热轧带钢板形控制与检测

本书共分10章：第1章主要介绍热轧带钢的生产特点及生产工艺；第2章主要介绍板形控制和检测技术；第3章主要介绍SP定宽压力机调宽法研究；第4章主要介绍2250mm热连轧机辊形改进及板形调控特性研究；第5章主要介绍1700mm热连轧机长行程窜辊宽幅无取向硅钢板形控制技术研究；第6章主要介绍热轧带钢平坦度的检测与处理系统；第7章主要介绍2250mm热轧平整机的板形调控特性和窜辊策略研究；第8章主要介绍2250mm热连轧机工作辊温度场及热辊形分析；第9章主要介绍热轧带钢横向温度不均匀分布研究；第10章主要介绍4200mm SmartCrown中厚板轧机辊形研究。本书适合轧钢工程技术人员、研发人员阅读，也可作为高等工科院校冶金、机械及自动化相关专业的本科生、研究生教材。

杨光辉，男，北京科技大学机械工程学院副教授，从事机械设计及理论研究，先后参与科研项目多项。受理公开发明专利5项，已授权4项。国内外发表论文30余篇，其中SCI、EI检索10余篇。主编或参编多本国内外公开出版物。先后获得中国钢铁工业协会、中国金属学会冶金科学技术奖二等奖、湖北省科学技术进步二等奖，通过省部级技术鉴定的1项。主要参与编写专著:《轧钢设备及自动控制》化学工业出版社 2010年6月；《实用机械制图与设计手册》中国电力出版社 2010年3月；《冷连轧带钢板形控制与检测》冶金出版社，2015年1月。

1 热轧带钢的生产特点及生产工艺 1.1热轧带钢的技术要求 1.2热轧带钢的种类和用途 1.3热轧带钢的生产特点 1.4热连轧机的主要机型 1.4.1轧机机型分类 1.4.2常规热连轧机生产线的轧机配置情况 1.4.3薄板坯连铸连轧生产线的轧机配置情况 1.5热连轧机的工艺对比分析 1.5.1常规热轧工艺 1.5.2薄板坯连铸连轧工艺 1.5.3中厚板坯连铸连轧工艺 1.5.4三种热轧工艺的产品质量和工艺设备对比 1.5.5薄板坯连铸连轧技术与传统工艺的比较 1.6 2150mm热连轧机的主要工艺流程分析 1.7 典型热连轧机的轧制工艺参数 1.7.1 1700mm热连轧机 1.7.2 1880mm薄板坯连铸连轧机 1.7.3 2300mm热连轧机 1.7.4三个机组的产品质量控制的关键技术对比 1.7.5 1810mm生产线典型轧制设备 1.8 先进热轧宽带钢生产技术 1.8.1连铸坯热送工艺 1.8.2蓄热式加热炉技术 1.8.3板坯定宽侧压技术—定宽压力机 1.8.4保温装置—保温罩和热卷箱 1.8.5微张力有（无）套轧制 1.8.6热轧工艺润滑技术 1.8.7高速钢轧辊技术 1.8.8在线磨辊技术 1.8.9铁素体轧制技术 1.8.10短流程生产方式 1.8.11无头轧制 1.8.12超薄带钢的轧制 1.8.13自由规程轧制 1.8.14智能化控制 2 板形控制和检测技术 2.1板形的描述 2.1.1横截面外形 2.1.2平坦度 2.1.3凸度与平坦度的转化 2.2板形控制影响因素 2.3板形控制和检测系统 2.4.凸度仪 2.5平坦度仪 2.5.1棒状光源法 2.5.2激光三角法 2.5.3光切法和截光法 2.5.4直线型激光测量法 2.5.5投影栅相位法 2.5.6激光莫尔法 2.5.7投影条纹法 2.5.8棒状激光板形仪 2.5.9挡板遮光法 2.5.10平坦度检测方法对比 2.6板形控制主要手段 2.6.1液压弯辊系统 2.6.2 液压窜辊系统 2.6.3轧辊交叉技术 2.6.4 层流冷却系统 2.7板形控制系统 2.7.1板形预设定模型 2.7.2板形闭环控制模型 2.8热轧平坦度综合控制 3 SP定宽压力机调宽法研究 3.1 带钢宽度控制概述 3.1.1 立辊调宽法 3.1.2 SP定宽压力机调宽法 3.2 定宽压力机工作原理及性能 3.2.1定宽压力机的作用及工作原理 3.2.2定宽压力机的结构和性能特点 3.2.3定宽压力机的运动学分析 3.3定宽压力机的控制 3.3.1定宽压力机的同步控制 3.3.2 定宽压力机的调宽轧制 3.4 调宽过程有限元模型 3.4.1有限元模型的建立 3.4.2 板坯和模块运动简化 3.4.3边界条件的确定 3.4.4摩擦模型的建立 3.5板坯调宽数值分析 3.5.1长度方向的变形 3.5.2宽度方向的变形 