中厚板軋機(jī)頭超差的影響因素分析

中厚板軋機(jī)頭超差的影響因素分析

隨著中厚板彎曲技術(shù)的發(fā)展，鋼板厚度的精度越來越高。國際先進(jìn)水平要求同板的比例小于50m。目前國內(nèi)大部分中厚板軋機(jī)安裝了AGC控制系統(tǒng),改善了國內(nèi)中厚板的厚度控制精度。但很多廠家的實(shí)際生產(chǎn)情況表明,鋼板的頭尾厚度精度始終達(dá)不到理想狀態(tài)。由于厚度超差會(huì)造成鋼板質(zhì)量不合格或者降低成材率,所以需要根據(jù)中厚板的軋制特點(diǎn)分析鋼板頭尾厚度超差的原因。1表1中鋼尾厚度超標(biāo)的原因1.1鋼板接頭厚度計(jì)算中厚板軋制過程的溫度變化受熱輻射、對流、高壓水除鱗、輥身水和塑性加工熱等因素的影響。因?yàn)殇摪孱^尾部分的散熱面積比較大,使得頭尾部分的溫度比中間部分低。根據(jù)有限差分法計(jì)算可知,鋼板頭尾部分的溫度一般要比中間部分低30℃以上。溫度對軋制力的影響主要反映在變形抗力上。采用美坂佳助模型:σ=exp(k1+k2T)?ε˙0.13?ε0.21(1)σ=exp(k1+k2Τ)?ε˙0.13?ε0.21(1)式中,σ為變形抗力;T為絕對變形溫度;ε為絕對變形率;ε˙ε˙為變形速率,k1,k2為變形抗力模型參數(shù)。根據(jù)式(1)可知,如果溫度變化10℃,則變形抗力波動(dòng)2%~4%,如果溫度變化40℃以上,變形抗力的波動(dòng)為8%~16%,相應(yīng)的軋制力波動(dòng)也達(dá)到8%~16%。如果中間部分軋制力為30000kN,頭尾軋制力偏差為10%,則頭尾軋制力為33000kN左右,如果軋機(jī)剛度為10000kN/mm,相應(yīng)的頭尾厚度比中間要厚0.3mm。當(dāng)前道次的溫度偏差造成的軋制力偏差使得鋼板頭尾厚度比中間厚,另一方面,上一道次鋼板頭尾部分厚度的波動(dòng)會(huì)加劇當(dāng)前道次鋼板頭尾部分的軋制力波動(dòng),多道次累計(jì)的效果容易使得鋼板頭尾厚度超差。如圖1所示,中間部分鋼板的塑性曲線為1,其對應(yīng)的出口厚度為h0,由于頭尾部分溫度低,造成鋼板的塑性系數(shù)由M1增大為M2,從而出口厚度也相應(yīng)增大為h1。另一方面鋼板咬入前,頭尾厚度H1大于中間部分厚度H0,所以實(shí)際塑性曲線為3(假定厚度的微小變化不影響塑性系數(shù)變化),對應(yīng)的出口厚度為h2。假定上一道次溫差造成的頭尾厚差為ΔH,根據(jù)圖1的P-H圖,可知該偏差造成的出口厚度偏差Δh=h2?h1=M2K+M2?ΔH(2)Δh=h2-h1=Μ2Κ+Μ2?ΔΗ(2)在鋼板軋制初期,軋件的塑性系數(shù)較小,一般小于軋機(jī)剛度的1/5,所以其造成的出口厚度偏差較小,但是在軋制后期,軋件塑性系數(shù)與軋機(jī)剛度相差不大,甚至可能超過軋機(jī)剛度,其造成的出口厚度偏差和溫度差造成的厚度偏差相疊加,很可能造成頭尾厚度超差。1.2頂部植入補(bǔ)償如圖2所示,在咬鋼過程中,液壓缸內(nèi)部油柱會(huì)發(fā)生彈性壓縮(彈性壓縮量一般在0.2~0.3mm,與軋制力大小和液壓缸工作行程有關(guān)),而后逐漸回復(fù),這個(gè)過程會(huì)維持200~300ms左右,且AGC不參與控制,如果不進(jìn)行特殊控制,鋼板頭部比中間部分要厚0.10~0.25mm。為此一級系統(tǒng)采用頭部沉入補(bǔ)償技術(shù),在鋼板咬入瞬間,使實(shí)際輥縫比設(shè)定輥縫薄0.2~0.3mm。如果頭部補(bǔ)償值過小,起不到相應(yīng)的補(bǔ)償作用;如果頭部補(bǔ)償值過大,容易造成超調(diào)。另外,如果補(bǔ)償時(shí)間選取不合理,容易造成頭尾較長范圍內(nèi)產(chǎn)生厚度波動(dòng)。1.3輥縫厚度波動(dòng)AGC系統(tǒng)的投入使用極大地改善了鋼板的厚度精度。目前國內(nèi)大部分中厚板廠家采用相對AGC技術(shù),即頭部鎖定AGC。