CN101704022A - 用于板形控制的连续变凸度轧辊 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于板形控制的连续变凸度轧辊，该连续变凸度轧辊的空载辊缝凸度调节能力与所轧板宽呈近似指数幂的关系。其与现有的同类轧辊相比，既可保证轧制宽料时的轧机控制能力，又可显著提高轧制窄料时的轧机控制能力，有效克服了现有同类轧辊对板形的控制存在凸度调控能力随带钢宽度减小而下降较快的弊端，大幅增强了轧机的板形控制综合能力，显著提高了所轧薄板的板形质量及其稳定性，从而降低了所轧薄板因板形不良造成的废品量和轧辊辊耗，可在各类四辊或六辊热、冷连轧机和中厚板轧机中推广应用。

Description

用于板形控制的连续变凸度轧辊

技术领域

本发明涉及带钢热、冷连轧机和/或中厚板轧机中的轧辊，具体地指一种用于板形控制的连续变凸度轧辊。

背景技术

目前，连续变凸度轧辊在带钢热、冷连轧机和/或中厚板轧机中已被广泛用作工作辊或中间辊，这种新一代的轧机通称为连续变凸度轧机，其杰出代表有：四辊CVC轧机、SmatCrown轧机、LVC轧机和六辊CVC轧机，所采用的连续变凸度轧辊主要有CVC辊、SmatCrown工作辊和LVC工作辊。其中：

一、CVC辊是由德国西马克公司开发的标志性板形控制轧辊，CVC辊主要应用于四辊CVC轧机的工作辊和六辊CVC轧机的中间辊，其连续变凸度辊形曲线方程如下：

辊形曲线方程： $f\left(x\right)=D+\frac{\mathrm{\ΔD}}{{4e}^3}({-3e}^2(x-{\mathrm{\δ}}_0)+{(x-{\mathrm{\δ}}_0)}^3)$

由上式，通过C_w＝2(f(0)-(f(B/2)+f(-B/2))/2)，可以得到板形控制特性 $C_w=-3\frac{\mathrm{\ΔD}}{{4e}^3}{(B/2)}^2({\mathrm{\δ}}_0+\mathrm{\δ}),$ 式中：

D：轧辊名义直径；

e：轧辊极大直径与极小直径距离之半；

ΔD：辊径差；

δ₀：轧辊初始窜辊量；

C_w：空载辊缝二次凸度；

B：所轧板宽；

δ：轧辊实际窜移量。

如果给定轧辊辊身长度L、辊径D、辊径差ΔD(即轧辊极大直径与极小直径之差)、轧辊初始窜移量δ₀和轧辊极大直径与极小直径距离之半e，依据辊形曲线方程可以绘出CVC辊的辊形曲线。从辊形曲线方程可以看出，这种辊形存在明显的特点：空载辊缝的凸度与所轧带钢的宽度成平方关系，意味着在轧制宽的带钢时，其凸度调节能力较大，而在轧制窄的带钢时，其凸度调节能力呈平方下降，变得较小。事实上，对于宽料而言，弯辊力本身的板形调控功效很好，这样强强叠加，可以强化板形控制能力；对于窄料而言，弯辊力的板形调控功效不好，加之辊形的调节能力不强，使得轧机的整体板形控制能力趋于弱化。

二、SmatCrown工作辊是由奥钢联公司开发的板形控制工作辊，SmatCrown工作辊主要应用于四辊SmatCrown轧机的工作辊，其连续变凸度辊形曲线方程如下：

辊形曲线方程： $D\left(x\right)=a_1\sin \left(\frac{\mathrm{\π\α}}{90L}(x-s_0)\right)+a_{2}x+a_3$

由上式，通过C_w＝2(f(0)-(f(B/2)+f(-B/2))/2)，可以得到板形控制特性 $C_W=a_1\sin \left(\frac{\mathrm{\π\α}}{90L}(s_0+s)\right)(1-\cos \left(\frac{\mathrm{\π\α}}{180L}B\right)),$ 式中：

a₁，α，s₀，a₂，a₃：辊形设计待定常数；

L：轧辊辊身长度；

B：所轧板宽。

依据辊形曲线方程可以绘出SmatCrown辊形曲线。从辊形曲线方程可以看出，这种辊形存在明显的特点：空载辊缝的凸度与所轧带钢的宽度成余弦关系，意味着在轧制宽的带钢时，其凸度调节能力较大，而在轧制窄的带钢时，其凸度调节能力呈平方下降，变得较小。对于宽料而言，由于弯辊力本身的板形调控功效很好，这样强强叠加，可以强化板形控制能力；对于窄料而言，弯辊力的板形调控功效不好，加之辊形的调节能力不强，使得轧机的整体板形控制能力趋于弱化。

