淺談中厚板軋制過(guò)程中頭尾翹曲現(xiàn)象

譚澤卓

摘 要 對(duì)于中厚程度的板材，在軋制過(guò)程中總會(huì)出現(xiàn)頭尾翹曲的現(xiàn)象，這樣的情況直接影響了軋件的成型質(zhì)量，也影響著后期產(chǎn)品的正常使用。文中對(duì)軋制過(guò)程中容易出現(xiàn)的頭尾部分翹曲現(xiàn)象進(jìn)行了探討，對(duì)原理機(jī)制進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)影響板材翹曲現(xiàn)象的軋制壓下率、軋制導(dǎo)入角度、軋件外表面的不同溫度值、變形區(qū)呈現(xiàn)的幾何形狀等因素的研究，得出控制中厚板材在軋制過(guò)程不再出現(xiàn)翹曲現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞 中厚板軋制；頭尾翹曲；變形區(qū)域

中圖分類號(hào) TH16 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2016）163-0156-02

在工業(yè)生產(chǎn)中，中厚板材的熱軋成品的需求量一向較大，高效使用率使得中厚板材的軋制工作業(yè)較為緊張。在中厚板材熱軋成品中，存在很多的不合格板件，主要原因集中體現(xiàn)在頭尾翹曲現(xiàn)象嚴(yán)重。一般出現(xiàn)頭尾翹曲的情況都會(huì)歸結(jié)于在中厚板材的軋制過(guò)程中出現(xiàn)的任何輕微細(xì)小的軋制不對(duì)稱條件。但具體分析到其中引發(fā)軋件變形的不對(duì)稱因素卻又需要分別對(duì)待。通常情況下，由于軋件外表存在不同的溫度值、板坯在輸送過(guò)程中出現(xiàn)表層上下側(cè)散熱不均勻不穩(wěn)定、板坯的表層溫差較為明顯、不同位置的軋輥直徑不匹配或線性速度不一致、軋件的中心位置因軋制線高度、板件厚度等因素?zé)o法直接與輥縫對(duì)接完全、在軋輥的表面存在不統(tǒng)一的摩擦情況、軋制壓下率無(wú)法穩(wěn)定控制等原因，就會(huì)出現(xiàn)軋制不對(duì)稱的條件。頭尾翹曲的現(xiàn)象直接影響了軋件的成型質(zhì)量，也影響著后期產(chǎn)品的正常使用，軋制不穩(wěn)定將會(huì)造成軋件在輥筒上纏繞或墜輥道的事件。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，中厚板的生產(chǎn)軋制過(guò)程，會(huì)造成30%左右的板件因頭尾翹曲成為廢鋼。從這個(gè)方面來(lái)看，控制好中厚板的軋制過(guò)程，將首先解決設(shè)備完損安全性、其實(shí)能夠控制資源浪費(fèi)，提高板件成材率。

1 中厚板軋件的頭尾翹曲影響原因分析

1.1 軋輥各測(cè)量處的直徑

如果在中厚板見(jiàn)軋制中，把其他因素的影響排除，單獨(dú)去分析上下軋輥的直徑不一致對(duì)頭部翹曲的影響，能夠?qū)⒂绊懛殖?類：

第一類，工作中的軋輥上下兩部分均保持一樣的角速度，這樣較大直徑的軋輥產(chǎn)生的圓周速度就大，在大直徑的軋輥相接處的板件表面液態(tài)金屬在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)就會(huì)流動(dòng)更長(zhǎng)的距離，結(jié)果表現(xiàn)為軋件朝著較小直徑的軋輥彎曲；

第二類，如果兩個(gè)軋輥的軋制力相同的情況下，直徑較小的軋輥上必然會(huì)產(chǎn)生比較大直徑的軋輥更大的壓下量，結(jié)果表現(xiàn)為軋件朝著較大直徑的軋輥彎曲。

因此，軋件頭部可能出現(xiàn)的翹曲現(xiàn)象，其方向是由上述的2類情況所決定的。哪一種情況的作用效果占主動(dòng)，則軋件的頭部翹曲方向就會(huì)偏向分析的那一側(cè)。

