CN1123404C - 轧制带材的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于在一具有至少两个轧机机架的带材轧制机组中轧制带材的方法，通过如下措施使热带材(3、4)达到理想平度，即，在一带材范围，预定沿带材宽度的目标不平度形状，测定实际达到的不平度形状，并相比较算出差值，用起力学或物理作用的调整装置使差值降至最小。一种用于实施上述方法的设备可包括可移动工作辊(10、11)或工作辊弯辊装置(13)、使工作辊(10、11)和支承辊(9)成对交错的装置以及其它调整装置。

Description

轧制带材的方法和设备
本发明涉及一种用于在一个具有至少两个轧机机架的带材轧制机组中轧制带材的方法及设备，其中，带材轧制机组具有可分别沿水平方向调整的、单独进行轧制(二辊式机架)的、或分别直接地或经由一个中间辊支承一个支承辊上的上、下工作辊，或具有一个在其上进行至少两个轧制道次的可逆式机架，在带材轧制机组及可逆式机架中，带材处于状态变化之中，届时，改善板形和平度的调整装置作用到带材上。
在实践中，对热带材和冷带材的平度均提出了越来越高的要求。同时，热轧的边界条件也变得更加困难，因为客户日益增多地要求更薄和更宽的带材，这导致后方的机架中的压下量和轧制力也有所加大。在右压下量的情况下，磨损有所增加(CSP设备)，并且在轧机产量增加的情况下，如在无端式轧制或在铝宽带轧机中，“热凸度”有所提高。
因此，存在一种基本的、技术的和经济的需要，即在更极端的边界条件下也要通过最佳的“预调”来保持经过改善的带材平度，并且据此需要在轧机内也改善轧制带材的平度，并且这与用途有关并且与须考虑的、热带材在输出辊道上及在带卷内的冷却过程有关。
在热轧带材时，在轧制大纲中，工作辊的热凸度和磨损及其弹性变形处于较大的变化之中。在不通过调整装置进行修正的情况下，轧辊形状随轧材生产量的不断增加而变化。其效应因机架及道次的不同而不同。据此，板形和给定的热带材平度均发生变化并且结果冷带材的平度也发生变化。
在宽向轧制时，在轧制大纲内，相继有一批同样宽度或近似相同宽度的带材被轧制。届时，除为某点(如C40或C25)预给定的板形值外，同时整体的板形和相应地还有预给定的带材中部的，特别是还有带材边部的带材平度也发生变化。其间，轧辊热凸度的不断下降或工作辊边部的磨损导致不希望出现的板形异常。这指的是边部加厚(凸起)，或反之也指边部减薄。这些板形异常大大限制了宽向的可轧长度。其中，沿同一宽度或近似同一宽度被轧制的所有带材长度之和被定义为宽向轧制长度。
DE3038865C1公开的主题在于，通过适宜的调整装置，如移动装置和/或弯辊装置，譬如CVC(连续可变凸度)移动装置或一种适宜的冷却装置补偿热凸度的和工作辊磨损的变化。
EP0276743 B1公开的主题在于，为了控制带材的凸度和/或边部减薄，根据包括带材宽度在内的轧制条件调整工作辊的水平方向向移动装置以及串列式轧机的位于前方的机架组的作用到工作辊上的弯曲力。
为了控制工作辊的磨损和热凸度，其目的在于避免出现不希望的板形和不平度，在位于后方的机架组中按预定的时间间隔往复移动工作辊。其间，在每轧一卷带材之后，位于后方的机架被逆向地移动一定的量；如果移动量到达最大值，则移动方向变为相反方向。通过该周期移动可使工作辊的较大范围上的磨损变得均匀。
