CN101837369A - 四辊粗轧机轧辊 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种四辊粗轧机轧辊，属于热轧板带钢生产工艺技术领域。该轧辊包括对称支撑在粗轧机上的两工作辊以及分别与两工作辊接触的两支承辊，工作辊的母线为由曲线方程

确定的中凹连续曲线，支承辊的母线由三段曲线组成，中部为由多项式方程

确定的中凸连续曲线，两端为轴向投影长度L对称的倒角直线。本发明可以通过工作辊采用负凸度辊形来抑制带钢在粗轧的走偏，使辊间接触应力均匀化，消除由于工作辊与支撑辊边部接触应力过大缺点，从而延长支撑辊的服役周期，提高粗轧出口中间坯的板形质量。

Description

四辊粗轧机轧辊

技术领域

本发明涉及一种轧钢机的轧辊，尤其是一种四辊粗轧机轧辊，属于热轧板带钢生产工艺技术领域。

背景技术

据申请人了解，目前四辊粗轧机轧辊均由两侧的支承辊和分别与两支承辊接触的两工作辊构成。轧钢时，带坯由两工作辊之间通过。实践证明，现有四辊粗轧机的圆柱形辊形辊间接触应力分布不均匀，容易导致跑偏，两端磨损快，影响带坯板形质量和轧辊使用寿命。

检索发现，申请号为95117449.5名称为《一种轴向移动改变辊缝凸度并可变辊缝形状的轧辊辊形》、申请号为200510024680.1名称为《一种配合连续可变凸度轧机工作辊辊形曲线的支撑辊》、申请号为200410008195名称为《一种配合轴向移动改变辊缝凸度工作辊的支承辊辊形》的中国发明专利申请分别公开了四辊或六辊精轧机利用上下轧辊相对轴向移动改变辊缝凸度并可改变辊缝形状的轧辊辊形。这些技术均只适用于工作辊轧制时轴向移动的精轧机后精轧后段轧机，不适用于解决上述轧辊轴向约束的粗轧机问题。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提出一种辊间接触应力分布均匀合理的四辊粗轧机轧辊，从而延长支撑辊的服役周期，提高粗轧出口中间坯的板形质量。

为了达到以上目的，本发明的四辊粗轧机轧辊包括对称支撑在粗轧机上的两工作辊以及分别与两工作辊接触的两支承辊，所述工作辊的母线为由曲线方程

确定的中凹(负凸度辊形)连续曲线，该曲线方程中1为工作辊辊身长度，0≤x≤l，A为预定常数。

所述支承辊的母线由三段曲线组成，中部为由多项式方程确定的中凸连续曲线，两端为轴向投影长度L对称的倒角直线，该多项式方程中，L_B为支撑辊辊身长度，L≤x≤L_B-2L，A₂、A₄、A₆分别为预定二次项常数、四次项常数和六次项常数。

本发明打破原先工作辊和支承辊曲线吻合的常规，大胆采用不同的辊形曲线，并科学合理设定了曲线方程，从而不仅有利于防止跑偏，而且利用两者之间的不吻合度补偿了接触应力的不均匀。实践证明，采用本发明的四辊粗轧机轧辊可以通过工作辊采用负凸度辊形来抑制带钢在粗轧的走偏，改善由于带钢在粗轧跑偏导致的板形问题；而支撑辊中间是一条六次方方程曲线、两端是倒角直线段的结构，充分考虑到粗轧机的特点，中间部分的高次辊形曲线能够实现变接触轧制，使辊间接触应力均匀化，同时消除由于工作辊负凸度辊形带来的边部接触压力过大、辊系凸度过大的缺点，从而延长支撑辊的服役周期，同时提高粗轧出口中间坯的板形质量。此外，由于粗轧本身的轧制通常比精轧机(尤其是精轧后段轧机)的轧制压力大很多，在边部采用直线倒角可以实现避免边部工作辊与支撑辊的大应力导致支撑辊和工作辊边部剥落。

本发明进一步的完善是，多项式方程满足如下约束条件：y(x)″≥0 x∈[L，L_B-2L]，其中，y(x)″为多项式方程中y(x)的二次导数，这样可以更好地保证支承辊中部曲线的平缓和光滑。

