CN101780478B - 一种热轧带钢及钢板板形和精度控制的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明属于热轧设备及热轧方法，特别涉及一种用于热轧带钢及钢板板形和精度控制的方法和设备。本发明是通过改变轧件宽度方向的温度分布来调节金属的变形能力，从而达到理想的板形控制，即向轧件精确的喷射气雾冷却介质改变轧件宽度方向的温度分布；沿轧件宽度喷射的冷却参数根据设定和反馈信息进行调整，实现开环或闭环的板形控制。将气雾冷却装置布置在可逆式轧机的前后，在串联式热带钢轧件中布置在轧机的前面和轧机机架之间，同时向轧件的上、下表面喷射气雾。本发明结构简单，适用性强。可以运用于新建的热轧机的板形控制或者对现有轧机进行板形控制改造，也适用于有色金属的热轧带钢及板材轧制。具有广泛的推广价值。

Description

一种热轧带钢及钢板板形和精度控制的方法和设备
技术领域
本发明属于热轧设备及热轧方法，涉及一种用于热轧带钢及钢板控制的方法和设备，特别涉及一种用于热轧带钢及钢板板形和精度控制的方法和设备。
背景技术
在热轧带钢轧机和中厚板轧机的轧制过程中，热轧带钢及钢板的横断面形状在轧制过程中由于轧件温度分布不均匀、轧辊桡曲、磨损等因素将会产生一定程度的不均匀变形，见图1～3，造成凸度，平直度方面的板形缺陷。由于轧件进入轧辊的前后时间差距，轧件沿长度方向的温度降低是造成带钢/钢板厚度偏差的主要原因。
目前典型的技术简述如下：
a)CVC板形控制系统：
CVC(Continuous Variable Crown)是由SMS公司开发的板形控制系统。它的原理是工作辊直径连续变化，如图4所示，上下工作辊配合时其辊缝形状随工作辊辊身长度变化而成多项式(yi＝a0+a1x+a2x2+...anxn)变化，通过工作辊轴向移动可以获得工作辊辊缝的正负凸度的变化，从而实现对带钢凸度的控制。其凸度控制能力和工作辊轴向移动量为线性变化关系。自开发完成以来，已经运用于250多架机架。
b)PC板形控制系统：
PC(Pair Cross)成对交叉轧机是由日本三菱公司开发完成的。如图5所示，它通过上下轧辊的交叉来改变辊缝凸度。
PC轧机特点是凸度控制范围与交叉角θ的平方成正比，交叉角度为0～1.5°(在实际使用时交叉角控制在1°之内，)。PC轧机有单交叉和双交叉两种方式，单交叉的交叉移动量是双交叉的两倍。因此在宽带钢轧机中一般选用双交叉方式，PC轧机在后部机架采用ORG(On-line Roll Grinding)或者是由工作辊轴向移动(WRS)来消除轧辊磨损，实现自由轧制。
c)WRB/WRS工作辊弯辊窜辊控制系统
WRB/WRS(Work Roll Bending/Work Roll Shifting)即工作辊弯辊和工作辊轴向移动。该方式是一种使用范围很广、历史相当悠久的板形控制方式，特别是在PC和CVC没有投入实际生产实践以前，东西方开发使用的厂家都比较多。比较有名的有日本的日立(它称之为HCW)、法国的CLECIM，美国的UNITED等。WRB/WRS采用工作辊弯辊(WRB)控制凸度和平直度，工作辊轴向移动(WRS)改善工作辊磨损而实现自由轧制。凸度控制的能力视弯辊力的大小而定。
d)中间坯加热器(Bar Heater)是日本东芝公司(TOSHIBA)发明的用于改善轧件沿长度方向温度降低的技术，其原理是通过电磁感应对中间坯进行加热，可以将轧件的尾部温度最大提高70℃，该装置已有多套应用实例。