EP0 618 020 A1公开了一种用于在一个本文开始所述的类型的、具有可轴向调整的上、下工作辊的轧机机加中轧制带材的方法，其中，用于改善板形和平度的调整装置作用到带材上。虽然轧制大纲是灵活多变的，在预先给定带材的目标板形的情况下，该公开的方法可大致满足对带材的板形精度和平度的要求，为了达到上述要求，两组调整装置连续地作用到带材上，其中的第一组调整装置在带厚高于临界厚度时被使用并且主要是影响带材的中部的板形，而第二组调整装置在带厚低于临界厚度时被用于带材的边部。
可是，在现有技术中公开的措施不足以在极端的边界条件下也能满足特别是对平度的、提高了的要求。在生产热带材时，这些极端的边界条件特别是在于可灵活地编制轧制大纲，其中，除要求具肋产大的厚度变化范围及材料变换范围之外，所要求的宽度的宽窄变换范围也较大(混合轧制)。此外，出于经济方面的原因，在轧制大纲中，在不影响板形精度和平度的情况下，相同宽度的带材的轧制量也有所增加。
发明的任务在于提供一种方法及一种设计，用以即便在灵活的轧制大纲中，也能在满足对热带的平度并且也对冷带的平度提出的、较高的要求，并同时满足对板形精度的要求，并且借助所建议的方法措施，通过最佳的预调，在轧线内并在极端的边界条件下，即根据用途及带材，在输出辊道上的和带卷中的冷却过程也应提高带材的平度。
此外，本方法也用于冷连轧机及冷轧机架。在冷轧中，在带材边部也使板形发生变化并设法获得尽可能没有“边部减薄”的板形，其中，使特别是带材边部的不平度及带材应力能保持在规定的限度内。
按照发明，在权利要求1的前叙部分中所述类别的、用于轧制热带材的方法中，解决的上任务的技术方案在于权利要求1的特征部分中所述的特征。在发明的方法中，不再从以带材的一个基准点为基准的额定平度出发，而是预先给定沿带材宽度的目标不平度形状，并且另一方面，测定在一个确定的带材范围内实际达到的不平度形状并与预先给定的不平度形状进行比较，从中算出差值并采用供使用的、起力学或物理作用的调整装置，使上述差值尽可能最大限度地降至最小。
借助发明的方法，通过最佳的预调，在极端的边界条件下也可建立更好的带材平度。
在发明的方法中，所有的调整装置及影响成套轧辊的弹性性能的参数可使带材抛物线式地沿宽度伸长。特别是在边部使浪形及带材伸长发生变化的影响因素如下：
—工作辊磨损
—热凸度(区域冷却，遮盖用半壳)
—譬如因轧辊压扁导致的轧制力
—对轧辊的特殊磨削(抗凸轧辊，锥形轧辊)
—工作辊的在线磨削装置
—带材边部的温度变化(正/负)
—带材边部的润滑。
根据具体的要求，启动具有在边部主要是抛物线式作用或较高阶式的作用的调整装置。
发明的方法规定，根据用途及在输出辊道上及带卷内的冷却过程预先给定带材的目标平度形状。其中，只预先给定以譬如C40点为基准的目标平度值呀目标不平度值是不够的，而是还要求达到带材沿宽度的伸长或缩短及较高阶的平度。
譬如替换目标平度值或目标不平度值或作为该预先给定的补充，预先给定沿宽度的目标张力分布形状或目标伸长形状并与实际上达到的或者计算出的张力分布形状或伸长形状进行比较，从中算出差值并使用调整装置，使这些差值尽可能最大限度地降至最小。
在图12所示的流程框图中示出了求得板形或板形变化和据此求得带材的沿宽度的张力分布及带材伸长值时的流程。
在图13所示的流程框图中示出了用于建立所需的、带材沿宽度的张力分布带材伸长的方法步骤。
在一个用于轧制在冷的状态下平的热带材的热连轧机中，沿带材长度有利地预先给定不同的不平度形状。
为了按其中的规定建立不同的热带材不平度，沿带材长度粉红作辊弯辊装置、PC型机架的调整角、CVC轧辊轴向移动系统或其它的调整装置。
此外，发明的方法还规定，在差值没有足以降至最小的情况下，改变应负责任的机架的输入条件并使结果最佳化。届时，除采用起力学作用的调整装置之外，还可附加地采用起物理作用的调整装置。作为预调装置，可把这些附加的调整装置设在头部，也可沿带材的长度变化地设置这些起物理作用的调整装置。这些调整装置譬如是带材边部冷却装置、带材边部加热装置、轧制力分配装置或带材边部润滑装置。
