1、板带轧制理论与工艺板带轧制理论与工艺主讲人主讲人: : 邸洪双邸洪双材料加工工程硕士研究生选修课材料加工工程硕士研究生选修课4 板凸度和板平直度理论板凸度和板平直度理论性能：强度，塑性，冲击韧性性能：强度，塑性，冲击韧性表面：氧化铁皮，麻点，划伤，挂腊表面：氧化铁皮，麻点，划伤，挂腊,夹杂夹杂,边裂边裂,翘皮翘皮尺寸精度：厚度，宽度尺寸精度：厚度，宽度热轧卷板的主要质量问题热轧卷板的主要质量问题 板形板形 (平直度平直度,凸度凸度,边部减薄边部减薄,局部高点局部高点)板形对用户产品质量的影响板形对用户产品质量的影响 由于带钢板形质量问题对用户使用及最终产品质量带来不利影响。如汽车制造、工由于带
2、钢板形质量问题对用户使用及最终产品质量带来不利影响。如汽车制造、工程机械设备、集装箱和冷轧生产等程机械设备、集装箱和冷轧生产等汽车梁成型后腿部距离回弹不一致，汽车梁成型后腿部距离回弹不一致，导致下工序衬板、加强板组装困难导致下工序衬板、加强板组装困难 热轧卷板表面局部高点造成冷轧卷板成品表面产生粘结浪形热轧卷板表面局部高点造成冷轧卷板成品表面产生粘结浪形工程机械钢卷板瓢曲造成吊车吊臂无法焊接工程机械钢卷板瓢曲造成吊车吊臂无法焊接集装箱板浪形影响集装箱整体焊接质量和外观集装箱板浪形影响集装箱整体焊接质量和外观4.1 板形和板凸度的概念板形和板凸度的概念板形板形(shape) （平直度）（平直度）
3、 直观来说：指板材的翘曲程度直观来说：指板材的翘曲程度Flatness, Buckle, Cambershape 实实 质：板带材内部残余应力的分布质：板带材内部残余应力的分布 只要板带内部存在有残余的内应力，就称为板形不良。只要板带内部存在有残余的内应力，就称为板形不良。如果这个应如果这个应力虽然存在，但不足以引起板带翘曲，则称为力虽然存在，但不足以引起板带翘曲，则称为“潜在潜在”的板形不良；的板形不良；如如果这个应力足够大，以致于引起板带翘曲，则称为果这个应力足够大，以致于引起板带翘曲，则称为“表观表观”的板形不良。的板形不良。板形缺陷板形缺陷的产生的产生残余应力板形不良“潜在”的板形不良
4、“表观”的板形不良平直平直中浪中浪边浪边浪带钢实际平直度照片带钢实际平直度照片板形缺陷的分类板形缺陷的分类 板带中残余应力分布的规律不同，其所引起的板带翘曲形式也不同。板带中残余应力分布的规律不同，其所引起的板带翘曲形式也不同。所以，可以根据内应力的分布规律和板带的翘曲情况，将板形缺陷分成所以，可以根据内应力的分布规律和板带的翘曲情况，将板形缺陷分成不同的类型不同的类型。2212 1pcrcrpEhkBcr板带产生翘曲的临界应力板带产生翘曲的临界应力crk临界应力系数临界应力系数pE板带的弹性模量板带的弹性模量p板带的泊松比板带的泊松比h板带的厚度板带的厚度B板带的宽度板带的宽度（4-1）式中
5、：式中：板带翘曲的力学条件板带翘曲的力学条件根据弹性力学的研究结果，板带发生翘曲的力学条件可表达为：根据弹性力学的研究结果，板带发生翘曲的力学条件可表达为：研究结果表明，对于冷轧宽带研究结果表明，对于冷轧宽带钢，产生边浪时，钢，产生边浪时，kcr12.6,产产生中浪时，生中浪时，kcr17.0。对于热。对于热轧宽带钢，边浪时轧宽带钢，边浪时kcr14，中，中浪时浪时kcr20良好板形的几何条件良好板形的几何条件 如右图所示，横坐标表示各点的横如右图所示，横坐标表示各点的横向位置，即横向各点距板带中心的距离，向位置，即横向各点距板带中心的距离，纵坐标分别为入口和出口轧件半厚，入纵坐标分别为入口和
6、出口轧件半厚，入口断面形状函数为口断面形状函数为H(x)，出口断面形状出口断面形状函数为函数为h(x)。设各点对应的轧前长度为设各点对应的轧前长度为L(x)，轧后长度为轧后长度为l(x)。 根据体积不变定律并考虑到保证良好板形时，板带轧制接近平面变形，根据体积不变定律并考虑到保证良好板形时，板带轧制接近平面变形，则纵向延伸和高向压下之间应有如下关系则纵向延伸和高向压下之间应有如下关系 L x H xl x h x l xH xL xh x（4-2）H/2 (h/2)xH(x)/2h (x)/222iBBxceceHHhh co.ix xH xnsth x式中式中B 是轧件宽度是轧件宽度 随板形