现有技术存在的问题是：
1)现有的板形控制技术无一例外的是以改变上下工作辊间的辊缝形状为基础的。目前使用较多的板形控制方式有WRB/WRS、CVC、PC。这些技术需要在轧机上增加弯辊设备，工作辊窜辊设备，轧辊交叉设备，或将轧辊辊身磨削成曲线等。设备费用增加很多。由于轧辊需要磨削成特定的曲线等，增加了轧辊的消耗。
2)为了减少或补偿轧件在长度方向温度头高尾低对带钢及钢板的厚度精度的影响，目前采用保温罩(减少轧件温降)，中间坯加热装置(对轧件尾部温度进行补偿)，热卷箱(将轧件头尾进行交换)，卷取炉(保温轧制)，升速轧制来减小和克服轧制温度随时间降低的不利影响。其共性是对轧件保温和加热，设备投资较大。
发明内容
本发明的目的是提供一种热轧带钢及钢板板形和精度控制的方法和设备，以克服上述技术的不足。本发明是通过改变轧件宽度方向的温度分布来调节金属的变形能力，从而达到理想的板形控制，即向轧件精确的喷射气雾冷却介质改变轧件宽度方向的温度分布；沿轧件宽度喷射的冷却参数根据设定和反馈信息进行调整，实现开环或闭环的板形控制。将气雾冷却装置布置在可逆式轧机的前后，在串联式热带钢轧件中布置在轧机的前面和轧机机架之间，同时向轧件的上、下表面喷射气雾。本发明在原理上完全不同于现有的板形控制技术，结构简单，适用性强。可以运用于新建的热轧机的板形控制或者对现有轧机进行板形控制改造，也适用于有色金属的热轧带钢及钢板轧制。具有广泛的推广价值。
本发明采用这种气雾的热轧带钢及钢板冷却方式，可以更经济、有效地实现下述目标：第一，改变轧件的横断面的温度分布，达到纠正热轧带钢及钢板凸度，平直度方面的板形缺陷的目的；第二，通过对轧件长度方向的冷却控制，减少或补偿轧件在长度方向温度不均对带钢及钢板厚度精度的影响，提高带钢及钢板厚度精度。
本发明通过如下方式实现：
1)通过改变轧件宽度方向的温度分布来调节金属的变形能力，从而达到理想的板形控制，即向轧件选择性的喷射冷却介质，改变轧件宽度方向的温度分布。
2)通过对轧件的前部喷射一定的冷却介质，并沿轧件长度方向逐渐减少冷却量，实现轧制温度均匀。这一功能可以根据工艺要求选择性的投入使用。
3)采用的冷却介质是通过空气雾化的冷却水，即气雾冷却介质。适量气雾接触到高温的轧件会带走热量并蒸发到空气中，不会象冷却水流到相邻的区域，能够实现轧件准确的分区冷却控制。冷却方式的选择是本发明的要素之一。
4)本发明的冷却装置，布置在可逆式钢板轧机的前后，在串联式热带钢轧机中布置在轧机的前面和轧机机架之间。
5)本发明通过气雾冷却模型对钢板的冷却效果进行计算，完成对冷却装置的设定。
6)还可以通过轧机配套的板形仪、测厚仪实现闭环控制。
7)气雾冷却装置的喷射梁的布置可以和轧件的运送辊道平行布置，也可以垂直辊道布置。
8)本发明可以单独使用，也可以和其它板形控制装置合并使用。
9)气雾冷却装置主要由控制阀站、冷却集管、中间管道和自动控制系统组成，其中控制阀站、冷却集管和中间管道站包括气路和水路两种管路。
附图说明
图1～3为带钢板形缺陷示意图
图4为CVC板形控制示意图
图5为PC板形控制示意图
图6为气雾冷却装置安装位置原理示意图
图7为轧件和气雾喷嘴的关系示意图
图8为控制逻辑图
图中，件1为气雾冷却装置，件2为轧机，件3为测量仪表，件4为喷嘴，件5为钢板或带钢。
具体实施方式
下面结合附图6～8对本发明作进一步详细说明：
