【正文】 中第片單元相對(duì)中點(diǎn)的熱脹量；工作輥直徑，ｍｍ；熱脹系數(shù)；輥身中點(diǎn)溫度，℃；第片單元的溫度，℃。5板形測(cè)量儀表在軋機(jī)出口設(shè)置一個(gè)或多個(gè)C型架，C型架的上方安裝有射源（一個(gè)或多個(gè)），下方設(shè)有數(shù)量不等的傳感器，當(dāng)帶鋼連續(xù)通過C型架時(shí)，傳感器將接受到的不同能量轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)傳送給信號(hào)處理單元，再經(jīng)過計(jì)算機(jī)的處理和計(jì)算不斷得到不同斷面的凸度。 間接測(cè)量法使用兩個(gè)C型架，一個(gè)固定，用于測(cè)量帶鋼的中心厚度，另一個(gè)C型架在幾何空間上盡可能地靠近第一個(gè)C型架，并且射源以一定速度沿帶鋼寬度方向來回移動(dòng)，用于掃描測(cè)量帶鋼的厚度分布。間接計(jì)算出帶鋼的凸度。 兩C型架式凸度儀 三C型架凸度儀直接測(cè)量法采用聯(lián)立式多通道測(cè)量原理。因此，它的測(cè)量結(jié)果不受帶鋼不平直度的影響。目前只有美國的Radiometrie公司、德國的IMS公司和日本的Toshiba公司等能生產(chǎn)各類凸度測(cè)量儀表，而美國的Radiometrie公司包含了多個(gè)凸度儀的著名品牌，如原美國的DMC，德國的Eberline和英國的Daystrom。從測(cè)量原理可以看出，間接測(cè)量法的凸度儀的測(cè)量結(jié)果并不能完全反映帶鋼的凸度。相對(duì)于帶鋼而言，橫向方向來回移動(dòng)的射源以‘Z’字方式行走，它不可避免地受到帶鋼不平坦度的影響。直接式凸度儀克服了間接測(cè)量法凸度儀的缺點(diǎn)，其響應(yīng)和精度都大大提高，當(dāng)然，價(jià)格也較貴。 可以獨(dú)立測(cè)量帶鋼的凸度，而間接式凸度儀必須和測(cè)厚儀配套使用。直接式凸度儀不存在這個(gè)問題。 響應(yīng)速度快。 一些直接式凸度儀不僅可以測(cè)量凸度，而且還同時(shí)得到帶鋼的厚度、寬度和溫度測(cè)量值。某廠1700mm熱軋生產(chǎn)線上使用的是德國IMS公司的直接式凸度儀。該凸度儀的測(cè)量系統(tǒng)由以下四個(gè)部分組成： 光學(xué)寬度測(cè)量系統(tǒng) 長期數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)具有以下的主要特性： 測(cè)量的參數(shù)：截面輪廓，溫度輪廓，凸度，中心點(diǎn)厚度，楔形度，邊部降及最高最低點(diǎn)；%；； 數(shù)據(jù)顯示：彩色顯示器及打印機(jī)。1和3為一個(gè)測(cè)量周期，3和5為另一個(gè)測(cè)量周期，也就是說3的值用了2次。 平坦度測(cè)量儀熱軋帶鋼的平坦度測(cè)量手段比較多，有電磁、振動(dòng)、電阻、位移和光學(xué)等測(cè)量方法。這主要是因?yàn)榧す獾南喔尚詮?qiáng)、方向性好、波長范圍窄和亮度高等特點(diǎn)。按測(cè)量原理簡單分為激光三角法、激光莫爾法、激光光切法等。這種測(cè)量方法簡單，響應(yīng)速度快，在線數(shù)據(jù)處理容易實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在仍廣泛應(yīng)用于板形測(cè)量領(lǐng)域。激光器LD發(fā)出的光經(jīng)過透鏡L1會(huì)聚照射在被測(cè)帶鋼表面的點(diǎn)O，其散射光由透鏡L2接收會(huì)聚到線形光電元件（CCD）上的點(diǎn)Oˊ，O與Oˊ點(diǎn)共軛。