7、表示方式的不同，这个几何条件的形式也不同。一般为了使随板形表示方式的不同，这个几何条件的形式也不同。一般为了使问题简化，以板带中心和接近边部的某个厚度差表示断面形状。问题简化，以板带中心和接近边部的某个厚度差表示断面形状。（4-3） 设轧前板带中心和边部的厚度分别为设轧前板带中心和边部的厚度分别为Hc和和He，轧后相应的厚度为，轧后相应的厚度为hc和和he，则根据式，则根据式(3-3)，应该有，应该有cceeHhHh利用分比定理，可得利用分比定理，可得ceceeeHHhhHheceecehhhHHHHceCHHhHCChH考虑到考虑到 式式3-5是常用的良好板形几何关系的表达式。虽然这种方法仅
8、考虑是常用的良好板形几何关系的表达式。虽然这种方法仅考虑板带中心和边部两点，对于复合浪形等较为复杂的板形缺陷不能确切地板带中心和边部两点，对于复合浪形等较为复杂的板形缺陷不能确切地表述，但由于这种方法简便，所以仍广泛地应用于板形问题研究。表述，但由于这种方法简便，所以仍广泛地应用于板形问题研究。（4-4）应有应有hceChheehhHH式中式中Hh、分别为轧后和轧前轧件的平均厚度；分别为轧后和轧前轧件的平均厚度；hHCC、分别为轧后和轧前轧件的凸度。分别为轧后和轧前轧件的凸度。（4-5） 定量地表示板形，既是生产中衡量板形质量的需要，也是研究板形问定量地表示板形，既是生产中衡量板形质量的需要，
9、也是研究板形问题和实现板形自动控制的前提条件。因此，人们依据各自不同的研究角度题和实现板形自动控制的前提条件。因此，人们依据各自不同的研究角度及不同的板形控制思想，采取不同的方式定量地描述板形。及不同的板形控制思想，采取不同的方式定量地描述板形。板形的定量表示法板形的定量表示法相对长度差表示法相对长度差表示法 这是一种比较简单的表示板形的这是一种比较简单的表示板形的方法，就是取横向上不同点的相对延方法，就是取横向上不同点的相对延伸差伸差D DL/L来表示板形，其中来表示板形，其中 L是所取是所取基准点的轧后长度，基准点的轧后长度，D DL是其它点相是其它点相对基准点的轧后长度差。相对长度差对基
10、准点的轧后长度差。相对长度差也称为板形指数也称为板形指数 r r ，r r = D DL/L。LvRvA）英国的相对长度差的单位是蒙）英国的相对长度差的单位是蒙(mon)，该术语是由，该术语是由W.K.泼森泼森（Person）建议的，）建议的，1蒙相当于相对长度差为蒙相当于相对长度差为104。泼森定义板。泼森定义板形为横向上单位距离上的相对长度差，以形为横向上单位距离上的相对长度差，以mon/cm表示，即：表示，即： 510stLLD（4-6）相对长度差的单位相对长度差的单位B）加拿大铝公司是取横向上最长和最短纵条之间的相对长度差作为）加拿大铝公司是取横向上最长和最短纵条之间的相对长度差作为板
11、形单位，称为板形单位，称为 I 单位，单位，1个个I单位相当于相对长度差为单位相当于相对长度差为105。所。所以板形表示为：以板形表示为： 410sLLD （4-7）LvRv 在翘曲的板带上测量相对长度来求出相对长度差很不方便，在翘曲的板带上测量相对长度来求出相对长度差很不方便，所以人们采用了更为直观的方法，即以翘曲波形来表示板形，称所以人们采用了更为直观的方法，即以翘曲波形来表示板形，称之为翘曲度。下图所示为板带翘曲的两种典型情况。之为翘曲度。下图所示为板带翘曲的两种典型情况。LvRv波形表示法波形表示法板带翘曲的两种情况板带翘曲的两种情况LvLv+LvRv平台式中：式中：正弦波的波形曲线正
12、弦波的波形曲线 100%vvRL这种方法直观、易于测量，所以许多工作者都采用这种这种方法直观、易于测量，所以许多工作者都采用这种方法表示板形。方法表示板形。波幅波幅vR波长波长vL（4-8） 设与设与 Lv 的直线部分相对应的的直线部分相对应的曲线部分长为曲线部分长为LvD DLvLvLv+LvRv 并认为曲线按正弦规律变化，则并认为曲线按正弦规律变化，则可利用线积分求出曲线部分与直线部可利用线积分求出曲线部分与直线部分的相对长度差。分的相对长度差。 22012vvvLRcondL 201vLvvdyLLdxdxD212vvvRLL2sin2vvRxyL22224vvvvLRLLD因此，曲线部
13、分和直线因此，曲线部分和直线部分的相对长度差为：部分的相对长度差为： （4-9）（4-10）（4-11） 和和 I 单位的换算关系：单位的换算关系： 252104LILD单位52410I单位I 单位单位 (%)0.64 0.9 1.1 1.27 1.42 1.5610 20 30 40 50 60冷轧冷轧： 应小于应小于1520个个 I 单位单位， （0.9）热轧热轧： 应小于应小于30个个 I 单位单位， （1.1）（4-12） 带材在张力作用下，表观板形消失，而变为潜在板形。此时在板宽带材在张力作用下，表观板形消失，而变为潜在板形。此时在板宽方向上出现张力不均匀分布。原来平直部分受张力大，
