兩種目標(biāo)曲線對冷軋帶材實(shí)際板形的影響

郝成罡，馬英義，曹盛強(qiáng)，趙啟淞，黃善友，蘇麗萍

（廣西南南鋁加工有限公司，廣西 南寧 530031）

兩種目標(biāo)曲線對冷軋帶材實(shí)際板形的影響

郝成罡，馬英義，曹盛強(qiáng)，趙啟淞，黃善友，蘇麗萍

（廣西南南鋁加工有限公司，廣西 南寧 530031）

通過工程實(shí)踐及經(jīng)驗(yàn)，從鋁合金帶材軋制過程的實(shí)際板形演化過程、最終成品板形情況等方面比較了平衡與非平衡應(yīng)力分布方式的板形曲線對冷軋帶材實(shí)際板形的影響，為鋁加工行業(yè)的同行在帶材冷軋過程目標(biāo)曲線的設(shè)計(jì)與優(yōu)化方面提供一定的參考。

冷軋；帶材；板形；目標(biāo)曲線

0 前言

板形目標(biāo)曲線是鋁合金冷軋過程板形控制的核心部分，板形控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)鋁帶板形(由板形儀測得的帶材橫向張應(yīng)力分布)應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)，它在很大程度上決定著帶/板材的最終實(shí)物板形質(zhì)量。雖然目前國內(nèi)鋁加工薄帶生產(chǎn)企業(yè)較多采用進(jìn)口冷軋機(jī)生產(chǎn)，使用的板形檢測儀也較靈敏，但因?yàn)闆]有一套切合實(shí)際生產(chǎn)情況的板形目標(biāo)曲線，最終產(chǎn)品出現(xiàn)了各種板形缺陷的問題[1～2]。此外，不同的鋁加工企業(yè)的設(shè)備構(gòu)成、產(chǎn)品種類及工藝方法各不相同，也對板形目標(biāo)曲線的制定造成了一定的難度，必須在不斷試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，積累經(jīng)驗(yàn)，摸索出適合本廠的板形目標(biāo)曲線。

本文根據(jù)某廠內(nèi)部1850mm單機(jī)架四輥不可逆冷軋機(jī)與2800mm單機(jī)架六輥不可逆CVC冷軋機(jī)在平衡與非平衡應(yīng)力分布方式的板形目標(biāo)曲線作用下的軋制情況對比分析，探索了目標(biāo)板形曲線對鋁帶材實(shí)際板形的影響情況。

1 國內(nèi)外目標(biāo)曲線的研究情況

目前國內(nèi)外已有較多學(xué)者進(jìn)行了帶材冷軋目標(biāo)曲線的研究，如：Usamentiaga.R[3]等人認(rèn)為帶材橫向溫度的不均勻分布會(huì)造成帶材出現(xiàn)板形缺陷。他們將帶材的橫向溫度分布轉(zhuǎn)化為溫度補(bǔ)償曲線，然后將溫度補(bǔ)償曲線疊加到板形目標(biāo)曲線上，得到修正后的板形目標(biāo)曲線[3]。Neto等人根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，根據(jù)不同的帶卷寬度、層數(shù)，設(shè)定不同的卷形補(bǔ)償參數(shù)，并將其作用在目標(biāo)板形曲線上，使實(shí)際板形質(zhì)量得到了改善[4]。林振波[5]等通過理論分析說明了兩種板形目標(biāo)曲線的設(shè)定方法（分段設(shè)定法和參數(shù)設(shè)定法）的特定和差異性。劉宏民[6]等采用聯(lián)立帶材塑性變形模形和板形失穩(wěn)判別模形的方法，得出了一套板形目標(biāo)曲線的推導(dǎo)方法。另外，他們在考慮冷、熱連軋機(jī)的實(shí)際生產(chǎn)狀況下，將帶材的板形和橫斷面形狀最優(yōu)作為目標(biāo)，以帶鋼板形良好作為約束條件，得到了一種新的板形目標(biāo)曲線的計(jì)算方法[7]。此外，臺(tái)灣中鋼公司[8]的某五機(jī)架冷連軋機(jī)軋制帶鋼的后續(xù)工藝為罩式退火、連續(xù)退火和電解清洗，在軋機(jī)的控制系統(tǒng)中采用分類設(shè)定軋機(jī)的板形目標(biāo)曲線。

