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備設計理論及技術重點實驗室，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容，而且依然是當前軋鋼領域中最令人關注的課題[2]。在冷軋薄帶材領域，對板形控制的研究更為重要。彎輥技術的基本原理:通過裝在軋機機架兩側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。由于彎輥技術可以使軋輥瞬時凸度量在一定范圍內得到迅速變化，且能連續(xù)進行調整，有利于實現(xiàn)自動調整板形的目的[3]，因此，在人工調節(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，分別是機械設備、電氣傳動以及液壓系統(tǒng)。機械設備部分主要由機架、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)構成。液壓系統(tǒng)由安裝在機架兩側的2個壓下液壓缸、安裝在工作輥傳動側和操作側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)，基本結構如圖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系，如圖3所示。

圖3 彎輥力與帶鋼出口半橫向厚度的關系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。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。

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.