14、方向上出现张力不均匀分布。原来平直部分受张力大， 而原来有浪形部而原来有浪形部分受张力小。换句话说，带材上张力分布与平直度成比例。如果施加到分受张力小。换句话说，带材上张力分布与平直度成比例。如果施加到标准长度部分上的单位张力为标准长度部分上的单位张力为 0，则板宽上某一点的单位张力，则板宽上某一点的单位张力 (x)可用下可用下式表示式表示 0 xxD式（式（4-13）说明，在张力作用下板宽方向出现张力偏差）说明，在张力作用下板宽方向出现张力偏差DD(x)，它与相对它与相对长度差成比例，即长度差成比例，即 xExD张力差表示法张力差表示法式中：式中： E 带材的弹性模量，带材的弹性模量，MPa
15、。如果将上式改写成如果将上式改写成说明相对长度差的分布以及由它引起的形状凸凹不平可以由来估量。说明相对长度差的分布以及由它引起的形状凸凹不平可以由来估量。 1xxE D（4-13）（4-14）（4-15）带材断面形状的多项式表示法带材断面形状的多项式表示法 xhhch(x)xx1x2b板带断面形状板带断面形状若如图所示的带材断面是对称的，根据对断面的测若如图所示的带材断面是对称的，根据对断面的测量和计算，可以认为下式是逼近带材断面形状的。量和计算，可以认为下式是逼近带材断面形状的。 24ciih xha xb x（4-16）式中：式中：ai、bi是表示断面特征的系数是表示断面特征的系数 任何一
16、个给定的断面形状，都可以用式任何一个给定的断面形状，都可以用式 4-16 表达，该式对宽度上表达，该式对宽度上任何两点任何两点x1、x2都是成立的。所以，对都是成立的。所以，对x1、x2 两点可以建立下述两个关两点可以建立下述两个关于于ai、bi 的线性方程：的线性方程： 24111ciih xha xbx24222ciih xha xbx 如果如果hc 给定，解上述联立方程，可以求出给定，解上述联立方程，可以求出ai 、bi 。因此，只要知道了三。因此，只要知道了三个参量个参量hc 、 ai和和bi ，则断面形状就完全确定了。，则断面形状就完全确定了。 （4-17）厚度相对变化量差表示法厚度
17、相对变化量差表示法 这是一种比较简单的方法，它以边部和中心两点厚度相对变化量这是一种比较简单的方法，它以边部和中心两点厚度相对变化量差来表示板形的变化，它主要在模拟计算中用来描述某些外扰对板形差来表示板形的变化，它主要在模拟计算中用来描述某些外扰对板形的影响的影响 ，板形参，板形参数数 Sh 表示为表示为cehceShh（4-18）式中：式中：c、e某外扰引起的带钢中心和边部厚度的绝对变化量；某外扰引起的带钢中心和边部厚度的绝对变化量；带钢中心和边部的厚度。带钢中心和边部的厚度。hc、he当当Sh=0 时，说明带钢板形没有变化；当时，说明带钢板形没有变化；当Sh0时，说明带钢板形向边波方时，说
18、明带钢板形向边波方向变化；当向变化；当Sh a，则实际的热凸度，则实际的热凸度轧制轧制力关系曲线上升为力关系曲线上升为T1，实际凸度，实际凸度K1在良好在良好板形线之上，会造成中浪。板形线之上，会造成中浪。板宽对板形的影响板宽对板形的影响 通常所说的轧机刚度是指轧机的纵刚度，但在研究板形问题时，更通常所说的轧机刚度是指轧机的纵刚度，但在研究板形问题时，更关心的是轧机的横刚度。关心的是轧机的横刚度。所谓横刚度是指造成板中心和板边部单位厚度所谓横刚度是指造成板中心和板边部单位厚度差所需要的轧制力，单位是差所需要的轧制力，单位是kN/mm。板宽变化对板形的影响板宽变化对板形的影响轧制力轧制力轧轧辊辊
19、凸凸度度OF2PAF1宽度减小宽度减小 轧机的横刚度是相对一定板宽而言的，轧机的横刚度是相对一定板宽而言的，当板宽变化时，轧机的横刚度发生变化，当板宽变化时，轧机的横刚度发生变化，因而在承受同样轧制力的情况下，轧辊的因而在承受同样轧制力的情况下，轧辊的变形以及为弥补轧辊变形所必需的轧辊凸变形以及为弥补轧辊变形所必需的轧辊凸度均发生变化，当然良好板形线也发生变度均发生变化，当然良好板形线也发生变化。如右图所示，对应某板宽的完好板形化。如右图所示，对应某板宽的完好板形线为线为F1，当板宽变窄时，轧制力仍保持原，当板宽变窄时，轧制力仍保持原来的来的PA，当它们集中作用到较窄的辊身中，当它们集中作用到
