陈 勇
(新疆钢铁研究所)
摘 要: 阐述了凸度与平直度的关系及凸度控制的策略，指出对板凸度影响的各种因素，并探讨控制各因素影响的措施。
关键词: 热轧板；凸度；平直度；控制
1 前言
板形是衡量板带产品质量重要的指标之一，板形包括板凸度、平直度和边部形状等。目前热轧产品主要分为供冷轧原料和商品板卷，这两类产品对板凸度要求存在一定差别，为了便于带钢咬入，保证冷轧穿带过程稳定，一般冷轧料需要80～90μm的板凸度，而商品板卷的用户出于节约材料、降低成本的考虑，一般要求板凸度越小越好。热轧精轧机组板形控制有两个目标：一是保证成品机架的出口带钢具有理想的凸度；二是保证带钢的平直度。结合八钢热轧1750mm的工装情况阐述凸度与平直度的关系，介绍板凸度的控制方法，对轧辊热膨胀、轧辊磨损、轧制力、弯辊力等对板凸度的影响进行分析。 2 八钢热轧项目的主要设备及技术参数
八钢1750mm热轧机组设计采用传统的半连续轧机，一期主要设备：步进式加热炉两座，粗轧+立辊轧机一架，热卷箱,6机架精轧，层流冷却，两个具有AJC功能的卷曲机，在F6后有宽度仪、厚度仪、凸度仪、平直度仪等检测仪器。
表1 轧机部分的主要技术参数
名 称技术参数
立辊轧机(E M)附着式上部驱动具有AWC和S CC功能四辊粗轧机(R M)四辊可逆式双传动
F1～F6精轧机(F M)四辊全液压不可逆轧机AGC控制
F
1
～F
4
1500k N/侧
正弯辊力: F
5
～F
6
1100k N/侧
精轧工作辊窜辊系统(WRS)移动行程: ±125mm
3 板凸度与平直度关系
3.1 凸度和相对凸度的表示方法
带钢板凸度用C
40
指标表示，计算公式如下:
板凸度:δ
i
=[H i m-(H io+H id)/2]×1000(1)
相对凸度:δ
i X
=2δi/(H i0+H id)(2)
式中,δ
i 为第i机架出口板凸度;H
步进式加热炉
i m
为第i机架
出口带钢中部厚度;H
io
为第i机架出口带钢操作侧
距带钢边部40mm处厚度;H
id
为第i机架出口带钢传
动侧距带钢边部40mm处厚度;δ
iX
为第i机架出口板相对凸度(%)。
第i机架间的相对凸度用
δ
i
h i
表示,δ
i
表示该道次
的板凸度,h
i
表示该道次的平均厚度(H
io
+H id)。3.2 保持良好平直度的条件
凸度是单道次的控制行为，即通过单机架的控制可实现需要的板凸度，但这样会导致平直度指标的超
差，产生边浪或中浪等，而平直度的控制是在多机架的控制行为，只有控制多机架的相对凸度变化量在一定的范围内才能既保证所需要的凸度，又能保证板的平直度良好。
板带精轧的前几道次，由于轧件的宽厚比未达
联系人：陈勇，男,36岁，本科，轧钢高级工程师，乌鲁木齐(830022)新疆钢铁研究所
9
到一定值时，轧件存在一定的宽展，此时道次间的相
对凸度波动的允许范围较大，当宽厚比达到一定值时，轧件不存在横向流动，即无宽展，此时道次间的相对凸度变化值必须在一个小范围内波动，否则将产生浪形。
对机架间相对凸度变化量的允许范围,Shohet 等人提出如下曲线：上部曲线是产生边浪的临界线，下部曲线是产生中浪的临界线。曲线的公式:-40(
h b )1.86<△CR <80(h b
)1.86 (3)
△CR =δi +1h i +1
-δi
h i
式中,△CR 为相对凸度变化量;δi +1,δi 为i +1、i 机架出口带钢凸度;h i +1,h i 为i +1、i 机架出口带钢厚度(mm )