本发明更进一步的完善是，由于所述预定常数A的数值影响工作辊的负凸度，因此可以根据仿真计算和试验进行优化确定，较好的取值范围为9.36E-8-2.34E-7)。为了得到平缓、光滑的支撑辊，以实现变接触轧制，上述预定二次项常数、六次项常数A₂、A₆取正值，预定四次项常数可以平衡二次项和六次项叠加带来的过大辊径差，取负值。通过有限元仿真分析得知，A2的取值范围为1.6E-8--4.8E-8，A4的取值范围是-1.2E-13---2.4E-13，A6的取值范围是1.2E-15--3.6E-15。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图1为本发明一个实施例的结构示意图。

图2为图1中支撑辊辊型曲线示意图。

图3为支撑辊采用2次、4次与6次曲线的对比示意图。

图4为新旧辊形配置下辊间接触应力分布图。

图5为支撑辊磨损辊形(不包括倒角部分)示意图。

具体实施方式

实施例一

本实施例的四辊粗轧机轧辊(负凸度工作辊+MHB支撑辊的辊形配置)包括对称支撑在粗轧机上的上、下两工作辊2、4，以及分别与两工作辊接触的上、下两支承辊1、5。钢带3在轧制时通过两工作辊之间。工作辊的母线为由以下曲线方程确定的中凹(负凸度辊形)连续曲线

$y=A{(x-\frac{l}{2})}^2$

其中1为工作辊辊身长度，0≤x≤l；A为为预定常数，大小根据仿真计算和试验确定，公式中1为工作辊辊身长度，A的大小根据仿真计算和试验确定，其大小影响工作辊负凸度，取值范围为(9.36E-8，2.34E-7)，本实施例针对1422热连轧机组，1＝1462mm，A＝1.40E-7。

支承辊(+MHB支承辊)的母线如图2所示，由三段曲线组成，中部为由如下多项式方程确定的中凸连续曲线

$y=A_2{(x-\frac{L_B}{2})}^2+A_4{(x-\frac{L_B}{2})}^4+A_6{(x-\frac{L_B}{2})}^6$

两端为轴向投影长度L对称的倒角直线，该多项式方程中，L_B为支撑辊辊身长度，L≤x≤L_B-2L，A₂、A₄、A₆分别为预定二次项常数、四次项常数和六次项常数。两端为相同的直线倒角，L为倒角长度，H为倒角高度。

本实施例多项式辊形曲线参数取值如下：L_B＝1429mm，A₂＝3.17E-8，A₄＝-2.38E-13，A₆＝2.40E-15。此外，L＝150mm，H＝1.5mm

图3给出了中间多项式辊形采用二次、四次、六次曲线的辊形曲线对比。由图可以看出，二次辊形曲线(即上述多项式方程仅含二次项)的辊身中部变化较大，辊形曲线A如果采用二次辊形曲线，会造成中间部分辊间接触应力过大，无法真正起到均匀支撑辊和工作辊辊间接触压力的作用，采用四次辊形曲线B此问题依然存在。六次辊形曲线形成的辊形C与二次曲线辊形则明显不同，辊身中部较为平坦，辊身端部辊径差变化剧烈。因此六次辊形曲线主要影响支持辊辊形的端部形状，可以起到均匀支撑辊和工作辊辊间接触压力的作用。

通过进一步对二次、四次、六次辊形曲线的分析可知，采用六次(高次)辊形曲线，其二次项系数对支持辊辊形的影响主要表现在辊身中部，合适的二次项系数可以使得辊身中部与边部的过渡更加平缓，辊形曲线更加光滑；六次项系数主要影响支持辊辊形的边部；为了保证辊形曲线的平缓、光滑、实现变接触轧制，A₂，A₆需要取正值。四次项的主要作用是平衡简单二次项和六次项辊形趋向叠加带来的过大的辊径差，所以四次项系数A₄宜为负值。

为保证支撑辊中间部分辊形曲线的平缓、光滑，具有辊形系数A₂，A₄，A₆的多项式方程还需满足如下约束条件：

y(x)″≥0x∈[L，L_B-2L]

