拉弯矫直原理.ppt

《拉弯矫直原理.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《拉弯矫直原理.ppt（42页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、带钢拉伸弯曲矫直破鳞原理,矫直原理,板形简述,带钢的板形问题包括带钢的横向厚差和带钢的平直度等两个方面。板带横向厚差ht一般以轧件中部厚度hc与轧件边部厚度he之差来表示,即 ht= hc- he 直观上讲，所谓带钢的平直度是指其翘曲程度，就其实质而言，是指带直观上讲，所谓带钢的平直度是指其翘曲程度，就其实质而言，是指带钢内部沿横向残余应力的分布。板形的定量表示，即板形的表示方法，既是生产中衡量板形质量的需要，也是研究板形问题和实现板形自动控制的前提条件。因此，人们依据各自不同的研究角度及不同的板形控制思想，采取不同的方式定量描述板形。,1-1,常见的表示方法主要为相对长度差表示法和波形表示法

2、。 (1)相对长度表示法: 将轧后翘曲的带钢裁成若干纵条并铺平，则可清楚的看出横向各点的不同延伸。一个比较简单的方法就是取横向上不同点的相对长度差L/L来表示板形。其中L是所取基准点的轧后长度,L是其它点相对基准点的轧后长度差。相对长度差也称为板形指数。 = L/L,1-2,(2)波形表示法 在翘曲的钢板上测量相对长度来求出相对长度差 很不方便,所以人们采用更为直观的方法,即以翘曲波形来表示板形，称之为翘曲度。将带材切取一段置于平台之上，如将其最短纵条视为一直线，最长纵条视为一正弦波，如图，则可将带钢的翘曲度表示为： =(R/L)*100%,1-3,图1-1 板形表示法,另外,根据参考文献,可

3、以得到和最长,最短纵 条相对长度差之间的关系为: L/L=2 * 2/4,1-4,上式表明带钢波形可以作为相对长度差的代 替量，因此只要测出带钢波形，就可以求出相对 长度差。,基于带钢矫直的特点，在矫直中的板形问题 主要是指平直度问题。它通常有如下几类：双边 浪，中浪，单边浪，肋浪，L翘和C翘。,1）双边浪:这主要是因为冷轧过程中，负弯 辊力过大，轧制力过高，轧辊凸度太小，工作辊 和支承辊的磨损，轧辊发热等因素造成两边延伸 大于中部。,2）单边浪:这是因为工作辊磨削时凸度曲线 不对，有横向差(直径一头大一头小)出口卷取机 轴承与支承间有间隙，使卷筒摆动，弯辊故障影 响，液压漏油等原因造成的带材

4、一边延伸较其他 部分大。,3）中间浪: 这是因为在轧制过程中轧制力 过小，正弯太大，卷取张力过大弯辊给错了，轧 辊原始凸度不合理等因素造成中部延伸比边部大 而形成。,4）肋浪: 也称“眼睛”，这是因为冷轧时由 于各种原因造成局部延伸过大，位置既不在中间 ，也不在两边。板带材中晶粒度的不均匀分布在 压力加工时也可能引起这种缺陷。这种板形缺陷 很不好消除，这是平整所不希望见到的一种板形 缺陷。,5）L翘 在轧制时由于各种原因，造成带钢上 下表面的延伸不一致，从而使带钢沿长度方向呈现 向上或是向下的翘曲，这种翘曲在实际矫直中很难 消除 。,6）C翘: 带钢沿宽度方向呈现向上或是向下 的翘曲。,图1-

5、2 板形示意图,连续拉伸矫直机组,按矫直方式，板带材矫直机可分为辊式矫直 机、张力矫直机、连续张力按矫直方式，板带材 矫直机可分为辊式矫直机、张力矫直机、连续张 力矫直机和连续拉弯矫直机等四类。这里介绍连 续张力矫直机.,图1-3 连续拉矫机组示意图,3# B/R,4# B/R,连续式矫直机的入口和出口均设有张力辊, 带钢可以在较大的张力下进行更高速率的运行. 需矫平的带材在张力辊组施加的张力作用下， 连续经过上下交替布置的多组小直径的弯曲辊 剧烈弯曲，如图1-3。,连续式拉伸弯曲矫直技术是在拉伸矫直和辊 式矫直的基础上问世的,发挥了两种工艺的优点, 又打破了其局限性。具有以下特点： 1)厚度