。
图1 Shohet 的△CR 允许变化的范围曲线
4 热轧板凸度控制的策略
精轧机组分为凸度调节，平直度保持及平直度
控制三个区段。目前的热连轧精轧机组有7机架和6机架两种。对7机架机组一般F 1～F 3为凸度调节区段,F 4～F 6为平直度保持区段,F 7为平直度控制区段，对6机架机组一般F 1～F 2为凸度调节区段,F 3～F 5为平直度保持区段,F 6为平直度控制区段，两种的控制原理相同。成品机架用于平直度的反馈控制，当控制调节量过大，会造成偏离目标凸度，此时应将成品前机架也纳入平直度的反馈控制中，生产薄规格的的最佳凸度调节在F 2，尤其对6机架的精轧机组，厚规格的的最佳凸度调节在F 3，这样在保证目标凸度的同时也保证了平直度的要求，具体控制策略见图2(以7机架为例)。
各机架凸度理想条件应满足公式(4)和(5)。(1)F 1～F 3为凸度调节段，使F 3的出口带钢的凸度满足公式(4):δ3=δ7×h 3h 7
(4)式中,δ7为成品目标凸度;h 3为F 3出口厚度;h 7
为成品出口厚度;
(2)F 4～F 6则严格保持相对凸度恒定，既各架相对凸度满足公式(5):
δ3h 3
=δ4h 4
=δ5h 5
=δ6h 6
=δ7
h 7
(5)
实际生产中在F 3～F 6间不可能绝对保持公式(5)的要求，存在一定的偏差是不可避免的，但偏差
的幅度应满足公式(3)的限制条件，否则将破坏钢带
的平直度
。
图2 临界曲线
5 热轧生产中对凸度影响因素的分析
轧出带钢的断面形状(凸度)就是有载辊缝形状，对有载辊缝形状的控制就是对凸度的控制，影响有载辊缝形状的因素很多，主要有轧制力造成的辊系变形、弯辊力的影响、原始辊形、轧辊的热膨胀、轧辊的磨损等，后两种影响称为辊缝的漂移。八钢精轧具有弯窜辊功能，弯辊能改变有载辊缝形状，正确使用能消除部分轧辊因受到轧制力的作用而产生的挠度，起到调节凸度的功能，而窜辊功能对调节凸度基本不起直接作用，但能通过减轻轧辊的局部磨损，改变磨损辊形，达到控制凸度的效果，尤其在减轻钢带边缘的局部磨损上作用明显，增加同宽轧制量。
有载辊缝形状可用方程(6)表示:δ=
P K p +F K F
+E ∑(W R +W m +W Y )+E 0δ (6)式中,δ为辊缝中部与板边缘处之差;P 为轧制力;F 为弯辊力;K P 为轧机横向刚度;K F 为轧辊横向刚度;W R 为热辊型;W m 为磨损辊型;W Y 为原始辊型;δ为入口带钢凸度。
可以看出轧辊热凸度和磨损、原始辊形配置、轧制力变化、弯辊力变化等对凸度均有一定影响。
1
5.1 工作辊热凸度对板凸度的影响
带钢轧制过程中，支撑辊和工作辊均会产生热膨胀，主要的热膨胀来自工作辊，工作辊受到轧制变形功转换的热量、摩擦热、高温轧件热传导的作用，使表面温度升高；同时，受轧辊冷却水、空气冷却的影响，轧辊表面温度下降。
由于轧辊中部受边部的热影响而使中部的热传导较边部慢，同时轧件中部较边部的温度高而导致的轧件向轧辊不同部位热传导的差异造成工作辊的中部温度高于边部温度，必然导致工作辊中部热膨胀大于边部，产生热凸度，其直接影响到有载辊缝的形状，造成轧件凸度的变化。
