CN109420682B - 一种冷轧薄带钢的板形控制方法 - Google Patents

一种冷轧薄带钢的板形控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种冷轧薄带钢的板形控制方法，步骤为：(1)将带钢沿宽度方向分成n段，并在每一段设置一个后张力调控装置；(2)若检测到板形缺陷，则打开相应位置处的后张力调控装置；(3)若没有板形缺陷，则关闭所有的后张力调控装置。本发明利用后张应力与延伸应变之间的关系，通过实时调整带钢后张力分布，消除带钢沿宽度方向产生的不均匀塑性延伸应变差，改善板形缺陷。解决现有的板形控制方式对于薄带钢控制效果不佳的问题。

Description

一种冷轧薄带钢的板形控制方法
技术领域
本发明涉及板带冷轧技术领域，特别是冷轧薄带钢的板形控制，具体涉及一种冷轧薄带钢的板形控制方法。
背景技术
本技术来源于现场生产实践，尤其涉及一种适合于薄带钢冷轧过程后张力控制板形的方法。本发明的检索关键词包括：冷轧(cold rolling)、张力(tension)、板形控制(shape control)。对上述关键词进行检索，可发现在冷轧领域，国内外未有相同专利存在，可见本专利的创新性。
近年来，随着冷轧板带钢产品向极限薄规格和更高强度级别扩展，提高板形质量和控制产品的板形，愈发成为一个生产技术难题。在直观上板形是指板带的翘曲程度，其实质是带钢内部残余应力的分布。在冷轧钢带生产过程中常见的板形缺陷有边浪、中间浪、肋浪、复合浪等，这些板形缺陷在平整过程中难以消除，这直接影响带钢质量和客户的正常使用。
总的来说，板形缺陷产生的根本原因是带钢宽度方向产生的不均匀塑性延伸应变差，但不同的板形缺陷对应的产生原因也略有不同。其中，边浪包括单边浪、双边浪，是由于在生产过程中边部延伸大于中部延伸所导致的板形缺陷，其形成原因主要有：(1)原料单边浪、或双边浪超标，冷轧未能完全消除；(2)在轧制时轧辊倾斜量过大造成单边浪；(3)弯辊力过小造成双边浪等。中间浪是由于钢带中部的延伸大于边部延伸所造成的板形缺陷，其形成原因主要有：(1)原料中间浪超标，冷轧未能完全消除；(2)弯辊力过大；(3)工作辊凸度值过大等。肋浪是指在板宽约1/4处产生的浪，即带钢宽向1/4处局部延伸过大，其形成原因主要有：(1)轧辊宽向局部磨损不均；(2)轧辊宽向冷却不均；(3)原料宽向局部过软等。
影响板形的因素有多种，主要可分为轧辊弹性挠曲、轧辊弹性压扁、轧辊热凸度、轧辊磨损、来料硬度分布、入口板形、张力分布等。因此，板形控制的基本原理是通过弯辊、压下倾斜及轧辊轴向移位等板形控制手段调节承载辊缝形状，改变轧机负载辊缝内带钢塑性变形横向分布，进而消除或产生特定的带钢宽度方向上的纵向塑性延伸应变差。因此，轧机板形控制的实质是改变负载辊缝形状，也就是对带钢纵向塑性延伸应变差的调控。
其中，张力分布对于板形的影响，即为张应力对带钢延伸应变的影响，其影响关系主要体现在：(1)由于张应力变化，导致轧辊弹性变形变化，进而导致带钢塑性变形发生变化，所以必然对板形产生影响；(2)张力分布对金属横向流动发生影响，当张力沿横向分布不均时，会使金属带钢之间发生横向流动差异，在一定的厚向变形下，金属之间的横向流动必然导致带钢内部应力分布状态沿横向发生变化，因而会必然改变带钢的纵向延伸应变。
中国实用新型专利CN201644510U“轧辊热辊形加热控制装置”，公开了一种在机轧辊感应加热控制技术，设置于轧辊所在的轧机机架内，包括加热部件、温度控制部件以及供电电源，加热部件沿工作辊的轴向设于其周面的上方，温度控制部件设于加热部件的相应位置处并与加热部件连接，供电电源与加热部件连接。由于沿工作辊的轴向采用了加热部件以及温度控制部件，不仅可以对工作辊分区实施加热，将工作辊温度实时保持稳定，同时控制工作辊轴向的温度分布，使工作辊在预热和轧制过程中能够保持良好的热辊形，而且还可用于在线控制新换工作辊预热时的热辊形，换辊后在轧制过渡料时立即开始对新辊进行在线分区感应加热控制其热辊形，以最快速度获得正常轧制状态所需要的热辊形，减少因换辊造成的质量改判或封闭量。
理论上，上述技术可以实现对轧辊分区加热，改变轧机负载辊缝形状，进而控制板形，但是对于薄带钢效果不佳。
发明内容
本发明的目的是提供一种冷轧薄带钢的板形控制方法，所述的板形控制方法针对冷轧过程中出现的多种板形缺陷，实时调整带钢后张力分布，消除带钢沿宽度方向产生的不均匀塑性延伸应变差，进而改善板形缺陷，给冷轧机组带来显著经济效益。用以解决现有的板形控制方式对于薄带钢控制效果不佳的问题。
为实现上述目的，本发明的方案是：一种冷轧薄带钢的板形控制方法，所述的板形控制方法利用后张应力与延伸应变之间的关系，通过实时调整带钢后张力分布，消除带钢沿宽度方向产生的不均匀塑性延伸应变差，改善板形缺陷；
所述的板形控制方法具体步骤如下：
(1)在轧机入口端，将带钢沿宽度方向分成n段，在轧机原有后张力的基础上，分别在每段添加一个独立的后张力调控装置，其中，n根据轧机出口的板形检测仪的分段数确定；
(2)通过轧机出口的板形检测仪实时检测轧机出口带钢板形，若检测到轧机出口带钢表面没有板形缺陷，则所有后张力调控装置都处于关闭状态，并进入步骤(4)；
(3)若轧机出口带钢表面出现板形缺陷，则立即打开与轧机出口板形缺陷相对应位置处的后张力调控装置，通过所述后张力调控装置调整带钢的局部后张应力，来对其局部延伸应变进行调整，进而消除带钢沿宽度方向产生的不均匀塑性延伸应变差，改善板形缺陷；
(4)如果轧制过程结束，则完成控制过程；如果轧制过程没有结束，则按照步骤(2)～(3)重新检测带钢板形，直到完成整个轧制过程。