6、2mm的板形缺陷，辊式矫直机很难 使带钢矫平，特别是 0.5mm的带钢，在辊式 矫直机上几乎无法矫平。而（连续）张力矫正机 对瓢曲也无能为力，拉弯矫直机则能消除带材的 瓢曲、边浪和镰刀弯等三维形状缺陷。,带材各条纵向纤维在拉伸和弯曲应力的联合 作用下,沿长度方向产生了不同程度的塑性延伸， 各条纵向纤维的长度趋向于一致，从而减小内应 力的不均匀分布，由纵向纤维长度差造成的板形 缺陷得以消除。其根本特点是在张力水平远低于 材料屈服极限的情况下（T=s /10- s /3）使带材 产生永久塑性延伸。,2) 弯曲辊组和矫平辊组均是从动辊，没有驱 动装置，因而可与带材同步运动，不会因打滑 而擦伤表面。

7、3) 与辊式矫直机相比，其结构简单，重量轻， 维修方便，操作容易。,4) (连续)张力矫正机矫正带材时，带材必须受 到超过s的拉伸，才能产生残余变形，对宽厚度 较大的带材，势必付出张力所需的能量，功耗大， 易拉断s=b的带材。与此相反，拉伸弯曲矫直 机组中带材的张应力小得多，不会断带，也不会 影响带材质量，能耗比拉伸矫直机要小得多。,5) 在酸洗机组中作为机械破鳞装置。通过对热 轧来料的拉弯矫直处理，不但能改善板形，同时可 获得有效的破鳞效果，从而降低酸液消耗并显著提 高整个酸洗线的生产效率及带钢质量。,6) 带钢退火后进入拉伸弯曲矫直，获得相应的 延伸，减小或消除退火屈服平台（即屈服点延伸

8、Yield Point Elongation），机械性能和板形有了明 显改善，其某些性能的改善超过冷平整的效果。,7) 用于热镀锌机组，可以使锌花更细致，镀层 更均匀。 8) 适用于几乎所有的带材加工作业线和各种金 属材料,矫正厚度范围广,尤其是厚度=0.12mm 的薄带效果更好,而且矫直速度高，一般工作速度 为30700 m/min，最大可达1000 m/min。,张力辊辊及其传动系统,张力辊组负责提供矫直所需的张力,它由入口张 力辊组和出口张力辊组组成。两个辊组都是驱动的， 但出口张力辊组的线速度高于入口张力辊组.张力辊 组常采用四辊式,即入口和出口辊组各由四个张力辊 组成.由于带材以“S

9、”形经过这些辊子传导出来,所以 又称四辊式“S”辊组. 目前张力辊组常用的传动系统主要有集中传动 与单独传动两大类.在张力辊组的集中传动方式中,前 后张力辊组中的各个张力辊通过齿轮箱、行星齿轮差 动机构由一台主传动电机集体驱动，并由差动调速装 置产生带材矫平所需的延伸率。单独传动是指入口和 出口张力辊组中每个张力辊组都单独由直流电机或交 流变频电机传动。,拉伸弯曲矫直原理,半形缺陷的产生机理一般认为板形缺陷来源于 带钢横截面上各点沿轧制板形缺陷的产生机理一般 认为板形缺陷来源于带钢横截面上各点沿轧制方向 的延伸不相同，延伸较大的部分被迫受压，而延伸 较小的部分则被迫受拉。拉伸作用不会引起板形问

