CN103934283A - 防止轧制扁锭的两端形成开裂口的轧制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防止轧制扁锭的两端形成开裂口的轧制方法，包括以下步骤：首先判断本道次的轧件入口厚度是否大于200mm；再判断本道次的轧件长度是否能满足变厚度轧制的要求，短轧件按照常规的等厚度轧制方式进行轧制，长轧件按照变厚度轧制方式进行轧制；在一个轧制道次内，当位于入口一端的金属检测器检失轧件时，延时一段时间后轧机的辊缝开始逐渐增大，对轧件尾部预设定的一段不轧制部分不施以压下量，本道次不轧制部分的压下量在下一道次咬入时完成；重复以上步骤，直至轧件薄至200mm以内时，则转入常规的等厚度轧制方式进行轧制。本发明相比较于现有技术，能够避免扁锭往复轧制过程中张嘴的产生。

Description

防止轧制扁锭的两端形成开裂口的轧制方法

技术领域

本发明涉及金属压力加工技术领域，尤其是一种消除金属厚扁锭的往复多道次轧制过程中两端部“张嘴”的轧机辊缝控制方法。

背景技术

将金属厚扁锭加工成板带材的过程，通常是需要轧机经多道次往复可逆轧制完成的。基于特定的工艺制度，某些金属的铸锭较厚(一般为300mm以上)，且轧机设备本身的能力有限，前序道次的轧制变形通常无法深入到扁锭的中心层，就会出现轧件的表面层先于中心层变形的现象，这将导致轧件的头尾端部产生“张嘴”，又称“鳄鱼嘴”，即在轧件两端形成开裂口的情形。轧件的“张嘴”部分将给后续道次的咬入带来困难，且容易发生“缠辊”事故，即“张嘴”部分随轧辊的旋转缠绕在上下工作辊辊身上的现象，给生产带来极大的不便。图1所示为轧制道次结束后形成的“张嘴”，以轧件奇数道次的轧制方向为参考方向，则轧件在此方向下的前端定义为头部，后端定义为尾部。由于金属的扁锭过厚，且受轧制能力的限制，轧制前序道次的变形往往无法深透至扁锭的心部，而只能使扁锭的表层金属发生变形。因此，在奇数道次轧制时，轧件尾部的表层金属继续向尾部方向流动，心部金属基本不流动，则在轧件尾部产生张嘴。同理，在偶数道次轧制时，轧件头部的表层金属继续向头部方向流动，心部金属基本不流动，则在轧件头部产生“张嘴”。往复多道次可逆轧制的结果就是在轧件的头尾部均产生了“张嘴”，随着轧制道次的进行，“张嘴”现象将越来越严重。目前还未有专门的技术针对此项难题，板带加工厂只能在轧制的中间阶段，利用重剪或其他设备将轧件的头尾“张嘴”的部分切掉，但该方式一方面降低了加工成材率，另一方面增加了工序和投资，延长了生产线的长度。因此，本发明考虑在不增加投资及不产生额外费用的前提下，设计出适宜的轧机辊缝控制技术来解决该难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种防止轧制扁锭的两端形成开裂口的轧制方法，这种轧制方法可以解决现有金属厚扁锭的往复多道次轧制过程中两端部“张嘴”的问题。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：这种防止轧制扁锭的两端形成开裂口的轧制方法，包括以下步骤：

A、每一个轧制道次前，首先判断本道次的轧件入口厚度是否大于200mm，大于200mm则转入步骤B，小于等于200mm则按照常规的等厚度轧制方式进行轧制；

B、判断本道次的轧件长度是否能满足变厚度轧制的要求，短轧件按照常规的等厚度轧制方式进行轧制，长轧件转入步骤C，按照变厚度轧制方式进行轧制；

轧件长度判断方法如下：

设第                                                道次轧制过程中辊缝打开时在轧件上所产生的斜坡角度为，单位为°；轧件的斜坡长度为，单位mm，则该斜坡角度的值为辊缝打开速度的一半与稳定轧制速度比值的反正弦值：

