冷軋薄板離線板形測(cè)量誤差分析及其修正技術(shù)

張金臣，胡小明，徐傳國(guó)

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北 唐山 063200）

在當(dāng)前的環(huán)保要求下，面臨的新的市場(chǎng)形勢(shì)，為實(shí)現(xiàn)冷軋薄板制作成本的降低，必須要注重節(jié)能與減排。隨著冷軋薄板生產(chǎn)階段，帶鋼厚度的減少，在冷軋產(chǎn)品的生產(chǎn)中，在0.17mm的極薄帶鋼數(shù)量也不斷的增加。現(xiàn)場(chǎng)開展冷軋薄板測(cè)量，選擇的是傳統(tǒng)的測(cè)量方式，精度對(duì)比選擇的是傳統(tǒng)的計(jì)算方式。就薄帶產(chǎn)品，其測(cè)量誤差較大，會(huì)導(dǎo)致結(jié)果被顛覆。如何開展定量分析，修正薄板測(cè)量誤差，屬于現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)難點(diǎn)與技術(shù)焦點(diǎn)，本文主要圍繞此進(jìn)行研討分析[1]。

1 冷軋薄板離線板形測(cè)量的誤差分析

在冷軋工序內(nèi)，為實(shí)現(xiàn)帶鋼板形的評(píng)估，可選擇截取一定長(zhǎng)度的帶鋼，比如2.0m，將其放置在平臺(tái)上。開展相應(yīng)的監(jiān)測(cè)，板材浪形詳見下圖1。

圖1 板材狼形示意圖

將浪的個(gè)數(shù)數(shù)出來(lái)，測(cè)量出各個(gè)浪的高度、浪的距離，浪高為Rvi、浪距為L(zhǎng)vi，計(jì)算出各個(gè)浪的急駿度值λi，其公式為λi=Rvi/Lvi，浪高的最大值Rvavx，平均值Rvave，急駿度最大值為λmax，均值為λave，衡量樣本帶鋼板形情況。

實(shí)際上，圖1檢測(cè)結(jié)果，未能考慮帶鋼重力作用下的離線模型，上圖內(nèi)的第i個(gè)浪形，若是將有浪部分的帶鋼單獨(dú)的取出，且將重力作用因素考慮在內(nèi)，有浪部分的帶鋼受力狀態(tài)則見下圖2。若是帶材厚度較大，且剛度較大，起浪部分的帶材會(huì)保持圖1的狀態(tài)，若是帶材較薄，到一定的程度之后，條元的剛度則會(huì)隨之減少。此階段，單位長(zhǎng)度的帶鋼重力q作用之下，起浪部分的擾度較大。顯而易見，此時(shí)若測(cè)量離線板形，其結(jié)果并不精準(zhǔn)，測(cè)量出來(lái)的結(jié)果相比實(shí)際要消很多，主要是因?yàn)橹亓σl(fā)的測(cè)量誤差。

圖2 起浪部位帶鋼受力簡(jiǎn)圖

2 冷軋薄板離線板形測(cè)量誤差修正技術(shù)的開發(fā)

2.1 建立冷軋薄板離線板形測(cè)量時(shí)重力影響模型

下圖3屬于浪形條金屬約束模式下的簡(jiǎn)化圖，將其作為典型，將第i作為研究對(duì)象，會(huì)受到非起浪部位材料帶來(lái)的約束，使得圖2、圖3內(nèi)的A點(diǎn)、B點(diǎn)水平位移近似于零。針對(duì)浪形中點(diǎn)C的對(duì)稱性進(jìn)行綜合的考慮，且?guī)т撧D(zhuǎn)角A與B為零，在重力的作用下，受到平臺(tái)的相關(guān)約束，A點(diǎn)與B點(diǎn)的垂直位移為零[2]。

圖3 浪形條元近似約束模式簡(jiǎn)圖

基于此，將浪形部位帶材的變形模型兩端固定約束條件作為基礎(chǔ)，，見下圖4。將原本的A點(diǎn)作為坐標(biāo)點(diǎn)，第i個(gè)浪形忽略重力因素的浪形曲線，使用Hvi（x）代表，其被稱之為實(shí)際浪形曲線。擾度內(nèi)的分布曲線為Wi（x）。重力影響下的浪形分布曲線為Hvi’（x），屬于平臺(tái)上的浪形曲線展示。

圖4 考慮重力前后浪形曲線示意圖

結(jié)合材料學(xué)的相關(guān)知識(shí)，在圖3的約束條件之下，撓度分布曲線可使用計(jì)算式（1）進(jìn)行表示，見下。

上述式子（2）內(nèi)，E屬于仰視的模型量，I則是慣性距離，X則是朗端點(diǎn)到浪形的一點(diǎn)長(zhǎng)度，詳見上圖3。若是帶材屬于矩形的截面，則慣性距離、單位長(zhǎng)度帶鋼所承受的重力，可使用計(jì)算式（3）表示，如下：