三、LVC工作辊是由鞍山钢铁集团和北京科技大学联合开发的板形控制工作辊，LVC工作辊主要应用于四辊LVC轧机的工作辊。其连续变凸度辊形曲线方程如下：

辊形曲线方程f(x)＝D+QΔD(P(x-δ₀)k+(x-δ₀)³)

由上式，通过C_LVC＝2(f(0)-(f(B/2)+f(-B/2))/2)，可以得到板形控制特性C_LVC＝UΔD(δ+δ₀)B(L+m-B)，式中：

k：系数，k＝wδ₀(L+m)sin(π/L)x

w：w＝se^-2；

s：常数，取值范围为-0.1～1.0；

m：常数，取值范围为100mm～2000mm；

Q：Q＝ae^-3，a＝0.1～1.0；

P：P＝be^-2，b＝-10～10；

L：轧辊辊身长度；

D：轧辊名义直径；

δ₀：轧辊初始窜辊量；

ΔD：辊径差；

C_LVC：空载辊缝凸度；

U：U＝te^-3，t＝-0.01～10；

e：轧辊极大直径与极小直径距离之半；

δ：轧辊实际窜辊量；

B：所轧板宽。

依据辊形曲线方程可以绘出LVC辊形曲线。从辊形曲线方程可以看出，这种辊形存在明显的特点：使用该工作辊进行带钢轧制时，其空载辊缝凸度的调节与所轧带钢的宽度近似成线性关系。在不改变弯辊力调控能力的前提下，轧制宽的带钢时，其凸度调节能力呈近似线性上升，增加比较平缓，而在轧制窄的带钢时，其凸度调节能力呈线性下降，减小也比较平缓。与CVC辊相比，它在一定程度上增加了轧机对窄料的调控能力。

综上所述，现有的连续变凸度轧辊如CVC辊、SmatCrown工作辊和LVC工作辊虽然对宽料的板形控制能力较强，但对窄料的板形控制能力明显不足。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种用于板形控制的连续变凸度轧辊.该轧辊能够使空载辊缝凸度的调节能力与所轧板宽呈近似指数幂的关系，从而使其既满足轧制宽料时调控能力强的要求又明显改善轧制窄料时调控能力弱的不足.

为实现上述目的，本发明所提供的用于板形控制的连续变凸度轧辊，其特殊之处在于：该轧辊的空载辊缝凸度调节能力与所轧板宽呈近似指数幂的关系，用函数关系表示时，以该轧辊的辊身中点为坐标原点，由不同横坐标x位置处的辊径值D(x)构成的辊形曲线方程式为：

$D\left(x\right)=D_0+a_1\sin \left(\frac{k}{B_{\max }+S_{\mathrm{sum}}}(x-s_0)\right)+a_{2}x+a_3$

由上式，令f(x)＝(D(x-s))/2-(D(-x-s))/2，

通过C_SVC＝2(f(0)-(f(B/2)+f(-B/2))/2)，可以得到板形控制特性为：

$C_{\mathrm{SVC}}=a_1\sin \left(\frac{k}{B_{\max }+S_{\mathrm{sum}}}(s_0+s)\right)(1+{(B-\frac{\mathrm{\π}(B_{\max }+S_{\mathrm{sum}})}{k})}^{\mathrm{\β}})$

式中：D₀：轧辊名义辊径；

B_max：最大常轧板宽；

S_sum：连续变凸度轧机窜辊行程之和；

k：常数，取值范围为5.5～6.3；

s₀：轧辊初始窜辊量；

s：轧辊实际窜辊量；

β：宽度指数系数，取值范围为0.85～0.95；

a₁、a₂、a₃：辊形设计参数；

B：所轧板宽。

本发明的优点在于：所设计的连续变凸度轧辊在作为工作辊或中间辊对带钢或中厚板进行轧制时，其空载辊缝凸度的调节能力与所轧板宽呈近似指数幂的关系。这就意味着在不改变弯辊力调控能力的前提下，轧制宽的带钢时，其凸度调节能力呈近似指数幂上升，增加比较平缓，而轧制窄的带钢时，其凸度调节能力呈近似指数幂下降，减小也较为平缓。与现有连续变凸度轧辊的辊形特征相比，本发明不仅满足了轧机轧制宽料时的控制能力，而且显著提高了轧制窄料时的控制能力。这样，有效克服了现有连续变凸度板形控制技术存在的凸度调控能力随带钢宽度减小而下降较快的弊端，大幅提高了板形调节效率，显著增强了轧机的板形控制综合能力，进而提高了热、冷轧薄板板形质量及其稳定性，降低了热、冷轧薄板因板形不良造成的废品量和轧辊损耗。

附图说明

图1为本发明的连续变凸度轧辊应用于四辊轧机上的示意图；

图2为本发明的连续变凸度轧辊应用于六辊轧机上的示意图；

图3为本发明的连续变凸度轧辊、现有的CVC辊、SmatCrown工作辊和LVC工作辊的凸度调节能力与带钢宽度关系曲线的比较结果示意图；

图4为本发明的连续变凸度轧辊辊形曲线示意图；

图5为本发明的连续变凸度轧辊应用于大型工业冷连轧机上时沿辊身长度方向各点的磨损量差值示意图.

