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中厚板轧制过程控制中厚度精度研究

发表时间：2020/9/29 来源：《基层建设》2020年第17期作者：李存林

[导读] 摘要：在中厚板尺寸中，厚度是根本的，对于中厚板质量的判定，厚度精度是关键指标。

        宝武韶钢松山股份有限公司特轧厂 512122
        摘要：在中厚板尺寸中，厚度是根本的，对于中厚板质量的判定，厚度精度是关键指标。基于轧制过程控制，提升其厚度设定精度，不但可获取厚度精度较高的产品，同时亦可提升板材成材率。本文对轧制力模型进行了概述，对辊缝设定模型进行了分析，本人能力有限，希望能帮助到相关人士。
        关键词：厚度精度；轧制力模型；辊缝设定模型；中厚板轧制
        引言
        对于中厚板指标而言，厚度精度是关键指标，在对轧制生产进行控制时，厚度控制是重要的内容。基于厚度精度，与之有关的模型主要有两个，一个是轧机弹跳模型，另一个是轧制力模型，在对这两个模型计算时，若其中一个存在偏差，皆会降低厚度精度。
        1.轧制力模型
        基于轧制力模型而言，其计算精度在很大程度上能直接决定设定的精度。在对该模型进行计算时，若存在的偏差较大，进而会导致厚度超差。对于该模型而言，需在数学模型中考虑多种影响系数，比如轧辊半径以及变形抗力等。当扎件处于高温的情况下，可通过变形抗力因素，充分体现轧制力所受到的影响，该因素是一种物理因素。对于轧制力模型而言，本文主要从变形抗力模型、轧辊压扁半径模型等方面进行分析，以供参考。
        1.1变形抗力模型
        一般而言，可对变形抗力模型造成影响的因素有很多，站在微观的角度上来考虑，主要有晶粒尺寸、变形制度以及温度高低等，站在宏观的角度上来分析，针对于变形与温度制度，钢种的工艺应当是不变的，然而化学成分极有可能发生波动，在温度升高的情况下，波动是被允许的。基于变形抗力模型而言，需考虑多种因素，主要包括应变速率以及变形温度等。对于变形程度而言，其可对变形抗力造成一定的影响。若变形程度恒定，在温度增加的同时，变形抗力呈现下降的趋势；若变形温度恒定，在允许的范围内，针对于变形程度与抗力，两者差不多呈正比例关系，也就是说变形程度越大，变形抗力越大。通常情况下，人们采用强化强度来衡量两者这样的关系。当变形速率增加的同时，可促使变形抗力得到相应的增加。具体而言，在一定范围内，变形抗力随着变形速率的增加而增加，与此同时，在变形速率的影响下，可促使热效应得以形成，这种效应源于变形物体。
        1.2轧辊压扁半径模型
        随着轧制力不断的影响，可促使轧辊形成变形，进而形成压扁，在此基础上，弧长显著加大，轧制力随之增加。基于轧辊压扁而言，可促使轧制力增加至5%左右，这一点在结尾数个道次得以充分体现，而且能极大干扰计算精度，若忽略该因素，在很大程度上，有碍于预测轧制力的精度，在此情况下，控制精度随之明显减小，因此，在对轧制力进行计算时，需全面分析压扁对计算所造成的影响。
        2.辊缝设定模型
        在影响扎件厚度的因素中，辊缝设定是关键因素，该模型精度不但能影响钢材的尺寸精度，同时亦能影响AGC的投入，相比于上述模型，也就是轧制力模型，在影响厚度精度方面，辊缝设定模型所需时间较短。因为在进行轧制的过程中，辊缝可对厚度精度造成一定程度的影响，所以有必要对辊缝设定因素进行分析，一般而言，可对辊缝造成影响的因素较多，主要包括油膜与扎件厚度，以及弹性变形等。对于辊缝设定模型而言，本文主要从弹跳的影响、轧辊磨损等方面进行探讨，以供参考。
        2.1弹跳的影响
        在进行轧制时，当扎件受到轧辊力的作用时，进而会导致扎件产生变形，在此情况下，促使扎件的厚度逐渐变小。同时扎件会将反作用力作用至轧辊，这两种力在数值上是相同的，只是作用方向不同，在力作用的情况下，促使零件形成一定程度的形变，最终会将积累的变形作用至辊缝上，辊缝因此增加，直到增大至有载辊缝为止，这就是弹跳，如图1所示为弹跳现象。图中p为压力，h0为入口温度，S0为空载辊缝，h1为出口温度，Sp有载辊缝。此外，因为弯曲变形的形成，在宽度上，致使辊缝存在不均衡的现象，由此促使板形发生变化。通过查阅相关资料得知，针对于压力和弹跳变形而言，在压力较低的情况下，两者的关系类似于一条曲线，压力增加到一定范围时，两者基本上是线性关系。形成这一现象的因素有两，一个是轴承间隙，另一个是接触变形。在具体操作时，为避免受到不稳定因素的干扰，一般可采用人工调零的方式，具体而言，把轧辊趋近特定压力，之后清除示数，为视为零位，通过这样的方式，可有效避免不稳定段的干扰。