1.2 軋輥的上下側(cè)線速度

我們同樣只假設(shè)運(yùn)行中的軋輥上下側(cè)具有不同的線速度。一旦在輥的表面形成有效的速度差，存在于變形區(qū)內(nèi)的摩擦效應(yīng)就會(huì)改變，促使具有較高線速度的軋輥策中性面快速移動(dòng)向出口位置，如此便導(dǎo)致前滑區(qū)變小，后滑區(qū)變大，軋輥的前滑區(qū)和后滑區(qū)中普遍存在的摩擦力也不再處于平衡狀態(tài)。軋制力的連線與軋制的方向平面之間不再是垂直關(guān)系，而是具有一定的傾斜角，使得高速運(yùn)動(dòng)的軋輥具有了更大的力矩，當(dāng)然相應(yīng)的在低速側(cè)的軋輥力矩變小，軋件的上下表面形成的速度差異之間影響軋件朝著出口的低速區(qū)域偏轉(zhuǎn)。

1.3 輥縫中心與軋件入口的中心高度匹配度

1.3.1 輥縫中心與軋件入口中心的高度同等

一般上，將軋輥的上輥面與輥道的上表面之間的高度標(biāo)記為δ，即輥縫的中心高度，單位取毫米。將軋件入口的中心高度標(biāo)記為Δh，同樣也代表是軋制的鋼板壓下量，單位取毫米。當(dāng)輥縫的中心高度為軋件入口高度的一半時(shí)，就能夠形成簡(jiǎn)單的軋制對(duì)稱性，確保軋件在出口的板材平直。

1.3.2 輥縫中心與軋件入口中心的高度不一致

一旦出現(xiàn)輥縫中心與軋件入口中心的高度不一致，就會(huì)發(fā)生軋件被傾斜卷入的事故，這時(shí)必然產(chǎn)生彎曲變形的軋件。如圖1所示。

圖1中，左側(cè)中的圖例表明當(dāng)輥縫的中心高度小于軋件入口的中心高度的一半時(shí)，鋼板被卷入情況下會(huì)較先接觸到上軋輥的表面，上軋輥的作用力能夠引導(dǎo)軋件的頭部出現(xiàn)傾斜向下的狀態(tài)，出現(xiàn)強(qiáng)制性傾斜卷入。軋件在這時(shí)會(huì)受到來(lái)自機(jī)架輥上的向上方向的托力。在托力的作用下，位于軋件上方表層的接觸區(qū)域所具有的壓力合力向著入口位置移動(dòng)，位于軋件下方表層的壓力合力會(huì)向著出口的位置移動(dòng)。所有的壓力等合力在變形區(qū)域內(nèi)聚集，對(duì)于軋件的作用表現(xiàn)在出現(xiàn)一次向上彎曲的力矩，從而使得軋件向上彎曲。在圖1的右側(cè)，則是輥縫的中心高度大于軋件入口的中心高度一半的情況，所有的作用力反應(yīng)情況是相反的。當(dāng)然，左側(cè)圖中機(jī)架輥對(duì)于軋件存在的向上的托力就成為了右側(cè)圖中的軋件自重力。在自重作用下，軋件將不會(huì)出現(xiàn)向左側(cè)的上彎那般明顯的彎曲。

1.4 上下工作輥摩擦系數(shù)

中厚板軋制過(guò)程中，因?yàn)槟Σ磷饔玫牟粚?duì)稱性也會(huì)引起翹曲現(xiàn)象。這里的摩擦不對(duì)稱主要是描述工作輥的上下兩個(gè)表面因顆粒粗糙程度不同，具有了不一樣的摩擦阻力。能夠讓工作輥的摩擦效應(yīng)不對(duì)稱的原因有很多，其中包括軋板的金屬材質(zhì)受到了空氣氧化進(jìn)而形成不同程度的氧化殘留物等。在中厚板的軋制現(xiàn)場(chǎng)，很難找到能夠真正確保2個(gè)輥面是一樣情況的板件，所有的軋輥必須要經(jīng)歷打磨才能變得上下面粗糙度相同。工作輥的上下兩面存在的軋制力大小不一、力矩大小不一、表面質(zhì)量不一、潤(rùn)滑程度不一等，都會(huì)改變軋輥的輥面質(zhì)量。

