冷轧带钢板形控制技术的研究与应用

秦 伟

（河钢股份有限公司唐山分公司，河北 唐山 063016）

1 冷轧带钢板形控制技术的研究背景

板形是带钢的平直（翘曲）度，表现在横向和纵向两个方面。板带内部存在残余的应力便是板形不良。而板带的板形良好的主要表现是板带材特出“平”与“直”这两个主要特征。相对应的，板带的板形质量不高的特征则是板带钢出现浪型、瓢曲以及旁弯结构。

如今人们在商品选购的时候对冷轧带钢质量要求的不断提高，尤其是越来越受到消费者追捧的汽车板以及空调、冰箱和洗衣机等家电板，这些冷轧带钢的产品表面质量相当高，而板形的质量则是检测冷轧带钢的重要指标之一[1]。

除此之外，所以在板类工艺品的生产过程中，做好板形的检测和控制是不可或缺的重要环节然而。轧制过程中的板形控制是一个极其复杂的系统工程，因此必须对整个系统做出全面的控制。从整体来看，冷轧板的带钢板形的控制需要从生产过程中的材料、设备、工艺、操作以及管理等多个因素做出综合的考量再做出决定。如果只是注重其中的一个要素，那么并不会取得良好的生产效果。除此之外，还要在生产过程中根据实际情况做出具体的应对，抓住当中主要的矛盾。

这个过程需要先进的和板形控制技术来为整个控制来做保驾护航。因此在高精度的轧制领域里面，如何减少乃至防止板带材发生板形变形，提高板形的质量一直是国内外板形研究的重点。

2 板形缺陷产生的原因

在宽带钢受冷轧的时候，在棍缝的宽度比描缝长度达，另外棍缝中带钢指点在宽度方向的流动比沿轧制方向的流动更为困难，所以可以理解为钢质点只沿轧机出口以及入口这两个方向进行流动。

因此可以认为带钢质点只沿轧机出口和入口两个方向流动，这就是为什么带钢在冷礼过程中可以认为基本没有宽展，只有从沿礼制方向进行延伸。而根据金属的体积不可压缩的原理，下量大的纤维条，它在轧制方向上的延伸也相对应更加大。

加上轧件是一个连续体，各个纤维条在不同方向的延伸必然会引发各个纤维条件的互相牵制，而延伸较长的纤维条会受到压应力，相对的较短的则受到拉应力，两者同时形成内应力场。当压应力逐步增加并达到临界值的时候，受到压应力作用的位置则会产生屈曲失稳，产生浪形等板形缺陷，让板带材失去“平”与“直”两个特征，质量受到影响。

3 冷乳带钢板形控制系统

3.1 板形控制系统

辊缝决定带钢的平直度。然温度和凸度会导致不平直的因素，会在生产的过程中带到带钢内部的应力当中影响辊缝的大小，所以说调整辊缝的时候，无论平直度偏差的数值是多少操作人员都要在第一时间引起注意并及时调整让它达到目标中的平直度。

除此以外，辊缝的运作构造也会影响到带钢的平直度，因此操作人员在运行系统的过程中要把执行机构的动作有效地进行组合来消除出现的平直度偏差。而这便是自动板形控制系统（AFC）的效用。总的来说，自动板形控制系统的控制策略是把实测板形转换成曲线,并用来表示实测和要求板形之间的偏差,然后把它和辊缝的特性进行相加来让板形系统及时做出反应，并选择出控制动作的最佳组合，在短时间内用最为便捷的方式调节辊缝让断面轮廓达到预测目标[2]。

3.2 弯辊系统

因为液压缸在工作辊和中间辊辊颈产生作用力，从而导致部件发生弯曲。如果在所有运行条件下要成功首先平直度数值的控制控制，那么同时产生正、负两个弯辊力的弯辊系统是必须的。首先弯辊和平直度控制系统需要联合起来共同运作，平直度控制系统通过外部的控制环把校正信号输入到液压系统中并转换成液压力。与此同时弯辊系统也因为采用了精密的压力传感器而获得了极高的精密度。

