CN101890429A - 一种宽带钢热连轧精轧机组成套辊形配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种宽带钢热连轧精轧机组成套辊形配置方法，根据7机架四辊轧机热连轧宽带钢精轧机组上游机架控制凸度与下游机架控制平坦度的特性，在精轧入口机架F1采用负凸度工作辊辊形，在F2到F4机架投入3次方CVC工作辊辊形，而在F5到F7机架采用正弦曲线的负凸度工作辊辊形，与长行程的工作辊周期性窜辊相配合，在精轧机组所有机架的支撑辊上采用6次方多项式的正凸度辊形，增加精轧机架的横向刚度，提高工作辊弯辊力的调控功效，减少轧辊的扰曲变形量。采用此精轧机组的辊形配置，加强了带钢轧制的稳定性，降低了带钢的跑偏量，延长了轧制计划的长度，大幅提高带钢的板形控制精度。

Description

一种宽带钢热连轧精轧机组成套辊形配置方法

技术领域

本发明涉及一种宽带钢热连轧精轧机组成套辊形配置方法，属于轧钢技术领域。

背景技术

板带材被广泛应用于工业、农业、国防以及日常生活的方方面面，在国民经济发展中起着重要的作用。热连轧机板带钢生产流程中的重要一环，也一直是轧制领域的研究热点。随着国民经济的发展，特别是一些现代化工业部门如汽车、制罐以及家电行业等的飞速发展，不仅对板带材的需求量急剧增加，而且对其质量提出了严格的要求。板形是热轧带钢质量的一项重要指标，中浪、边浪及复合浪等不良缺陷是热轧带钢，尤其是薄规格产品的主要缺陷之一。提高热轧带钢的板形质量可以减少带钢使用过程中由于形变带来的附加工序，提高生产效率。面对日益激烈的市场竞争，提高热轧带钢的板形质量同时也可以使得热轧带钢生产厂家处于有利位置。所以，解决板带生产中板形质量问题是一项具有巨大经济意义并具有非常重要的社会意义。

辊形作为影响板形控制精度的一个重要要素，也是板形控制最直接有效的手段之一。原始辊形为板形的尺寸控制提供一个最接近实际的辊形参数，从而给板形的调整带来方便，对板形质量的调控具有重要意义。为了保证轧钢过程的稳定，不断提升产量，优化品种结构、轧出板形和尺寸精度符合要求的产品，就需要进行合理的辊形设计。从板形控制方面，现有技术集中在了精轧机组支持辊与工作辊结构及其辊形，作为板形控制改进手段，如常CVC、HC、SmartCrown、PC、UPC、HVC、VCL、VCR等辊形，如专利申请号：200610155844.9公开了“板带轧制用四辊轧机板形控制工作辊辊形曲线设计方法”等。在轧辊的结构方面也有很多新型的产品和专利，如动态支持辊技术，瑞士苏黎士S-ES公司开发NIPCO阶梯形支持辊、法国CLECIM公司的DSR(Dynamic Shape roll)也已成功应用于工业生产，但其结构复杂，成本高，不易在常规热连轧轧机上推广。上述辊形技术都是单个机架的应用，而在热连轧机精轧机组中存在6或者7个机架，如何配置好相应机架的辊形，其中包括支撑辊与工作辊辊形，是改善热轧带钢板形，尤其是薄规格带钢板形质量的一个关键要素。目前，除了少数PC轧机外，在热连轧机组中主流辊形配置是在精轧机组工作辊上均采用CVC辊形，也有一些轧机采用负凸度辊形或者正凸度辊形。中国专利200810043041.3公开了“一种成套精轧工作辊辊型配置方法”在精轧第一架F0用平辊、F1～F3用CVC辊、F4、F5用抛物线型凹辊、F6用CVC辊，给出了精轧机组工作辊辊形配置，但是还没有考虑到各个机架相应的如何配置支撑辊辊形，而且在F6机架采用CVC工作辊辊形，由于凸度的调控更主要在上游机架完成，并不能在末机架对带钢凸度有很大范围的调控。为了更好地控制热轧带钢板形质量，各个精轧机架的辊形应根据不同的轧机类型、带钢规格和品种、板形控制特点，配置完善和实用的辊形技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种宽带钢热连轧精轧机组成套辊形配置技术，解决了一种热轧宽带钢精轧机组工作辊与支撑辊辊形的配置不合理的问题，提高供冷轧的带钢和硅钢的凸度和板形控制的稳定性。

