0~ 10 Lm 10~ 20Lm
581 44
401 26
501 00
41 17
321 00
581 67
591 30
81 14
> 20Lm 113 1139 8100 0100
< 0 Lm 311 17 751 67 401 00 761 74
四次凸度 CW4
0~ 2 Lm
2~ 6Lm
351 06
311 17
图 2 机组卷取张力模式 Fig. 2 T ension mode in coiling
图 1 卷取机结构简图 Fig. 1 St ruct ural diagram of coiling reel
111 卷取张力设定 本机组是从国外成套引进的, 卷取工艺由外方
提供, 见图 2. 为了防止塌卷或扁卷, 采取硬芯变张
< 0 Lm 171 17 431 33 171 35 481 96
四次凸度 CW4
0~ 5 Lm
5~ 10Lm
411 41
311 31
371 78
151 56
501 00
241 49
351 42
91 38
> 10Lm 101 1 31 33 81 16 61 25
2 卷取过程力学关系推导
为精确描述卷取过程中卷取张力大小以及卷取 张力不均匀分布对钢卷内部应力场的影响, 需要对 卷取过程进行力学建模和分析.
%
位置 测点
入口 带头
出口 入口 带尾 出口
< 0Lm 01 00 31 33 01 00 31 13
二次凸度 CW2
0~ 15 Lm 15~ 25Lm
441 44
381 38
631 33
241 44
311 63
461 94
571 29
321 29
> 25Lm 17117
8189 21143
7129
板形是板带钢产品的主要质量指标之一, 贯穿 板带材生产的全过程. 常见的能造成板带材延伸量 横向分布不均匀的力学过程大致可分为三类: 其一, 轧制( 含平整轧制) 过程, 因在轧制中轧件宽向上的 相对压下量不相等进而导致带材纵向延伸量的横向 分布不均匀; 其二, 拉伸弯曲矫直过程, 因带钢初始 板形缺陷的存在使张力分布不均, 进而导致平坦区 域带钢比有瓢曲浪形区域带钢可获得更大延伸量,
第 30 卷 第 2 期 2008 年 2 月
北 京科 技大 学学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing
Vol. 30 No. 2 Feb. 2008
软质镀锌薄带钢卷取中边部板形缺陷的产生机理与解 决措施
常铁柱1) 张清东1) 白 剑1) 姜正连2) 吴 彬2)
161 22
81 11
241 00
321 00
131 95
91 30
%
> 6Lm 21 60 01 00 41 00 01 00
表 2 非彩涂料二次和四次凸度百分比统计数据
Table 2 Percent age of quadrat ic and quart ic crow n for not color-coat ing st rips
伸进而导致板形缺陷, 但实际生产中未曾见过. 另 据文献, 日本有学者[ 4] 曾对卷取过程中带钢凸度[ 5] 和卷取张力对边部平坦度影响进行过数值仿真和实
验研究. 在国内, 没有这方面的公开报道.
力卷取, 当卷径大于硬芯 卷径后再适当减 小张力. 经和国内其他同类机组对比, 除本机组特有的软质 彩涂产品外, 对于其他相同品种带钢, 此卷取张力设 定基本合理.
位置 测点
入口 带头
出口 入口 带尾 出口来自< 0Lm 0441 44 11 33
321 56
表 1 彩涂料二次和四次凸度百分比统计数据 Table 1 Percent age of quadrat ic an d quartic crow n f or color-coating strips
二次凸度 CW2
212 边界条件分析 根据带钢宽度方向的对称性和其卷取过程的实
际受力情况可确定数学方程的边界条件如下: ( 1) 如图 4 所示, 考虑带钢宽度方向存在对称
性, 在带钢的中部( s= 1) 剪切力 Q 1ij = 0; 同时在带 钢的最边部( 即 s = n + 1) , 剪切力同样有 Q n+ 1, ij = 0.
