彎輥力對帶材板凸度影響的實驗研究

張志強，蘇振軍，李宏杰，弓習峰，黃慶學，潘露

(1.邯鄲鋼鐵集團有限責任公司，河北 邯鄲 056015;2.太原科技大學山西省冶金設(shè)備設(shè)計理論及技術(shù)重點實驗室，太原 030024)

板形控制是一個非常復雜的問題，這是由于板形影響因素具有多元性、復雜性和非線性[1]。為了獲得良好的板形，必須綜合協(xié)調(diào)各影響因素，因此對于板形控制理論的研究不僅是近50年來軋鋼工藝理論的中心內(nèi)容，而且依然是當前軋鋼領(lǐng)域中最令人關(guān)注的課題[2]。在冷軋薄帶材領(lǐng)域，對板形控制的研究更為重要。彎輥技術(shù)的基本原理:通過裝在軋機機架兩側(cè)軸承座之間的液壓缸來向支承輥或工作輥輥頸施加彎輥力，來瞬時地改變軋輥的有效凸度，從而改變有載輥縫形狀以及板帶材沿板寬方向的伸長率分布。由于彎輥技術(shù)可以使軋輥瞬時凸度量在一定范圍內(nèi)得到迅速變化，且能連續(xù)進行調(diào)整，有利于實現(xiàn)自動調(diào)整板形的目的[3]，因此，在人工調(diào)節(jié)控制法、冷卻液控制法、壓下傾斜控制法、液壓彎輥法等眾多的板形控制方法中，彎輥技術(shù)應用最為廣泛，也最為成功[4]。文中采用實驗的方法研究了彎輥力對板凸度的影響。

1 實驗研究

1.1 實驗設(shè)備

300 mm四輥板帶冷軋機主要由三大部分組成，分別是機械設(shè)備、電氣傳動以及液壓系統(tǒng)。機械設(shè)備部分主要由機架、2個支承輥、2個工作輥、前后導向輥、前后卷取機、減速器、人字齒輪座、萬向接軸等組成。傳動部分主要由軋機電氣傳動和前后卷取機傳動系統(tǒng)構(gòu)成。液壓系統(tǒng)由安裝在機架兩側(cè)的2個壓下液壓缸、安裝在工作輥傳動側(cè)和操作側(cè)的正彎和負彎液壓缸以及液壓的動力來源液壓站等組成。同時，300 mm四輥板帶冷軋機還具有相對獨立的冷卻與潤滑系統(tǒng)，基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 300 mm四輥板帶冷軋機Fig.1 The 300 mm four-high plate and strip cold rolling mill

1.2 實驗材料

實驗所用材料為Q195鋼，其性能參數(shù)見表1，其應力應變曲線如圖2所示。

表1 Q195帶鋼性能參數(shù)Table1 The property parameters of the Q195 strip

1.3 實驗步驟

圖2 Q195應力應變曲線[5]Fig.2 Q195-stress-strain curve

在其他軋制工藝條件不變的情況下，通過改變彎輥力的大小來計算所對應的板凸度值。該實驗分為7 種工況，彎輥力分別為0，4，6，7，8.5，10，12 kN。

計算板凸度的方法是:在每一種軋制工況完成后，首先截取若干段帶鋼，測出每段帶鋼橫截面沿板寬方向上中心與距其邊部25 mm處的厚度，分別用hic與hie標記;然后使其兩者做差運算，得到的計算值用 Ci(i=1，2，3…n)表示，即 Ci=hic－ hie;最后把它們的差值相加，再對其求平均值，即C=(C1+C2+C3+…+Cn)/n，C就是在此工況下所要求解的板凸度值。

1.4 實驗目的

實驗所要達到的目的如下所述。

1)獲得實際生產(chǎn)中彎輥力對帶鋼出口厚度的影響規(guī)律;

2)改變彎輥力的大小，計算出不同工況下的板凸度值;

3)對每種工況的板凸度值進行分析，找出最佳彎輥力。

2 實驗結(jié)果分析

2.1 不同彎輥力對窄帶鋼出口厚度的影響

彎輥力對帶材的板凸度影響很大，因此主要實驗并測量了窄帶鋼在同一軋制工藝條件下，不同彎輥力對其出口厚度的影響。在帶鋼表面選取12個點，可得到彎輥力與帶鋼出口厚度的關(guān)系。由于實驗數(shù)據(jù)繁多，選取4種工況的實驗數(shù)據(jù)足以說明不同彎輥力對窄帶鋼出口厚度的影響關(guān)系，如圖3所示。