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

本发明所设计的用于板形控制的连续变凸度轧辊，其辊形用函数关系表示是这样的：以该轧辊的辊身中点为坐标原点，由不同横坐标x位置处的辊径值D(x)构成的辊形曲线方程式为：

$D\left(x\right)=D_0+a_1\sin \left(\frac{k}{B_{\max }+S_{\mathrm{sum}}}(x-s_0)\right)+a_{2}x+a_3$

由上式，令f(x)＝(D(x-s))/2-(D(-x-s))/2，

通过C_SVC＝2(f(0)-(f(B/2)+f(-B/2))/2)，可以得到板形控制特性为：

$C_{\mathrm{SVC}}=a_1\sin \left(\frac{k}{B_{\max }+S_{\mathrm{sum}}}(s_0+s)\right)(1+{(B-\frac{\mathrm{\π}(B_{\max }+S_{\mathrm{sum}})}{k})}^{\mathrm{\β}})$

式中：D₀：轧辊名义辊径；

B_max：最大常轧板宽；

S_sum：连续变凸度轧机窜辊行程之和；

k：常数，取值范围为5.5～6.3；

s₀：轧辊初始窜辊量；

s：轧辊实际窜辊量；

β：宽度指数系数，取值范围为0.85～0.95；

a₁、a₂、a₃：辊形设计参数；

B：所轧板宽。

将本发明应用在某连续变凸度轧机上时，先测量或设计好该连续变凸度轧机的轧辊轴向窜辊行程范围s∈[-s_m，s_m]、相应的辊缝凸度范围为C_W∈[C₁，C₂]、最大常轧板宽B_max、连续变凸度轧机窜辊行程之和S_sum、宽度指数系数β、轧辊长度L、轧辊名义辊径D₀、轧辊最大直径与最小直径的辊径差ΔD。设轧辊实际窜辊量s为0时，其辊缝的初始凸度为C₀(通常取C₀＝(C₁+C₂)/2)，代入下列方程式(1)至方程式(3)中：

$C_1=a_1\sin \left(\frac{k}{B_{\max }+S_{\mathrm{sum}}}(s_0-s_m)\right)(1+{(B-\frac{\mathrm{\π}(B_{\max }+S_{\mathrm{sum}})}{k})}^{\mathrm{\β}})---\left(1\right)$

$C_2=a_1\sin \left(\frac{k}{B_{\max }+S_{\mathrm{sum}}}(s_0+s_m)\right)(1+{(B-\frac{\mathrm{\π}(B_{\max }+S_{\mathrm{sum}})}{k})}^{\mathrm{\β}})---\left(2\right)$

$C_0=a_1\sin \left(\frac{k}{B_{\max }+S_{\mathrm{sum}}}{s}_0\right)(1+{(B-\frac{\mathrm{\π}(B_{\max }+S_{\mathrm{sum}})}{k})}^{\mathrm{\β}})---\left(3\right)$

利用方程式(1)、(2)、(3)可联立求出a₁，k，s₀。根据轧辊辊径差ΔD，代入下列方程式(4)中：

$a_2=\frac{\mathrm{\ΔD}}{B_{\max }+S_{\mathrm{sum}}}-\frac{{2a}_1}{B_{\max }+S_{\mathrm{sum}}}\sin \left(\frac{k}{2}\right)\cos \left(\frac{{\mathrm{ks}}_0}{B_{\max }+S_{\mathrm{sum}}}\right)---\left(4\right)$

于是可求得a₂。

a₃则可由轧辊辊径的设计要求代入下列方程式(5)中：

$a_3=-a_1\sin (\frac{k}{B_{\max }+S_{\mathrm{sum}}}\·(\frac{L}{2}-s_0))-a_2\frac{L}{2}---\left(5\right)$