式中，V _up为辊缝打开速度，V ⁿ _s为稳定轧制速度；

根据体积不变定律，并忽略宽展，变形前的长方体体积等于变形后的梯形棱柱体积：

式中，H为扁锭厚度，单位mm；L为扁锭长度，单位mm；H ⁿ为第n道次的轧件入口厚度，单位mm；为第n道次辊缝打开阶段斜坡部分的投影长度，单位mm；

舍去负根，经计算的值为：

轧件的最大厚度，即抛出时的厚度的数学表达式为：

当或者时，轧件为长轧件；当时，轧件为短轧件；式中： H ^n-1为上一道次的出口厚度，也就是本道次的咬入厚度，单位mm；

C、进入变厚度轧制阶段，轧件咬入轧机的辊缝之后，在一个轧制道次内，当位于入口一端的金属检测器检失轧件时，金属检测器向轧机PLC控制系统发出信号，系统接收该信号后开始计时，延时一段时间后轧机的辊缝开始逐渐增大，并确保轧件未完全离开轧机时，轧辊与轧件已分离，即对轧件尾部预设定的一段不轧制部分不施以压下量，本道次不轧制部分的压下量在下一道次咬入时完成；

D、重复步骤A至C，直至轧件薄至200mm以内时，则转入常规的等厚度轧制方式进行轧制。

上述防止轧制扁锭的两端形成开裂口的轧制方法中，更具体的技术方案还可以是：步骤C的变厚度轧制阶段的控制参数的数学表达式如下：

第道次从辊缝开始打开至轧辊离开轧件表面的时间为为压下量与抬升速度的比值，即： 

式中，△hⁿ为第n道次的压下量，单位mm；

轧件咬入后等厚度部分的长度的计算公式为：

其中，为对轧件尾部预设定的一段未轧制的长度，令，

当轧件的头部经过轧机一侧的金属检测器时，金属检测器检测到一个上升沿信号，并触发PLC控制系统中的计时器开始计时，设第道次从金属检测器检测到上升沿至轧件头部咬入轧机辊缝的时间为，单位s，的计算公式为：

设从第道次轧件头部咬入至辊缝开始打开的时间为，单位s，由轧辊加速时间和稳定轧制时间组成，其中和计算公式为：

则的计算公式为：

则的计算公式为：

式中，X为机前机后金属检测器与轧辊中心的距离，单位mm；为第道次的轧辊咬入速度，单位mm/s；为第道次的稳定轧制速度，单位mm/s；为第道次的咬入速度提升至稳定速度的加速度，单位mm/s²。

由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下有益效果：判断每道次轧制前的轧件的厚度和长度可能出现张嘴变形时，对轧件采取变厚度轧制，轧件咬入轧机的辊缝之后，延时一段时间后轧机的辊缝开始逐渐增大，并确保轧件未完全离开轧机时，轧辊与轧件已分离，即对轧件尾部的一部分不施以压下量，这部分未变形段的压下量在下一道次咬入时完成，以上过程反复进行直至轧件薄至一定厚度，则转入常规的等厚度轧制，由此能够避免扁锭往复轧制过程中张嘴的产生。

附图说明

图1是现有技术常规的等厚度轧制在端部产生“张嘴”缺陷的示意图。

图2a是本发明中变厚轧制方式的第n道次轧件咬入阶段示意图。

图2b是本发明中变厚轧制方式的第n道次轧件辊缝开始抬升点示意图。

图2c是本发明中变厚轧制方式的第n道次轧件辊缝抬升阶段示意图。

图2d是本发明中变厚轧制方式的第n道次轧件辊缝达到最大示意图。

图2e是本发明中变厚轧制方式的第n+1道次轧件咬入阶段示意图。

图2f是本发明中变厚轧制方式的第n+1道次轧件辊缝开始抬升点示意图。

图2g是本发明中变厚轧制方式的第n+1道次轧件辊缝抬升阶段示意图。

图2h是本发明中变厚轧制方式的第n+1道次轧件辊缝达到最大示意图。

图3是轧制过程中金属检测器的位置及轧制控制参数标注示意图。

图4是临界状态下的轧后轧件侧面形状及轧制控制参数标注示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述：