为了更好地、一目了然地了解其间所发生的过程和带材的状态变化，通过把带宽分为主体部和边部对目标值及实际上达到的值进行描述。其中，可通过一个多项式函数y*＝A2X2+A4X4+A6X6+AnXn来描述不平度形状，其中y*为表示带材伸长、带材不平度及带材张力的座标并且x为带材宽度坐标。
发明的方法的另一优选的实施形式规定，围绕目标值，定义出正的和负的限定(带材张力、平度、带材伸长/带材缩短)并且使用调整装置，使带材的张力分布、平度分布、带材伸长/带材缩短的分布处于限定之内。
为了建立带材沿带宽的、抛物线式的或较高阶的伸长/缩短，有利地使用那些影响成套轧辊的弹性性能的调整装置，这些调整装置包括CVC工作辊轴向移动装置或工作辊弯辊装置或同时包括以上两种装置。
此外，发明还规定，为了避免在热的带材上及在带材的冷状态下出现浪形，对轧制力进行重新分配，使至少在最后一个机架中的轧制力有所减少并使前方的机架中的轧制力有所提高。
在发明的方法中，很有利地分析轧制的带材在输出辊道上及在带卷中冷却时的过程和在上期间在主体部及带材边部发生的带材伸长/缩短，并至少在最后一个机架中，通过对调整装置的相应预调，来补偿在此期间测出的或计算出的长度变化。
最后，发明的方法有利地规定，使用起力学作用的调整装置并通过起物理作用的，如起加热或冷却作用的温度调整装置加以辅助。
用于实施发明的方法的设备的特征在于，在轧制设备范围内具有至少两个或多个在设备权利要求中所述的调整装置。
这些调整装置可包括可轴向移动的CVC工作辊或工作辊弯辊装置。此外，工作辊可为交错结构。为了在温度上影响工作辊，工作辊可设有保温覆盖装置或根据情况也可设有区域冷却装置。此外，工作辊为抗凸轧辊或锥形轧辊或可设有在线磨削装置。此外，为了在需要的情况下对带材的边部进行温度修正，规定发明的设备在精轧机组之前、之中或之后，譬如在输出辊道的范围内具有一个带材边部加热装置，或者也在精轧机组之前、之中或之后具有一个带材边部冷却装置。并且最后，可在精轧机组之中设有一个带材边部润滑装置。
从权利要求书中和从下面对几个在附图中示出的、发明的实施例的描述中可得出发明的其它细节、特征和优点。
附图所示为：
图1用于实施方法的设备的发明的结构的示意图，
图2.1至2.5用于求得带材沿带宽伸长的线图，
图3.1至3.2按轧材的宽度/厚度制定的轧制大纲的各一个线圈，
图4抗凸轧辊(EP 0672 471 A1)的形状，
图5.1至5.6抗凸轧辊在清除边部的带材凸度中的影响，涉及机架1至6，
图6.1至6.4在不用发明的方法的情况下，较高阶的平度，
图7.1至7.4较高阶的平度限定及一个较高阶的、负的目标平度在靠近边部的采用，
图8.1至8.6通过改变CVC轧辊的、抗凸轧辊的和传统轧辊的移动位置对板型进行的调整，
图9锥形轧辊的形状，
图10.1至10.4在考虑和不考虑较高阶的平度限定的情况下，锥形轧辊的影响，
图11.1至11.6轧制力的重新分配对带材的平度形状及带材沿带度的伸长形状的影响，
图12用于建立带材沿带宽的所需伸长的流程框图，
图13用于形成冷带材不平度和减少该不平度的流程框图。
在图1中示出了一个能沿轧制带材(3、4)的宽度达到预先给定的目标不平度形式的轧制机组(6)，其中，部分是示意地表示的并仅以符号表示机械的调整装置，包括辅助元件比如象以“黑框”表示计算机和测量装置。
