CN101254508A - 一种兼顾带钢边降控制和平坦度控制的工作辊 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种兼顾带钢边降控制和平坦度控制的工作辊，该工作辊是将平辊工作辊的一侧磨削成连续可变锥形，该锥形分为三段：第一段为边降控制曲线工艺段，第二段为边降控制切线工艺段，第三段为结构锥度段，其中边降控制曲线工艺段和边降控制切线工艺段相切，边降控制切线工艺段和结构锥度段相交，实现辊形曲线的平滑过渡，不仅可部分消除因上、下工作辊磨损不同、带钢走偏等导致的辊系受力不对称、边降控制不对称、边降控制轧制过程中出现带钢“剪边”、“断带”等生产不稳定的重要故障等问题，同时可以实现锥度的连续变化，有利于实现带钢边降的连续控制，并可有效避免出现小浪形等边部板形平坦度缺陷，因此利于推广应用。

Description

一种兼顾带钢边降控制和平坦度控制的工作辊

技术领域

本发明涉及一种带钢冷连轧机生产中用于板形控制的轧辊，特别是四辊冷连轧机带钢边降控制的轧辊。

背景技术

冷轧带钢生产中，由于轧辊弯曲变形挠度的存在，以及热轧来料凸度的影响等，不可避免地造成轧后带钢出现边部减薄，也称边降(edge drop)。为了改善边部厚度控制水平，进一步提高轧机的成材率，各种类型的轧机纷纷应运而生。目前，在板形控制特别是带钢边降控制领域主要有以下控制方法：UCM轧机、UCMW轧机、K-WRS轧辊、边部控制辊(EDC辊)、工作辊强化冷却(EDC冷却)、PC轧机、T-WRS&C轧机、森吉米尔轧机。其中：

(1)UCM轧机可以通过中间辊窜辊来改善辊系变形，减少工作辊所受的有害弯矩，进而改善带钢边部的受力状态和工作辊端部弹性压扁，并利用六辊轧机工作辊辊径较小的特点可有效减少边降。UCMW轧机可以通过中间辊窜辊来改善辊系变形，减少工作辊所受的有害弯矩；通过工作辊窜辊来改变轧制力分布，进而改善带钢边部的受力状态和工作辊端部弹性压扁。两方面作用结合并利用六辊轧机工作辊辊径较小的特点可有效减少边降。UCMW轧机采用了川崎工作辊窜辊的K-WRS技术，即每个机架全部使用一端带有直线形倒角的单锥度工作辊(taper辊)，通过taper辊实现对带钢宽度方向进行厚度控制，实际生产中根据工艺的要求控制轧辊的窜动位置，以获得对边降的有效控制，工作辊锥形长度为175mm，工作辊锥形高度为437.5μm(锥度为1/400)。

(2)边部控制辊(EDC辊)是在工作辊的两末端开环形的槽，工作辊沿轴向窜动以适应不同宽度的板带，EDC辊对带钢边部边降补偿依靠于板带和其上方EDC辊凹槽壳的重叠程度。EDC辊的设计在辊缝靠近带钢边部也要承受一定的压力，同时保证带钢和辊面能够有光滑的接触。

(3)工作辊强化冷却(EDC冷却)是在传统冷却模式基础上，叠加轧辊边缘低温强化冷却模式，强化冷却区形成大落差温度场，从而形成平台状热凸度，避免了边缘区热凸度过大造成带钢边降。

(4)PC轧机是通过调整上、下工作辊和支持辊辊系的交叉角θ来改变辊缝的形状，以控制轧件的横向厚度分布和板形。PC轧机正常轧制时交叉角θ≤1.0°。变化很小的θ就可以得到很大辊缝凸度变化，其规律是交叉角θ变大，辊缝凸度减小。辊缝凸度的减小使得带钢边部压下量相对小于带钢中部，因此实现了对带钢边降的补偿。

(5)T-WRS&C轧机通过常规工作辊横向窜辊和交叉，控制带钢边部进入轧辊锥形段的距离，补偿工作辊弹性压扁引起的带钢边部金属变形，减少边降的发生。

(6)森吉米尔轧机就是利用20辊轧机的极小直径工作辊和锥形中间辊横移的方法控制带钢横截面厚度以减小边降。森吉米尔轧机主要被广泛应用于冷轧不锈钢、冷轧硅钢等极薄高硬带钢的轧制。