本发明的技术解决方案是：

本发明提供一种宽带钢热连轧精轧机组成套辊形配置方法，热轧宽带钢精轧组由7机架四辊轧机组成，其特征在于：精轧入口机架F1采用抛物线负凸度工作辊辊形，辊形曲线为二次抛物线方程，负凸度在-0.5mm～-0.2mm范围内；F2到F4机架均采用3次方CVC工作辊辊形；F5到F7机架均采用正弦曲线的负凸度工作辊辊形，辊形方程为：y＝CRsin(xpi/L)，式中，x、y和L分别为轧辊辊身轴向坐标、轧辊半径差和轧辊的辊身长度，单位均为mm；pi为常数，pi＝3.14；CR为系数，范围为：-0.25～-0.03mm，精轧机组F1到F7机架的支撑辊均采用6次方多项式的正凸度辊形，具有0.15mm～2.0mm的正凸度。

精轧机组F1到F7机架的工作辊弯辊力为0～150t；窜辊量为-150～150mm，其特征在于：F2到F4机架CVC工作辊的弯辊力和窜辊的设定范围分别为60～80t和-130～50mm。F1、F5到F7机架工作辊均采用行程极限为130～150mm的周期性窜辊，窜辊步长为5～10mm，窜辊频率为1～2块板坯，相邻机架窜辊方向相反。

该发明的思路是：

根据热连轧宽带钢精轧机组上游机架控制凸度与下游机架控制平坦度的特性，在7机架四辊精轧机组上，采用如图1所示的工作辊与支撑辊辊形配置技术。在精轧机组所有机架的支撑辊上均采用6次方多项式的正凸度辊形，增加精轧机架的横向刚度，提高工作辊弯辊力的调控功效，减少轧辊的扰曲变形量，加强了带钢轧制的稳定性。在精轧入口机架F1采用抛物线负凸度工作辊辊形，加强带钢轧制过程的对中，工作辊辊形与支撑辊辊形配置示如图2所示。在F2到F4机架均采用3次方CVC工作辊辊形，对带钢凸度进行调控，辊形配置如图3所示。与F1机架类似的辊形配置方式，在F5到F7机架均采用正弦曲线的负凸度工作辊辊形，工作辊辊形与支撑辊辊形配置示如图2所示，与长行程的工作辊周期性窜辊相配合，均匀化轧辊磨损，保证带钢在下游机架等比例凸度。此种精轧机组辊形配置，增加精轧机组机架的横向刚度，降低轧辊由于轧制力导致的扰曲变形量，增加工作辊弯辊力的调控功效，利于控制带钢板形的均匀性，均匀化轧辊磨损，增强带钢轧制的稳定性，降低带钢的跑偏，更有利于薄规格带钢轧制，提高了薄规格带钢的板形质量。整体上大幅提高了热轧带钢的凸度与平坦度控制精度，而且，可以实现一定范围的自由规程轧制。

F1机架工作辊上为二次抛物线方程的负凸度辊形曲线，如图4所示，负凸度的数值在-0.5mm～-0.2mm范围内。工作辊辊形曲线为二次抛物线方程：R(x)＝b₂x²，式中，x为轧辊轴向坐标，坐标原点位于辊身中点，单位mm；R为轧辊半径相对偏差量，单位um。多项式中系数范围：

b₂＝0.5378622128*10^-5～19.2272203000*10^-5。

给定一个范围在-0.5～-0.1mm的2次方的负凸度辊形，弥补轧辊热辊形，保持工作辊辊缝在正凸度范围内，增强穿带和轧制过程的稳定性，保持带钢对中，降低带钢的穿带的跑偏量。