机架越接近成品，轧制力的分配越小，同时轧件的温度越来越低，热传导能力下降，造成工作辊的热凸度在精轧的各机架间是不完全相同的，通常呈现热凸度逐渐减少的趋势。因此如何合理控制运用热凸度是生产中需注意的问题。热凸度的产生，在生产中能被合理运用，对控制板凸度是有益的，当支撑辊或工作辊的使用中后期，热凸度能弥补因轧辊磨损而造成的凹型，这在完全使用正弯辊能力仍无法控制凸度的情况下不失为一个补救，对于新换辊的情况就相反，热凸度可能会在弯辊力完全卸载(保留必要的平衡力)，此时应在工作辊的冷却装置上考虑一组调节集管，专门控制工作辊的中部温度，减少轧辊的热凸度。
5.2 精轧辊辊形配置对带钢板凸度的影响
随着轧钢的进行，在轧件和工作辊、工作辊和支撑辊之间均存在不同程度的磨损，精轧支撑辊的磨损一般呈现凹型状，各机架支撑辊的磨损程度也不尽相同，对凸度的影响程度也不相同，并随着轧制吨位的增加各机架磨损趋于严重，即使增加正弯辊力也不能消除磨损量对有载辊缝造成的影响，其结果
是在F
1～F
6
各机架的相对凸度难以保持一致，尤其
在换精轧支撑辊的后期，即使正弯辊力使用到额定极限仍不能控制凸度，同时出现钢带的边浪。
通行的解决办法是在新支撑辊上机前考虑一定的辊型凸度以弥补其后续的磨损，或在支撑辊的换辊周期内随着轧制量的增加考虑工作辊的辊型凸度来弥补支撑辊的部分磨损量，在使用前者方案时应考虑辊型凸度不能取太大，否则在换辊初期将使有载辊缝呈凹型，不仅易产生中浪并且使轧制不稳定，引起轧件横窜容易造成断带事故，在采用后方案的时候，应在充分了解F
1
～F
6
在不同轧制量时的支撑辊的磨损状况后适，当在工作辊上弥补，宁小勿大，并应考虑工作辊的储备量，减少原始辊型的种类。5.3 轧制力和弯辊力对带钢板凸度的影响
从有载辊缝方程可以看出；轧制力的变化对凸度是有着重要影响，随着轧制力的增大和减小，辊系变形的程度也随之改变，造成凸度的变化，即使精轧机架的能耗负荷分配不变，由于钢温、轧辊直径、轧制线速度、机架间的张力、前机架的来料凸度、弯辊力设置等因素的变化造成轧制力的波动能使有载辊缝形状发生改变，同时AGC的投入对轧制力也造成一定的影响变化，若对各机架的能耗重新进行分配，则精轧各机架的轧制力将有一个比较明显的变化，而导致凸度的变化，正是利用这一点，在生产中操作人员经常为保证板型良好而对精轧机架的负荷分配进行小幅度调整。
近二十多年来在板带轧机上发展的工作辊弯辊装置(WRB)被成功运用于热轧机，八钢热轧1750mm机组具有该功能，该装置能在轧机负荷情况下，对工作辊施以一定的弯辊力以改变有载辊缝形状来实现所需要的轧件凸度，在轧钢过程中的调节比较方便，收效明显、及时，是控制凸度的一个重要手段。
轧钢中的凸度设定模型首先计算限制条件的板凸度范围，然后计算实现目标平直度的各机架目标板凸度，综合考虑计算轧制力、辊磨损、辊热膨胀、原始辊型等对有载辊缝的影响，确定各机架的弯辊力，以达到目标的板凸度并保持板的平直度良好。
7 结束语
八钢1750mm热轧机组的建成可为目前已投产的1422mm冷轧机组提供原料，为市场提供优质的热轧卷板，将极大地扩展八钢的产品结构。热轧机组如何在较短的时间内顺产，板型控制是关键因素，也是产品能进入市场的前提。
板型控制的核心是板凸度的控制，轧辊磨损、轧辊热膨胀、轧制力、弯辊力等因素对板凸度的影响规律和程度还需在生产中结合原始辊型、轧制计划的安排、不同机架的轧机刚度等诸多因素做大量细致复杂的工作，需要综合考虑各因素的影响，不断优化轧辊磨损、轧辊热膨胀、轧制力、轧件温降等数学模型，提高模型计算的精确度，为得到良好的板型打下基础。
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