板带轧机辊型电磁调控技术基础理论与实验研究

来源 :燕山大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:wjh198004546
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冷轧板带是板带产品的重要组成部分。现阶段,我国拥有众多生产冷轧板带的轧制设备,产能足以支撑市场需求,但实际生产中存在低端产品过剩、高端产品不足的问题。因此,在现有轧机和生产线上开发应用新技术,提升板带产品质量、增加板带产品附加值是行业转型升级的有效途径。板形是冷轧板带产品质量的核心指标,现有的板形调控技术可快速有效的控制低阶板形问题,但无法快速有效的控制高阶板形问题,急需开发新的板形调控技术,提升高阶板形调控能力。辊型电磁调控技术是一种新型板形调控技术,其依托感应加热技术,利用电磁棒受热膨胀及内约束机制,巧妙地将感应加热能量转化为热-力混合动力源,极大地提升了辊凸度的响应速率,可实现对轧辊辊型的微尺度柔性调控。该技术是通过直接调控辊型来实现对板形调控,具有非常广泛的应用前景,但相关研究还处于空白。因此,本文将围绕板带轧机辊型电磁调控技术开展研究,为其工业应用提供理论依据。首先,基于理想轧辊辊面径向变化量可以转化为周向应变的原理,提出了可实现多点实时测量非转动电磁调控轧辊辊型的测量技术,并将该技术与辊型电磁调控技术相结合,自主设计并制造了单电磁棒Φ270mm×300mm辊型电磁调控实验平台。依托该平台进行实验,证实了辊型测量技术和辊型电磁调控技术的可行性。同时,以电磁场、温度场和应力场的数学模型为依托,采用商业有限元软件构建了电磁调控轧辊的电磁-热-力耦合轴对称模型,并以实验验证了模型的计算精度,为研究辊型电磁调控技术提供了有效的仿真模型。其次,分析了不同工艺参数对辊凸度、辊凸度增长速率和辊型曲线的影响,结合工业应用条件,确定了辊型电磁调控实验平台的合理工艺参数范围。探讨了辊型电磁调控技术的胀形原理,给出了辊型调控最佳时间。分析了胀形后维持辊凸度和辊型曲线稳定的策略,认为同时控制电磁棒温度和对辊面进行冷却可以有效的维持辊型的稳定。针对三种典型电磁棒结构形式,分析了其感应加热效率、能量转化能力和辊型调控能力,给出了电磁参数变动对辊型的影响规律,确定了两种合理的电磁棒结构形式。以两种合理电磁棒结构形式为基础,研究了尺寸变动对辊型的影响规律,分析了轧辊成对安装时的空载辊缝调控特性,为选择电磁棒结构尺寸提供依据。考虑轧辊表面淬火处理引起的非均质特性,分析了不同表面淬硬层厚度和硬度对辊型调控的影响。结果表明,表面淬硬层厚度和硬度对辊凸度、辊型曲线和接触面正压力的影响较小,但对轧辊应力分布有明显影响,特别是轧辊表面淬硬层中心区域。分析了不同轧辊直径对辊型调控的影响,发现随着轧辊直径降低,胀形对轧辊表面的影响区域减小,辊凸度调控量增大,辊凸度响应速率提升,但热引起凸度占比增大,辊面冷却对辊凸度的影响也增大。同时,确定了电磁调控轧辊内孔设计准则:在满足轧辊使用刚度的前提下,尽可能增大内孔直径。最后,对分段辊型电磁调控技术在大型轧辊中的应用进行研究,分析了分段辊型电磁调控技术可获得的辊型曲线,给出了提升辊凸度增长速率的策略,探讨了辊型曲线的调控特性,为分段辊型电磁调控技术的应用提供指导。
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