F2机架到F4机架的工作辊辊形采用3次方CVC辊形，如图5所示。CVC设计方法采用空载辊缝凸度控制范围、辊身平滑范围、窜辊行程等初始条件及其轴向力最小原则，来设计CVC辊形曲线。辊形曲线为三次方程：Ru(x)＝a₀+a₁x+a₂x²+a₃x³，式中，x为轧辊轴向坐标，单位mm；Ru为轧辊半径相对偏差量，单位mm。多项式中系数范围：

a₀＝0.5352071289*10^-14～9.2272203000*10^-14；

a₁＝0.1532984534*10^-3～4.16743178437*10^-3；

a₂＝-5.5378622128*10^-6～-0.2874103478*10^-6；

a₃＝0.53520749837*10^-10～8.65987639854*10^-10。

在F5到F7机架采用正弦曲线的负凸度辊形，如图6所示，辊形方程为：y＝CRsin(xpi/L)，式中，x、y和L分别为轧辊辊身轴向坐标、轧辊半径差和轧辊的辊身长度，单位均为mm；pi为常数，pi＝3.14；CR为系数，也就是轧辊的凸度值大小，范围为：-0.25～-0.03mm。

在精轧机组所有机架的支撑辊上采用6次方多项式的正凸度辊形，如图7所示，辊身中部与边部有0.15mm～1.5mm的辊径差。辊形曲线方程式如下，Rb(x)＝c₀+c₁x+c₂x²+c₃x³+c₄x⁴+c₅x⁵+c₆x⁶；式中，x为轧辊辊身轴向坐标，坐标原点为辊身中点，单位：mm；Rb为轧辊半径相对偏差量，单位：um；c₆、c₅、c₄、c₃、c₂、c₁、c₀为多项式中从6次到常数项的系数，范围分别为：

c₆＝-2.7129705640*10^-16～-1.6556900092*10^-16；

c₅＝1.8469747028*10^-24～1.6776900092*10^-17；

c₄＝7.4565873947*10^-11～1.0249998557*10^-10；

c₃＝-1.1103722104*10^-11～-3.0443517503*10^-17；

c₂＝-1.1333660012*10^-4～-3.3075500441*10^-5；

c₁＝1.2616796745*10^-10～7.2223467419*10^-6；

c₀＝-6.3146187639*10^-3～1.2335634568*10^-3。

精轧机组所有机架的工作辊弯辊力为0～150t；窜辊量为-150～150mm。F2到F4机架CVC工作辊的弯辊力和窜辊的设定范围分别为60～80t和-130～50mm。F1、F5到F7机架工作辊均采用行程极限为130～150mm的周期性窜辊，窜辊步长为5～10mm，窜辊频率为1～2块板坯，相邻机架窜辊方向相反，具体窜辊策略如图8所示。

给定支持辊和工作辊辊形曲线方程后，需要对支持辊和工作辊进行辊面的辊形磨削工作。在磨床的辊形曲线方程录入与管理系统中，按照以多项式方程的方式，进行上述支持辊和工作辊辊形曲线的多项式系数录入，核实曲线方程凸度大小与设计曲线是否吻合。进行磨削程序编程，对所磨削的支持辊和工作辊的磨削程序中选择所给定的辊形曲线方程，并在磨削程序中进行固化，对支持辊和工作辊进行磨削。磨削后的辊形误差要满足上机工作要求。支持辊上机前，需要进行辊面和辊形的检查。

本发明专利创新点：

1)一种精轧机组的辊形配置方法，综合考虑精轧机组各个机架的功能和对板形控制的贡献，把负辊形和CVC辊形技术合理配置在不同的机架上的工作辊，并与6次方多项式支撑辊辊形相配置使用。