式子（2）中，b為條元的寬度，g為重力加速度，p為帶材的密度，h為帶材的厚度。

將式子（2）帶入到式子（1）中，整理之后可得到計(jì)算式（3）,如下。

顯然擾度最大的為浪形重度，均為重力影響，其繞曲量可視作重力引發(fā)的浪高最小數(shù)值，可使用以下公式（4）表示。

2.2 重力因素對(duì)浪高影響的分析

不同厚度、不同浪距情況對(duì)浪高的影響，選擇重力定量分析，鋼帶的厚度為0.16mm，浪距為20mm。研究重力因素對(duì)浪高所產(chǎn)生的影響，為分析厚度與浪距因素，明確重力因素對(duì)浪高的影響。在開展數(shù)值計(jì)算期間，假設(shè)其他的因素固定，浪距為200mm時(shí)，在無(wú)重力因素下開展測(cè)量，不考慮浪高減少值對(duì)帶鋼厚度的影響。然后當(dāng)帶鋼的厚度為0.16mm時(shí)，測(cè)量是否重力因素下，不同浪距帶鋼浪高減小值。

通過(guò)測(cè)量對(duì)比得知，針對(duì)浪距為200mm的帶鋼，其厚度從0.3mm減小到0.1mm，相應(yīng)浪高的減小值，從原本的0.21mm開始朝著1.92mm增加。厚度為0.16mm的帶鋼，浪距從原本的100mm朝著300mm增加，相應(yīng)的浪高減小值此功能原本的0.05mm朝著4.3mm變化。就浪距較大的薄板，浪高的減小值與實(shí)際數(shù)量等級(jí)相同，不可忽略。

2.3 冷軋薄板離線板形測(cè)量誤差的修正

針對(duì)冷軋薄板，圖4已經(jīng)將重力前后浪形曲線示意圖的相關(guān)條件給出，在重力下，引發(fā)的浪高減小值使用表示，其小于浪高實(shí)際值。

在實(shí)際操作與生產(chǎn)階段，可見重力因素引發(fā)的浪高減小值，大于浪高的實(shí)際值。此時(shí)，浪中部將與測(cè)量臺(tái)直接接觸，其浪形從1個(gè)變?yōu)?個(gè)，見下圖5。

圖5 大浪局薄板平臺(tái)板形演變示意圖

考慮重力產(chǎn)生的影響，針對(duì)每個(gè)小浪的實(shí)際浪高，選擇公式（4）訴說(shuō)的相關(guān)模型開展計(jì)算，結(jié)果詳見公式（5）。

假設(shè)浪形曲線屬于正弦曲線，大浪演化出來(lái)的2個(gè)小浪浪形曲線方程與可使用公式（6）開展計(jì)算。

2.4 大小浪形的判斷

研究冷軋薄板離線版測(cè)量誤差修正的方式，實(shí)際測(cè)量階段，判斷一個(gè)浪形是否由2個(gè)浪組成，或者是原本就是一個(gè)浪形，可選擇懸掛法進(jìn)行分析。

通過(guò)將等待測(cè)量的帶材進(jìn)行90°的旋轉(zhuǎn)，并懸掛平臺(tái)上，選擇垂直放置，明確觀察是否存在重力影響。使用記號(hào)筆，在帶材的表面做好相應(yīng)的記錄，并放置在檢測(cè)臺(tái)上進(jìn)行測(cè)量。

值得說(shuō)的是，懸掛法測(cè)量帶材，無(wú)法確保帶材處于穩(wěn)定的狀態(tài)，版面的方向也很難被約束。現(xiàn)場(chǎng)一般不建議使用懸掛法進(jìn)行板材測(cè)量，但是，不可否認(rèn)的是該方案的應(yīng)用，可確保測(cè)量精準(zhǔn)，更好的修正誤差[3-5]。

3 結(jié)論

總而言之，帶鋼的厚度越小，重力引發(fā)的浪高減小值就就越大，兩者成反比。重力影響下，浪高的減小值逐步增加。針對(duì)薄帶，浪高點(diǎn)實(shí)際數(shù)值與減小值的等級(jí)相同，不可忽略。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)充分考慮重力影響，提出針對(duì)性的冷軋薄板離線板形測(cè)量誤差修正技術(shù)，將其投入生產(chǎn)應(yīng)用，適當(dāng)?shù)男拚龑?shí)踐，其誤差可控制在12.3%以內(nèi)，相對(duì)誤差可控制在15.0%以內(nèi)，可切實(shí)滿足工程所需，值得推廣。