20、较窄的辊身中间的区域，所以必然增大了轧辊的弹性变间的区域，所以必然增大了轧辊的弹性变形。为抵消这种变形以获得良好板形，当形。为抵消这种变形以获得良好板形，当然需要更大的轧辊工作凸度。这样一来，然需要更大的轧辊工作凸度。这样一来，良好板形线变化到良好板形线变化到F2。当板宽增大时，变。当板宽增大时，变化的趋势相反。化的趋势相反。 张力对板形的影响张力对板形的影响 其一是张力改变对轧辊热凸度发生影响，特别是后张力影响更其一是张力改变对轧辊热凸度发生影响，特别是后张力影响更大，因而调整张力是控制板形的手段之一。大，因而调整张力是控制板形的手段之一。其二是张力对轧制压力发生影响，根据轧制理论，由于张力
21、变其二是张力对轧制压力发生影响，根据轧制理论，由于张力变化，特别是后张力变化，对轧制压力有很大影响，而轧制压力变化化，特别是后张力变化，对轧制压力有很大影响，而轧制压力变化必然导致轧辊弹性变形发生变化，所以必然对板形产生影响。必然导致轧辊弹性变形发生变化，所以必然对板形产生影响。其三是张力分布对金属横向流动发生影响。这个问题今年来已其三是张力分布对金属横向流动发生影响。这个问题今年来已引起人们的广泛注意。研究表明，当张力沿横向分布不均时，会使引起人们的广泛注意。研究表明，当张力沿横向分布不均时，会使金属发生明显的横向流动，即使对于板材轧制这种宏观看来近于平金属发生明显的横向流动，即使对于板材轧
22、制这种宏观看来近于平面变形的情况也是如此。在一定的高向板形下，横向流动的结果必面变形的情况也是如此。在一定的高向板形下，横向流动的结果必然改变横向的延伸分布，因而必然改变板带的板形。然改变横向的延伸分布，因而必然改变板带的板形。轧辊接触状态对板形的影响轧辊接触状态对板形的影响 工作辊和支撑辊的接触状态对板形的影响是近年来人们注意探索的工作辊和支撑辊的接触状态对板形的影响是近年来人们注意探索的一个问题。通过对这个问题的研究，人们找到了一些新的改善板形的方一个问题。通过对这个问题的研究，人们找到了一些新的改善板形的方法，例如采用双锥度支撑辊、双阶梯支撑辊、法，例如采用双锥度支撑辊、双阶梯支撑辊、H
23、C轧机、轧机、UC轧机、轧机、CVC轧机、轧机、PC轧机、大凸度支撑辊等。轧机、大凸度支撑辊等。如右图所示，普通四辊轧机工作如右图所示，普通四辊轧机工作辊和支撑辊是沿整个辊身接触的，在辊和支撑辊是沿整个辊身接触的，在轧制过程中，在轧制力的作用下，工轧制过程中，在轧制力的作用下，工作辊合作支撑辊之间形成接触压力作辊合作支撑辊之间形成接触压力q*，在板宽以外的区域在板宽以外的区域A，辊间压力形成，辊间压力形成一个有害弯矩，它使轧辊发生多余的一个有害弯矩，它使轧辊发生多余的弯曲。为抵消这个有害弯矩引起的轧弯曲。为抵消这个有害弯矩引起的轧辊变形，可以改变轧辊的产生凸度，辊变形，可以改变轧辊的产生凸度，
24、也可以使用液压弯辊。当单位宽轧制也可以使用液压弯辊。当单位宽轧制力力p*改变时，有害弯矩也随之变化，改变时，有害弯矩也随之变化，使板形改变。为了获得满意的板形，使板形改变。为了获得满意的板形，必须随着轧制力的变化不断地调整液必须随着轧制力的变化不断地调整液压弯辊力。压弯辊力。 PbPbFwFwq*AAaq*PbPbFwFw双阶梯支撑辊双阶梯支撑辊采用双阶梯支撑辊，使中间接触段长度缩短，从而减小有害弯矩，采用双阶梯支撑辊，使中间接触段长度缩短，从而减小有害弯矩，由有害弯矩引起的轧辊弯曲也随之减小。当中间接触段长度缩短到一由有害弯矩引起的轧辊弯曲也随之减小。当中间接触段长度缩短到一定程度时，有害弯
25、矩可以完全消除。这时即使轧制力改变，工作辊挠定程度时，有害弯矩可以完全消除。这时即使轧制力改变，工作辊挠度曲线也可以基本保持不变，轧机具有无限大的横刚度。由这个例子度曲线也可以基本保持不变，轧机具有无限大的横刚度。由这个例子可见，轧辊之间的接触状态对板形有重大影响，它可以从根本上轧机可见，轧辊之间的接触状态对板形有重大影响，它可以从根本上轧机的板形控制特性，应特别给予重视。的板形控制特性，应特别给予重视。 4.3 板形检测技术板形检测技术对板形检测装置的主要要求对板形检测装置的主要要求 1）高精度，即它能够如实地精确地反映板带的板形状况，）高精度，即它能够如实地精确地反映板带的板形状况，为操作