2)在F1机架工作辊上采用抛物线负凸度辊形，增强穿带的稳定性，降低带钢的跑偏；在F2到F4机架的工作辊上采用轴向力最小，辊身中部平滑的3次CVC辊形，来对带钢的凸度进行控制；F5到F7机架工作辊采用正弦负凸度辊形，结合长行程周期窜辊，均匀化轧辊磨损，保证带钢轧制的稳定性，控制带钢的平坦度；在精轧机组所有机架的支撑辊上采用6次方多项式辊形，增加精轧机组的横向刚度，降低轧辊由于轧制力导致的变形量，提高工作辊弯辊的调控能力，有利于控制边降。

3)此辊形配置技术，提高了带钢的凸度和平坦度的控制精度，更有利于薄规格带钢的轧制和板形质量。

本发明的应用效果是：

1)因精轧机组辊形配置合理，提高了热轧带钢的凸度与平坦度控制精度；提高供冷轧的带钢和硅钢的凸度和板形控制的稳定性。

2)F1机架采用负辊形增强了穿带的稳定性，支撑辊辊形增加精轧机组机架的横向刚度，降低轧辊由于轧制力导致的扰曲变形量，增加工作辊弯辊力的调控功效，更有利于控制带钢板形的均匀性；

3)使得F5到F7工作辊的磨损得到均匀化，保持良好的磨损辊形，实现一定范围的自由规程轧制，可以有一定量的逆宽跳跃轧制；

4)增强带钢轧制的稳定性，降低带钢的跑偏，控制薄规格带钢甩尾的发生率，更有利于薄规格带钢轧制，提高薄规格带钢的板形质量。

本发明的经济意义和社会意义：

本发明解决了宽带钢热连轧机的精轧机组的辊形配置技术问题，此辊形配置技术实现了更高的板形控制轧制精度，更有利于薄规格带钢的轧制和板形控制，可以大幅提高热轧带钢产品的板形质量，具有可观的经济效益。而且，辊形设计无需对设备进行投入，成本低，效果显著，可以在热连轧生产线上推广应用。

附图说明

图1为一种宽带钢热连轧精轧机组成套辊形配置方法的热连轧精轧机组辊形配置图；

图2为F1、F5-F7机架工作辊负辊形与6次方多项式支撑辊辊形配置图；

图2中1：支持辊；2：上工作辊；3：带钢；

图3为F2-F4机架CVC工作辊辊形与6次方多项式支撑辊辊形配置图；

图3中1：支持辊；2：上工作辊；3：带钢。

图4为F1机架工作辊抛物线负凸度辊形图；

图5为F2-F4机架3次CVC工作辊辊形图；

图6为F5-F7机架正弦曲线负凸度工作辊辊形图；

图7为6次方多项式曲线支撑辊辊形图。

图8为F1、F5-F7机架工作辊窜辊方式图。

图9为采用一种宽带钢热连轧精轧机组成套辊形配置方法后带钢凸度与楔形控制效果图。

图10为采用一种宽带钢热连轧精轧机组成套辊形配置方法后弯辊力使用效果图。

图11为采用一种宽带钢热连轧精轧机组成套辊形配置方法窜辊效果图。

图12为采用一种宽带钢热连轧精轧机组成套辊形配置方法后CVC工作辊磨损辊形图。

图13为采用一种宽带钢热连轧精轧机组成套辊形配置方法负凸度工作辊磨损辊形图。

图14为采用一种宽带钢热连轧精轧机组成套辊形配置方法6次方支撑辊磨损辊形图。

具体实施方式

首钢迁钢1580mm热轧宽带钢生产线是于2009年11月份投产，在投产初期，精轧机组为7机架四辊轧机，工作辊与支撑辊均没有辊形，所有机架轧辊都采用的是平辊形，导致板形控制存在的主要问题是：

