瓢曲是指鋼板因橫向和縱向都出現彎曲出現在鋼板的瓢狀缺陷。瓢曲與波浪是同一性質的缺陷，其形成的原因基本相同，現統一叫不平度。測量方法為，將鋼板自由地放在平台上，除鋼板的本身重量外，不施加任何壓力，用米尺測量鋼板翹曲離平台最大處的距離。熱瓢曲作為影響連退機組穩定生產的主要技術難題，已成為連退工業進一步發展的“瓶頸”。發生熱瓢曲缺陷會在帶鋼表面產生褶皺，甚至造成斷帶。
基本介紹
- 中文名：瓢曲
- 外文名：buckles
- 出現於：鋼板
- 原因：因橫向和縱向都出現彎曲
- 學科：冶金工程
- 領域：冶煉
簡介,連退過程中帶鋼受力與變形分析,爐輥轉動對帶鋼受力和變形的影響,第一橫向壓應力區的壓應力值變化及組成,帶鋼上彈性和塑性屈曲的變化與積累,熱瓢曲產生機理分析,相關技術的現場套用,總結,
簡介
鋼板因橫向和縱向都出現彎曲而形成的瓢狀缺陷。瓢曲與波浪是同一性質的缺陷，其形成的原因基本相同，現統一叫不平度。測量方法為，將鋼板自由地放在平台上，除鋼板的本身重量外，不施加任何壓力，用米尺測量鋼板翹曲離平台最大處的距離。有的國家研製出一種專門測板形的平台，鋼板放在平台上，有探針沿刪軸移動掃描，測出鋼板各點離平台的距離，並在螢光屏上顯示出整張鋼板的板形。隨著技術的進步已發明了許多提高鋼板平直度的措施，最常用的辦法有液壓彎輥、移輥技術和軋輥分段冷卻，以控制中間與兩側的熱凸度。此外還有各種可變凸度設計，以達到控制板形的目的，但最有效的辦法是用平整機平整或進行張力矯直。
熱瓢曲作為影響連退機組穩定生產的主要技術難題，已成為連退工業進一步發展的“瓶頸”。發生熱瓢曲缺陷會在帶鋼表面產生褶皺，甚至造成斷帶。在對故障處理時，有時需要打開爐蓋拉出帶鋼，重新開爐時，爐內氣氛要進行置換，因此故障處理時間較長，嚴重影響機組的生產效率。
對於熱瓢曲產生的機理，自上世紀80年代就進行了較多的探索，並取得較大的進展，為現場熱瓢曲的防治提供了有益的參考。近年來，隨著連退工藝的發展、現場技術人員操作經驗的積累，以及對連退生產過程的深入研究，對以往的熱瓢曲理論提出了較大的質疑，發現在爐輥表面溫度、爐輥熱凸度等控制良好的前提下仍有瓢曲發生；另外，以往研究中所強調的帶鋼失穩屈曲僅局限在彈性範圍內，且未體現出爐輥粗糙度的關鍵影響。
連退過程中帶鋼受力與變形分析
在以往的相關研究中，通常設定爐輥為未轉動狀態，並在帶鋼兩端施加恆定載荷，以此來分析帶鋼的受力和變形情況。採用該方法的弊端，是忽略了爐輥轉動對與爐輥接觸部分帶鋼受力的影響，因而不能真正模擬出帶鋼瓢曲所產生的塑性褶皺，所得結果與實際情況相差較遠。為了更準確的分析連退過程中帶鋼的受力與變形情況，充分結合連退生產的工藝特點，研究兩區域內壓應力的產生基礎，及其對帶鋼變形的影響，為研究熱瓢曲產生機理奠定基礎。
爐輥轉動對帶鋼受力和變形的影響
實際生產中，爐輥處於不斷轉動狀態，因此在模擬瓢曲發生過程中必須考慮這一因素的影響。在爐輥未轉動情況下，以上所述兩處橫向壓應力區和發生的彈性變形，並不能造成瓢曲事故中帶鋼上的塑性褶皺。
第一橫向壓應力區的壓應力值變化及組成
由第二壓應力區形成的彈性屈曲在延伸至第一壓應力區後仍存在一定程度的微小屈曲。爐輥轉動時，帶鋼逐漸往輥上運動，具有微小屈曲部分的帶鋼在與爐輥表面接觸後會逐漸展平，但爐輥和帶鋼之間的摩擦力會阻礙帶鋼的橫向移動。由於展平的過程同樣發生在帶鋼與爐輥剛接觸的區域，所以摩擦力的阻礙作用會使第一橫向壓應力區的壓應力值增大。因此，由帶鋼橫向展平而產生的摩擦反力，是第一橫向壓應力區內壓應力的另一主要來源。帶鋼逐漸往輥上運動過程中，第一橫向壓應力區內最大壓應力值的變化，增大後的壓應力值約是初值的2倍。