26、者或控制系统提供可靠的在线信息；为操作者或控制系统提供可靠的在线信息；2）良好的适应性，即它可以用于测量不同材质、不同规格）良好的适应性，即它可以用于测量不同材质、不同规格的产品，在轧制线的恶劣环境中可以长时间地工作而不的产品，在轧制线的恶劣环境中可以长时间地工作而不发生故障或降低精度；发生故障或降低精度；3）安装方便、结构简单，易于维护；）安装方便、结构简单，易于维护；4）对带材不造成任何损伤。）对带材不造成任何损伤。板形检测仪的种类板形检测仪的种类板形检测仪器分为板形检测仪器分为接触式接触式和和非接触式非接触式两大类，但是从原理上分两大类，但是从原理上分种类就很多了。带材生产有热轧和冷轧之
27、分。种类就很多了。带材生产有热轧和冷轧之分。热轧带材的板形检测仪器在高温、潮湿的恶劣环境中工作，要热轧带材的板形检测仪器在高温、潮湿的恶劣环境中工作，要求该板形检测仪能适应这种环境。热轧板带在无张力下运行，直接求该板形检测仪能适应这种环境。热轧板带在无张力下运行，直接检测板带的视在板形即可。检测板带的视在板形即可。冷轧板带一般前后有大张力，因此要求该板形仪必须能检测出板带的冷轧板带一般前后有大张力，因此要求该板形仪必须能检测出板带的潜在板形潜在板形。不可能有一种板形检测仪器能适应各种情况。从当前研究情况不可能有一种板形检测仪器能适应各种情况。从当前研究情况来看，板形检测仪器主要有接触式和非接触
28、式两大类。非接触式又来看，板形检测仪器主要有接触式和非接触式两大类。非接触式又分为电磁法、变位法、振动法、光学法、音波法和放射线法等。分为电磁法、变位法、振动法、光学法、音波法和放射线法等。电视摄像机电视摄像机棒棒状状光光源源电视摄像机电视摄像机棒棒状状光光源源电视摄像机电视摄像机棒棒状状光光源源电视监控仪电视监控仪电视监控仪电视监控仪电视监控仪电视监控仪abc光学式板形检测装置原理光学式板形检测装置原理棒状光源法棒状光源法热轧板形检测仪热轧板形检测仪在板带的一侧竖立一个辉度达在板带的一侧竖立一个辉度达2200K2200K的棒状荧光灯，它发出一束强光直射在的棒状荧光灯，它发出一束强光直射在板带
29、的表面上，经板带反射后由安装在板带另一侧的摄像机摄取。当板带的板板带的表面上，经板带反射后由安装在板带另一侧的摄像机摄取。当板带的板形不同时，在摄像机中会形成不同的像。如果板带是平直的，则其反射后形成形不同时，在摄像机中会形成不同的像。如果板带是平直的，则其反射后形成的虚像为一水平线；如果板带上出现波浪，则板带反射后的虚像在与波浪对应的虚像为一水平线；如果板带上出现波浪，则板带反射后的虚像在与波浪对应的位置上将形成向上或向下的弯曲曲线。板带的波浪愈严重，则虚像的弯曲部的位置上将形成向上或向下的弯曲曲线。板带的波浪愈严重，则虚像的弯曲部分偏离直线的位置就愈大。其偏移量和板带的板形缺陷成正比。分偏
30、离直线的位置就愈大。其偏移量和板带的板形缺陷成正比。辅摄像机主摄像机激光三角测量法热轧板形检测装置原理图激光三角测量法热轧板形检测装置原理图主激光器辅激光器激光器 该装置以悬挂在板带上部的氦氖激光器为激光光源，光束直射在板带该装置以悬挂在板带上部的氦氖激光器为激光光源，光束直射在板带上，并用其侧后方的摄像器件摄取板带上光点的像，利用三角测量的原理上，并用其侧后方的摄像器件摄取板带上光点的像，利用三角测量的原理测量板带表面的实际高度。该高度与板带出现的波浪的大小直接相关。测量板带表面的实际高度。该高度与板带出现的波浪的大小直接相关。在板带宽度方向上等在板带宽度方向上等距离排放两组共距离排放两组共
31、10个激光个激光源，分别由两个摄像器件源，分别由两个摄像器件摄取它们的光点。将这摄取它们的光点。将这10个光点的高度经过处理后个光点的高度经过处理后可得到板形的形状。可得到板形的形状。激光穿透能力强，很激光穿透能力强，很适合在笼罩着大量蒸汽的适合在笼罩着大量蒸汽的热带轧机上使用。热带轧机上使用。冷轧产品的平直度与板带延伸率沿板带宽度方向的分布冷轧产品的平直度与板带延伸率沿板带宽度方向的分布密切相关。当板带位于平台上，在没有张力的情况下，延伸密切相关。当板带位于平台上，在没有张力的情况下，延伸大的部分受到延伸小的部分限制，并出现波浪。而冷轧一般大的部分受到延伸小的部分限制，并出现波浪。而冷轧一般