进一步地，根据本发明所述的冷轧薄带钢的板形控制方法，所述步骤(1)中，带钢宽度方向的分段数n与轧机出口板形检测仪的分段数量一致。
进一步地，根据本发明所述的冷轧薄带钢的板形控制方法，所述的后张力调控装置为感应加热线圈。
进一步地，根据本发明所述的冷轧薄带钢的板形控制方法，所述的感应加热线圈沿带钢宽度方向设置为2排，且2排感应加热线圈交错排列。
进一步地，根据本发明所述的冷轧薄带钢的板形控制方法，所述步骤(3)中，通过所述后张力调控装置调整带钢的局部后张应力，来对其局部延伸应变进行调整，所采用的后张应力与延伸应变之间的关系模型为：
Figure BDA0001392437830000041
其中，ε—延伸应变；
QF—外摩擦影响系数；
Km—带钢平均变形抗力；
σ1—前张应力；
σ0—后张应力；
B—带钢宽度；
R′—工作辊弹性压扁半径；
h0—入口厚度；
r—压下率；
P—轧制力。
本发明达到的有益效果：本发明针对冷轧过程中出现的多种板形缺陷，如边浪、肋浪、中间浪、以及复合浪等缺陷问题，充分结合了冷轧机组的设备及工艺特点，实时调整带钢的后张力分布，在很大程度上消除了带钢沿宽度方向产生的不均匀塑性延伸应变差，高效地对板形缺陷进行调控，保证了冷轧机组的生产效率和带钢质量，给企业带来了较大经济效益。
附图说明
图1是本发明的控制方法流程图；
图2是本发明实施例感应加热线圈的布置示意图；
图3是本发明实施例带钢出现板形缺陷时加热线圈的工作状态示意图；
图4是运用本发明方法前后轧机出口带材板形偏差6I-UNIT以内命中率。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步详细的说明。
由轧制理论和实践可知，当冷轧薄带钢时，与轧制力分布相比，带钢纵向塑性延伸应变对后张力分布更加敏感，即通过调整后张力分布，能够更有效地消除板形缺陷。
因此，本发明充分结合机组的设备及工艺特点，利用后张应力与延伸应变之间的关系，通过实时调整带钢后张力分布，消除带钢沿宽度方向产生的不均匀塑性延伸应变差，进而改善板形缺陷，提高带钢质量。
本发明是一种适合于薄板冷轧过程后，通过调整后张力控制板形的方法，如图1所示，本发明控制方法的具体步骤如下：
1，在轧机入口端，将带钢沿宽度方向上划分成n段，在轧机原有后张力的基础上，分别在划分好的n段中的每一段都添加一个独立的后张力调控装置。
其中，n根据轧机出口的板形检测仪的分段数确定，作为优选，带钢宽度方向的分段数n与轧机出口板形检测仪的分段数量一致。
2，通过轧机出口的板形检测仪实时检测轧机出口带钢板形，当轧机出口带钢表面没有板形缺陷的情况下，所有后张力调控装置都处于关闭状态，并进入步骤4；
3，当检测到轧机出口带钢表面出现板形缺陷，如边浪、肋浪、中间浪、以及复合浪等缺陷问题时，立即打开与轧机出口板形缺陷相对应位置处的后张力调控装置，通过后张力调控装置调整带钢的局部后张应力，对其局部延伸应变进行调整，进而消除带钢沿宽度方向产生的不均匀塑性延伸应变差，改善板形缺陷。
其中，后张应力σ0对延伸应变ε的对应关系模型为：
Figure BDA0001392437830000051
4，如果轧制过程结束，则完成控制过程；如果轧制过程没有结束，则按照步骤2～3重新检测带钢板形，直到完成整个轧制过程。
其中，步骤3中，后张应力σ0对延伸应变ε的对应关系模型的具体计算过程如下：
根据Hill公式，如式(1)所示。
Figure BDA0001392437830000061
式中QF—外摩擦影响系数；
Km—带钢平均变形抗力；
σ1—前张应力；
σ0—后张应力；
B—带钢宽度；
R′—工作辊弹性压扁半径；
h0—入口厚度；
r—压下率；
P—轧制力。
变形可以得出压下率r与后张应力σ0的关系，如式(2)所示。
Figure BDA0001392437830000062
同时，压下率r和延伸应变ε之间的关系如式(3)所示。
Figure BDA0001392437830000063
联立式(2)、式(3)可以可得后张应力σ0对延伸应变ε的影响关系模型，如式(4)。
Figure BDA0001392437830000064
实施例
下面以某冷轧机为例，详细介绍本发明通过后张力控制板形的过程。本实施例选择感应加热线圈为后张力调控装置。
1，在轧机入口靠近负载辊缝的带钢上方，沿带钢宽度方向上设置2排共若干个感应加热线圈，为了确保感应加热线圈加热区域能够均匀覆盖带钢全宽，2排感应加热线圈交错排列，如图2所示；
2，通过轧机出口的板形检测仪实时检测带钢板形，若轧机出口带钢没有板形缺陷的情况下，即延伸率宽向分布均匀时，所有感应加热线圈均处于关闭状态，如图2所示。
3，当检测到带钢宽度方向上的某些位置出现板形缺陷，如边浪、肋浪、中间浪、或复合浪等板形缺陷，即局部延伸应变过大时，立即打开缺陷相对应位置处的感应加热线圈，使其处于工作状态，而没有板形缺陷的对应位置处的感应加热线圈处于关闭状态，如图3所示。
打开的感应加热线圈迅速局部加热轧机入口相应位置的带钢，根据热胀冷缩原理，使得带钢局部后张应力减小，经过轧机辊缝后，带钢局部延伸应变减小，直到板形缺陷消失为止。
将本发明方法应用于某薄带钢冷连轧机组。带钢入口厚度2.0mm，宽度1250mm，出口厚度0.20mm。对于该种钢卷，运用本发明方法前、后，如图4所示，轧机出口带材板形偏差6I-UNIT命中率分别为96％、99％，说明运用本发明的方法后带材板形控制精度有一定程度的提高。
本发明针对冷轧过程中出现的多种板形缺陷，如边浪、肋浪、中间浪、以及复合浪等缺陷问题，充分结合了冷轧机组的设备及工艺特点，实时调整带钢的后张力分布，在很大程度上消除了带钢沿宽度方向产生的不均匀塑性延伸应变差，高效地对板形缺陷进行调控，保证了冷轧机组的生产效率和带钢质量，给企业带来了较大经济效益。