圖3 彎輥力與帶鋼出口半橫向厚度的關(guān)系Fig.3 The relationship between the bending force and semitransverse thickness of the strip in exit

由圖3得出，彎輥力對窄帶鋼橫斷面形狀的影響很明顯。在彎輥力為0時，帶鋼橫截面厚度變化為:從中部到邊部逐漸增大，在中部中心區(qū)厚度變化量很小，而在距離帶鋼邊部約48 mm處，開始出現(xiàn)邊部減薄現(xiàn)象，厚度變化明顯，此區(qū)稱為邊部減薄區(qū);在距離帶鋼邊部大約25 mm處，厚度減薄量迅速加大，厚度變化非常明顯。為了消除這種現(xiàn)象，應逐步加大彎輥力。與前者相比，在彎輥力增大到4 kN時，帶鋼橫截面中心厚度基本沒有變化，但是邊部減薄現(xiàn)象略有緩解;在施加的彎輥力為8.5 kN時，帶鋼橫截面厚度變化量很小，在板寬區(qū)域內(nèi)厚度變化較平緩，此時的形狀較好;當彎輥力施加到12 kN時，帶鋼橫截面中心厚度繼續(xù)減小，邊部減薄區(qū)厚度明顯增大。

2.2 不同彎輥力對窄帶鋼板凸度的影響

對每一種軋制工況進行測量，并計算出相應的板凸度值，計算結(jié)果見表2。

表2 不同彎輥力所對應的板凸度值Table2 The plate crown values corresponding the different bending forces

為了更為直觀地分析在同一軋制工藝條件下，彎輥力的變化對板凸度的影響關(guān)系，把不同彎輥力所對應的板凸度值放到一個坐標系中，如圖4所示。

圖4 不同彎輥力所對應的半板凸度值Fig.4 The semi-plate crown values corresponding the different bending forces

由圖4可知，隨著彎輥力的逐漸增大，板凸度逐漸減小，當板凸度為0時，此時的彎輥力應是最佳彎輥力。在生產(chǎn)實際中，隨著彎輥力的增加，板凸度會逐漸減小，且只能趨近于0，但在理論計算時，可以使板凸度值等于0，而在實驗中當板凸度變化速度隨著彎輥力的增大逐漸放緩時，最佳彎輥力應該出現(xiàn)在這個區(qū)域內(nèi)。從表2中的數(shù)據(jù)可知，在彎輥力為12 kN 時，帶鋼的板凸度最小，即2.7 μm，但是從圖3中可以看出帶鋼邊部厚度逐漸增大，而中心厚度有所減小，此消彼長，此時帶鋼中部最容易出現(xiàn)浪形，故不能由板凸度的大小來判斷最佳彎輥力。綜合分析圖3和圖4，在軋制板寬為220 mm的帶鋼時，最佳彎輥力約為8.5 kN。

3 結(jié)語

1)通過分析在同一軋制工藝條件下，不同彎輥力對軋件軋后板形的影響表明:為了改善板形，適當?shù)卦黾訌澼伭Γ瑫箮т撝行暮穸葴p薄，在一定程度上緩解了邊部減薄現(xiàn)象。

2)通過對不同工況下板凸度值的分析表明:隨著工作輥彎輥力的增大，板凸度值逐漸減小，最佳彎輥力出現(xiàn)在這個變化過程中的放緩區(qū)內(nèi)。

3)在軋制板寬為220 mm的帶鋼時，最佳彎輥力約為8.5 kN。

[1]闞志.四輥軋機冷軋板帶材板形問題的數(shù)值模擬[D].昆明:昆明理工大學，2007.

[2]王文明，鐘掘，譚建平.板形控制理論與技術(shù)進展[J].礦冶工程，2001，21(4):70 －72.

[3]王國棟.板形控制和板形理論[M].北京:冶金工業(yè)出版社，1986.

[4]連家創(chuàng)，劉宏民.板厚板形控制[M].北京:兵器工業(yè)出版社，1996.

[5]張志強，李宏杰，黃慶學，等.彎輥力對帶材板形影響的有限元分析[J].山西冶金，2012(2):8－10.