由此可确定本发明的连续变凸度轧辊辊形，其空载辊缝凸度调节能力与所轧板宽呈近似指数幂的关系。

如图1所示是本发明的连续变凸度轧辊应用在四辊轧机上的状况，该四辊轧机的辊系由一对支持辊(BUR)和一对本发明的连续变凸度工作辊(SVC-WR)组成。

如图2所示是本发明的连续变凸度轧辊应用在六辊轧机上的状况，该六辊轧机的辊系由一对支持辊(BUR)、一对本发明的连续变凸度中间辊(SVC-IMR)和一对工作辊(WR)组成。

如图3所示是本发明的连续变凸度轧辊(表示为SVC辊)、现有的CVC辊、SmatCrown工作辊和LVC工作辊的凸度调节能力与带钢宽度关系曲线的比较结果示意图。对比各种曲线可知，当冷轧薄板宽度变化较大时，CVC辊、SmartCrown工作辊均存在着凸度调控能力随带钢宽度减小而下降较快的弊端，  当带钢宽度从1900mm变为900mm时，CVC辊、SmartCrown工作辊的空载辊缝凸度调节能力下降较大，前者与带钢宽度成平方关系，后者与带钢宽度成余弦关系，且两者降幅达77.21％，导致轧机的板形控制能力明显不足。而LVC工作辊能够使空载辊缝凸度的调节能力与板宽成近似线性关系，同样的带钢宽度变化，轧机空载辊缝凸度的调节能力下降相对较缓慢，大约为63.78％。在解析破译CVC辊、SmartCrown工作辊的板形控制技术特性并对其改进的基础上，本发明的SVC辊实现了空载辊缝凸度的调节能力与板宽呈近似指数幂关系，仍然是同样的带钢宽度变化，本发明的轧机空载辊缝凸度的调节能力下降更为缓慢一些，大约为54.13％，这样明显提高了板形调节效率，增强了轧机的板形控制综合能力。

在1700五机架四辊冷连轧机组的S5架上采用本发明的SVC辊作为工作辊，其辊身长度为1900mm、直径为600mm，工作辊轴向窜辊行程范围s∈[-100mm，+100mm]，相应的辊缝凸度范围为C_W∈[40μm，280μm]，连续变凸度轧机窜辊行程之和为200mm，辊缝的初始凸度C₀为160μm，轧辊辊径差ΔD为457.8μm，采用前述设计方法求得工作辊辊形曲线方程，便可绘出本发明的连续变凸度轧辊的辊形曲线，如图4所示。

在1700冷连轧机组的第5架轧机上采用本发明的SVC辊作为工作辊，已成功应用于某大型工业冷连轧机的实际生产中。经过一段时间的运行和实际检测，冷轧薄板因板形不良造成的废品量由应用前的8408t/y下降为应用后的1016t/y，年减少87.92％；通过测试并分析数据得到的本发明的SVC辊沿辊身长度方向各点的磨损量差值如图5所示，图中SVC辊的辊耗由应用前SmartCrown工作辊的0.0962kg/t下降为应用后SVC辊的0.0801kg/t，可见其在生产实践中取得了磨损量小、磨损均匀及自保持性好的明显效果，增强了轧机的板形控制能力和板形实物质量。

综上所述，本发明的连续变凸度轧辊改善了辊间压力不均匀分布，提高了轧辊的使用寿命，也提高了轧制过程板形控制的稳定性和带钢板形实物质量，可在各类四辊或六辊热、冷连轧机和中厚板轧机中推广应用。

Claims (1)

1.一种用于板形控制的连续变凸度轧辊，其特征在于：该轧辊的空载辊缝凸度调节能力与所轧板宽呈近似指数幂的关系，用函数关系表示时，以该轧辊的辊身中点为坐标原点，由不同横坐标x位置处的辊径值D(x)构成的辊形曲线方程式为：

$D\left(x\right)=D_0+a_1\sin \left(\frac{k}{B_{\max }+S_{\mathrm{sum}}}(x-s_0)\right)+a_{2}x+a_3$

由上式，令f(x)＝(D(x-s))/2-(D(-x-s))/2，

通过C_SVC＝2(f(0)-(f(B/2)+f(-B/2))/2)，可以得到板形控制特性为：

$C_{\mathrm{SVC}}=a_1\sin \left(\frac{k}{B_{\max }+S_{\mathrm{sum}}}(s_0+s)\right)(1+{(B-\frac{\mathrm{\π}(B_{\max }+S_{\mathrm{sum}})}{k})}^{\mathrm{\β}})$

式中：D₀：轧辊名义辊径；

B_max：最大常轧板宽；

S_sum：连续变凸度轧机窜辊行程之和；

k：常数，取值范围为5.5～6.3；

s₀：轧辊初始窜辊量；

s：轧辊实际窜辊量；

β：宽度指数系数，取值范围为0.85～0.95；

a₁、a₂、a₃：辊形设计参数；

B：所轧板宽。

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