冷轧薄板离线板形测量误差分析及其修正技术

张金臣，胡小明，徐传国

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北 唐山 063200）

在当前的环保要求下，面临的新的市场形势，为实现冷轧薄板制作成本的降低，必须要注重节能与减排。随着冷轧薄板生产阶段，带钢厚度的减少，在冷轧产品的生产中，在0.17mm的极薄带钢数量也不断的增加。现场开展冷轧薄板测量，选择的是传统的测量方式，精度对比选择的是传统的计算方式。就薄带产品，其测量误差较大，会导致结果被颠覆。如何开展定量分析，修正薄板测量误差，属于现场技术难点与技术焦点，本文主要围绕此进行研讨分析[1]。

1 冷轧薄板离线板形测量的误差分析

在冷轧工序内，为实现带钢板形的评估，可选择截取一定长度的带钢，比如2.0m，将其放置在平台上。开展相应的监测，板材浪形详见下图1。

图1 板材狼形示意图

将浪的个数数出来，测量出各个浪的高度、浪的距离，浪高为Rvi、浪距为Lvi，计算出各个浪的急骏度值λi，其公式为λi=Rvi/Lvi，浪高的最大值Rvavx，平均值Rvave，急骏度最大值为λmax，均值为λave，衡量样本带钢板形情况。

实际上，图1检测结果，未能考虑带钢重力作用下的离线模型，上图内的第i个浪形，若是将有浪部分的带钢单独的取出，且将重力作用因素考虑在内，有浪部分的带钢受力状态则见下图2。若是带材厚度较大，且刚度较大，起浪部分的带材会保持图1的状态，若是带材较薄，到一定的程度之后，条元的刚度则会随之减少。此阶段，单位长度的带钢重力q作用之下，起浪部分的扰度较大。显而易见，此时若测量离线板形，其结果并不精准，测量出来的结果相比实际要消很多，主要是因为重力引发的测量误差。

图2 起浪部位带钢受力简图

2 冷轧薄板离线板形测量误差修正技术的开发

2.1 建立冷轧薄板离线板形测量时重力影响模型

下图3属于浪形条金属约束模式下的简化图，将其作为典型，将第i作为研究对象，会受到非起浪部位材料带来的约束，使得图2、图3内的A点、B点水平位移近似于零。针对浪形中点C的对称性进行综合的考虑，且带钢转角A与B为零，在重力的作用下，受到平台的相关约束，A点与B点的垂直位移为零[2]。

图3 浪形条元近似约束模式简图

基于此，将浪形部位带材的变形模型两端固定约束条件作为基础，，见下图4。将原本的A点作为坐标点，第i个浪形忽略重力因素的浪形曲线，使用Hvi（x）代表，其被称之为实际浪形曲线。扰度内的分布曲线为Wi（x）。重力影响下的浪形分布曲线为Hvi’（x），属于平台上的浪形曲线展示。

图4 考虑重力前后浪形曲线示意图

结合材料学的相关知识，在图3的约束条件之下，挠度分布曲线可使用计算式（1）进行表示，见下。

上述式子（2）内，E属于仰视的模型量，I则是惯性距离，X则是朗端点到浪形的一点长度，详见上图3。若是带材属于矩形的截面，则惯性距离、单位长度带钢所承受的重力，可使用计算式（3）表示，如下：

式子（2）中，b为条元的宽度，g为重力加速度，p为带材的密度，h为带材的厚度。

将式子（2）带入到式子（1）中，整理之后可得到计算式（3）,如下。

显然扰度最大的为浪形重度，均为重力影响，其绕曲量可视作重力引发的浪高最小数值，可使用以下公式（4）表示。

2.2 重力因素对浪高影响的分析

不同厚度、不同浪距情况对浪高的影响，选择重力定量分析，钢带的厚度为0.16mm，浪距为20mm。研究重力因素对浪高所产生的影响，为分析厚度与浪距因素，明确重力因素对浪高的影响。在开展数值计算期间，假设其他的因素固定，浪距为200mm时，在无重力因素下开展测量，不考虑浪高减少值对带钢厚度的影响。然后当带钢的厚度为0.16mm时，测量是否重力因素下，不同浪距带钢浪高减小值。

通过测量对比得知，针对浪距为200mm的带钢，其厚度从0.3mm减小到0.1mm，相应浪高的减小值，从原本的0.21mm开始朝着1.92mm增加。厚度为0.16mm的带钢，浪距从原本的100mm朝着300mm增加，相应的浪高减小值此功能原本的0.05mm朝着4.3mm变化。就浪距较大的薄板，浪高的减小值与实际数量等级相同，不可忽略。

2.3 冷轧薄板离线板形测量误差的修正

针对冷轧薄板，图4已经将重力前后浪形曲线示意图的相关条件给出，在重力下，引发的浪高减小值使用表示，其小于浪高实际值。

在实际操作与生产阶段，可见重力因素引发的浪高减小值，大于浪高的实际值。此时，浪中部将与测量台直接接触，其浪形从1个变为2个，见下图5。

图5 大浪局薄板平台板形演变示意图

考虑重力产生的影响，针对每个小浪的实际浪高，选择公式（4）诉说的相关模型开展计算，结果详见公式（5）。

假设浪形曲线属于正弦曲线，大浪演化出来的2个小浪浪形曲线方程与可使用公式（6）开展计算。

2.4 大小浪形的判断

研究冷轧薄板离线版测量误差修正的方式，实际测量阶段，判断一个浪形是否由2个浪组成，或者是原本就是一个浪形，可选择悬挂法进行分析。

通过将等待测量的带材进行90°的旋转，并悬挂平台上，选择垂直放置，明确观察是否存在重力影响。使用记号笔，在带材的表面做好相应的记录，并放置在检测台上进行测量。

值得说的是，悬挂法测量带材，无法确保带材处于稳定的状态，版面的方向也很难被约束。现场一般不建议使用悬挂法进行板材测量，但是，不可否认的是该方案的应用，可确保测量精准，更好的修正误差[3-5]。

3 结论

总而言之，带钢的厚度越小，重力引发的浪高减小值就就越大，两者成反比。重力影响下，浪高的减小值逐步增加。针对薄带，浪高点实际数值与减小值的等级相同，不可忽略。现场实验结果表明，通过充分考虑重力影响，提出针对性的冷轧薄板离线板形测量误差修正技术，将其投入生产应用，适当的修正实践，其误差可控制在12.3%以内，相对误差可控制在15.0%以内，可切实满足工程所需，值得推广。