平直度控制

平直度控制運用各種機械的或物理的方法，通過改變軋輥輥型曲線的形狀，軋制出斷面形狀和平直度都合乎標準要求的板帶材的控制技術。

運用各種機械的或物理的方法，通過改變軋輥輥型曲線的形狀，軋制出斷面形狀和平直度都合乎標準要求的板帶材的控制技術。平直度即板形，平直度控制也叫板形控制。帶鋼的寬度越大，厚度越薄，則越容易出現板形缺陷。因此，平直度控制技術首先在冷熱薄帶鋼軋機上獲得廣泛套用.
簡史 20世紀60年代前主要靠磨削軋輥原始凸度、人工控制壓下制度和合理編制生產計畫來控制板帶材的平直度。60年代出現液壓彎輥裝置(見彎輥技術)，後來又將分段冷卻軋輥法用於控制帶鋼平直度。1967年瑞典ASEA公司研製成功接觸式板形測量儀和平直度自動控制(AFc)，把它與彎輥裝置配合構成平直度閉環控制系統。以後平直度控制的套用逐漸由冷軋薄板發展到熱軋薄板和厚板。為了克服彎輥力不足和彎輥效果不理想的問題，70年代以後又出現了許多種平直度控制的新方法，諸如：(1)階梯支承輥(BcM)法；(2)倒角支承輥(CBR)法；(3)大凸度支承輥(NBCM)法；(4)雙軸承座(DCwRB)法；(5)可變凸度軋輥(Vc)法；(6)移輥(HC和wRS)法；(7)交叉輥(PC)法；(8)張力分布(TDC)法；(9)連續可變凸度(CVC)法；(10)萬能板形控制(uPc)法等。其中以Hc軋機和CVc軋機套用較廣泛.
基本原理板材平直度控制主要是控制軋輥的有載輥縫，使它對帶鋼沿寬向壓下變形均勻，從而導致板寬上各點延伸一致，即保證軋輥有載輥縫必須滿足δ＝Δ/μ的要求，△與δ為帶鋼來料和軋後的凸度，μ為該道次的延伸係數。影響軋輥有載輥縫形狀的因素有：(1)軋輥的原始凸度；(2)軋輥由於溫度分布不均勻造成的熱凸度；(3)軋輥的磨損凸度；(4)在軋制力和彎輥力作用下軋輥產生的彎曲撓度和壓扁變形。軋輥有載輥縫由下式決定：.
式中Kp、Ks1，和Ks2分別為與軋制力、工作輥彎輥力和支承輥彎輥力有關的橫向剛度(見移輥技術)係數；Kw、KB和K。分別為工作輥凸度、支承輥凸度和來料凸度的影響係數；P為軋制力；S1和S2為工作輥和支承輥的彎輥力；△Dw和△DB為工作輥和支承輥的凸度；△為來料凸度。上式中等號右邊第一項P／Kp是軋制力作用下帶鋼產生的凸度，最末一項△／KD是來料凸度對帶鋼凸度的影響，它們都是隨機變數，而S1、S2、△Dw、△DB為可控參數。故平直度控制就是通過改變彎輥力和軋輥凸度來獲得平直帶鋼.
控制方法 平直度控制有圖l所示的多種方法.
階梯支承輥法 為了減輕支承輥有害接觸部分對工作輥撓度的影響，將支承輥輥身長度縮短做成階梯形(圖la)。這樣一方面可減小工作輥彎曲撓度，另方面增加工作輥彎輥的效果。但此法有局限性，不大適合板頻寬度變化大的情況.
倒角支承輥法 在支承輥輥身邊緣處採取大倒角(圖16)，它與階梯輥法有相同的效果.
大凸度支承輥法 採用具有原始大凸度的支承輥(圖lc)。目的是為了提高工作輥的橫向剛度，同時也增加工作輥彎輥的調節能力.
彎輥控制法 液壓彎輥裝置是四輥軋機上控制帶鋼凸度和平直度的常用裝備。彎輥控制法是利用液壓彎輥裝置在軋輥輥頸上施加液壓缸推力，使軋輥產生附加彎曲，以改變輥縫形狀，達到調節帶鋼凸度和平直度的目的(圖1d).