32、是在大张力下轧制。在大张力作用下，本来延伸不均匀的板是在大张力下轧制。在大张力作用下，本来延伸不均匀的板带，波浪逐渐减小乃至平直。在这种情况下，板带上的张力带，波浪逐渐减小乃至平直。在这种情况下，板带上的张力变得不均匀。也就是说，板形缺陷与张力分布直接相关。虽变得不均匀。也就是说，板形缺陷与张力分布直接相关。虽然检测冷轧板带板形缺陷的种类很多，但是绝大多数是根据然检测冷轧板带板形缺陷的种类很多，但是绝大多数是根据张力分布来检测板形缺陷的。张力分布来检测板形缺陷的。冷轧板形检测仪冷轧板形检测仪SIFLAT FLATNESS MEASUREMENT（Contactless） SIFLAT is n
33、ew contactless flatness measurement device made by SIEMENS, it had been used in SG800ACH copper foil cold rolling mill, supplied to Turkey by SUN-GLARE The benefit of contactless flatness measurement is that the sensor does not contact the material rolled, which avoids damnification both strip suffi
34、ce and sensor. As a result high reliability, lower cost of running and maintainence. The characteristic of SIFLAT is that oscillatory air controlled is used to drive strip oscillation. Its wing and frequency can be adjusted, which would be helpful to increase measure precision and capability of anti
35、-jamming. Z-FLAT FLATNESS MEASUREMENT（Contactless） Z-FLAT contactless flatness measurement is a patent originated by professor Zhong Chunsheng，Xian metallurgical architecture technic university ( Paten ：ZL 2003 2 0126325.1 ) The sensors in Z-FLAT are same as in SIFLAT. The difference of Z-FLAT from
36、SIFLAT is that Z-FLAT uses natural oscillation occurred while strip running with tension in stead of making strip oscillation by compulsion. So it would be saved that the complicated device to make compulsion. And? much more complicated math model is included in the software.Feedback principle is in
37、troduced in AFC system made of SUN-GLARE。AUTOMATIC FLATNESS CONTROL ( AFC ) 对现代化的平直度检测系统的要求对现代化的平直度检测系统的要求有效性有效性：系统必须不能损坏。系统的损坏意味着轧机要停产，轧机停产当系统必须不能损坏。系统的损坏意味着轧机要停产，轧机停产当然是非常昂贵的。但是，一旦系统被损坏的话，找到和改正错误然是非常昂贵的。但是，一旦系统被损坏的话，找到和改正错误的时间必须是最短的。的时间必须是最短的。新型平直度检测系统新型平直度检测系统稳定性稳定性：平直度检测系统必须能够在各种轧制条件下对整个带卷进行检测，平
38、直度检测系统必须能够在各种轧制条件下对整个带卷进行检测，其中包括板带的头部、尾部和边部。检测的滞后时间必须最小，其中包括板带的头部、尾部和边部。检测的滞后时间必须最小，以便保证基于模型的平直度控制。检测频率（单位长度板带的检以便保证基于模型的平直度控制。检测频率（单位长度板带的检测点数）必须最高，且在最大轧制速度下也能够得到保证测点数）必须最高，且在最大轧制速度下也能够得到保证。准确性准确性：轧机上的实际检测精度以：轧机上的实际检测精度以I I 单位进行衡量是非常必要的。精度单位进行衡量是非常必要的。精度的稳定性同样重要，也就是说，系统不能随时间的变化而产生偏的稳定性同样重要，也就是说，系统不