10、 题，但是当压缩应力超过一定的临界值时，该部分 板材将产生不同形式的屈曲，边部延伸大就产生边 浪，中部延伸大就产生中浪，浪形产生的部位取决 于带钢局部延伸量偏大处。,连续拉弯矫直机的原理是弹塑性拉弯矫直理论。 带材在轧制及平整工序中由于不均匀延伸使内部产 生应力，当其值达到一定程度时，会造成板形的瓢 曲或浪形，拉弯矫直机改善板形正是利用了内应力 的存在。,需矫平的带材在张力辊组施加的张力作用下,连 续经过上下交替布置的多组小直径的弯曲辊剧烈弯 曲,如图1-4。,图1-4 连续拉伸弯曲矫直机示意图,1入口张力辊； 2导向辊；3预弯矫直辊；4抗横弯矫直辊； 5抗纵弯矫直辊； 6导向辊；7出口张力辊

11、,在Scale Breaker中,Breaking Unit有延伸带钢 作用，Leveling Unit起矫直带钢作用在这里把 Breaking Unit 当作延伸，Leveling Unit当作反弯,带钢矫直处理原则,带通过拉矫后板形会发生显著的变化，通过 控制相关工艺参数的设置可以达到改善板形、 消除翘曲的目的，不同的辊子切入量搭配方案 将产生不同的带钢翘曲结果。 (2) 延伸辊组的辊径较小，因而，在切入量不大 时即可使带材产生较大的延伸。延伸辊组主要 是消除来料板带的浪形。平直的带钢经过1# 延 伸以后，产生下L翘和下C翘，经过1# 延伸和 2# 延伸以后，同样产生下L翘和下C翘，必须

12、通过后续反弯辊组消除这种缺陷。,结论,拉伸弯曲矫直的根本特点是在张应力水平远低 于材料屈服极限的情况下(T=s /10- s /3)使带材产 生了塑性延伸.金属带材拉伸弯曲矫直的主要问题有 以下三个： 确定矫直不良板形所需要的带材延伸率。 (2)确定实现上述延伸率所需要的张力和矫正辊的半 径和数量。 (3)对工艺参数进行合理的调整，消除反复弯曲之后 带材产生的纵向卷曲(Curl)和横向卷曲(Gutter)。,应力与应变分析,资料表明:弹塑性体在弯曲和弹复的全过程中, 中性面都移向受压缩的一侧,带材的几何中间面被 拉伸,在反复弯曲过程中，其延伸率可以用叠加法 计算。,图1-5 拉伸弯曲应变和应力

13、分布,图1- 给出了带材在两次拉伸弯曲过程中的 应力和应变分布.明确地表示了中性轴相对于中间 轴的偏移 .中心层发生了相对移动，也即是中心层 发生了塑性流动（即原始中心层的应力必须超过材 料的屈服应力s）才能达到改善板形的作用,包角,图1-6 包角示意图,包角的示意图如下:,其中：t为带钢的厚度；p为弯曲辊的间距； H为辊子的相对交错量。,关于包角根据几何关系可以得到:,上式中当辊子直径不一样时： 在 入口和出口辊子上： 。在交错布置的其他中 间辊子上： 。,1-5,图1-7 Elongation与Intermesh之间关系,Elongation与Intermesh之间关系,无论带材为何种材料

14、,带材延伸率与带材 的前张力成直线的正比关系;为了消除带材的 “马鞍形”板形缺陷在矫直机的后部需要增加一 组直径逐渐增大的辊子用于最后的矫直。,板形好的带材可能需要0.5%的带材延伸 率;一般的板形需要的带材延伸率可达到1%； 而板形严重的带材所需要延伸率可达到1.5%； 不论带材强度高低,带材的延伸率与带材的前 张力成直线关系;在带材延伸率不变的情况下， 随着矫直辊直径的增加带材的张力增加 .,为了控制对强度性能和时效的影响，就低 合金钢而言延伸率可达到2%。对机械除磷而 言带材的延伸率0.51.0%是足够的。,1)拉伸弯曲矫直机组对改善板形和破鳞都有很 好的效果，是目前薄板带矫正的最好方法