轧制设备由多个轧制机架构成，在图中只示意出了其中的第一个轧制机架和最后一个轧制机架(7)及(8)。轧制设备也可为一个具有一个用以轧制多个道次的可逆式机架的轧制机组。每个轧制机架(7、8)具有可轴向调整的、被支承辊(9)支承的上、下工作辊(10、11)。工作辊(10、11)有利地通过CVC移动装置(12)可轴向移动并设有工作辊弯辊装置(13)。工作辊(10、11)在具有研磨的或热的磨损轮廓时，借助CVC移动装置(12)和工作辊弯辊装置(13)，用在带材的中部或在带材的边部，作为机械的调整装置。
为了辅助这些机械的调整装置(12、13)，为了改变轧制带材(3、4)的边部的加热度，在精轧机组的头几个机架之前和之后，设有带材边部加热装置(14)。为了经过工作辊(10、11)的热凸度的变化对板形施加热影响，轧制机组(6)最好在前方的或后方的轧制机架范围内设有譬如在轧制机架(7)的后方所示的工作辊区域冷却装置(15)，如在相应的区域内朝向工作辊(10、11)的喷嘴。具有譬如设在侧导板中的喷嘴的带材边部冷却装置(16)以及譬如为最后一个轧制机架(8)设置的、用于工作辊的半壳形覆盖装置(18)也可对带材边部施加热影响。在带材边部的工作辊润滑装置(17)影响轧辊间隙中的负荷分布并从而也影响板形。为了持续地测定板形，在最后一个轧制机架(8)之后设有测厚仪(19)、平度测量仪(20)和温度测量仪(21)。
测量仪表(19至21)及(25、26)和机械的调整装置(12、13)的信号装置以及热影响装置和其它的影响装置(14至18)均与一个平直度计算机(22)相接。因此，获得的测量数据，特别是用于带材(3、4)的板形和平度或不平度的测量数据可直接用于修正设在前方的调整系统或执行机构，目的在于，如发明所教导的那样，以轧制带材的实际上达到的不平度形状与预先给定的目标不平度值进行比较，从中算出差值并采用供使用的、起力学或物理作用的调整装置，使上述差值尽可能最大限度地降至最小。为了获得用于计算板形和平度的最佳初始条件，最好是用板形测量仪(25)测定进入的板形并用平度测量仪(26)测定进入的带材平度形状。首次计划计算机(23)向板形/平度计算机(22)供以输入数据。所设的数据反馈系统(24)是为了供轧制力重新分配之需。
在图2.1至2.5中示出了求得沿宽度(B)的板形或者带材伸长量(ΔL/L)i(B)和带材张力分布Di(B)的流程。图12中的流程框图示出了用以建立沿宽度的、预先给定的目标平度或者带材的目标伸长的方法步骤。在图2.1中，实曲线表示进入的板形yein(B)，点划曲线表示出去的板形yaus(B)。图2.2示出了进入的板形和出去的板形之间的差，图2.3示出了带材的伸长(B)并标出了带材边部(a)，其中的其余曲线段表示所谓的“本体部”；K是沿带材宽度的流动指标。虚线曲线表示沿带材宽度的正的和负的平度限定。在图2.4和2.5中分别示出的是，带材伸长及其限定被分成一个抛物线的部分(图2.4)和一个较高阶的部分(图2.5)。
图3.1示出了按轧制的带材的宽度制定的轧制大纲的曲线图。在轧制共约185个带卷时，轧制的带材的宽度范围为1000至2000毫米，并具有相应的宽度转移级别。图3.2附加地示出了在同一轧制大纲内的轧材的厚度转移等级，其中，厚度范围为1600至3600微米，轧制的带卷的顺序与图3.1所示的相同。在譬如按图3.1、3.2所示的轧制大纲轧制宽的带材时，在变曲时序短的情况下，可能出现凸度。借助图4所示的抗凸轧辊，可卓有成效地消除凸度。
从图5.3和5.4中可清晰地看出板形的变化。该板形变化导致带材伸长，特别是表现在带材边部，这在图6.1至6.4所示的机架3至6中是可看得出的，其中，纵坐标表示较高阶的平度，横座标表示带卷数。从图5.4以及6.2中，特别是在带卷20至80的范围内，可清晰地看出通过采用抗凸轧辊所引起的板形变化。