由圖中的幾何關(guān)系可推得： 激光三角法斜射式結(jié)構(gòu)YO?L2OCCDabLDL1yθθ (51)激光三角法測(cè)量平坦度，是利用激光測(cè)量位移的方法測(cè)量帶鋼因波浪而上下擺動(dòng)的離散位移量yyy…、yn，再與各采樣點(diǎn)的時(shí)間、速度一起經(jīng)過運(yùn)算，解得波浪在一定區(qū)域內(nèi)的波長：Lj= (52)(i=1,2,…n。 激光莫爾法當(dāng)兩塊光柵重疊或一塊光柵和它的像重疊時(shí)，柵線交點(diǎn)的軌跡被稱為莫爾條紋（Moire Fringe）。所謂格柵，就是一個(gè)二維光柵，利用格柵就可以形成被測(cè)物體表面輪廓的等高線。等高線的間隔ΔhN代表相鄰兩莫爾條紋的深度差，其條紋深度hN由下式計(jì)算可得到： 莫爾條紋等高線法測(cè)量原理圖理圖N=2N=1TdSA2A1BCDAlh2h1G (54)式中d點(diǎn)光源到觀察點(diǎn)的距離；ω0 格柵G的柵距。適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理可以克服帶鋼跳動(dòng)造成的平坦度測(cè)量影響。此外，莫爾條紋等高線的自動(dòng)識(shí)別（級(jí)次、高度），由莫爾條紋等高線推算帶鋼板形等問題還有待進(jìn)一步的研究。當(dāng)帶鋼無平坦度不良等板形缺陷時(shí)，激光掃描線為空間直線；當(dāng)帶鋼出現(xiàn)平坦度不良等波浪形狀時(shí)，激光掃描線為空間曲線。下面我們討論單束激光沿帶鋼寬度方向傾斜掃描帶鋼的情況。另外，掃描光斑尺寸和形狀隨掃描角度θ的變化，會(huì)造成光斑光強(qiáng)出現(xiàn)偏差。1987年由松井健一等人最先提出采用三束激光掃描測(cè)量帶鋼平坦度的方法。根據(jù)圖中幾何關(guān)系可得： ，，通常相對(duì)延伸差ρ可由下式計(jì)算：考慮到實(shí)際需要及測(cè)量方便，以近似值ρ0來評(píng)價(jià)ρ。該板形儀由21支半導(dǎo)體激光器布置成73的矩陣（3個(gè)一組，共7組，對(duì)應(yīng)不同測(cè)量點(diǎn)）。在21個(gè)激光光斑的正上方垂直安放一臺(tái)CCD攝像機(jī)，攝取包含21個(gè)光斑的帶鋼表面信息。另外，對(duì)光切法中的計(jì)算延伸率方法進(jìn)行了改進(jìn)，克服了由于拐點(diǎn)而產(chǎn)生的誤差 。4組7組1組1列2列3列 多束激光板形儀激光束分布圖帶鋼運(yùn)動(dòng)方向6 層流冷卻對(duì)板形的影響對(duì)于板帶的熱連軋過程來說，帶鋼溫度是直接影響軋制產(chǎn)品尺寸精度和力學(xué)性能的重要因素之一。20世紀(jì)60年代第一套層流冷卻系統(tǒng)應(yīng)用于英國布林斯奧思432mm窄帶鋼熱軋機(jī)，以后幾乎每套熱帶鋼軋機(jī)輸出輥道上都裝有冷卻系統(tǒng)。近年來，對(duì)帶鋼軋后冷卻的研究在世界范圍內(nèi)廣泛展開，主要集中在層流冷卻帶鋼溫度場(chǎng)計(jì)算模型和終冷溫度精度控制模型及其改善鋼材組織和性能方面的研究，然而，直到現(xiàn)在，并沒有完全定量的解釋熱軋帶鋼層流冷卻機(jī)理，更少有層流冷卻對(duì)帶鋼板形影響方面的研究報(bào)道。這種不均勻加熱或冷卻可以產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。只是定性的說明由于溫度梯度而引起的平坦度缺陷可以分為四種類型：1）沿寬度方向；2）沿軋件整體厚度方向；3）沿軋件頭部和尾部厚度方向；4）沿長度方向。帶鋼整體厚度方向的板形缺陷，表現(xiàn)為沿帶鋼總體出現(xiàn)船形。