浅谈带钢生产设备

【摘要】钢铁工业属于原材料工业，是国民经济中的基础工业，钢铁工业的现状和发展仍在很大程度上体现一个国家的科学技术水平和经济发展实力。本文对轧钢生产设备与技术在我国的应用作了简要陈述，对先进轧机技术的现状及特点进行概括介绍，并简述了轧机技术的发展方向。

【关键词】轧机简史；先轧机技术；发展现状；发展方向

轧钢生产是钢铁生产的后部工序，是将钢锭或钢坯轧制成钢材的生产环节。目前，约有90%的钢材都是经过轧制成才的。在轧钢生产的产品中，又以板带材应用最广泛。如今，板带比已经成为衡量一个国家钢铁工业水平的重要标志之一。本文对轧钢生产设备与技术在我国的应用作了简要陈述，对先进轧机技术的现状及特点进行概括介绍，并简述了轧机技术的发展方向。

一、热带钢轧机简介

板带材生产分热轧和冷轧，在轧机形式上经过单机架，双机架和多机架连轧机组。每套机架按轧辊数量又包括二辊轧机、四辊轧机机和多辊轧机。所谓热轧，是指轧件在再结晶温度以上的轧制工艺。

热带钢轧机一般有两个机组：粗轧机组和精轧机组组成。最简单的粗轧机组的布置为：大立辊轧机或压力定宽机侧压，二辊轧机或四辊轧机压下。随着产量的提高，精轧机组的来料厚度增加，精轧机组的数目由原5-6增加到7-8架。现代热带轧机的布置和组成主要分为全连续式，半连续式和3/4连续式三大类。为了使粗轧机纽与精轧机组的产量平衡，3/4连续式布置形式被大量采用，并被公认为是最合理配置，即在粗轧机组内布2架可逆式或一架可逆一架不可逆轧机。以现在沧州中铁装备制造材料有限公司装备的1780线为例，两架粗轧机全为可逆轧机，R1为二辊轧机R2为四辊轧机，精轧机为7机架，日产能可达1.5万吨。

二、带钢热轧发展现状

板带材的几何尺寸精度包括纵向厚差、横向厚差和板形（平直度）三大质量指标。板厚控制和板形控制是板带轧制领域里的两大关键技术。对于纵向厚差的控制，由于理论及技术上相对简单，因而首先得到发展。目前，采用计算机AGC系统、IGC系统以及最新的基于激光测速的物流自动厚度控制系统等控制方式，已相当成功地解决了纵向厚差的控制问题，成卷宽幅冷轧带钢的厚度精度已达±（2～5）μm（占全长 98%），热轧带钢的厚度偏差已达±30μm（占全长98%），基本上已能满足用户的要求。关于板形和板凸度的控制，特别是板形控制，从20世纪70年代以来，就成为人们研究与开发的重点课题。人们先后开发出许多诸如HC、CVC、PC等一系列新的板形控制轧机，但由于影响板形和板凸度的因素复杂多变，在基础理论、检测技术和控制技术方面都还有许多问题没有得到根本解决，仍然是摆在人们面前的重大研究课题。

板带材的轧制过程是一个极其复杂的金属压力加工过程，轧后板带材的板凸度和板形决定于轧件在辊缝中的三维变形。对于这一过程的研究，长期以来，人们从不同角度出发对板形理论进行了深刻的探讨和研究，使之成为一个较为完整的理论体系。完整的板形计算理论主要包括以下两个方面：

（1） 辊系弹性变形和热变形计算理论—————辊系模型；

（2） 金属三维塑性变形理论—————————金属模型；

辊系弹性变形主要是指：在带材轧制过程中，轧辊在轧制变形区、辊间接触变形区的弹性压扁以及轧辊轴线的弹性弯曲总和。产生辊系弹性变形最根本的原因是带材在塑性变形时由其变形抗力而产生的轧制压力以及弯辊力等。

板带塑性变形理论即轧制理论建立于1925年，Von karman针对板带轧制宽展变形小的特点，忽略了金属塑性流动中的宽展量，根据塑性理论及微元体的力学平衡条件，建立了求解平面轧制力沿接触弧分布的平衡微分方程式。以次为开端，使轧制理论的研究得到了较快的发展。1943年，Orown提出了考虑轧件不均匀变形理论，导出了Orown 单位压力平衡微分方程式。这两个方程建立，创立了早期轧制理论的力学模型，这对促进现代轧制理论发展产生了重大影响。平面变形轧制理论的基本出发点是将变形区金属横向切片，在忽略剪力作用时建立了单元的平衡微分方程。其中前、后滑区的单元平衡微分方程是在如下假设条件推导出来的：

（1）不考虑金属宽展变形且认为变形为均匀；

（2）按库仑摩擦条件τ μ x = p 确定表面摩擦力；

（3）轧辊为刚性，材料没有加工硬化；

（4）忽略了轧件弹性压缩与弹性恢复，且辊径方向轧制力近似表示为主应力；由此推出的Von karman微分方程具有如下形式：

d h p tg dx x x （σ）=2（α±μ）

式中“-”表示后滑区；“+”表示前滑区

随着研究的深入，其它算法也不断地被用来求解轧制问题。如滑移线法、能量变分法、极限分析法等。研究的范围也由二维问题转向三维问题、由简单边界条件过渡到考虑多种因素的复杂边界条件。特别是计算机技术的迅速发展，为数值分析提供了多种可能性。

三、热带钢轧机发展方向

在板形精度控制方面：综合近几年国内外文献，提高厚度精度大致向三个方面发展：第一，改进精轧机传统设定模型，包括变形抗力模型、摩擦系数模型、温度模型等，使原设定模型更精确化；第二，神经网络、模糊控制等人工智能技术在轧机设定中的应用：（1）利用神经网络的设定模型，（2）结合式设定模型（即传统数学模型与神经网络结合的设定模型）（3）用模糊理论进行模糊动态设定；第三，控制模型改进，及采用新的控制方法：（1）绝对值AGC控制（要求全部机架都为液压AGC），（2）活套角速度控制（针对头部厚控的），（3）多变量控制（针对稳定段厚控制的），（4）机架间增设测厚仪及激光测速仪。

四、结论

热轧带钢是重要的钢材品种，对整个钢铁工业的技术进步和经济效益有着重要影响。我国钢铁工业尤其是河北省钢铁工业近年来产量增长较快，但高附加值产品的数量和质量较低。下一步我国必须继续追踪国际上钢铁研究的进展，不断提高我国热轧板带钢生产的技术水平， 努力促使热轧板带生产成为我国从钢铁产量大国向钢铁技术强国迈进的排头兵。

参考文献

[1]《轧钢机械设备》.冶金工业出版社，第1版

[2]黄庆学主编.《轧钢机械设计》.冶金工业出版社