鋼板的氧化鐵物質(zhì)受到溫度的影響較為敏感，其在高溫下的摩擦具有較為復(fù)雜的影響。一方面，氧化物的出現(xiàn)直接增加了摩擦力，另一方面，氧化鐵也會(huì)在高溫條件下逐漸融化從而形成類似潤(rùn)滑的效果，因而也就減少了摩擦。所以，能夠看出在軋制過(guò)程中，摩擦因素的考慮往往是難于把握的，而事實(shí)上也確實(shí)沒(méi)有更加精準(zhǔn)的數(shù)學(xué)語(yǔ)言或者模型構(gòu)建能夠描述存在于實(shí)際生產(chǎn)中的摩擦效應(yīng)。摩擦狀態(tài)一發(fā)生改變，就可能讓軋件表面的所有應(yīng)力狀態(tài)改變，表面積存在的熱效應(yīng)也同時(shí)改變。

1.5 存在于軋件表面上下側(cè)的溫度變化

軋件表面上下側(cè)的溫度差異一直是考察軋件變形彎曲的重要因素之一，主要表現(xiàn)在軋件在加熱爐中受熱后散熱不均或者在高壓水除磷過(guò)程中的冷卻不利。通常，軋件上表面溫度要高于下表面溫度的，因此上表層的變形要易于下表層的變形。通過(guò)研究表明，軋件上下表層的溫度差越大，軋件的彎曲度就越大。

2 頭尾翹曲的主要控制策略

一般來(lái)講，解決頭尾翹曲變形的主要控制措施有：

1）提高加熱條件，穩(wěn)定板坯的溫差幅度不超過(guò)50℃。溫度過(guò)高必然使得滑道的產(chǎn)生過(guò)于明顯。

2）去除軋件的表面氧化層物質(zhì)，為確保除磷效果，應(yīng)該反復(fù)檢查位于高壓水除鱗噴嘴的通暢情況。

3）軋輥更換制度要合理科學(xué)。當(dāng)出現(xiàn)2根軋輥的表面粗糙度不同時(shí)，應(yīng)該及時(shí)使用物品擦拭表面油漬或其他污染物。

4）保證輥縫的中心能夠在合理的誤差范圍內(nèi)，當(dāng)打磨好工作輥面和支撐輥面后要重復(fù)使用。

5）確定軋輥的配置機(jī)制，能控制工作輥的直徑誤差在合理的區(qū)間內(nèi)。

3 結(jié)論

積極分析中厚板軋制過(guò)程中，軋件的頭部和尾部均容易出現(xiàn)翹曲變形現(xiàn)象的原因，不難發(fā)現(xiàn)很多都屬于溫度不均勻，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定、壓下量變化、輥縫高度變化等因素引起，因此要科學(xué)合理的判斷具體的導(dǎo)致原因，加強(qiáng)對(duì)各種設(shè)備和工作環(huán)節(jié)的綜合統(tǒng)籌，才能更好的解決頭尾翹曲問(wèn)題的出現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]龐玉華，劉長(zhǎng)瑞，趙永團(tuán).中厚板軋制頭部彎曲研究現(xiàn)狀淺析[J].上海金屬，2006，28（3）：48-52.

[2]王飛龍，劉勇，李衛(wèi)平，等.熱軋粗軋扣翹頭問(wèn)題的仿真析[J].鋼鐵研究學(xué)報(bào)，2010，45（4）：46-49.

[3]胡衍生，程曉茹，李虎興，等，輥速差對(duì)軋件頭部彎曲的影響[J].鋼鐵研究學(xué)報(bào)，2004，16（5）：37-41.