3.5.3厚度方向的变形 3.5.4等效应力 3.5.5单元间正应力 3.5.6单元间最大主应力 4 2250mm热连轧机辊形改进及板形调控特性研究 4.1 精轧CVC工作辊辊形研究 4.1.1CVC工作辊使用情况及存在的问题 4.1.2 CVC辊形的设计及改进方法 4.1.3辊形改进试验及效果 4.2 精轧CVR支持辊辊形研究 4.2.1CVR支持辊辊形的设计 4.2.2辊系有限元模型的建立 4.2.3仿真参数的确定 4.2.4 CVR辊形的工作性能分析 4.2.5工业试验及效果 4.3粗轧支持辊辊形研究 4.3.1辊形设计方案比较 4.3.2新辊形的近似加工方法 4.3.3粗轧R2机架支持辊实验 4.4 五次CVC辊形研究 4.5 2250mm热连轧机板形调控特性研究 4.5.1凸度调节域 4.5.2承载辊缝横向刚度 4.5.3辊缝凸度 5 1700mm热连轧机长行程窜辊宽幅无取向硅钢板形控制技术研究 5.1无取向硅钢轧制的辊形特点分析 5.1.1带钢凸度控制与宽度的关系 5.1.2工作辊最大磨损量与轧制单位块数的关系 5.1.3工作辊磨损辊形变化 5.2 ASR窜辊策略的实现 5.3工业轧制试验与应用 6 热轧带钢平坦度的检测与处理系统研究 6.1热轧平坦度检测的复杂性 6.2带钢激光平坦度仪检测原理及其系统测试 6.2.1激光与CCD位移测量原理 6.2.2平坦度仪的静态标定 6.2.3平坦度仪测量误差的检测 6.3 最大检测厚度分析 6.4平坦度检测系统的组成 6.4.1摄像传感器CCD 6.4.2数字信号处理器DSP 6.4.3高速缓存器FIFO 6.5 系统CCD信号采集与处理的工作原理 6.5.1时钟及驱动电路 6.5.2 CCD传感器光采样 6.5.3 AD数据采集 6.5.4 FIFO数据缓存 6.5.5 DSP数据处理 6.6数据采集与处理 6.6.1数据采集 6.6.2数据处理 6.7激光平坦度仪总体结构结构和主操作界面 6.8一种新的平坦度测量方法—激光角度位移法 6.8.1激光角度位移法检测原理 6.8.2系统设计 6.8.3平坦度指标 7 2250mm热轧平整机的板形调控特性和窜辊策略研究 7.1 2250mm热轧平整机不均匀磨损及板形调控特性 7.1.1平整机机型及工艺特点分析 7.1.2工作辊磨损及其辊缝凸度分析 7.1.3工作辊窜辊和弯辊特性分析 7.1.4平整机板形综合调控特性分析 7.1.5现场试验分析 7.2 2250mm热轧平整机窜辊策略的研究 7.2.1热轧平整机轧辊的磨损问题 7.2.2平整机窜辊策略的改进 7.2.3现场试验 8 2250mm热连轧机工作辊温度场及热辊形分析 8.1工作辊热辊形计算的理论基础 8.2 2250mm轧机的生产概况 8.3 2250mm轧机的热辊形表现 8.4工作辊热辊形的仿真模型 8.4.1温度场的数学模型 8.4.2温度场的差分计算模型 8.4.3温度场及热辊形的仿真过程 8.4.4仿真参数 8.5不同工况下的温度场和热辊形仿真分析 8.5.1不同工作辊直径的影响 8.5.2不同窜辊方式时的影响 8.5.3不同带钢宽度的影响 8.5.4不同轧辊材质的影响 8.5.5不同温度变化的影响 8.5.6轧制节奏的影响 8.5.7水冷换热系数的影响 8.5.8一个轧制单位内温度场和热辊形的变化 9 热轧带钢横向温度不均匀分布研究 9.1带钢温度分布对带钢性能及板形的影响 9.1.1带钢纵向温度分布的影响 9.1.2带钢横向温度分布的影响 9.2轧制过程仿真模型的建立 9.2.1主要假设 9.2.2轧制过程中轧件的温度变化 9.2.3有限元模型的建立及参数设定 9.2.4初始及边界条件 9.2.5带钢的物性参数 9.2.6仿真模型的初步检验 9.3热连轧带钢温度的测量 9.3.1热轧温度检测装置 9.3.2热连轧带钢温度的检测 9.3.3 1800mm热连轧机的工艺情况 9.4热连轧带钢横向温度分布的测量分析 9.4.1带钢横向温度分布规律描述 9.4.2带钢温度分布规律 9.4.3带钢横向温度与压下率的关系 9.4.4带钢横向温度与带钢宽度的关系 9.4.5带钢横向温度与终轧温度的关系 9.5带钢轧制过程中的温度控制方法及调节手段 9.5.1纵向温度控制方法及调节手段 9.5.2横向温度控制方法及调节手段 10 4200mm SmartCrown中厚板轧机辊形研究 10.1SmartCrown工作辊辊形 10.1.1 工作辊辊形设计 10.1.2 工作辊辊形参数分析 10.2 SmartCrown工作辊使用前后对比 10.3辊系有限元模型建立 10.3原辊型配置下的板形调控特性分析 10.4 SVR新辊形的设计 10.5新辊型配置板形调控特性分析 参考文献