該方法是在頭部咬入后延遲一段時(shí)間(避過頭部沉入補(bǔ)償),高速采集幾十個(gè)輥縫和壓力,將其平均值作為鎖定輥縫和壓力,然后根據(jù)軋制力的波動(dòng)來動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)輥縫,減小厚度差。由于頭部沖擊過程維持200~300ms,如果咬鋼速度為30r/min,工作輥輥徑為1000mm,則頭部300~500mm范圍內(nèi)厚度波動(dòng)AGC系統(tǒng)無法消除。因?yàn)樯系来武摪宓念^部是下一道次鋼板的尾部,所以AGC系統(tǒng)能夠在一定程度上緩解鋼板頭尾的厚度偏差,但由于一個(gè)道次內(nèi)AGC系統(tǒng)的調(diào)節(jié)有一個(gè)限幅(避免誤調(diào)節(jié)),如果尾部的軋制力變化較大,AGC系統(tǒng)不一定能夠進(jìn)行充分補(bǔ)償。1.4壓力反饋目前國內(nèi)中厚板軋機(jī)常采用2種方式進(jìn)行壓力測量:壓磁式壓力傳感器和油壓傳感器。壓磁式壓力傳感器測量精度高,基本不受環(huán)境的影響。油壓傳感器是根據(jù)液壓缸無桿腔內(nèi)的壓力來近似求出軋制力,其精度較低。油壓傳感器的測量具有一定滯后性,因?yàn)橛蛪簜鞲衅靼惭b在液壓缸進(jìn)出油口附近,所以在進(jìn)出油過程中,油壓傳感器能夠很快測得進(jìn)出油口附近油壓的變化,但實(shí)際上整個(gè)液壓缸內(nèi)的油壓還沒有真正完全達(dá)到平衡,所以在使用油壓測量值進(jìn)行壓力反饋時(shí),必須考慮這個(gè)特性。特別是在尾部拋鋼過程中,厚度和軋制力變化較大,如果壓力反饋滯后,會(huì)影響AGC的控制效果。1.5坯重大小對產(chǎn)品拓展力的影響實(shí)踐證明展寬比對最終軋件的平面形狀有很大影響,要獲得良好的平面形狀,一般要求展寬比在1.4左右。如果展寬比較大,最終產(chǎn)品平面形狀為頭尾窄中間寬;如果展寬比較小,最終產(chǎn)品平面形狀為頭尾寬中間窄,如圖3所示。如果單純?yōu)榱嗽龃笈髦?增加坯料的寬度,容易造成鋼板展寬比過小,從而出現(xiàn)頭尾寬度過大,進(jìn)一步加劇了軋制力的增大,從而使得頭尾厚度偏厚。如果適當(dāng)增大展寬比,使得頭尾寬度在一定范圍內(nèi)小于中間部分,則可以部分緩解頭尾厚度偏厚的現(xiàn)象。2適當(dāng)降低扣件安裝量對于溫度的影響需要加強(qiáng)兩方面的管理:保證加熱質(zhì)量,避免鋼板頭部加熱不足;加強(qiáng)對軋輥擋水板的維護(hù),減少軋機(jī)輥身水對鋼板溫降的影響。為了減小咬入沉入和AGC系統(tǒng)的影響,應(yīng)適當(dāng)減小咬鋼速度,這樣可以減小頭部沉入補(bǔ)償區(qū)域的長度,同時(shí)還可以減少鋼板對軋機(jī)的沖擊。壓下傳感器應(yīng)盡量選取壓磁式壓力傳感器,油壓傳感器最好作為壓力檢測的備用或校核。而展寬比的影響只能通過優(yōu)化板坯尺寸的方式來解決。通過在首鋼3500mm中厚板軋機(jī)應(yīng)用,使鋼板頭尾厚度精度得到有效改善,且頭尾厚度偏差超過均值0.2mm以上的區(qū)域由400mm縮短為250mm左右。3鋼板接頭微控制措施不嚴(yán)格(1)頭尾溫度比中間低30℃以上,使得頭尾鋼板的塑性系數(shù)比中間高,造成頭尾厚度比中間厚,同時(shí)由于多道次累計(jì)效應(yīng),加劇了鋼板頭尾厚度的偏差。(2)鋼板在咬鋼過程中,液壓缸內(nèi)部油柱會(huì)發(fā)生彈性壓縮,而后逐漸回復(fù),這個(gè)過程會(huì)維持200~300ms,該過程AGC不參與控制,如果不進(jìn)行特殊控制,鋼板頭部比中間部分要厚0.10~0.25mm。采用頭部沉入補(bǔ)償技術(shù),在鋼板咬入瞬間,使實(shí)際輥縫比設(shè)定輥縫薄0.2~0.3mm,可以有效解決這種影響。(3)AGC系統(tǒng)不能解決頭部沉入的影響,但能夠在一定范圍內(nèi)減少頭尾部厚度偏差的累計(jì)效應(yīng),如果能夠適當(dāng)降低咬鋼速度,則頭尾厚度偏差帶長度可有效縮短。(4)油壓傳感器測量數(shù)值有一定滯后性,不能及時(shí)反映實(shí)際軋制力的變化,應(yīng)