一定宽度的冷轧或热轧带钢在轧制过程中，带钢两边厚度发生急剧减小的现象称为边部减薄，亦称边降。冷轧带钢边降产生原因包括：由于轧制过程中工作辊发生弹性压扁，轧辊在轧件边部的压扁量明显小于在中部的压扁量，带钢产生边降；由于自由表面的影响，带钢边部金属和内部金属流动规律不同，边部金属受到的侧向阻力比内部小得多，所以金属除纵向流动外，还发生较为明显的横向流动，这会进一步降低边部区域的轧制压力以及轧辊压扁量，使带钢发生边降；对于四辊冷轧机，在带钢边部支持辊对工作辊产生一个有害的弯矩，这个弯矩也是造成轧件边降的原因。日立开发的UCM轧机和UCMW轧机利用中间辊的窜辊可较好消除工作辊和中间辊间的有害接触弯矩，但需要采用建设和维护成本较高的六辊轧机，且现有四辊轧机改造成六辊轧机的实施难度大，通常适于新建轧机。UCMW轧机应用的一端带有直线形倒角的单锥度工作辊(taper辊)，即川崎的K-WRS轧辊，可有效控制带钢边降，在带钢边部0～100mm尤其是0～15mm的范围内产生较大的影响，某1550UCMW轧机生产实践数据来看，应用前后边降的降低幅度达到约50％左右。某1700冷连轧机采用直线形倒角的单锥度工作辊同样可有效控制带钢边降，但在轧制调试过程中发现，单锥度工作辊辊形控制不当极易出现“剪边”、“断带”、辊面粘结和边降控制效果不对称等问题，造成停产，影响现场生产顺利进行。同时采用直线形倒角的单锥度工作辊在边降控制过程中由于带钢边部增厚较多控制不当易在带钢边部产生“小浪形”板形平坦度缺陷。SMS公司开发的边部控制辊(又称EDC辊)是在圆柱形工作辊的两末端开环形的槽，工作辊沿轴向窜动以适应不同宽度的板带，EDC辊对带钢边部边降补偿依靠于板带和其上方EDC辊凹槽壳的重叠程度，经过轧制试验板带取得了较好的边降控制效果，但轧辊加工和维护难度较大。SMS公司工作辊强化冷却(EDC冷却)在原有工作辊分段冷却系统的基础上增加冷却喷淋杆，布置在工作辊出口侧，即叠加轧辊边缘低温强化冷却模式，强化冷却区形成大落差温度场，从而形成平台状热凸度，避免了边缘区热凸度过大造成带钢边降，边降控制效果明显，但建设和维护成本较大。日本三菱重工和新日铁联合研制的PC轧机，通过调整上下工作辊和支持辊辊系的交叉角θ来改变辊缝的形状，其规律是交叉角θ变大，辊缝凸度减小。辊缝凸度的减小使得带钢边部压下量相对小于带钢中部，因此实现了对带钢边降的补偿。PC轧机主要采用四辊轧机，建设和应用成本较大，通常用于新建轧机。T-WRS&C冷轧机是三菱重工在吸收了川崎制铁K-WRS轧机和三菱重工PC轧机各自特点基础上开发的四辊轧机，它的工作辊既可以交叉又可以横移，具有很强的边降控制能力及稳定的工作特性，进一步提高了带钢边降控制效果，建设和应用成本较大，主要用于新建轧机。森吉米尔博士发明的森吉米尔轧机又称20辊轧机，多按单机架可逆式布置，森吉米尔轧机工作辊辊径小，易变形，在带钢轧制过程中，工作辊在接近带钢边缘处的挠度剧烈下降，易引起带钢边部板形缺陷。针对这一特点，采用了一端带锥度并可轴向抽动的第一中间辊。森吉米尔轧机就是利用其小直径的工作辊和锥形中间辊横移的方法控制带钢横截面厚度以减小边降。森吉米尔轧机采用可逆轧制方式使得其轧制产量和速度相对较低，主要广泛应用于冷轧不锈钢、冷轧硅钢等极薄高硬带钢的轧制。

发明内容

为克服上述问题，本发明提供一种兼顾带钢边降控制和平坦度控制的工作辊，所述工作辊包括平辊段、边降控制曲线工艺段和边降控制切线工艺段；

以边降控制曲线工艺段的起点为坐标原点，边降控制曲线工艺段的函数形式如下：

$y=R-\sqrt{R^2-x^2}$ x∈[0，L₂]  y∈[0，H₂]

式中  L₂：工作辊边降控制曲线工艺段长度，取值范围：60～100mm；

H₂：工作辊边降控制曲线工艺段高度，取值范围：120～400μm；

R：工作辊边降控制曲线工艺段的曲率半径；

以边降控制曲线工艺段的终点为坐标原点，边降控制切线工艺段的函数形式如下：

y＝ax  x∈[0，L₃] y∈[0，H₃]