气雾冷却装置1布置在可逆式钢板轧机2的前后，在串联式热带钢轧机2中布置在轧机2的前面和轧机2机架之间；气雾冷却装置1主要由控制阀站、冷却集管、中间管道和自动控制系统组成，其中控制阀站、冷却集管和中间管道站包括气路和水路两种管路。气雾冷却装置1与测量仪表3连接，测量仪表3对控制阀站的阀门开度进行控制，喷嘴4喷出经空气雾化的冷却水，即气雾冷却介质。
本发明通过气雾冷却模型对带钢/钢板的冷却效果进行计算，完成对冷却装置的设定。首先确定过程参数：如带钢/钢板的尺寸、温度以及最终产品的凸度、平直度、厚度目标值；然后由轧制力能参数计算得到轧制压力、辊系变形分析模型下得到轧制凸度；由变形抗力和温度模型得到轧件温度修正要求和气雾冷却设定值；对气雾冷却水量、气压和集管等参数进行调整；最后得到温度仪、厚度仪、平直度仪和凸度仪实测值。对实测值和设定值进行比较，如果一致，则轧制继续进行，否则，对气雾冷却水量、气压和集管等参数进行调整，直至实测值和设定值一致。沿轧件宽度喷射的冷却参数根据设定和反馈信息进行调整，可以实现开环或闭环的板形控制。
本发明通过改变轧件宽度方向的温度分布来调节金属的变形能力，从而达到理想的板形控制，即向轧件选择性的喷射冷却介质，改变轧件宽度方向的温度分布；通过对轧件的前部喷射一定的冷却介质，并沿轧件长度方向逐渐减少冷却量，实现轧制温度均匀；这一功能可以根据工艺要求选择性的投入使用；还可以通过轧机配套的板形仪、测厚仪实现闭环控制。气雾冷却装置喷射梁的布置可以和轧件的运送辊道平行布置，也可以垂直辊道布置；本发明可以单独使用，也可以和其它板形控制装置合并使用。
本发明完全能够满足对热轧带钢及钢板凸度、平直度和厚度精度控制的要求，制造出高质量的宽带钢板或带钢。
本发明在原理上完全不同于现有的板形控制技术，结构简单，适用性强。可以运用于新建的热轧机的板形控制或者对现有轧机进行板形控制改造，也适用于有色金属的热轧带钢及钢板轧制。具有广泛的推广价值。

Claims (4)

1.一种热轧带钢及钢板板形和精度控制方法，其特征在于：通过改变轧件宽度方向的温度分布来调节金属的变性能力，从而达到理想的板形控制，即向带钢精确的喷射气雾冷却介质改变带钢宽度方向的温度分布；该方法还通过对带钢的前部喷射冷却介质，并沿带钢长度方向逐渐的减少，实现轧制温度均匀；
在该方法中：首先确定带钢的尺寸、温度以及最终产品的凸度、平直度、厚度目标值；然后由轧制力能参数计算得到轧制压力、由辊系变形分析模型得到轧制凸度；由变形抗力和温度模型得到带钢温度修正要求和气雾冷却设定值；对气雾冷却水量、气压和集管参数进行调整；最后得到温度仪、厚度仪、平直度仪和凸度仪实测值；对实测值和设定值进行比较，如果一致，则轧制继续进行；否则，对气雾冷却水量、气压和集管参数进行调整，直至实测值和设定值一致。
2.根据权利要求1所述的热轧带钢及钢板板形和精度控制方法的设备，其特征在于：气雾冷却装置布置在可逆式轧机的前后，在串联式热带钢轧机中布置在轧机机架的前面和轧机机架之间，同时向带钢的上、下表面喷射气雾。
3.根据权利要求2所述的热轧带钢及钢板板形和精度控制方法的设备，其特征在于：气雾冷却装置的喷射梁的布置和带钢的运送辊道平行布置，或垂直运送辊道布置。
4.根据权利要求2所述的热轧带钢及钢板板形和精度控制方法的设备，其特征在于：气雾冷却装置由控制阀站、冷却集管、中间管道和自动控制系统组成，其中控制阀站、冷却集管和中间管道包括气路和水路两种管路。
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