Claims (2)

1.一种冷轧薄带钢的板形控制方法，其特征在于：所述的板形控制方法利用后张应力与延伸应变之间的关系，通过实时调整带钢后张力分布，消除带钢沿宽度方向产生的不均匀塑性延伸应变差，改善板形缺陷；
所述的板形控制方法具体步骤如下：
(1)在轧机入口端，将带钢沿宽度方向划分成n段，在轧机原有后张力的基础上，分别在每段添加一个独立的后张力调控装置，其中，n根据轧机出口的板形检测仪的分段数确定；所述的后张力调控装置为感应加热线圈，所述的感应加热线圈沿带钢宽度方向设置为2排，且2排感应加热线圈交错排列；
(2)通过轧机出口的板形检测仪实时检测轧机出口带钢板形，若检测到轧机出口带钢表面没有板形缺陷，则所有后张力调控装置都处于关闭状态，并进入步骤(4)；
(3)若轧机出口带钢表面出现板形缺陷，则立即打开与轧机出口板形缺陷相对应位置处的后张力调控装置，通过所述后张力调控装置调整带钢的局部后张应力，来对其局部延伸应变进行调整，进而消除带钢沿宽度方向产生的不均匀塑性延伸应变差，改善板形缺陷；后张应力与延伸应变之间的关系模型为：
Figure FDA0002579181840000011
其中，ε—延伸应变；
QF—外摩擦影响系数；
Km—带钢平均变形抗力；
σ1—前张应力；
σ0—后张应力；
B—带钢宽度；
R′—工作辊弹性压扁半径；
h0—入口厚度；
P—轧制力；
(4)如果轧制过程结束，则完成控制过程；如果轧制过程没有结束，则按照步骤(2)～(3)重新检测带钢板形，直到完成整个轧制过程。
2.根据权利要求1所述的冷轧薄带钢的板形控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中，带钢宽度方向的分段数n与轧机出口板形检测仪的分段数量一致。
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