另外，作辊的磨损以及工作辊的热凸度可导致不需要的带材伸长或带材缩短。因此，施用用于限制带材伸长的限定或者平度限定，包括较高阶的平度限定。譬如从为机架F3至F6绘制的图7.1至7.4中可看出这种平度限定(点划线)的施用。图8.1至8.6示出了机架F1至F6中的CVC轧辊的、抗凸轧辊的和传统轧辊的、其目的在于使板形的带材平度最佳化的、经过调整的移动位置。为图7.4所示的出口机架预先给定用于带材边部的、负的、较高阶的目标不平度。据此，如特别是图7.4所示，在带材处于热和冷的状态下，均可卓有成效地抗衡较高阶的浪形，如边部波浪。
在图9中所示了另一种用于调整板形的调整装置。从图中可看出锥形轧辊的形状，其中，横坐标表示轴向长度，纵坐标表示直径差。
从图10.1至10.4中可看出锥形轧辊对板形及平度形状或带材伸长形状的作用。在图10.1所示的实施例中虽可建立所需的板形，但如图10.2所示，其结果是边部的带材纤维过短。由于边部上的拉应力过大，带材断裂的危险是很大的。为了避免出现这一问题，施用较高阶的平度限定。
如图10.3所示，所需的板形不是那么平的，因为图10.4所示的、建立的平度形状曾在允许的界限之内。在为了改善较高阶的平度而对移动位置进行优先时，为了确保带材中部的平度，譬如可采用弯辊装置。
在较高阶的目标平度的周围相宜地设定了平度界线，该平度界线用于抵消在带材/板卷冷却时出现的带材边部偏差并保证带材在轧制机组中的可靠运输。
在轧制机组中，在不同的情况下产生浪形。在很多情况下，产生浪形的原因在于机架F6中的轧制力过大，如图11.1至11.3所示。
轧制力往往不是从一个机架到另一机架递减的，而是保持恒定或甚至于如图11.1所示，在最后一个机架F6中有所升高。在轧制薄的带材时，这导致带材边部过长，如图11.3所示。
在图11.3中也示出了目标平度形状(ΔL/L)zid及平度限定(ΔL/L)lim限定。如果在热轧机组中发生该过程，在该过程中，带材边部的温度当然较低一些，则在热带材在带卷中的冷却过程中，局面会变得更坏。重新分配轧制力，譬如，如图11.4至11.6所示，减少F6中的轧制力并增加F4/F5中的轧制力，可改善此局面。
通过工作辊弯辊装置或CVC轧辊可补偿本体不平度的与此相关联的变化。为了在事后改善冷带材的平度，通过对热带材在输出辊道上和在带卷中的冷却过程的分析，可求得热带材的沿宽度的带材目标伸长。在图13所示的流程框图中示出了该流程。
如图12所示，轧制力的重新分配被纳入总体相互配合简图之中。

Claims (18)

1.用于在一个具有至少两个轧机机架的带材轧制机组中轧制带材的方法，其中，带材轧制机组具有可分别沿轴向调整的、单独进行轧制(二辊式机架)的、或分别直接地或经由一个中间辊支承在一个支承辊上，或具有一个在其上进行至少两个轧制道次的可逆式机架，在带材轧制机组及可逆式机架中，带材处于状态变化之中，其特征在于，至少在带材的一个范围内预先给定沿带材宽度的目标不平度形状，并且另一方面，测定在该确定的带材范围内实际达到的不平度形状并与预先给定的不平度形状进行比较，从中算出差值并采用供使用的、起力学或物理作用的调整装置，使上述差值尽可能最大限度地降至最小。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，替代目标不平度形状的预先给定或作为该预先给定的补充，预先给定沿宽度的目标张力分布形状或带材的目标伸长形状并与实际上达到的张力分布形状或伸长形状进行比较，从中算出差值并使用调整装置，使这些差值尽可最大限度地降至最小。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，为了生产在冷的状态下平的热带材，沿带材长度有利地预先给定不同的不平度形状。
