厚度h1等。

3 狗骨展平造成的寬展

在立輥軋制道次隨后的水平軋制道次中，狗骨又被展平。這會(huì)引起相比自然寬展更高的寬展。狗骨部分流入長(zhǎng)度方向，其余部分向后延展。這種延展主要決定于狗骨進(jìn)入鋼板的深度(見(jiàn)圖3)。這種效果可通過(guò)立輥軋制效率因數(shù)加以描述，其特性見(jiàn)圖4所示。材料越厚，在立輥軋制道次中的寬度壓下量越大，水平軋制后鋼板上存留的寬度壓下量也越大［3］。

使用與狗骨形狀計(jì)算公式中一樣的條件，狗骨展平引起的寬展計(jì)算公式為:

式中:l——為材料

圖3 狗骨形狀的描述

圖4 立輥軋制效率因數(shù)和寬度壓下量

4 寬度壓下量的分配

考慮到延展性，從初始鋼板寬度開(kāi)始就使用立輥軋機(jī)以生產(chǎn)達(dá)到要求的最終鋼板寬度。因此寬度壓下量必須選擇大于材料的目標(biāo)寬度。寬度變化分布于幾個(gè)立輥軋制道次上。確定每個(gè)軋制道次的寬度壓下量時(shí)必須考慮下面幾個(gè)因素即:整個(gè)鋼板長(zhǎng)度上的輸入寬度、鋼板的曲率特性、立輥軋制效率、鋼板頭部、尾部的彎曲、最小壓下量和最大/最小的立輥軋制力和力矩等［4］。

此外，使用最小寬度壓下量，以便在立輥軋制的兩個(gè)方向上的調(diào)整范圍內(nèi)進(jìn)行最后的立軋道次中精調(diào)，并用來(lái)改變鋼板邊部形狀。當(dāng)考慮了所有的限制條件時(shí)，一個(gè)容許的寬度壓下量的設(shè)置范圍可以計(jì)算出來(lái)，如圖5所示。

圖5 寬度壓下量與軋制道次數(shù)量的關(guān)系

最終的鋼板目標(biāo)寬度可以通過(guò)調(diào)節(jié)寬尺軋制階段的壓下量獲得。寬尺軋制和其間立輥軋制前采用ASC/MAS，作為精軋階段起始條件的寬度穩(wěn)定性可以得到改善。精軋前的ASC/MAS軋制和精軋過(guò)程中的立輥軋制可以減少頭尾部切損。

我國(guó)中部某鋼鐵公司將該控制模型成功應(yīng)用于4 200 mm大型軋機(jī)的二級(jí)控制系統(tǒng)中，該軋機(jī)運(yùn)行以來(lái)所生產(chǎn)的產(chǎn)品完全達(dá)到了加工要求，大大提高了該公司產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力，帶來(lái)了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)束語(yǔ)

平面圖/寬度設(shè)定模型有極大的軋制靈活性，甚至在尺寸與軋制條件變化大的情況下，也不會(huì)違反嚴(yán)格的性能要求，能實(shí)現(xiàn)高精度軋制，本文的研究對(duì)我國(guó)軋機(jī)實(shí)現(xiàn)全面自動(dòng)化控制具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

［1］馬正貴.中厚板軋機(jī)的板形控制［J］.安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，25(3):259-263.

［2］胡偉，彭燕.幾種典型板帶軋機(jī)板型控制技術(shù)簡(jiǎn)介［J］.機(jī)械研究與應(yīng)用，2008，21(3):127-130.

［3］孔冠宏.中厚板生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量控制［J］.山東冶金，2010，32(3):70-72.

［4］李偉.TMCP(熱機(jī)軋制)在中厚板工程中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代冶金，2010，38(3):50-53.

Research on the Rolling Mill Layout/Width Setting Model(PVM)

WANG Yong-hui
(Sanmenxia Polytechnic，Sanmenxia 472000，China)

The paper explores the rolling mill layout/width setting model mainly from the natural spread，dog bone shape，dog bone flattening caused the spread and width rolling reduction distribution and etc.The model rolling is flexible and can achieve high precision rolling，which is of great practical significances to achieve a comprehensive automation and control of the rolling mill in our country.

natural spread;dog bone;width rolling reduction

TH 16

A

1672-2434(2012)02-0022-03

2011-12-16

王永輝(1980-)，男，助教，碩士，從事研究方向:控制工程