板形控制

板形控制是冷軋板帶加工的核心控制技術之一，近年來隨著科學技術的不斷進步，先進的板形控制技術不斷湧現，並日臻完善，板形控制技術的發展，促進了冷軋板帶工業的裝備進步和產業升級，生產效率和效益大幅提升。

板形直觀來說是指板帶材的翹曲度，其實質是板帶材內部殘餘應力的分布。只要板帶材內部存在殘餘應力，即為板形不良。如殘餘應力不足以引起板帶翹曲，稱為“潛在”的板形不良；如殘餘應力引起板帶失穩，產生翹曲，則稱為“表觀”的板形不良。

基本介紹

• 中文名：板形控制
• 外文名：Flatness Control
• 功能：控制板帶材的翹曲度
• 表示方法：相對長度差表示法、波形表示法等
• 主要套用：冷軋板帶加工
• 主要手段：彎輥控制技術、傾輥控制技術等

表示方法

板形的表示方法有相對長度差表示法、波形表示法、張力差表示法和厚度相對變化量表示法等多種方式。其中前兩種方法在生產控制過程中較為常用。

存在缺陷

常見的板形缺陷有邊部波浪、中間波浪、單邊波浪、二肋波浪和複合波浪等多種形式，主要是由於軋制過程中帶材各部分延伸不均，產生了內部的應力所引起的。

為了得到高質量的軋制帶材，必須隨時調整軋輥的輥縫去適合來料的板凸度，並補償各種因素對輥縫的影響。對於不同寬度、厚度、合金的帶材只有一種最佳的凸度，軋輥才能產生理想的目標板形。因此，板形控制的實質就是對承載輥縫的控制，與厚度控制只需控制輥縫中點處的開口精度不同，板形控制必須對軋件寬度跨距內的全輥縫形狀進行控制。

影響因素

影響板形的主要因素有以下幾個方面∶

(1)軋制力的變化；

(2)來料板凸度的變化；

(3)原始軋輥的凸度；

(4)板寬度；

(5)張力；

(6)軋輥接觸狀態；

(7)軋輥熱凸度的變化。

技術特點

改善和提高板形控制水平，需要從兩個方面入手，一是從設備配置方面，如採用先進的板形控制手段，增加軋機剛度等；二是從工藝配置方面，包括軋輥原始凸度的給定、變形量與道次分配等。

常規的板形控制手段主要有彎輥控制技術、傾輥控制技術和分段冷卻控制技術等。近年來，一些特殊的控制技術，如抽輥技術(HC軋機和UC系列軋機)、漲輥技術(VC軋機和IC軋機)、軋制力分布控制技術(DSR動態板形輥)和軋輥邊部熱噴淋技術等先進的板形控制技術，得到日益廣泛的套用。在此，分別就其中幾種典型技術作以簡單介紹。

抽輥技術

抽輥技術，又稱HC軋機軋輥橫移板形控制系統。HC軋機是20世紀70年代日本日立公司和新日鐵鋼鐵公司聯合研製的新式6輥軋機。HC(High Crown)即高性能軋輥凸度。該軋機是在普通4輥軋機的基礎上，在支撐輥和工作輥之間安裝一對可軸向移動的中間輥，中間輥的軸向移動方向相反。

通過對普通4輥軋機軋輥撓曲的分析，工作輥與支撐輥之間超出軋件寬度區域的有害接觸區，導致了軋輥的過度撓曲。這種撓曲不僅取決於軋制力的大小，而且取決於軋件寬度。另一方面，在工作輥上施加彎輥力時，軋輥的撓曲會在超出軋件寬度部分受到支撐輥的約束。HC軋機是通過中間輥的橫移，消除了支撐輥與工作輥之間的有害接觸區，提高了軋制的板形控制能力，可適用於任何寬度帶材的軋制。HC軋機目前已發展出多種形式，如中間輥傳動的HCM 6輥軋機；中間輥和工作輥均能竄動的HCMW 6輥軋機；中間輥帶輥型曲線的HC--CVC軋機；及HCW、UCM、UVMW、MB、UC2~UC4等多種改進型軋機。

HC軋機的優點

板形控制能力強，不需要太大的彎輥力即可較好的調整板形；*可消除支撐輥與工作輥邊部的有害接觸部分，減輕邊部減簿和裂變傾向；*由於工作輥徑較小(比普通4輥軋機小30%左右)，可加大壓下量，實現大壓下量軋制，並減少能耗；*採用標準無凸度輥，就能滿足各種寬度帶材的軋制，減少了軋輥的備件。

從20世紀70年代以來，世界各國已建HC軋機200多架，直到至今仍是一種較流行的機種。

曲面輥技術

CVC輥板形控制

CVC輥板形控制技術是德國西馬克-德馬格公司於1980年開發的。CVC(Coutinuously Variable Crown)的原意是連續可變凸度。經過20多年的發展與完善，CVC軋機已發展出很多種機型，廣泛套用於冷軋板帶生產中。先進的控制策略和控制手段相結合，使CVC技術成為目前世界上最先進的軋制技術之一。它的控制原理很簡單，就是將上、下軋輥輥身磨削成相同的S形CVC曲線，上、下輥的位置倒置180度，當曲線的初始相位為零時，形成等距的S形平行輥縫，通過軋輥竄動機構，使上、下CVC軋輥相對同步竄動，就可在輥縫處產生連續變化的正、負凸度輪廓，從而適應工藝對軋輥在不同條件下，能迅速、連續、任意改變輥縫凸度的要求。