4.按照权利要求1至3中的一项或多项所述的方法，其特征在于，在差值没足以降至最小的情况下，相关机架的输入条件，即进入的带材的特性，如带材轮廓、不平度形状及带材的温度分布被修正并使结果最佳化。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，为了建立不同的带材不平度形状，设置工作辊弯辊装置、PC机架夹角调整装置、CVC移动装置或附加地沿带材长度固定地或可变地设置其它起力学或物理作用的调整装置。
6.按照权利要求1至3中之一所述的方法，其特征在于，通过把带材宽度分成本体部或边部，对不平度形状的目标值进行描述和数学评定。
7.按照权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，通过一个多项式函数y*＝A2X2+A4X4+A6X6+AnXn描述不平度形状，其中y*是表示带材伸长、带材不平度或带材张力的坐标，x是表示带宽的坐标。
8.按照权利要求1至3中之一所述的方法，其特征在于，不平度形状也可作为逐点(x、y)被描述。
9.按照权利要求1至3中之一所述的方法，其特征在于，不平度形状的目标值通过权利要求7所述的一个多项式函数或通过权利要求8所述的逐点(x-y)被描述。
10.按照权利要求1至3中之一所述的方法，其特征在于，围绕目标值，确定正的和负的限定(带材张力、平度、带材伸长/带材缩短)并采用调整装置，使带材的张力分布、平度分布、带材伸长/缩短的分布处于限定之内或者使超限部分降至最小。
11.按照权利要求1至3中之一所述的方法，其特征在于，通过一个权利要求7所述的多项式函数或作为权利要求8所述的逐点(x、y)描述对允许的不平度形状的限度。
12.按照权利要求1至3中之一所述的方法，其特征在于，对不同的机架或道次而言，沿带材宽度的目标不平度形状及平度限定可假定不同的形状和水准。
13.按照权利要求1至3中之一所述的方法，其特征在于，为了建立沿带材宽度的、抛物线式的或较高阶的带材伸长/缩短，采用影响成套轧辊的弹性性能的调整装置，这些调整装置包括工作辊轴向移动装置或工作辊弯辊装置或同时包括上述两种装置。
14.按照权利要求1至3中之一所述的方法，其特征在于，为了避免在热带材上以及在带材的冷状态下出现浪形，对轧制力进行分配，使至少在最末一个机架中的轧制力有所减少并使在前方的机架中的轧制力有所增加。
15.按照权利要求1至3中之一所述的方法，其特征在于，对轧制的带材在输出辊道上和在带卷中冷却时的过程以及在其间在本体部和带材边部发生的带材伸长/缩短进行分析并通过对设在至少最末一个机架中的调整装置的相应预调补偿在其间测定出的或计算出的长度变化。
16.按照权利要求1至3中之一所述的方法，其特征在于，起力学作用的调整装置被采用并通过起非力学作用的，如起加热或冷却作用的调整装置得到辅助。
17.按照权利要求1至3中之一所述的方法，其特征在于，测量出的不平度形状与目标平度形状进行比较并把差值用于适应目的。
18.按照权利要求1至3中之一所述的方法，其特征在于，对计算出的或测量出的不平度形状和目标平度形状之间的差进行分析并将其分成抛物线的部分和较高阶的部分，并且据此，按其作用采用调整装置。
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