        图1 弹跳现象
        2.2轧辊磨损
        在对中厚板进行轧制时，轧辊会受到不同程度的磨损。对于高温的扎件而言，一般大于800摄氏度，可在其表面形成氧化铁皮，当受到轧制力作用之后，会促使铁皮破碎，在经过轧辊不断磨损之后，进而促使磨损磨粒的形成；对于工作辊而言，其能遭受多方面的作用，比如轧制载荷以及热负荷等，在此情况下，在工作辊的表面极容易形成热疲劳的现象，同时亦能出现一定程度的机械疲劳；若轧制材料的硬度较强，针对于辊面与轧件，在压力的作用下，促使两者接触更加亲密，进行导致轧辊被磨损。对于中厚板轧辊而言，其磨损所需时间较久，此过程是相当缓慢的。在对磨损量进行计算时，难以确保计算的准确性，在计算过程中受到多种因素的影响，比如轧件的长度与宽度等，针对于中厚板，在对其进行现场轧制时，由于轧件规格有着较大的变化，因此在进行轧制时，一般使用回归模型的方式，来对磨损进行计算。
        2.3不均匀热膨胀
        在进行轧制时，在温度的影响下，促使轧辊发生热膨胀的现象，与此同时，冷却水亦能对轧辊形成影响，导致温度下降，进而促使轧辊发生冷缩的现象，在轧辊本身来看，冷却与受热条件呈现不平衡分布现象，在轧辊的边缘与中间位置，温度有着一定的差距。因此，在对辊缝进行设定时，需综合考虑热膨胀的干扰。基于温度与膨胀系数，可借助于数据回归，进而得知两者之间存在的关系，把轧辊分成多份，之后求出相应的系数，以便于对热膨胀的计算。
        2.4油膜厚度
        针对于中厚板轧机而言，在对其支撑辊轴承进行选择时，一般都会选用油膜轴承，在轧制力存在变化时，油膜厚度会随之发生相应的改变，在轧制力恒定的情况下，针对于油膜厚度与轧制速率而言，两者基本上表现线性关系，也就是说当轧制速率变快时，油膜厚度随之加大；当轧制速率恒定的情况下，针对于油膜厚度与轧制力而言，两者呈现反比例关系，也就是说轧制力变大时，油膜厚度随之变小。若辊缝精度较高，在对其模型进行设定时，需综合分析因油膜厚度改变所造成的影响。
        结论
        通过以上的分析可以得知，基于轧制力模型而言，其计算精度在很大程度上能直接决定设定的精度，在对该模型进行计算时，若存在的偏差较大，进而会导致厚度超差；对于辊缝设定模型而言，该模型精度不但能影响钢材的尺寸精度，同时亦能影响AGC的投入，相比于轧制力模型，在影响厚度精度方面，辊缝设定模型所需时间较短。
        参考文献：
        [1]贾春莉.中厚板轧制过程控制中厚度精度的研究[D].东北大学，2019.
        [2]孙涛.中厚板高精度厚度控制的研究与应用[D].东北大学，2017.