211 建模 取钢卷模型中第 j 层小块单元作受力分析, 如
图 3 所示. 其中, B 为板宽, T S 为卷取张力, h 为厚 度, Ssij 为在卷取第 i 层时带钢在第 j 层、第 s 条上的 摩擦力, Rsij 为在卷取第 i 层时带钢在第j 层、第 s 条 上的张应力, p sij 为在卷取第 i 层时带钢在第 j 层、第
1) 北京科技大学机械工程学院, 北京 100083 2) 宝山钢铁股份有限公司冷轧厂, 上海 200941
摘 要 生产中发现原本板形良好的镀锌后带钢, 经过 卷取成卷运至下道工序( 彩涂) 再开卷 后, 带钢 边部出现 了严重的密 集 边浪, 使带钢因无法涂层而成废次品. 通过现场实测分析和运用逐 层迭代法对 卷取过程 中带钢弹性 变形行为 解析求 解, 以 及 定量研究钢卷卷取层数、卷取张力、带钢厚度和板廓负凸 度等因 素对带钢 在卷取 状态下 的应力 场和位 移场的 影响, 揭示出 产 生这一现象的力学背景. 以解析分析结果和 现场实测结果为依据, 提出了卷取 工艺参数 的改进方案 并投入生 产使用, 彻底 消 除了卷取过程产生的带钢边部板形缺陷, 使机 组的产品板形质量和成材率明显提高. 关键词 镀锌薄板; 卷取; 板形缺陷; 内应力; 迭代法 分类号 T G 335111
ABSTRACT T he closepacked edge w ave appears in the process of pay ing off ( color coating line) after coiling process in continuous g alvanizing line, and the uncoated ar ea on the edg e makes the strip out of use. By measuring the spot and analy tically calculating the plastoelastic defo rmat ion of t he strip in coiling process using the iteration of layer by layer, t he effects of the number of co iling layers, coiling tension, strip thickness and minus crown on the stress field and displacement field of the strip in coiling process w er e quantitativ e studied, and the mechanism of generating this phenomenon w as revealed. Based on the analytical results and measured data, the coiling technolog ical parameters w as modified, the defect of edge buckling generated in coiling process was effectively controlled, and t he up- to-standar d rate o f products w as markedly upgraded. KEY WORDS g alvanized sheet; coiling ; pro file shape defect; inter nal str ess; iteration
( 2) 卷取过程中, 带钢最外层( 即卷取层) 外表 面压力 p i , i + 1= 0.
(3) 卷取过程中, 带钢当前正在卷取层的张应 力平均值 Rsii = R0( 卷取张应力的平均值) .
( 4) 钢卷内表面的周向位移等于卷筒外表面的 周向位移. 213 微分方程
根据带钢物 理模 型和 受力 条件, 在 日 本学 者 Kazunori Hata[ 6] 和 Hiromu Suzuki[ 7] 等以及国 内燕 山大学连家创[ 8- 10] 建立的力学模型基础上, 在考虑 横向温差、板廓凸度、板形等因素下建立了带钢卷取 过程中的力学关系式, 运用逐层迭代法对变量进行 求解. 文中均采用极坐标系.
112 卷取张力横向分布 卷取过程中带钢横向温差、板廓形状、浪形、残
余应力和卷取走偏都是导致带钢张应力横向分布不 均的因素. 而通过对本机组的板廓形状实测数据显 示, 入口为正凸度板廓带钢在出口却出现明显凸度 下降甚至为负凸度. 进一步调查发现, 凸度减小与 镀锌过程中气刀边沿的向外偏转气流导致的带钢边 部过镀锌( EOC) 现象有关. 而且通过现场近 1 000 次测量统计还 发现薄板比厚板凸度下 降趋势更明 显, 见表 1 和 2. 这也是彩涂板薄板( 厚度普遍小于 015 mm) 边浪比汽车板边浪更严重的原因之一.
另外, 由于需要考虑带材横向温差、板廓凸度和 板形等因素的影响, 因此对其进行宽度方向的离散 处理. 假设带钢沿板宽对称, 取半板宽带钢作为研 究对象( 见图 4) .
图 4 半板宽条元受力图 Fi g. 4 Force diagram of elements in w idt h direct ion