实施例1

如图3所示，在板材轧机入口和出口两侧的固定距离内安装有金属检测器3，针对轧制入口厚度大于200mm的轧件1，首先判断轧件属于长轧件还是短轧件，如果轧件为短轧件，则本道次的轧制采取等厚度轧制方式，即一个轧制道次内的辊缝不发生变化；如果轧件为长轧件并且在奇数道次时，轧件咬入轧机的辊缝之后，在一个轧制道次内，当位于入口一侧的金属检测器3检失轧件的尾部时，由金属检测器向轧机控制系统发出信号，系统接收该信号后开始计时，延时一段时间后轧机的辊缝开始逐渐增大，并确保轧件未完全离开轧机时，轧辊2与轧件1已分离，即对轧件1尾部的一部分不施以压下量，该未变形段的长度为预设定值，一般为一较小数值，这部分未变形段的压下量在下一道次咬入时完成。轧制偶数道次时，则以位于出口一侧的金属检测器检失轧件的头部为开始计时时间点，同理，对轧件头部的一部分不施以压下量。轧件的长短通过公式计算来判断。以上过程反复进行直至轧件薄至200mm以内时，则转入常规的等厚度轧制。如图2a至2h所示，分别为变厚度轧制第道次和道次轧制过程中辊缝的调整步骤，由于两道次为紧邻道次，因此轧制方向相反。

根据不同金属的特性，判断出现张嘴缺陷的轧件厚度范围。实际生产中，金属轧件在多道次轧制过程中可能发生“张嘴”缺陷的厚度一般大于200mm。因此，在金属轧件的轧制咬入厚度大于200mm的道次，都可采用变厚度轧制方法来避免出现“张嘴”缺陷。

如果判断本轧制道次有可能出现张嘴，再次判断轧件为长轧件或短轧件，如果轧件的长度过短，以至于轧件抛出轧机时，辊缝还未完全打开到位，此时仅采用等厚度的轧制方式。如果轧件为长轧件，则从轧件咬入或咬入一段后开始抬升辊缝，务必保证轧件在抛出辊缝之前，轧辊已不再对轧件施加变形量或轧制力。

假设扁锭长为，单位mm；宽为，单位mm；厚为，单位mm；轧机轧辊带载抬升(电机或液压抬升)的速度为，单位mm/s；第道次的轧辊咬入速度为，单位mm/s；第道次的稳定轧制速度为，单位mm/s；抛出速度可不考虑，因对轧件已无压下量；第道次的咬入速度提升至稳定速度的加速度为，单位mm/s²；第道次的稳定速度降至抛出速度的减速度为，单位mm/s²。如图3所示，轧件前段正常压下部分的长度为，单位mm；中段辊缝打开阶段部分的投影长度为，单位mm；后段无压下部分的长度为，单位mm；中段辊缝打开阶段部分的长度为，单位mm；第道次的压下量为；轧机的工作辊半径为，单位mm；机前机后金属检测器与轧机的距离为X，单位mm。其中，每道次的轧制速度(包括、)为已知，一般由现场工艺人员或二级计算机系统计算得出。本方法的具体实施步骤为：

 A、每一个轧制道次前，首先判断轧件的入口厚度是否属于易出现“张嘴”缺陷的范围，若轧件的入口厚度大于200mm则转入步骤B，小于等于200mm则按照常规的等厚度轧制方式进行轧制；

B、判断轧件是长轧件或短轧件

在轧制的前序道次，由于轧件较短，轧制速度又不能过于缓慢，因此有可能出现轧件已经抛出，而轧辊还未抬升到位的情况。当出现这种情况时，则不能实施变厚度轧制方法，因有可能产生更为恶劣的“张嘴”。在轧制的后序道次，轧件逐渐变长，此时可设定，其中的值经过计算可得到，的值为一较小值。本步骤从第1道次开始判断，若轧制第1道次时轧件过短，则第1道次按照普通方式进行轧制，之后再对第2道次进行判断，以此类推。直到判断某道次的轧件长度已符合变厚度轧制的要求为止，则后续道次的轧件长度显然也更加符合要求，无需再判断。直到对第道次进行判断，则说明第道次的轧制为普通等厚度轧制。假设第道次的轧件出口长、宽、厚尺寸分别为、、，单位为mm。

如图4所示，选取临界状态进行分析，该临界状态为轧件咬入时辊缝立刻开始打开，轧制至轧件的末端时，辊缝正好打开至与轧件的入口厚度相等，即。如果轧件抛出时，若，则意味着轧件过短，辊缝还没来得及打开到位，轧件就已经完全抛出轧机，说明只能进行普通等厚度轧制；若，意味着当未轧制至轧件末端时，轧辊已与轧件分离，说明轧件的长度较长，其轧制时间能满足辊缝的打开时间，可以实施变厚度轧制方法。分析计算如下：