從以上各位學(xué)者的研究情況可知，雖然帶材軋制的目標(biāo)板形曲線的研究成果較多，對實(shí)際軋制具有一定的參考作用，但均是基于平衡應(yīng)力狀態(tài)下的板形曲線，還沒有人對平衡與非平衡應(yīng)力分布方式的板形目標(biāo)曲線作用下的軋制情況進(jìn)行過對比分析，作者認(rèn)為有必要研究它們的差異性，這同時(shí)也是本文研究的目的所在。

2 板形目標(biāo)曲線模型的建立

目前生產(chǎn)實(shí)踐中普遍采用參數(shù)設(shè)定法進(jìn)行板形曲線的設(shè)計(jì)，其標(biāo)準(zhǔn)曲線一般可表示為：

其中，B為帶材寬度；K為一次標(biāo)準(zhǔn)曲線在邊部的應(yīng)力值；R為二次標(biāo)準(zhǔn)曲線在帶材邊部應(yīng)力值；M為二次標(biāo)準(zhǔn)曲線在帶材中部應(yīng)力值；x為帶材寬度方向坐標(biāo)。

從公式（1）可以得出，當(dāng)K=0時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)板形目標(biāo)曲線呈標(biāo)準(zhǔn)拋物線形式，如圖1所示。

圖1 二次拋物線板形目標(biāo)曲線（K=0時(shí)）

從以上分析可以看出，只要確定了K、R、M這三個(gè)參數(shù)值，就能確定標(biāo)準(zhǔn)板形曲線。根據(jù)帶材內(nèi)應(yīng)力自相平衡原理，帶材橫向應(yīng)力應(yīng)滿足：

將公式（1）帶入公式（2），可得

某廠2800mm單機(jī)架六輥不可逆CVC冷軋機(jī)板形目標(biāo)曲線就是根據(jù)公式（1），在K=0的情況下進(jìn)行設(shè)計(jì)的，采用R=-2M的應(yīng)力平衡式目標(biāo)曲線，設(shè)計(jì)結(jié)果如圖2所示。

圖2 應(yīng)力平衡式板形目標(biāo)曲線

而某廠另一臺(tái)1850mm單機(jī)架四輥不可逆冷軋機(jī)采用原廠自帶板形曲線，在K=0的情況下進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用R=-M的非應(yīng)力平衡式目標(biāo)曲線，如圖3所示。

圖3 非應(yīng)力平衡式板形目標(biāo)曲線

3 板形目標(biāo)曲線對實(shí)際板形的影響

3.1 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)方法采用基本相同的坯料條件（3003合金熱軋卷、中凸度、寬度、厚度基本相等）、熱輥方式（采用非成品道次卷材軋制后生產(chǎn)）、相同的測試平臺(tái)、相同的軋制道次安排與循環(huán)軋制方式等，盡量避免干擾項(xiàng)對結(jié)果造成影響。

試驗(yàn)內(nèi)容包括軋制前后板截面形狀、凸度以及板形波浪情況對比，其中截面形狀與凸度采用精度為0.001mm的千分尺進(jìn)行測量，波浪情況采用切板后放置于專業(yè)平臺(tái)檢測的方式來判斷。

3.2 試驗(yàn)過程

板形標(biāo)準(zhǔn)曲線的設(shè)定方案如表1所示。

表1 兩種板形目標(biāo)曲線設(shè)定方案

3.3 試驗(yàn)結(jié)果

采用以上軋制方案和目標(biāo)曲線，軋制過程演化如表2所示。

從表2可以看出，非應(yīng)力平衡模式與應(yīng)力平衡模式板形曲線作用下的實(shí)際板形在第三道次之前基本均能保持坯料的原始板形，但都表現(xiàn)出了偏離目標(biāo)曲線的情況。其中帶材凸度的變化幅度較大，但其對最終成品道次的實(shí)際板形基本無明顯影響，說明前三個(gè)道次軋制過程，可進(jìn)行較大幅度的調(diào)整。

這可能是因?yàn)樵诎逍慰刂浦?，受控制手段能力的限制和工藝參?shù)波動(dòng)的影響，實(shí)測板形曲線難以與目標(biāo)曲線完全吻合，且在軋制過程中板形應(yīng)力分布也會(huì)在小范圍內(nèi)波動(dòng)。此外，附加因素對板形測量和控制也將產(chǎn)生不利影響。因此，當(dāng)板形標(biāo)準(zhǔn)曲線差別不大時(shí)，受上述因素的影響，就可能不會(huì)使帶材最終板形出現(xiàn)明顯的差別。