15、。 2)只有带材的中心层发生了塑性流动(即原始中 心层的应力必须超过材料的屈服应力s )才能真正 达到改善板形的作用。 3)影响矫直后带材板形的因素有来料板形、板 带厚度,各辊的切入深度,辊径,张力的大小及延伸 率等,尤其是各辊的切入深度的影响较大。,结论,破鳞原理,带钢拉伸弯曲矫直破鳞原理,氧化铁皮的破坏形式,压应力作用下的破坏形式,考虑一个性质均一的氧化铁皮在外载迅 速作用下的破坏形式，此时可忽略蠕变的作 用，而这时氧化铁皮在外力作用下的失效形 式通常为形成贯穿氧化物的裂纹(源于原本存 在的微裂纹).对于受侧向压缩作用的氧化物， 其破坏取决于沿氧化物与金属界面方向或平 行于此方向裂纹的增长

16、。 资料表明,氧化物受压时的剥落可通过两 个过程产生,通过哪一过程则取决于氧化铁皮 自身强度及其与基体界面结合强度之间的关 系。当界面牢固而氧化铁皮脆弱时为图2-1中 的路径1，反之当氧化铁皮与基体界面的结合 强度相对较小时，剥落通过路径2产生。,图2- 1压应力作用下的破坏形式,拉应力作用下的破坏形式,氧化物在受到拉应力作用时，由于应力 只能通过金属基体传给氧化铁皮，因此如果 基体自身的应变已超过屈服应变，此时氧化 铁皮将不能被施加更大的应力，当金属基体 的应变继续增加时，氧化物将变成一个个“孤 岛”，但其并不剥落，如图2-2所示。,图2-2 拉应力作用下的破坏形式,拉矫机工艺参数对破鳞的影

17、响与控制,拉矫破鳞工作原理,利用铁基体与氧化铁皮覆层材料性能的 巨大差异，采用机械方法反复弯曲，基体材料 受力后产生一定的弹塑性变形,表面氧化铁皮则 由一于不具有塑性且破均强度较低,同时与铁基 体附着力差,这样当氧化铁皮不能适应金属形状 变化而引起的内应力大于其破坏强度时,它便要 破裂。带材在经过弯曲辊时上下表面处于不同 的应力状态，最终产生不同形式的氧化铁皮剥 落，这就是拉矫机破鳞的原理所在。,延伸率的影响,用拉矫机进行机械除鳞处理时，若使带 钢产生一定的延伸率，则对以后的酸洗效舞 有很大影响。因为带钢酸洗速度的快慢直接 取决于带钢表面氧化铁皮的破碎程度，而一 般随延伸率的增大，带钢表面的氧

18、化铁皮侧 碎程度会增加，因此破鳞效果也就越好，除 鳞速度也越高。但这一趋势却不是一直有郊 的，尽管对饱和点的位置还有不同看法,但形 成共识的却是酸洗速度将随着延伸率的提高 到某一值时趋于饱和，即超过这一点后破鳞 效果将不再随延伸率的增大而再有明显的己 善。资料提出除鳞速度的上升，当延伸率达 到约1%时出现了大致饱和的倾向。,延伸率的设定,拉矫机工作状况的好坏不取决于设定延 伸率的高低，如本文前面所述。延伸率设定 为1%时，实际破鳞效果已达最佳，而带钢矫 平的延伸率还不到1%。相反过大的延伸率 反而会产生以下副作用: 1)由于延伸率沿带钢横截面分布的不均 以及带钢本身对延伸率差的敏感性，过大的

19、延伸率不仅无助于破鳞效果的改善，反而会 引起失衡的不均匀变形和局部瓢曲，使板形 反趋恶化，同时带钢晶粒变得粗糙，表面 出现滑移线;,2)设定延伸率的升高将直接导致机组断 带率的升高，这将对连续化大生产造成不利 的影响，而这一点对于日益发展的酸洗一轧 机联机操作来说更是致命威胁; 3)给机组运行带来不必要的负担，造成 传动系统负荷增加及能源浪费。带钢最终所 能获得的实际延伸率将受机组设备条件(如 电机功率、弯曲辊径)所限，并不是设定值愈 高，带钢就一定能获得更高的延伸率。,理论分析表明，弯曲和张力的增大都将有 利于带钢的延伸;考虑到酸洗拉矫机破鳞的特殊 要求,张力一般不能太大(源于张力对塑性镦粗