辊缝打开时在轧件上所产生的斜坡角度为，单位为度；轧件的斜坡长度为，单位mm。

则该角度的值为辊缝打开速度的一半与稳定轧制速度比值的反正弦值：

                                 (1)

根据体积不变定律，并忽略宽展，变形前的长方体体积等于变形后的梯形棱柱体积：

                         (2)

舍去负根，经计算的值为：

                     (3)

轧件的最大厚度，即抛出时的厚度的计算公式为：

                     (4)

当时，说明轧件存在未变形的部分，轧件为长轧件，可转入步骤C，若说明轧件过短，辊缝还没有打开到位，轧件已抛出，因此只能采用普通轧制方式进行轧制。若，则轧件也为长轧件，可转入步骤C，不同的是，此时。

C、分别计算第道次轧制后的轧件的等厚度变形部分的体积、斜坡部分的体积和未变形部分的体积，单位均为。首先计算未变形部分体积如下：

第道次从辊缝开始打开至轧辊离开轧件表面的时间为为压下量与抬升速度的比值，即： 

第道次的斜坡长度的计算为：

计算斜坡部分的体积如下：

                      (6)

计算已变形部分的体积如下：

                                              (7)

根据体积不变原理可知，

                   (8)

将式(5)、(6)代入式(7)，并忽略板材轧制过程中的展宽量，即，可得：

         (9)

将式(3)代入式(9)，并经变换可得：

         (10)

其中，为事先设定好的一个较小值，可令。

当轧件的头部经过轧机一侧的金属检测器时，金属检测器检测到一个上升沿信号，并触发PLC控制系统中的计时器开始计时，设第道次从金属检测器检测到上升沿至轧件头部咬入轧机辊缝的时间为，单位s。的计算公式为：

                        (11)

设从第道次轧件头部咬入至辊缝开始打开的时间为，单位s。由轧辊加速时间和稳定轧制时间组成，其中和计算公式为：

                       (12)

则在时间内走过的长度的计算公式为：

                  (13)

则的计算公式为：

                   (14)

则的计算公式为：

           (15)

第道次从辊缝开始打开至轧辊离开轧件表面的时间为，前面已经得到计算。至此可得为实施本发明所需的所有控制参数。

假设扁锭长为2800mm；宽为2000mm；厚为620mm；轧机轧辊带载抬升(电机或液压抬升)的速度为10mm/s；第1道次的轧件咬入速度为500mm/s；第道次的稳定轧制速度为1500mm/s；第1道次的咬入速度提升至稳定速度的加速度为500 mm/s²；第1道次的压下量为30mm，则出口厚度为590mm。

首先，由于厚度为620mm，远大于200mm，分析计算如下：

辊缝打开时的轧制速度选取为稳定轧制速度1500mm/s。辊缝打开时在轧件上所产生的斜坡角度为，单位为度；轧件的斜坡长度为，单位mm。则该角度的计算公式为：

度                           (1)

根据体积不变定律，并忽略宽展，变形前的长方体体积等于变形后的梯形棱柱体积：

                         (2)

舍去负根，经计算的值为：

                (3)

轧件的最大厚度，即抛出时的厚度的计算公式为：

                 (4)

mm，由以上计算可知，说明轧件过短，辊缝还没有打开到位，轧件已抛出，因此本道次的轧制只能采用普通等厚度轧制方式进行轧制。

当轧制至第2道次时，此时入口厚度为590mm，即为590mm；压下量为10mm，则出口厚度为580mm；咬入速度和稳定轧制速度分别为500mm/s和1500mm/s；斜坡角度不变，仍为0.19度。

根据体积不变定律，并忽略宽展，变形前的长方体体积等于变形后的梯形棱柱体积：

舍去负根，经计算的值为：

轧件的最大厚度，即抛出时的厚度的计算公式为：

由以上计算可知，说明轧件过短，辊缝还没有打开到位，轧件已抛出，因此本道次的轧制只能采用普通等厚度轧制方式进行轧制。

第2道次从辊缝开始打开至轧辊离开轧件表面的时间计算如下：

秒

第2道次的斜坡长度的计算为：

毫米

分别计算第2道次轧制后的轧件的等厚度变形部分的体积、斜坡部分的体积和未变形部分的体积，单位均为。假设mm。首先计算未变形部分体积如下：

立方毫米

计算斜坡部分的体积如下：

立方毫米

计算已变形部分的体积如下：

等厚度变形部分的长度的计算如下：

毫米         

当轧件的头部经过轧机一侧的金属检测器时，金属检测器检测到一个上升沿信号，并触发PLC控制系统中的计时器开始计时，设第2道次从金属检测器检测到上升沿至轧件头部咬入轧机辊缝的时间为，金属检测器至轧辊中心轴线的距离为5000毫米，轧辊旋转加速度为1000mm/s²。的计算公式为：