1)板形控制精度较低；

2)薄规格轧制稳定性较差。

为了提高了热轧带钢的凸度与平坦度控制精度和薄规格带钢轧制的稳定性与板形质量，需要进行对精轧机组工作辊与支撑辊辊形的设计工作。根据热连轧宽带钢精轧机组上游机架控制凸度与下游机架控制平坦度的特性，最后确定新的精轧机组辊形配置方法。具体思路如下：在精轧入口机架F1采用抛物线负凸度工作辊辊形，加强带钢轧制过程的对中，在F2到F4机架采用3次方CVC工作辊辊形，对带钢凸度进行调控，而在F5到F7机架采用正弦曲线的负凸度工作辊辊形，与长行程的工作辊周期性窜辊相配合，均匀化轧辊磨损，保证带钢在下游机架等比例凸度，在精轧机组所有机架的支撑辊上采用6次方多项式的正凸度辊形，增加精轧机架的横向刚度，提高工作辊弯辊力的调控功效，减少轧辊的扰曲变形量，加强了带钢轧制的稳定性，大幅提高带钢的板形控制精度。

在F1机架工作辊上设计了二次抛物线方程的负凸度辊形曲线，负凸度的数值为-0.3mm。F2机架到F4机架的工作辊辊形采用3次方CVC辊形。空载辊缝凸度控制范围为[-0.7，0.3]mm，轧辊直径差为1.05mm，窜辊量为150mm，辊身长度为1880mm，根据上述参数和轴向力最小原则确定方程系数如下：

a₀＝4.352074*10^-14；

a₁＝1.167431*10^-3；

a₂＝-1.659876*10^-6；

a₃＝6.287410*10^-10。

在F5到F7机架采用正弦曲线的负凸度辊形，辊形方程为：y＝CRsin(xpi/L)，L为轧辊的辊身长度1880mm，CR为系数，根据分析，确定为-0.08mm。

在精轧机组所有机架的支撑辊上采用6次方多项式的正凸度辊形，根据轧制负荷的实际情况，确定各个机架支撑辊的辊径差分别为：0.6、0.5、0.45、0.4、0.35、0.3、0.25mm。

精轧机组所有机架的工作辊弯辊力为0～150t；窜辊量为-150～150mm，F2到F4机架的窜辊原则是根据弯辊力设定在60t，二级模型根据机架间凸度的分配计算出所需要的辊缝凸度，来确定CVC工作辊的窜辊量。F1、F5到F7机架的周期窜辊的行程极限为150mm，窜辊步长为10mm，窜辊频率为1块板坯，相邻机架窜辊方向相反。

给定支持辊和工作辊辊形曲线方程后，需要对支持辊和工作辊进行辊面的辊形磨削工作。在磨床的辊形曲线方程录入与管理系统中，按照以多项式方程的方式，进行上述支持辊和工作辊辊形曲线的多项式系数录入，核实曲线方程凸度大小与设计曲线是否吻合。进行磨削程序编程，对所磨削的支持辊和工作辊的磨削程序中选择所给定的辊形曲线方程，并在磨削程序中进行固化，对支持辊和工作辊进行磨削。

完成轧辊磨削准备工作后，需要在热轧自动化控制系统中给出相应的支持辊与工作辊辊形曲线方程。与磨削管理工作类似，轧钢二级控制系统中需要录入辊形曲线方程，使得系统完成复合与板形控制设定计算。在二级系统中录入方程之前，需要对上述两个辊形曲线进行单位变换处理。