式中  L₃：工作辊边降控制切线工艺段长度，取值范围：50～90mm；

H₃：工作辊边降控制切线工艺段高度，取值范围：200～600μm；

a：辊形参数。

还包括结构锥度段，所述结构锥度段与边降控制切线工艺段相交，结构锥度段的锥度要求大于边降控制切线工艺段。

由于本发明中的工作辊辊型是将平辊工作辊的一侧磨削成连续可变锥形，该锥形分为三段：第一段为边降控制曲线工艺段，第二段为边降控制切线工艺段，第三段为结构锥度段，其中边降控制曲线工艺段和边降控制切线工艺段相切，边降控制切线工艺段和结构锥度段相交。

将上、下工作辊反对称放置，根据带钢宽度、轧辊磨损和带钢跑偏等综合因素来确定工作辊的轴向窜动，使带钢边部进入锥形区的边降控制段一定距离，在宽带钢冷连轧机中，除了能够达到边降控制的目的，该轧辊辊形还具有以下显著的控制效果：

1)由于边降控制段采用了圆弧曲线函数的形式，平辊段和边降控制段相切，实现了两者的平滑过渡，可以部分消除因上、下工作辊磨损不同、带钢偏摆等所导致的辊系受力不对称、边降控制不对称、轧制不稳定等问题；

2)由于边降控制曲线工艺段采用了圆弧曲线函数的形式，其锥度函数为：

$\mathrm{tg\θ}=\frac{2x}{R-y}$

所以该工作辊锥度角随着带钢边部进入锥度段长度的增加而增加，呈线性规律变化(如图2所示)，所以可以根据需要灵活调控锥度达到带钢边降的控制目的；

3)由于磨床的磨削加工能力随辊形斜率的增加而减小，所以，该轧辊边降控制切线工艺段采用了直线的形式，可以避免辊形末端部分有可能无法在磨床上进行精确磨削，保证了整个轧辊辊形特别是轧辊锥形部分的高精度磨削；

4)采用结构锥度段结构可起到减小轧辊的磨削量，提高辊形磨削加工效率，减轻轧辊重量，降低和节约轧辊成本的效果。

由于本发明中的辊形是将常规平辊工作辊的一端磨削成连续可变锥形，其中边降控制曲线工艺段采用了圆弧曲线函数的形式，和平辊段、边降控制切线工艺段分别相切，实现辊形曲线的平滑过渡，不仅可部分消除因上、下工作辊磨损不同、带钢走偏等导致的辊系受力不对称、边降控制不对称、边降控制轧制过程中出现带钢“剪边”、“断带”等生产不稳定的重要故障等问题，同时可以实现锥度的连续变化，有利于实现带钢边降的连续控制，并可有效避免出现小浪形等边部板形平坦度缺陷；由于边降控制切线工艺段采用了直线的形式，可以避免辊形末端部分有可能无法在磨床上进行精确磨削，保证了整个轧辊辊形特别是轧辊工艺辊形的高精度磨削和上、下工作辊辊形的反对称。结构锥度段虽不参与带钢边降控制和板形控制，但是由于结构锥度段的存在，可以起到减小轧辊的磨削量，提高辊形磨削加工效率，减轻轧辊重量，降低和节约轧辊成本的效果。某1700mm五机架四辊冷连轧机电工钢轧制没有投入边降控制技术，即使现场采用了轧前不切边、轧后大切边；加大正弯辊，采用带中浪轧制，以牺牲板形平坦度换取边降控制效果等办法，边降平均值≤10μm的只有29.2％；投入引进的单锥度工作辊辊形的边降控制技术，工业轧制试验可取得边降平均值≤10μm的比率提高到62.5％，但距离近年用户的高精度边降实物质量要求有很大差距，且一年有余的调试过程中出现的“剪边”、断带、控制效果不对称、控制精度不足等问题一直没有得到有效解决，致使这项引进的先进边降控制技术一直未能投入正式生产之中；采用本发明的该工作辊辊型的轧辊投入1700四辊冷连轧机连续稳定工业应用，2007年7月取得了累计轧制23,266吨电工钢板，连续检测实际数据表明：电工钢板边降平均值≤10μm的比率达到100％，边降平均值≤7μm的比率达到98.22％，且同板差≤10μm的比率达到97.25％，且未出现小浪形等边部板形平坦度缺陷的显著生产实绩。1700四辊冷连轧机2007年累计轧制电工钢288,147t，边降平均值≤10μm的比率达到99.55％，≤7μm的比率达到97.38％，同板差≤10μm的比率达到88.97％且未出现小浪形等边部板形平坦度缺陷的工业应用实绩，因此利于推广应用。