其中，y(x)″为y(x)的二次导数。

为了使不同宽度的带钢，都可以使辊缝基本凸度点处于理想范围内，各阶系数的具体数值通过有限元仿真分析得到，其中A₂的取值范围是(1.6E-8，4.8E-8)，A₄的取值范围是(-1.2E-13，-2.4E-13)，A₆的取值范围是(1.2E-15，3.6E-15)。边部为直线倒角，可以减小或消除有害接触区，与高次曲线之间为平滑连接，其取值范围分别为：倒角长度L的取值范围(100mm，200mm)，倒角高度H的取值范围(0.5mm，2mm)。

为了从理论上说明本实施例配置的优点，采用有限元软件对新旧辊系配置进行了仿真计算，得出如下结论：

(1)提高了承载辊缝横向刚度

从保证带钢的板形来看，当然希望承载辊缝的横向刚度越大越好，这样轧制力增加会引起较小的辊缝凸度改变，辊缝凸度对轧制力改变的适应性增强，轧制力较大的产品与轧制力较小的产品板形控制易于兼容。

表1承载辊缝横向刚度比较

由表1中仿真结果可以看出，对于不同的带钢宽度，采用本实施例的负凸度工作辊+MHB支撑辊以后，承载辊缝横向刚度分别增加20.15％、33.61％、78.80％。

(2)降低了工作辊与支撑间接触压力

图4为采用负凸度工作辊+MHB支撑辊与平辊工作辊+平辊支撑辊的辊间接触力分布比较。图中，A表示负凸度工作辊+MHB支撑辊辊系配置下的辊间接触应力分布；B表示平辊工作辊+平辊支撑辊辊系配置下的辊间接触应力分布；q表示辊间接触应力分布；L表示辊面长度。从图中可以看出，采用负凸度工作辊+MHB技术后，工作辊与支撑辊间接触压力分布均匀，边部接触压力峰值得到大幅度下降，有利于提高轧辊的服役周期，延长轧辊的使用寿命，降低轧辊剥落的风险。

(3)减小了支承辊的磨损：

负凸度工作辊+MHB支撑辊的辊形配置在试用之后，对比原有粗轧机辊形配置，板形更为稳定，同时磨损曲线如图5所示(图中A表示上机前的辊形曲线；B表示上机后的辊形曲线，Dw表示直径磨损量)，支承辊中间曲线部分没有出现大的凹坑等不良现象，辊形自保持性很好，因此可以延长支撑辊的服役周期。

总之，本实施例具有以下优点：

①消除了由于工作辊使用负凸度辊形带来的边部接触压力过大，同时起到防止支撑辊边部和工作辊接触处产生辊面剥落的现象。

②减少了支撑辊横向不均匀磨损，抑制服役期内支撑辊的在线辊形变化，提高支撑辊辊形的自保持性。

③提高了辊缝横向刚度。提高了辊缝横刚度，粗轧时较大的轧制力会引起较小的辊缝凸度改变，辊缝凸度对轧制力改变的适应性增强，能提高精轧入口凸度的稳定性。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种四辊粗轧机轧辊，包括对称支撑在粗轧机上的两工作辊以及分别与两工作辊接触的两支承辊，其特征在于：

所述工作辊的母线为由曲线方程

确定的中凹连续曲线，所述曲线方程中1为工作辊辊身长度，0≤x≤l，A为预定常数；

所述支承辊的母线由三段曲线组成，中部为由多项式方程

确定的中凸连续曲线，两端为轴向投影长度L对称的倒角直线，所述多项式方程中，L_B为支撑辊辊身长度，L≤x≤L_B-2L，A₂、A₄、A₆分别为预定二次项常数、四次项常数和六次项常数。

2.根据权利要求1所述四辊粗轧机轧辊，其特征在于：所述多项式方程满足约束条件：y(x)″≥0 x∈[L，L_B-2L]，所述y(x)″为多项式方程中y(x)的二次导数。

3.根据权利要求2所述四辊粗轧机轧辊，其特征在于：所述预定常数A的取值范围为9.36E-8-2.34E-7。

4.根据权利要求3所述四辊粗轧机轧辊，其特征在于：所述预定二次项常数、六次项常数A₂、A₆取正值，所述预定四次项常数A₄取负值。

5.根据权利要求4所述四辊粗轧机轧辊，其特征在于：所述预定二次项常数A₂取值范围为1.6E-8--4.8E-8，所述预定四次项常数A₄的取值范围为-1.2E-13---2.4E-13，所述预定六次项常数A₆的取值范围为1.2E-15--3.6E-15。

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