1)对辊身坐标以辊身中部位置作为坐标原点进行正则化，也就是使得辊身坐标在[-1，+1]间；

2)对辊形曲线方程的纵坐标单位进行变换，也就是轧辊半径差数值的单位转换成二级模型中所使用辊形参数的单位；

3)对辊形方程进行重新拟合，得到新的函数，把多项式的各项系数对应的输入到二级系统中新定义的辊形曲线编码对应的各项系数。

更换轧辊时需要做的工作：

1)当更换支持辊和工作辊时候，磨辊间操作人员在换辊通知单上标注轧辊辊形类型；

2)轧钢操作人员在输入轧辊编号、直径等参数到控制系统中的HMI中时候，必须在对应轧辊辊形所对应的轧辊辊形编号那栏选中提前规定好的辊形编号。

完成上述工作后，就可以用新的辊形和配置进行轧钢了。轧制单位结束后，需要进行下列数据收集和测量工作：

1)带钢凸度和平坦度控制精度；

2)更换工作辊时候，观察工作辊表面状况；

3)支撑辊与工作辊下机后的磨损辊形；

4)对薄规格带钢板形控制结果数据进行收集与分析；

5)工作辊窜辊与弯辊的使用情况。

从2010年1月初开始应用此项辊形配置技术进行带钢轧制，从板形控制效果上看，效果显著。图9、图10和图11分别为一个轧制计划轧制过程中的带钢凸度与楔形、弯辊力使用和窜辊位置设定结果，从中看，此辊形配置使得板形调控手段使用在比较合适的范围，均有在线调控板形的空间。从凸度设定和检测结果比较看，凸度与楔形控制效果显著。从此项辊形配置技术投入使用后，首钢迁钢1580轧线板形控制精度：目标值±20um凸度控制命中率达到98％以上；楔形小于30um的控制精度达97％以上；带钢头部130m，平坦度平均值在±15IU的控制精度达到98％以上。

从工作辊磨损辊形的结果，也可以看出此辊形配置的良好效果。图12为一对CVC辊形工作辊下机后的磨损辊形与设计辊形的对比；图13为负凸度工作辊辊形下机后的磨损辊形与设计辊形的比较；图14为支撑辊辊形的磨损辊形与设计辊形的对比。从图12到图14的轧辊磨损曲线上看，此精轧机组工作辊辊形与支撑辊辊形配置对板形控制质量的改善效果。

此精轧机组辊形配置技术发明，具有如下效果：提高了热轧带钢的凸度与平坦度控制精度；增强了穿带的稳定性，增加了精轧机组机架的横向刚度，降低轧辊由于轧制力导致的扰曲变形量，增加工作辊弯辊力的调控功效，更有利于控制带钢板形的均匀性；下游工作辊的磨损得到均匀化，保持良好的磨损辊形，实现一定范围的自由规程轧制，可以有一定量的逆宽跳跃轧制；增强带钢轧制的稳定性，降低带钢的跑偏，控制薄规格带钢甩尾的发生率，更有利于薄规格带钢轧制，提高薄规格带钢的板形质量。

Claims (2)

1.一种宽带钢热连轧精轧机组成套辊形配置方法，热轧宽带钢精轧组由7机架四辊轧机组成，其特征在于：精轧入口机架F1采用抛物线负凸度工作辊辊形，辊形曲线为二次抛物线方程，负凸度在-0.5mm～-0.2mm范围内；F2到F4机架均采用3次方CVC工作辊辊形；F5到F7机架均采用正弦曲线的负凸度工作辊辊形，辊形方程为：y＝CRsin(xpi/L)，式中，x、y和L分别为轧辊辊身轴向坐标、轧辊半径差和轧辊的辊身长度，单位均为mm；pi为常数，pi＝3.14；CR为系数，范围为：-0.25～-0.03mm，精轧机组F1到F7机架的支撑辊均采用6次方多项式的正凸度辊形，具有0.15mm～2.0mm的正凸度。

2.根据权利要求1所述的一种宽带钢热连轧精轧机组成套辊形配置方法，精轧机组F1到F7机架的工作辊弯辊力为0～150t；窜辊量为-150～150mm，其特征在于：F2到F4机架CVC工作辊的弯辊力和窜辊的设定范围分别为60～80t和-130～50mm。F1、F5到F7机架工作辊均采用行程极限为130～150mm的周期性窜辊，窜辊步长为5～10mm，窜辊频率为1～2块板坯，相邻机架窜辊方向相反。

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