附图说明

图1为本发明工作辊辊形示意图；

图2为本发明工作辊辊形曲线的坐标图；

图3为本发明工作辊边降控制段曲线工艺段工作辊锥度角与带钢进入锥长距离的关系曲线坐标图。

具体实施方式

一种兼顾带钢边降控制和平坦度控制的工作辊{可以称之为EDW(Edgedrop control work roll)边降控制工作辊}，参照图1，包括平辊段(长度L₁)、边降控制曲线工艺段(长度L₂)、边降控制切线工艺段(长度L₃)和结构锥度段(长度L_T)；其中，边降控制曲线工艺段分别和平辊段、边降控制切线工艺段相切，边降控制切线工艺段和结构锥度段相交，具有连续可变锥度的特点。

以边降控制曲线工艺段的起点为坐标原点，边降控制曲线工艺段的函数形式如下：

$y=R-\sqrt{R^2-x^2}$ x∈[0，L₂]  y∈[0，H₂]

式中  L₂：工作辊边降控制曲线工艺段长度，取值范围：60～100mm；

H₂：工作辊边降控制曲线工艺段高度，取值范围：120～400μm；

R：工作辊边降控制曲线工艺段的曲率半径；

以边降控制曲线工艺段的终点为坐标原点，边降控制切线工艺段的函数形式如下：

y＝ax  x∈[0，L₃] y∈[0，H₃]

式中 L₃：工作辊降控制切线工艺段长度，取值范围：50～90mm；

H₃：工作辊边降控制切线工艺段高度，取值范围：200～600μm；

a：辊形参数；只要保证边降控制切线工艺段与边降控制曲线工艺段相切，该辊形参数a即可确定。

上述L₂、H₂、L₃、H₃的取值可以根据带钢的边降控制能力和磨床的磨削能力/精度进行确定。锥度越大，边降控制效果越好。

还包括结构锥度段，结构锥度段主要起到减小轧辊的磨削量，提高辊形磨削加工效率，减轻轧辊重量，降低和节约轧辊成本的效果，其锥度要求大于边降控制切线工艺段即可。

本发明中的辊型是一种用于带钢冷连轧机生产板形控制，特别是四辊冷连轧机带钢边降控制的技术，其核心思想是将常规平辊工作辊的一侧磨削成连续可变锥形，该锥形分为三段：边降控制曲线工艺段、边降控制切线工艺段和结构锥度段，其中边降控制曲线工艺段采用了圆弧曲线函数的形式，和平辊段、边降控制切线工艺段分别相切，实现辊形曲线的平缓过渡，上、下工作辊反对称放置，根据带钢宽度、轧辊磨损和带钢偏摆等综合因素来确定工作辊的轴向窜动，使带钢边部进入锥形区的边降控制曲线工艺段、切线工艺段一定距离，实施有效边降控制。采用该工作辊辊型(如图3所示)的轧辊试投入某1700mm五机架四辊冷连轧机电工钢轧制的大工业规模应用前后，取得明显的边降控制效果，边降平均值≤10μm的比率达到100％，边降平均值≤7μm的比率达到98.22％，且同板差(指同一卷带钢沿长度方向各处横截面上最大厚度和最小厚度差小于某一指定值的比率)≤10μm的比率达到97.25％，且未出现小浪形等边部板形平坦度缺陷的显著生产实绩，大型工业轧机应用的轧制生产过程稳定顺利。

本发明用于四辊冷连轧机不仅取得了显著的边降控制效果且未出现小浪形等边部板形平坦度缺陷，而且还改善了边降控制不对称和轧制不稳定等问题。

采用本发明所述工作辊明显提高了1700冷连轧机的边降控制能力和带钢边降实物质量，还可推广用于其它五机架四辊冷连轧机组或六辊冷连轧机组。

Claims (2)

1.一种兼顾带钢边降控制和平坦度控制的工作辊，其特征在于所述工作辊包括平辊段、边降控制曲线工艺段和边降控制切线工艺段；

以边降控制曲线工艺段的起点为坐标原点，边降控制曲线工艺段的函数形式如下：

$y=R-\sqrt{R^2-x^2}$ x∈[0，L₂]  y∈[0，H₂]

式中  L₂：工作辊边降控制曲线工艺段长度，取值范围：60～100mm；

H₂：工作辊边降控制曲线工艺段高度，取值范围：120～400μm；

R：工作辊边降控制曲线工艺段的曲率半径；

以边降控制曲线工艺段的终点为坐标原点，边降控制切线工艺段的函数形式如下：

y＝ax    x∈[0，L₃]y∈[0，H₃]

式中  L₃：工作辊边降控制切线工艺段长度，取值范围：50～90mm；

H₃：工作辊边降控制切线工艺段高度，取值范围：200～600μm；

a：辊形参数。

2.根据权利要求1所述的兼顾带钢边降控制和平坦度控制的工作辊，其特征在于还包括结构锥度段，所述结构锥度段与边降控制切线工艺段相交，结构锥度段的锥度要求大于边降控制切线工艺段。

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