3.3 冷却系统

要处理好工作辊排出热量的问题，需要在工作辊的辊体均匀地喷上冷却液，这样可以起到对辊体的润滑效果。除此之外，平直度控制系统的冷却系统可以做到科学地按区域分配冷却液，这样能高效地解决非对称性的问题。

平直度控制系统的冷却系统包括基本冷却和分段冷却的冷却装置，冷却装置是由平直度控制系统进行控制与监视。测量辊的测量偏差是指与设定目标模型的偏差值，把此偏差进行赋值并使用数学模型进行评估计算，然后再将计算结果输入调节器进行计算处理还有分析。执行机构调整量和调整位置的变化的同时，板形仪测量显示的图形和数据也会随之发生变化。测量系统只会发出修正值和偏差值的讯息。而从整体来说，板形控制系统和测量辊是检测，弯辊与CVC辊控制以及冷却则是手段。

3.4 液压自动厚度控制系统（AGC）

为了实现轧件的自动测厚的控制让纵向板形的平直度达到理想的效果，如今在现代的板带轧机上，通常情况下会安装液压压下装置，也就是采用液压压下的自动厚度控制系统（AGC）而这个系统，包括：

（1）测厚的部分、厚度比较和调节部分。

（2）辊缝调节部分，以辊缝调节量作为讯号，通过压下装置对辊缝做出实时的调整，以来减少或抵消掉轧件的厚度差异来达到保持板形的恒定的效果。

3.5 使用新型号的轧机，从根本上控制好板形

（1）CVC轧机。CVC轧机利用搭配了辊缝连续可变凸度的控制技术,这是把中间部分辊的辊面设计成S形瓶状表面，而两轧辊的大小头在轧机上互相作用形成一百八十度方向的配置，这样便可以随着轴线相反的方向进行移动，并逐渐形成正、负辊缝凸度。

由于轴向位置是无级变化的，于是就形成了持续变化辊缝凸度的控制效果，CVC控制系统和液压AGC、工作辊以及中间辊正负弯辊、工作辊和中间辊横移和轧辊冷却相互配合协作，共同组成了平真度控制的闭环系统，从而达到较为理想的控制效果。此类轧机最突出的特征是辊缝断面可以持续做出调整，对规定的轧制参数具有很强的适应能力，这样带材边部减薄可以得到明显的改善。

（2）经过对轧辊有载辊缝的控制对板形做出控制。而如果在轧制影响因素稳定的情况下，则可以通过合理的轧辊进行原始辊型设计。而影响因素不稳定时，会随时对辊缝的凸度产生影响，该CVC轧机除了拥有辊温控制和液压弯辊控制这两个突出功能之外，它还可应用另外两个新的技术[3]。

第一个是增加有载辊缝的刚度。在轧制力发生波动的同时，还可以持续保证有载辊缝形状的稳定性，这样对减小轧后带钢板形波动有着积极的作用。而采用提高辊缝系数Ks的方式来增加板形控制能力，可以视为刚性辊缝型，比如在采用工作辊或者中间辊的窜动来调节轧制力分布，可以提高了辊缝的刚度。另外一个技术是加大辊缝的调节范围，采用加大轧辊原始的辊缝去调节范用来达到控制板形的目的，而这便是柔性辊缝型。

3.6 张力调节

冷轧生产的过程中有一个显著特点：张力轧制，由于会受到许多因素的干扰，冷轧的张力值有时会发生不确定的波动。所以在生产的过程中，操作人员一定要确保张力保持在正常的数值内。这样才能让轧制的状态保持在稳定状态。