雙軸承座法 工作輥兩側各採用兩個軸承座(圖1e)。由於採用雙軸承座，平衡功能與彎輥功能可以分開。內側液壓缸一般用於軋輥平衡，外側液壓缸主要用於板形控制。內外彎輥力由各自的系統控制，通過各種組合而得到不同的正負彎輥效果。採用雙軸承座系統，其調節範圍比一般的彎輥系統可增加15％左右。對細長的軋輥，其效果更明顯，可高達40％。同時軸承和軸承座受力更均勻，提高軸承壽命，軸頸形狀可實現最最佳化。但機械結構複雜.
可變凸度軋輥法 軋輥由芯軸和外套裝配而成。芯軸和外套之間製成中空的液壓腔，腔內充以高壓油，使外套微帶凸度(圖1f)。調節液壓系統的壓力，可以改變軋輥的凸度。(見輥型控制)
移輥法 在四輥軋機工作輥和支承輥之間增設可軸向移動的中間輥，製成新型的六輥軋機(圖1g)。(見移輥技術)
交叉輥法 上下軋輥群成對交叉布置(圖1h)，上下工作輥之間的間隙完全等同於具有初始軋輥形狀的工作輥的間隙。上下軋輥的交叉角分別由安裝在軋機頂部的四台電機，通過傘齒輪和蝸桿蝸輪，對上下輥兩端的四組軸承座進行側向水平調節。為了避免軋輥之間的磨損、支承輥和工作輥保持平行，並一起作交叉調節.
在工作輥直徑和板材寬度一定的情況下，帶鋼凸度變化△C與交叉角的平方成正比，它們之間有如下關係：
式中δ是影響係數，取0．7，0．5，0．3；b是軋制板材的寬度；Q是軋輥交叉角，最大為1．2。；Dw是工作輥直徑.
交叉輥軋機是日本三菱重工和新日鐵共同開發的產品。在技術方面有許多特點：(1)根據軋制條件設定適當的交叉角，可以得到任意的目標帶鋼凸度，從而可使帶鋼平直度以及邊部損失得到改善；(2)交叉輥軋機在一個道次軋制中能夠調整的凸度控制範圍很大，因此能夠適應任何截面形狀的帶鋼；(3)交叉角設定容易，能任意得到最合適的完全相同的軋輥曲線，所以無需每次都根據帶鋼規格及其他軋制條件改變原始凸596度，減輕了對軋輥的管理.
熱凸度控制法 軋輥中間一段與帶鋼接觸，帶鋼將變形熱或高溫熱量傳給軋輥；同時軋輥兩端向四周散熱，因此形成中部溫度高，兩端溫度低的輥溫分布。這樣不均勻的溫度分布是軋輥產生熱凸度(見輥型設計)的來源。如果利用軋輥兩側的噴水冷卻系統，沿輥身長度方向改變冷卻液的流量分布(圖1i)，就可以改變各部分的冷卻條件，從而改變了軋輥的凸度值。利用熱凸度控制帶鋼平直度的效果十分有限，可調範圍小，調節時間長。但是該法對消除板面不對稱浪形(見板形缺陷)，尤其是局部凸起，都特別有效，是生產中控制帶鋼平直度不可缺少的手段.
張應力分布控制法 帶鋼板形好壞與帶鋼橫向的張應力分布有直接關係。張應力分布法控制帶鋼平直度是通過組合輥式板形檢測裝置，檢測張應力沿橫向分布的狀態，控制張應力輥1的升降，改變張應力分布，直到板形檢測輥2檢測的張應力均勻分布為止(圖1i)。此法正在試驗中.