秒

设从第2道次轧件头部咬入至辊缝开始打开的时间为。由轧辊加速时间和稳定轧制时间组成，其中和计算如下：

秒                        

的计算如下：

秒

则的计算公式为：

秒

第2道次从辊缝开始打开至轧辊离开轧件表面的时间为压下量与抬升速度的比值，已计算为1秒。至此可得为实施本发明所需的所有控制参数。 

Claims (2)

1.一种防止轧制扁锭的两端形成开裂口的轧制方法，其特征在于包括以下步骤：

A、每一个轧制道次前，首先判断本道次的轧件入口厚度是否大于200mm，大于200mm则转入步骤B，小于等于200mm则按照常规的等厚度轧制方式进行轧制；

B、判断本道次的轧件长度是否能满足变厚度轧制的要求，短轧件按照常规的等厚度轧制方式进行轧制，长轧件转入步骤C，按照变厚度轧制方式进行轧制；

轧件长度判断方法如下：

设第                                                道次轧制过程中辊缝打开时在轧件上所产生的斜坡角度为，单位为°；轧件的斜坡长度为，单位mm，则该斜坡角度的值为辊缝打开速度的一半与稳定轧制速度比值的反正弦值：

式中，V _up为辊缝打开速度，V ⁿ _s为稳定轧制速度；

根据体积不变定律，并忽略宽展，变形前的长方体体积等于变形后的梯形棱柱体积：

式中，H为扁锭厚度，单位mm；L为扁锭长度，单位mm；H ⁿ为第n道次的轧件入口厚度，单位mm；为第n道次辊缝打开阶段斜坡部分的投影长度，单位mm；

舍去负根，经计算的值为：

轧件的最大厚度，即抛出时的厚度的数学表达式为：

当或者时，轧件为长轧件；当时，轧件为短轧件；式中： H ^n-1为上一道次的出口厚度，也就是本道次的咬入厚度，单位mm；

C、进入变厚度轧制阶段，轧件咬入轧机的辊缝之后，在一个轧制道次内，当位于入口一端的金属检测器检失轧件时，金属检测器向轧机PLC控制系统发出信号，系统接收该信号后开始计时，延时一段时间后轧机的辊缝开始逐渐增大，并确保轧件未完全离开轧机时，轧辊与轧件已分离，即对轧件尾部预设定的一段不轧制部分不施以压下量，本道次不轧制部分的压下量在下一道次咬入时完成；

D、重复步骤A至C，直至轧件薄至200mm以内时，则转入常规的等厚度轧制方式进行轧制。

2.根据权利要求1所述的防止轧制扁锭的两端形成开裂口的轧制方法，其特征在于：步骤C的变厚度轧制阶段的控制参数的数学表达式如下：

第道次从辊缝开始打开至轧辊离开轧件表面的时间为为压下量与抬升速度的比值，即： 

式中，△hⁿ为第n道次的压下量，单位mm；

轧件咬入后等厚度部分的长度的计算公式为：

其中，为对轧件尾部预设定的一段未轧制的长度，令，

当轧件的头部经过轧机一侧的金属检测器时，金属检测器检测到一个上升沿信号，并触发PLC控制系统中的计时器开始计时，设第道次从金属检测器检测到上升沿至轧件头部咬入轧机辊缝的时间为，单位s，的计算公式为：

设从第道次轧件头部咬入至辊缝开始打开的时间为，单位s，由轧辊加速时间和稳定轧制时间组成，其中和计算公式为：

则的计算公式为：

则的计算公式为：

式中，X为机前机后金属检测器与轧辊中心的距离，单位mm；为第道次的轧辊咬入速度，单位mm/s；为第道次的稳定轧制速度，单位mm/s；为第道次的咬入速度提升至稳定速度的加速度，单位mm/s²。