板形是带钢的重要质量指标，高精度板形是高级精品带钢的重要特征。热轧板形直接影响着冷轧板形的质量，并且后续工序对板形也有特殊要求。板形控制是宽带钢轧机的核心技术、前沿技术和高难度技术，板形控制系统的技术发展代表热连轧机先进水平的标志之一。一方面板形控制相对板厚控制而言具有更大难度，另一方面目前各国对带钢板形的要求已越来越高，控制手段要求更加丰富、控制能力要求更加强大有效。例如对汽车板的板形平坦度往往要求达到10IU，镀锡板则需达到5IU；对带钢的凸度要求也在10？m以内。日益激烈的市场竞争以及各种高新技术的应用使得板带的横向和纵向厚度精度越来越高，也推动着板形控制技术和轧机机型的不断向前发展。有关板形及板形控制的研究具有重要的理论意义和实用价值。 多年的研究和生产实际表明，轧机的机型、辊形、工艺和控制模型是决定宽带钢连轧机板形控制性能的4个基本要素，并且机型是第一位、基础性和长期起作用的因素。为满足工业用户日趋严苛的带钢板形质量要求，近年来国际上涌现了CVC、SmartCrown、HC、PC等多种新机型和辊形，并在热轧带钢工业生产中得到广泛应用。 板带在钢铁产品中比重的不断提高意味着板带的用途更加广泛，同时，对板带品种规格的要求也不断增多，一个典型的代表是产品宽度的增加，伴随而来的是生产板带的轧机尺寸（主要是轧辊的长度）的增大。过去二十年多年来国内建设的板带轧机除了宝钢的2050mm热连轧机和2030mm冷连轧机外，辊身长度都在2米以下，如果将这些轧机称作宽带钢轧机的话，武钢建成的国内目前辊身长度最大的2250mm的热连轧机就可称为超宽轧机。值得注意的是，与以前的宽带钢轧机相比，尽管超宽轧机的轧辊（主要指工作辊）辊身长度增加了很多，但轧辊的直径却变化不大。此外，超宽轧机的一些其它特点，给轧机的使用带来了许多新的课题，其中板形控制面临的问题十分突出。 本书主要以2250mm热连轧机和1700mm热连轧机为研究对象，结合国内其它有代表性的先进热轧机，详细分析和介绍了目前世界上先进的热连轧机板形控制和检测技术，体现了本书在技术上的先进性。希望本书能对我们掌握当今世界上先进的板形控制技术有所帮助和指导。本书所分析和研究的内容既可作为设计同类轧机时选型的依据，也可作为同类轧机更新改造的样板，体现了本书具有很强的实用性。 本书共分10章：第1章主要介绍热轧带钢的生产特点及生产工艺；第2章主要介绍板形控制和检测技术；第3章主要介绍SP定宽压力机调宽法研究；第4章主要介绍2250mm热连轧机辊形改进及板形调控特性研究；第5章主要介绍1700mm热连轧机长行程窜辊宽幅无取向硅钢板形控制技术研究；第6章主要介绍热轧带钢平坦度的检测与处理系统；第7章主要介绍2250mm热轧平整机的板形调控特性和窜辊策略研究；第8章主要介绍2250mm热连轧机工作辊温度场及热辊形分析；第9章主要介绍热轧带钢横向温度不均匀分布研究；第10章主要介绍4200mm SmartCrown中厚板轧机辊形研究。 本书参阅了大量国内外文献资料，特别是近几年的最新研究进展，结合作者本人的研究成果写成此书，在此对相关著作和文献的作者表示感谢。编者在求学和工作期间，得到了武汉钢铁集团多位领导、技术人员和工人师傅的大力支持，在此表示由衷的感谢。编者所在课题组的老师、博士和硕士为本书的编写付出了大量的辛勤劳动，在此一并表示感谢。 参加本书编写的有杨光辉、张杰、曹建国、李洪波。杨光辉担任主编。本书的编写得到了“中央高校基本科研业务费专项资金资助(FRF-TP-14-033A2)”和“北京高等学校青年英才计划（YETP0369）”对本书的大力资助，在此表示非常感谢。 本书适合轧钢工程技术人员、研发人员阅读，也可作为大专院校有关专业的研究生、本科生的教学参考书。 限于编者的水平，不足之处在所难免，恳请读者批评指正。