連續可變凸度法 將軋輥輥身整體磨成s形，上下輥形狀相同，而相對地成180。布置，使上輥和下輥構成對稱的輥縫輪廓形狀(圖1屜)。上輥和下輥可沿軸向作反向調整。雖然輥縫形狀為S形，但軸移到某一位置，可使輥身全長方向上輥縫具有相同的高度。這時的有效凸度為零(圖1^，)。如果上工作輥向右、下工作輥向左軸向移動相同的距離，兩個軋輥輥縫之間的距離中間變小，則產生一個大於零的凸度。即為正凸度(凹輥縫)(圖1^。)。反之，如果上工作輥向左、下工作輥向右軸向移動相同的距離，則產生一個小於零的凸度，即為負凸度(凸輥縫)(圖1^。)。連續可變凸度(CVC)軋輥通過軸向無級移動，使軋輥凸度能在一個最大和最小值之間無級調節，達到軋輥凸度可連續變化的效果。連續可變凸度軋輥對軋制各種板寬、各種板厚和各種不同來料凸度的帶鋼，在各種輥溫分布的情況下，都能順利進行平直度控制，這就為熱帶鋼軋機實現自由程式軋制創造必要的條件.
萬能板形控制法 工作輥的輥廓曲線呈中間直徑大，兩端直徑小的雙圓錐狀，上下工作輥反對稱配置(圖1z)，簡稱UPC。UPC軋機的上下工作輥可沿軸向同時向相反方向作緩慢移動，再適當配以彎輥調節，在軋制帶鋼時可獲得各種所需要的輥縫形狀。工作輥軸向移動到兩個小圓錐段處於工作區時，則可軋出凸形斷面的帶鋼；工作輥軸向移動到兩個大圓錐段處於工作區，則會使帶鋼產生中凹形狀。uPc軋機具有強大板形調節能力，能夠穩定地補償軋制過程中各種彈性變形和熱變形的影響，因此有萬能板形控制之稱。uPC技術可用於四輥或六輥軋機。在六輥軋機上套用軋帶鋼生產，也可適用於冷軋帶鋼生產。各種平直度控制方法的比較見表。
控制系統 平直度控制系統有開環控制系統和閉環控制系統兩類.
開環控制系統 不需要對軋出帶鋼的板形質量進行線上檢測，而是根據軋制帶鋼的工藝參數，通過模型計算確定各道次或各機架的控制變數及其他有關操作變數，以保證獲得良好的帶鋼尺寸和板形精度。開環控制最常用的3種方法是：(1)根據靜態負荷分配，計算軋機預設定值；(2)根據動態負荷分配，計算軋機預設定值；(3)最佳彎輥力(見彎輥技術)的預設定計算；模型計算比較複雜，一般都需由計算機完成；所以平直度開環控制實質上就是在計算機幫助下，對軋機進行預設定計算，估計出在保證帶鋼平直度好的條件下各道次應設定的輥縫值和彎輥力的大小.
閉環控制系統 即板形自動控制(AFC)系統，包括板形檢測、控制器和執行機構3大部分。其中控制器的結構千變萬化，種類繁多，目前大多由計算機來完成，典型控制系統如圖2所示。板形檢測儀測得的帶鋼張力分布一般為高次方程，經過數據處理後可以分離出一次、二次、四次和高次分量4部分。一次分量與軋輥傾斜有關，通過傾斜調節計算，分別控制兩側的液壓壓下，使上下軋輥達到平行。二次分量與軋輥軸向移動位置有關，通過移輥調節計算，控制移輥到某一合適位置。二次分量也與液壓彎輥有關，通過彎輥調節計算，動態改變彎輥力的大小。四次分量和高次分量與局部凸度有關，通過冷卻調節計算，改變冷卻系統流量分配關係，控制軋輥的熱凸度值.
展望由於使用部門對高質量板帶材的要求以及科學技術的發展和進步，新的平直度控制方法將不斷出現。移輥技術和連續可變凸度技術是板帶軋機上比較有效的控制手段，它們同傳統的控制方法如液壓彎輥、分段冷卻軋輥相結合，產生HC軋機和CVC軋機，將使平直度控制的面貌煥然一新。但是還存在幾個技術問題：(1)帶鋼平直度同軋輥軸向位移之間關係的動態數學模型的建立；(2)帶鋼板形檢測技術及其檢測結果的數據處理；(3)閉環控制系統的構成及其控制關係；(4)板形控制和液壓壓下厚度自動控制系統的聯合控制和不相關控制。上述這些問題有待今後研究解決。預計20世紀90年代期間平直度控制將會突破幾項關鍵技術，逐步走向實用。到21世紀平直度控制與厚度自動控制一樣，將作為一項成熟技術在板帶軋機上獲得普遍推廣套用.