如果张力保持在较大的范围里，便可以保证轧制稳定以及板形良好的状态。可是一旦超过了限定的值的时候，便较有可能出现断带、卸卷困难的问题。与此相对应的，张力过小的话也会引导致跑偏问题的出现。所以说操作是要根据材质、规格、钢种等实际情况具体问题具体分析，选取合理的张力值。

如果板形不同，相应的张力调节方式也应该有所不同：中浪可以合理地减小张力；两边浪则可以适当地增加张力，让轧制力减少，让边部延伸变小。因为在生产的过程中不能仅仅靠张力的调整对板形做出改变，原因在于它对板形控制能力存在局限。所以实际的最终效果便很大程度取决于操作人员对机器的熟练程度。

4 冷轧带钢板形控制系统技术研究

4.1 软件模型

（1）预先设置好控制模型：在把带材头部放到轧机前，轧机的各种板形机构都要有正确的预设定值，并把它作用在反馈控制的调节起点。

（2）轧制力—弯辊力前馈控制模型：板形预设定控制模型在计算好设定数值的时候采用的轧制力是预先估算好的。那么或多或少与在实际轧制的过程中预估的轧制力和实际的轧制力出现误差，另外轧制是一个动态过程，因此轧制力是随着机器运作一直改变的。要去除误差和轧制力的变化对板形的改变，就要在实际的操作过程中对弯辊力实时做出持续性的补偿调整。

4.2 冷连轧机板形控制特点

（1）冷轧金属受到横向摩擦作用的影响，其横向的流动会在很大程度上遭到阻碍，因此除了带钢边缘部位存在三维变形之外，横断面几何尺寸的变化基本上要全部都转变为平直度的变化，这种转化效应在冷轧的过程中效果比热轧更为显著。所以为了确保板形的良好，要求冷轧在变形的过程中要尽可能保持相对断面形状不变。总的来说，冷轧带钢“板形”通指平直度，然而断面形状并不包括在内。

（2）冷轧大张力变形在减缓带钢的延伸还有减少轧辊弹性挠曲变形等多个层面发挥效益。

4.3 精整工序板形控制注意事项

（1）间隙调整不当或者带钢边部厚度突变经常会让剪切带钢出现连续的短暂而急促的轻边浪，部件受影响的范围一般在出现早1mm的宽度位置。

（2）辊式矫直机经过多次反向弯曲，带材厚度外层根据纤维应力的实际状况在宽度方向上有条件地做出屈服让其平直化。因为塑性变形不能作用与带钢内部，所以难以产生整体性的永久延伸。因为这个而出现的残余应力能够通过进一步弯曲或者剪切去掉。所以说辊式矫直机可以矫直除了除镰刀弯之外的所有平直缺陷从而获得目标的平直度。

4.4 平整工序板形变化及控制

（1）操作人员要科学地对平整机的工作辊进行选择来支承辊原始凸度，除此之外还要根据来料板形，结合弯辊还要倾斜控制进行综合调节。

（2）操作过程避免出现平整带钢表面油污污染，做到严格把控好平整卷的温度[4]。

（3）操作过程要防止因为退火保温的时间过少还有性能不均而造成的平整浪形状。

（4）不同于热轧钢，冷轧带钢因为涉及到影响工序板形质量的因素比较多，因此从热轧原料到冷轧轧制、热处理到精整等等的多个工序环节对冷轧成品最终板形质量有不同程度影响。针对这些影响要素，操作的时候需要针对各个工序板形变化特征和具体的实际情况来采用对应措施并进行优化控制。只有经过全方位、多方面的高质量管理才能在加工后获得理想的冷轧成品板形。

5 结语

综上所述，板形是冷轧带钢以及高档汽车板和家电板的重要质量指标。在轧制过程中的板形控制是一个很复杂的系统工程，所以要对整个系统进行全面控制。操作人员务必要熟练运用好AGC.AFC等工艺技术，结合板形仪等先进的辅助设备和操作工的操作水平，还要理解掌握其背后的理论技术，才能很好地保证冷轧带钢的板形形状和质量。