20、 的遏制作用)，张力的增大将容易引起带钢打 滑而对设备安全构成威胁，因此酸洗拉矫机的 理想工艺情况应该是小张力大弯曲。但弯曲的 增大也不能随心所欲，一方面要考虑对材料加 工硬化的影响，另一方面受设备自身条件所限， 弯曲辊辊径不可能做的太小。辊子太细会带来 磨损快、挠度大以及受轴承位置限制等问题， 甚至有可能断辊,另外弯曲的增大也意味着能 耗的增大。因此设置工艺时应协调好压下深度 和张力的关系，尽可能利用弯曲对带钢延伸的 贡献，以求得能耗与工作效率之间的平衡。,弯曲程度和张力的关系,拉伸和弯曲对破鳞的影响,带钢同一延伸率的获得既可在大张力小 弯曲下实现，亦可在小张力大弯曲下实现,但 究竟哪种工艺

21、对破鳞更有利，这里面牵涉的 问题便是拉伸以及弯曲作用对带钢破鳞效果 的影响。一般说来，是否有利于氧化铁皮的 破碎以及氧化铁皮的破碎程度是衡量破鳞效 果好坏的唯一标准。基于这一观点，可以认 为带钢弯曲程度增加对破鳞效果的改善作用 要优于拉伸作用的增加:,1)由于氧化铁皮处于经常受压应力状态 下，因此增加压缩作用要比增加拉伸作用更 有利于氧化铁皮的破碎; 2)压缩作用导致氧化铁皮结构疏松直至 破碎，而氧化铁皮硬度的下降直接导致其与 铁基体附着力的下降从而更有利于破鳞，拉 伸作用对其硬度的改善作用不明显; 3)氧化铁皮尽管有时以块状脱落，但在 其与铁基体结合的最里层却基本以粉粒状存 在，此时压缩作用

22、更有利于其自身的脱落。,工业用的破鳞机象除鳞器、矫直机、平整 机、拉伸矫直机等,它们对带钢表面氧化铁皮 的作用不同,如拉伸、弯曲、破碎、碾压等,这 些设备使用于酸洗线上作用的侧重点有所不 同.当带钢通过拉伸弯曲矫直机的弯曲辊时， 带钢两个表面变形情况不同，一个表面受到 张力拉伸，氧化铁皮和它与铁基体的界面会 产生裂纹，而与弯曲辊相接触的另一面将受 到压缩力的作用，氧化铁皮会被挤碎成网状， 有的不再附着于基体上，直至脱落。由此可 见，拉伸弯曲矫直机破鳞效果的取得主要依 靠弯曲时的塑性镦粗作用.,图2-3 破鳞示意图,从工艺角度来说，各种氧化铁皮与金 属的附着力是不同的，Fe0的破坏应力约为 0.

23、 04kg/mm2 , Fe304的破坏应力约为4kg/ mm2， Fe203的破坏应力约为1 kg/mm2。由 此可见出现对酸洗拉矫机破鳞的最有利的情 况应该是主要成分为Fe0的氧化铁皮。资料 表明目前热轧来料氧化铁皮的主要成分是 Fe3O4和Fe203，且Fe3 04占主要地位。,结论,氧化皮的构成是不利于酸洗拉矫机机械 破鳞作用的，这是由于随着铁的缓慢冷却发 生了FeO Fe3O4+ Fe的转变，因此适当 降低卷取温度并加快冷却速度，以使冷却时 间缩短，从而使Fe0转变可以较早结束的工 艺条件应该更有利于酸洗破鳞功能的成分发 挥。而针对酸洗拉矫机设备结构来说，为增 强破鳞效果可以考虑增加弯曲辊或设计更细 的工作辊，亦可根据情况的变化将工作辊压 下装置改成横向可调结构以更好的适应来料 的变化。,