UPC輥板形控制

UPC軋機是德國MDS研製的萬能板形控制軋機，是繼HC、CVC技術之後又一種可改善板形的軋輥橫移式軋機。其原理是將普通4輥軋機的工作輥磨成雪茄型，大、小頭相反布置，構成一個不同凸度的輥縫。

UPC軋機投產的數量不及HC軋機和CVC軋機，最早使用UPC技術的是德國克虜伯1250軋機和芬蘭2000軋機。

交叉輥技術

交叉輥技術，又稱PC軋機軋輥交叉板形控制。PC(Pair Cross)的原意是軋輥成對交叉，即軋機軋輥交叉板形控制技術。軋輥交叉系統的設計原理與採用帶凸度的工作輥相同。通過調整軋輥的交叉角，使得距軋輥中心越遠的地方輥縫越大，實現對輥縫形貌的控制。

軋輥交叉等效凸度與軋輥交叉角、軋輥直徑和軋件寬度有關，其關係式如下∶

Cr=Se-Sc=(br)^2/(2Dw)

式中∶Cr ----等效凸度；b----軋件寬度；Se----中心輥縫；r----軋輥偏轉角；Dw----軋輥直徑；Sc----邊部輥縫。

常用的軋輥交叉系統有

只有支撐輥交叉的支撐輥交叉系統；*只有工作輥交叉的工作輥交叉系統；*每組工作輥與支撐輥的軸線平行，而上、下輥系交叉的對輥交叉系統。

漲輥技術

漲輥技術，又稱VC板形可變凸度支撐輥板形控制技術。VC (Variable Crown)原意為線上可變凸度支撐輥，是由日本住友金屬公司於1977年開發成功的，軋機的軋輥為輥套型軋輥，主要由芯軸、輥套、密封油腔、油路、旋轉連線器和高壓泵站等部分組成。

VC輥控制板形的原理較簡單，輥套和芯軸之間設有密封油腔，通過改變油腔內的壓力，即使支撐輥改變輥形(軋輥凸度)油腔壓力與直徑脹大在一定範圍內呈線性關係，且可做無級調節，因此，可以參與到閉環板形控制系統中。

VC具有較多優點

減少支撐輥的換輥次數，避免貯存多個不同輥型的軋輥；*可補償軋輥磨損及熱輥形；*在帶材軋制加、減速階段，可有效補償因軋制速度的變化引起的軋制力波動和軋輥凸度變化；*線上改造方便，僅需用VC輥代替原有支撐輥即可。

但VC也有局限性

VC輥製造較困難；*高壓旋轉接頭及油腔密封維護難；*調整軋輥凸度的幅度較小。

軋制力分布控制技術

軋制力分布控制技術，又稱DSR動態板形輥高精度板形控制。

DSR動態板形輥高精度板形控制(即軋制力分布控制)技術，是由法國VAI Clecim公司於20世紀90年代推出的，主要由靜止輥芯、旋轉輥套、7個柱塞式液壓缸、推力墊及電液伺服閥等部分組成。

DSR動態板形輥多用於四輥軋機的支撐輥，可成對使用，也可單獨使用。其工作原理∶根據板形儀測量計算出的實際曲線與目標板形曲線比較，得到一組偏差，通過7個單獨調控的液壓壓下缸，沿整個頻寬經旋轉輥套給板帶分布相應的軋制力，來進行高精度的板形(平直度)控制。

DSR動態板形輥高精度板形控制具有突出的優點，是高精度板形控制執行器的一次歷史性飛躍。主要表現在∶

能消除對稱性和非對稱性的板形缺陷；*板形控制不影響厚度控制；*能動態高精度控制板形。

充分發揮DSR方式高精度板形控制能力的關鍵，在於板形儀系統的測量精度、計算精度以及偏差轉換為伺服閥調控信號的精度。一般板形儀應達到1I單位的測量精度。

DSR雖有突出的優點，但其結構相對複雜，檢修和維護難度大，且價格昂貴，因此目前尚未大範圍普及。

在中國，DSR技術率先在上海寶鋼2030冷軋機上得到套用，中國鋁業河南分公司鄭州冷軋廠正在建設的四輥2300冷軋機也引進了該技術，該項目預計2008年年底正式投產。

目前，在世界上還流行一種稱為軋輥熱噴淋板形控制先進技術，它具有投產小、改造周期短的特點，比較適合已建設備的線上改造。這項軋輥熱噴淋板形控制先進技術是由澳大利亞工業自動化服務公司開發的，該系統是由計算機控制軟體和邊部熱噴淋系統組成。在軋輥兩側安裝有兩個熱噴淋裝置，每個裝置上安裝有數個噴嘴，每個噴嘴的控制範圍為25毫米，在軋機工作時實施噴淋加熱。該系統有效地解決了高速軋制時，因軋輥熱凸度引起的邊部張緊的板形缺陷，提高了軋制速度，減少了斷帶幾率。

板形控制是一項綜合技術，生產中必須通過先進的控制手段與工藝參數的合理匹配，才能獲得理想的板形。