帶鋼上彈性和塑性屈曲的變化與積累
在正常情況下，具有微小屈曲的帶鋼在與爐輥接觸後會完全展平。距帶鋼中心0mm～200mm 範圍內，是爐輥平直段對應的帶鋼。在初始階段，距帶鋼中心約60mm～70mm處，有一個微小屈曲，其屈曲的幅度隨著帶鋼位移而不斷積累增大（1500mm∶0mm時增大約40倍）。實際上這個屈曲在帶鋼移動95mm時即開始產生塑性變形，在此之前是一個彈性屈曲的積累過程；而後是塑性屈曲的積累，也是初期瓢曲的發生和發展過程。另外，在距帶鋼中心200mm處也出現了一個逐漸累積的微小屈曲，但達到一定程度時就不再變化，且沒有發生塑性變形。但當張力足夠大時，在該位置上也會發生類似的彈性和塑性屈曲的累積。
實際上，帶鋼的微小屈曲無法完全展平，不僅造成第一壓應力區內壓應力值在一定範圍內持續增大，而且造成靠近爐輥處帶鋼寬度方向上的拉應力分布更加不均勻，並在屈曲發生處出現劇烈變化。因此，增大後的橫向壓應力和拉應力，是引起帶鋼塑性變形的力學基礎。
隨著爐輥轉動和帶鋼位移，帶鋼的屈曲程度和塑性變形程度逐漸加深。並且已經發生較大屈曲變形的帶鋼會對其後的帶鋼產生收緊的趨勢，使得瓢曲更易不斷發展，最終形成褶皺外觀明顯、對帶鋼品質具有嚴重影響、對連續退火生產具有重大危害的瓢曲缺陷。
熱瓢曲產生機理分析
連退生產過程中熱瓢曲產生的過程和機理為：
1.帶鋼經過加熱，其彈性模量和屈服強度都受高溫影響而降低，使得帶鋼易於發生塑性變形，這是熱瓢曲發生的前提。
2.由於爐輥錐度而在帶鋼上造成的第一、第二橫向壓應力區，對帶鋼的受力和變形產生了很大影響，其中，第二橫向壓應力區內的壓應力使爐輥附近帶鋼發生失穩彈性屈曲，這是其後第一橫向壓應力區內應力值增大以及瓢曲發生截面上彈塑性屈曲積累的根源。在第一橫向壓應力區內增大的壓應力與對應處的拉應力共同作用下，屈曲處的帶鋼發生了塑性變形，即開始產生瓢曲。
3.隨著帶鋼位移不斷增大，塑性屈曲程度也不斷積累加深，最終發展為對帶鋼品質產生嚴重影響、對連續退火生產具有重大危害的塑性褶皺。瓢曲發生後，已發生較大塑性屈曲變形的帶鋼會對其後接近爐輥處的帶鋼產生收緊趨勢，促使瓢曲不斷發展。
實際上，由於帶鋼運行速度較大，以上所描述的變化均發生在極短時間內，巨觀上表現為帶鋼上大幅度的彈性屈曲在繞上爐輥時急速轉變為不可恢復的塑性褶皺，即所謂巨觀熱瓢曲。
相關技術的現場套用
作為現場實際科技攻關項目的一部分，相關熱瓢曲機理方面的研究成果已經成功套用於某1850和2030連退機組。其中，某1850連退機組根據研究結果，使得現場因熱瓢曲而斷帶的次數從立項前的平均2次/月，下降到0.1次/月；某2030連退機組採用本文所述模型對原生產工藝制度進行了最佳化與完善，使得故障時間從原來的月平均41.56h，逐步下降到14.82h/月，下降了64.3%。月平均斷帶次數從原來的1.56次/月，下降0.22次/月，下降了85.9%，為企業帶來了較大的經濟效益。
總結
1.在連續退火過程中，帶鋼上存在兩個機理不同、影響結果各異的橫向壓應力區。其中第二橫向壓應力區的壓應力將引起板面大幅度的彈性屈曲，而帶鋼與爐輥初始接觸處的第一橫向壓應力區內增大後的壓應力，可以和對應處的拉應力共同作用，引起帶鋼熱瓢曲。
2.熱瓢曲發生前，在瓢曲發生位置處存在彈性屈曲的積累過程，該屈曲又進一步影響其周圍的拉應力和橫向壓應力的大小和分布，從而誘發瓢曲；瓢曲後，該位置處存在塑性屈曲的積累。
3.第一、第二橫向壓應力區概念的提出，清晰的描述了連續退火過程中帶鋼的受力與變形狀態，為爐輥輥形最佳化設計、爐內張力最佳化等熱瓢曲治理技術的開發，奠定了堅實的理論基礎。