39、能随时间的变化而产生偏差，或不需要经常地进行调整。差，或不需要经常地进行调整。不复杂不复杂：检测系统必须保证容易安装、起动、操作和维护。这就意味着系检测系统必须保证容易安装、起动、操作和维护。这就意味着系统应具有尽量少的部件和尽量做到是整装的，也就是说辅助系统统应具有尽量少的部件和尽量做到是整装的，也就是说辅助系统和输入信号越少越好。这同时也意味着系统必须具有最现代化的和输入信号越少越好。这同时也意味着系统必须具有最现代化的结构和人机界面。结构和人机界面。传统的平直度检测系统传统的平直度检测系统aFLT传统的平直度检测系统框图UFloadStrip tensionmeasurement sys
40、temDistributed forcemeasurement systemFlatnessmeasurement systemUpiwtTF2aest 右图右图 是传统的平直度检测系统的简是传统的平直度检测系统的简单框图。系统构成：单框图。系统构成：板带张力检测系统板带张力检测系统STMS（Strip Tension Measurement System）分布压力检测系统分布压力检测系统DFMS （Distributed Force Measurement System）平直度检测系统平直度检测系统FMS （ Flatness Measurement System）DFMS系统和系统和FMS
41、系统通常可以集成在系统通常可以集成在一起，而一起，而STMS则是独立的。则是独立的。板带张力检测系统通过导线与张力计的载荷传感器相连，该载荷传板带张力检测系统通过导线与张力计的载荷传感器相连，该载荷传感器安装在检测辊的芯轴上。载荷传感器产生一个输入信号感器安装在检测辊的芯轴上。载荷传感器产生一个输入信号UFload，该信，该信号被传送到板带张力检测系统中。输入信号号被传送到板带张力检测系统中。输入信号UFload与板带作用在检测辊上与板带作用在检测辊上力力FL的垂直分量相对应。为了计算板带的张力的垂直分量相对应。为了计算板带的张力T还需要知道板带作用在还需要知道板带作用在检测辊上的当前时刻的包
42、角检测辊上的当前时刻的包角a a 。包角。包角a a 随卷取机半径的增加而改变，所随卷取机半径的增加而改变，所以系统中通常是采用一个估计值以系统中通常是采用一个估计值a aest 进行计算。该估计值进行计算。该估计值a aest 和力传感器和力传感器产生的输入信号产生的输入信号UFload 用来计算板带张力用来计算板带张力T。计算得到的计算得到的T值传送到值传送到 DFMS系统。检测辊上有许多力传感器，每个系统。检测辊上有许多力传感器，每个传感器都产生一个输出信号传感器都产生一个输出信号Upi，输出信号的大小取决于板带的作用力。，输出信号的大小取决于板带的作用力。DFMS系统用板带张力和每个传
43、感器的信号来确定沿检测辊横向的分布系统用板带张力和每个传感器的信号来确定沿检测辊横向的分布力力F2。F2值传送到值传送到FMS系统，由系统，由FMS系统确定所检测的平直度值系统确定所检测的平直度值DD。板带。板带的宽度和厚度，不管是以一维还是多维的向量形式，都必须事先加载到的宽度和厚度，不管是以一维还是多维的向量形式，都必须事先加载到平直度检测系统中去。平直度检测系统中去。平直度确定单元输入输出信号框图平直度确定单元输入输出信号框图现代化的新型平直度检测系统现代化的新型平直度检测系统FlatnessDetermination unitaFLTEwtTaFmF2UpiDD1增加了大量的压力计式的
44、力传感器。每增加了大量的压力计式的力传感器。每个传感器产生一个输出信号个传感器产生一个输出信号Up，该信号，该信号值取决于板带对传感器的作用力和板带值取决于板带对传感器的作用力和板带在检测辊上的包角在检测辊上的包角a a。平直度确定单元平直度确定单元FDU（Flatness Determination Unit）该单元最多使用该单元最多使用1313个现代化的数字信号个现代化的数字信号处理器（处理器（DSPsDigital Signal Processors），以需要的速度提取来自传），以需要的速度提取来自传感器的全部必要的信息。感器的全部必要的信息。如图所示。该单元主要处理传感器的检测信如图所