第三道次之后表現(xiàn)出來一定的板形差異，尤其是成品道次非平衡應(yīng)力模式曲線作用下的實(shí)際板形表現(xiàn)出了明顯的中松。說明最后兩個(gè)道次的軋制尤其關(guān)鍵，軋制過程目標(biāo)曲線應(yīng)力的分配是否平衡對帶材最終實(shí)際板形有著更直接的關(guān)系。

表2 兩種模式板形目標(biāo)曲線作用下實(shí)際板形演化過程

4 結(jié)論

結(jié)合上述兩種不同應(yīng)力分布模式的板形目標(biāo)曲線對冷軋帶材實(shí)際板形影響的分析情況，可總結(jié)如下：

（1）前面三個(gè)道次采用何種標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行軋制對成品板凸度有一定影響，且凸度可調(diào)節(jié)幅度較大，而對板形好壞影響不大。即開始道次主要是為了充分利用帶材較厚、金屬橫向流動(dòng)相對明顯及軋后不易產(chǎn)生波浪這一特性，盡快減少板凸度，使之盡快達(dá)到成品所要求的精度范圍。

（2）在第四道次以及成品道次，張應(yīng)力分布與帶材最終實(shí)際板形有著更直接的關(guān)系，采用應(yīng)力平衡式目標(biāo)曲線軋制的產(chǎn)品，明顯較非應(yīng)力平衡式目標(biāo)曲線軋制的產(chǎn)品要更加平整一些。

[1]白劍，張清東，常鐵柱，等.1420冷連軋機(jī)組第1機(jī)架板形控制目標(biāo)曲線研究[J].鋼鐵，2007，42(10):56-57

[2]板形目標(biāo)曲線設(shè)定模型的研究[D].山東：燕山大學(xué),2014：1-15

[3]Usamentiaga R,Garcia D F,González D,et al.Compensation for Uneven Temperature in Flatness Control Systems for Steel Strips[C].Industry Applications Conference， 2006，1:521-527

[4]Neto L S,Ayhan T.Coil Build Up Compensation During Cold Rolling to Improve Off-line Flatness[J].Light Metals，2011，621-624

[5]林振波，連家創(chuàng)，劉宏民.ABB板形測量和控制系統(tǒng)及板形標(biāo)準(zhǔn)曲線[J].軋鋼，1994，（4）：20-24

[6]劉宏民，丁開榮，李興東，等.板形標(biāo)準(zhǔn)曲線的理論計(jì)算方法[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2008，（8）：137-142

[7]劉宏民，王東城，彭艷，等.連軋機(jī)板形標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算方法[P].中國，CN101623707，2010-01-13

[8]佳貝.ABB板形儀在臺(tái)灣中鋼公司五機(jī)架冷連軋機(jī)上的應(yīng)用[J].鋼鐵，1996，（1）：85

[9]王敬奎.鋁板帶冷軋軋制曲線對板形影響的研究[J].鋁加工，2016（3）：40-43

[10]林振波，段振勇，等.冷軋機(jī)板形標(biāo)準(zhǔn)曲線的分析及選擇方法[J].鋼鐵研究學(xué)報(bào)，1997,（9）：3

Effects of Two Different Target Curves on True Flatness for Cold-rolled Strip

HAO Cheng－gang,MA Ying－yi,CAO Sheng－qiang,ZHAO Qi－song,HUANG Shan－you,SU Li－ping（Guangxi Alnan Aluminium Fabrication Co.,ltd,Guangxi Nanning 530031,China）

Based on the engineering practice,the influence of distribution way of equilibrium stress and non-equilibrium stress on ac?tual profile is compared by analyzing actual profile variation during rolling and final profile situation of the strip,this research can be the reference to design and optimize cold rolling flatness target curve.

cold rolling;strips;flatness;target curve

TG334.9+4

A

1005-4898(2017)05-0017-04

10.3969/j.issn.1005-4898.2017.05.03

郝成罡（1985-），男，陜西延安人，材料學(xué)碩士，研究方向是鋁合金板帶材冷軋技術(shù)。

2017-07-10