比較短且偏薄的中厚板可以看到沿長度方向的平直度缺陷。層流冷卻后帶鋼嚴(yán)重瓢曲確實(shí)是生產(chǎn)中經(jīng)常發(fā)生的問題，隨著對(duì)熱軋帶鋼幾何尺寸精度要求的日益提高，層流冷卻對(duì)板形的影響也成為不可忽略的因素。同時(shí), 國外也相繼采用了噴霧冷卻、高密度管層流冷卻和直接淬火冷卻方式。但由于其設(shè)備復(fù)雜，控制系統(tǒng)正在完善之中，所以目前仍以層流冷卻方式和水幕冷卻方式為主流。 典型層流冷卻設(shè)備及其布置示意圖對(duì)帶鋼經(jīng)過層流冷卻時(shí)的溫度場(chǎng)進(jìn)行精確解析的前提是必須對(duì)帶鋼在這一過程中所存在的傳熱方式有比較深入的認(rèn)識(shí)。 射流沖擊區(qū)內(nèi)的強(qiáng)迫對(duì)流換熱； 帶鋼上表面上的平行流動(dòng)區(qū)內(nèi)強(qiáng)迫對(duì)流膜沸騰傳熱； 與周圍環(huán)境中的空氣對(duì)流換熱； 層流冷卻中帶鋼上下表面?zhèn)鳠釁^(qū)域簡圖 層流冷卻過程帶鋼溫度的分布對(duì)于熱交換系數(shù)的準(zhǔn)確求解一直是一個(gè)難點(diǎn)，這方面的研究工作也比較多，大多是為卷取溫度控制的需要。對(duì)于射流沖擊區(qū)域，邊界條件方程中的對(duì)流換熱系數(shù)hc采用： (61)式中Pr普朗特常數(shù)；Re雷諾數(shù)；λ熱導(dǎo)率；w 沖擊區(qū)域?qū)挾?。輻射換熱系數(shù)： (64)式中σ斯蒂芬－波爾茲曼輻射常數(shù)； ε帶鋼輻射發(fā)射率；Tw冷卻水溫度；環(huán)境溫度。而影響冷卻均勻的原因很多，在采用同一種冷卻方式的前提下，鋼板自身?xiàng)l件（冷卻前的板形和表面質(zhì)量）、冷卻區(qū)長度、上下集管水量比、縱向集管分布間距和橫向射流間距等都對(duì)鋼板的變形產(chǎn)生不同程度的影響。冷卻過程中，沿帶鋼寬度方向和厚度方向的不均勻冷卻必將產(chǎn)生熱應(yīng)力。冷卻不均導(dǎo)致的熱應(yīng)力和由于相變膨脹引起的相變應(yīng)力，使帶鋼在冷卻過程中可能產(chǎn)生塑性應(yīng)變，從而造成殘余應(yīng)力，對(duì)保持帶鋼良好的板形不利。帶鋼冷卻過程的熱交換過程，基本上是忽略長度方向的熱量流動(dòng)，僅考慮寬度和厚度方向。 (65)式中T度；t時(shí)間；y帶鋼寬度坐標(biāo)值；z帶鋼厚度坐標(biāo)值；帶鋼內(nèi)熱源導(dǎo)熱速率；帶鋼密度；k帶鋼的熱導(dǎo)率；c帶鋼比熱。初始條件即為帶鋼精軋出口的溫度分布；邊界條件為帶鋼和冷卻水的對(duì)流換熱方程和帶鋼對(duì)環(huán)境的熱輻射方程。帶鋼上下表面的邊界條件是不一樣的要區(qū)分對(duì)待。 (67)式中在溫度Ti下由相變產(chǎn)生的熱量；已轉(zhuǎn)變相的比例。這時(shí)，相變動(dòng)力僅是溫度和已轉(zhuǎn)變相百分含量及其應(yīng)變的函數(shù)，即Avrami方程： (68)式中X相變比例； t為從相變開始所經(jīng)過的時(shí)間； b和n為可以通過TTT圖確定的材料參數(shù)，由下面公式確定： (69)式中起始相變比例；最終相變比例。 (610)利用Scheil的可加性法則，Avrami方程可以寫成： (611)b為溫度的函數(shù)，n在相變過程中保持不變，則式(611)的右側(cè)其他部分是相變比例的函數(shù)，即相變動(dòng)力僅是溫度和已轉(zhuǎn)變相百分含量及其應(yīng)變的函數(shù)。