45、示。该单元主要处理传感器的检测信号，同时还计算板带的平直度和板带作用在号，同时还计算板带的平直度和板带作用在检测辊上的包角。检测辊上的包角。QuantityprocessorSignaltreatmentMeasuringroll平直度确定单元框图平直度确定单元框图TensionprocessorFlatnessprocessorE-moduleprocessorEdgecompensatorMean valueprocessorRelative forceprocessor4.4 弯辊控制系统弯辊控制系统弯辊系统的分类弯辊系统的分类 弯辊系统通常可分为弯辊系统通常可分为工作辊弯辊系统工作辊弯
46、辊系统和和支承辊弯辊系统支承辊弯辊系统两大类。两大类。根据根据弯辊弯辊力作力作用面用面分类分类按弯按弯辊力辊力作用作用位置位置分类分类垂直面垂直面(VP)弯辊系统弯辊系统水平面水平面(HP)弯辊系统。弯辊系统。正弯辊系统正弯辊系统弯辊力使辊凸度增大弯辊力使辊凸度增大负弯辊系统负弯辊系统弯辊力使辊凸度减小弯辊力使辊凸度减小单向式单向式 弯辊力作用在与轧制方向相平弯辊力作用在与轧制方向相平 行的一个方向上行的一个方向上双向式双向式 弯辊力则可作用在两个相反的弯辊力则可作用在两个相反的 方向上方向上单轴承座弯辊系统单轴承座弯辊系统：弯辊力分别通过一个轧辊轴承座作用在轧辊的两端弯辊力分别通过一个轧辊轴
47、承座作用在轧辊的两端无轴承座弯辊系统无轴承座弯辊系统：弯辊力通过中间滚子或液压块直接作用于辊身：弯辊力通过中间滚子或液压块直接作用于辊身多轴承座弯辊系统多轴承座弯辊系统：弯辊力通过两个或两个以上轴承座作用于轧辊的每弯辊力通过两个或两个以上轴承座作用于轧辊的每一端一端垂直面垂直面(VP)工作辊弯辊系统工作辊弯辊系统 垂直面（VP）单轴承座工作辊弯辊系统之一 垂直面（VP）单轴承座工作辊弯辊系统之二 VP双轴承座工作辊弯辊系统双轴承座工作辊弯辊系统 双轴承座工作辊弯辊系统双轴承座工作辊弯辊系统目的目的：优点优点：缺点缺点：1 由于辊颈处要承受较高应力，工作辊与支承辊之间有较高的接触应力；由于辊颈处
48、要承受较高应力，工作辊与支承辊之间有较高的接触应力；2 成本高。这些系统的使用在一定程度上受到了限制。成本高。这些系统的使用在一定程度上受到了限制。这种双轴承座弯辊系统使得辊缝断面的控制更加灵活。这种双轴承座弯辊系统使得辊缝断面的控制更加灵活。提高工作辊弯辊系统的效率提高工作辊弯辊系统的效率无轴承座工作辊弯辊系统无轴承座工作辊弯辊系统为了缓解辊颈处应力过大的问题，开发了无轴承座工作辊弯辊系统。在这为了缓解辊颈处应力过大的问题，开发了无轴承座工作辊弯辊系统。在这一系统的一种改进型中，通过对作用在轧辊支撑垫上的液压缸设置不同的压力一系统的一种改进型中，通过对作用在轧辊支撑垫上的液压缸设置不同的压力
49、来控制辊身的弯曲程度。还有其他两种方案，一种是通过在轧辊支撑垫内设定来控制辊身的弯曲程度。还有其他两种方案，一种是通过在轧辊支撑垫内设定不同的压力来改变辊身的挠曲，另一种是使用带固定心轴的衬套式工辊，通过不同的压力来改变辊身的挠曲，另一种是使用带固定心轴的衬套式工辊，通过改变支承外套衬垫内的压力来控制套筒的弯曲程度。改变支承外套衬垫内的压力来控制套筒的弯曲程度。VP无轴承座工作辊弯辊系统无轴承座工作辊弯辊系统 轧辊横移轧机轧辊横移轧机C轧机（轧机（igh Crown，大凸度控制），大凸度控制）C轧机（轧机（Universal Crown，万能凸度控制），万能凸度控制） CVC轧机（轧机（Con
50、tinuous Variable Crown，连续可变凸度），连续可变凸度） 轧辊交叉轧机轧辊交叉轧机PC轧机（轧机（Pair Cross Mill ，对辊交叉），对辊交叉）6H3C(6 High Cross Crown Control Mill )轧机轧机 其它（其它（VC轧辊，柔性边轧辊，锥型辊横移轧机）轧辊，柔性边轧辊，锥型辊横移轧机）4.5 各种板形控制轧机各种板形控制轧机（1） HC 轧轧 机机P/2P/2P/2P/2LLBP/2P/2P/2P/2LLBa) 阶梯形支撑辊阶梯形支撑辊b)双向移动工作辊双向移动工作辊LB四辊轧机的应力分布四辊轧机的应力分布FWFWFWFWFWFWFIF