－平坦度模型沿帶鋼寬度方向把帶鋼按Δw進(jìn)行等分，以其中任意的一條帶鋼作為研究對(duì)象，對(duì)這一窄條帶鋼存在一臨界受力Pc使其發(fā)生翹曲，Pc是彈性模量E、長度L和界面慣性量It的函數(shù)，如下式所示： (613) (614)式中t帶鋼的厚度值，以t為下標(biāo)表示是沿著厚度方向計(jì)算的慣性量。平坦度的值可以由下式計(jì)算出來： (616) 上述數(shù)學(xué)模型是很難通過解析的方法求解，有限元方法是一非常有效的求解手段，利用這一方法可以求解帶鋼的溫度、應(yīng)力和應(yīng)變的分布，最終可以求出帶鋼的平坦度。一種方式是：在精軋過程中保持良好的板形，合理選擇冷卻策略使帶鋼盡量溫度均勻，空冷后沒有板形缺陷，如文獻(xiàn)中所述，控制冷卻設(shè)備必須具有均勻控制長、寬、厚方向鋼板的性能，并且是不會(huì)產(chǎn)生變形等缺陷的冷卻系統(tǒng)，這似乎很簡單，卻需要很高的技術(shù)。例如，板端部（寬度邊部、上、下部）由于在軋制結(jié)束時(shí)溫度已經(jīng)降低，若在鋼板上面向?qū)挾确较蚓鶆驀娝?，則冷卻水會(huì)產(chǎn)生寬度方向的水流，因此存在越靠近邊部，冷卻越變強(qiáng)的問題。另外一種方式是：在清楚了解和掌握層流冷卻對(duì)板形影響的機(jī)理的前提下，在精軋過程中軋出有特定板形缺陷的帶鋼，經(jīng)過層流冷卻后在殘余應(yīng)力作用下又能夠消除板形缺陷。7基于板形控制的軋機(jī)選型軋機(jī)機(jī)型是板帶軋制生產(chǎn)中最關(guān)鍵的一環(huán)，它決定了軋機(jī)板形控制性能的第一因素和基礎(chǔ)，并將對(duì)軋機(jī)板形控制性能的優(yōu)劣長期起作用。較為典型的有日本日立公司與新日鐵公司合作開發(fā)的HC（High Crown）軋機(jī)，原德國西馬克（SMS）和蒂森廠合作開發(fā)的CVC(Continuously Variable Crown)軋機(jī)，日本三菱公司開發(fā)的PC(Pair Crossed Mill)軋機(jī)，法國CLECIM的工作輥長行程竄輥(WRS)型軋機(jī)。它們各具特色，輔以工作輥彎輥（WRB）裝置，極大地?cái)U(kuò)展了軋機(jī)對(duì)板帶材板形的調(diào)節(jié)能力。不同機(jī)型軋機(jī)的板形控制特性可以用輥縫剛度特性和輥縫調(diào)節(jié)域來界定。B，C和K，L，M分別對(duì)應(yīng)于常規(guī)支持輥及邊接觸支持輥，三種工況依次為PS=0amp。FW=0，PS=0amp。其中PS軋制力分布系數(shù)，；qc帶鋼寬度中點(diǎn)的單位軋制壓力值，9800N/mm；qav帶鋼全板寬內(nèi)平均單位軋制壓力值，9800N/mm；FW彎輥力；FWmax最大彎輥力。高剛度輥縫是板形控制追求的目標(biāo)。調(diào)節(jié)手段分別為工作輥彎輥與CVC竄輥。圍成的面積越大，說明軋機(jī)對(duì)于輥縫的調(diào)節(jié)能力越強(qiáng)，即輥縫呈現(xiàn)的柔性越大。 輥縫剛性特性50ABCLKM輥縫凸度 /μm軋制壓力q /9800N/mm350300250200150100050100 四輥軋機(jī)輥縫調(diào)節(jié)域輥縫曲線二次分量 CW /μm輥縫曲線四次分量 CQ /μm由上所述，理想的輥縫應(yīng)該兼據(jù)“高剛度”和“大柔性”的特點(diǎn)。剛?cè)岵?jì)，才能最大限度地滿足板形控制的需要。相對(duì)來說，由于對(duì)輥形的調(diào)整可在不改變現(xiàn)有軋機(jī)結(jié)構(gòu)和不影響生產(chǎn)的條件下進(jìn)行，投資小，見效快，使其迅速成為各國軋鋼工作者關(guān)注的熱