CN102615560A - 可实现逆宽轧制的在线磨辊方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可实现逆宽轧制的在线磨辊方法，根据实际轧制计划中带钢的最大板宽以及工作轧辊的窜辊量确定轧辊的有效工作区域范围，控制在线磨辊机在有限的轧制时间内仅对轧辊中央的有效工作区域进行磨削，而不与带钢接触的无效区域则不参与磨削，从而最大化地磨削轧辊的通板区域，从而生成轧辊通板区域平坦的辊形，最终实现逆宽轧制。

Description

可实现逆宽轧制的在线磨辊方法

技术领域

本发明涉及冶金生产技术，尤指一种可实现逆宽轧制的在线磨辊方法。

背景技术

在多变的、苛刻的市场形势下，钢种、规格的多样化和小批量化等需求迫使热轧带钢厂必须以更灵活的轧制计划组织生产，也就是可以实现“自由轧制”。但在实际的热轧生产中，轧制过程的轧辊辊形不均匀磨损将热轧领域的轧制计划限制为带钢宽度由宽到窄过渡的乌龟壳结构规则，这严重制约了轧制计划编排的灵活性。

自由轧制是指在一个换辊周期内带钢的钢种、厚度、宽度几乎可以不受限制地自由过渡的轧制技术，尤其是带钢宽度过渡可不遵守由宽到窄过渡的“乌龟壳”规则，而是可以由窄到宽过渡，即宽度可以“逆宽轧制”而不受宽度过渡的制约。实现逆宽轧制是自由轧制技术的关键之一，也是相比于传统轧制计划最大的优势。传统轧制计划及逆宽轧制计划如图1A及图1B所示。

轧辊辊形是制约逆宽轧制最直接的因素。这是因为，随着轧制过程的进行，轧辊与带钢接触区域形成了明显的凹槽形磨损，如图2所示，轧辊下机后中央区域辊形的径向深度达到了近300μm，而在轧辊与带钢接触的边缘位置则形成阶梯。如果热轧厂在轧制规程上没有遵循由宽到窄的过渡乌龟壳型规则，而是实行逆宽轧制，则工作辊的凹槽形区域会使带钢边部的板形严重恶化。

为此，株式会社日立制作所申请了名称为“在线轧制研磨方法和在线轧制研磨装置”（CN1319463A）发明专利，其技术关键是在精轧后三个轧机安装轧辊在线磨削装置，磨辊方法为驱动磨石沿轧辊长度方向移动对轧辊辊面进行研磨。该方法及装置能够在一定程度上消除轧辊辊面不均匀磨损，但该在线磨辊方法也存在不足之处，即没有针对性地磨削轧辊与带钢接触的辊形区域，而是对轧辊的全长进行磨削，然而，在线磨辊是在轧钢过程或者轧制间隙内进行的，在短暂的时间内对轧辊全长进行磨削，磨削量有限，因此导致磨削效率低，磨辊效果不佳，无法适应逆宽轧制的需要。

如图3所示，目前国内外一些新建热连轧产线在精轧机架间配备了在线磨辊机和工作辊窜辊装置。上、下轧辊2、2-1通过横移液压缸6和轴承座7实现轴向窜动，窜辊量9为上轧辊2的辊形中心线12-1或者下轧辊2-1的辊形中心线12-2偏移轧机中心12的位移。同时，在上下轧辊均配套了磨辊机10，利用设置在磨辊机10上的砂轮11对轧辊表面进行在线修磨。窜辊令轧辊横移，使轧辊与带钢接触的区域增大，尤其可以改善边缘位置的阶梯形状。因此，轧辊横移和在线磨辊的配合使用显著改善了辊形，提高了带钢1的板形质量。但是，由于缺少了有效的磨辊控制方法，目前轧辊辊形的不均匀磨损仍然没有得到解决，特别是在逆宽轧制时板形质量更加难以控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种可实现逆宽轧制的在线磨辊方法，其结合轧制带钢的板宽和窜辊量，确定在线磨辊机磨削的区域，能够避免磨辊机对轧辊两侧非工作区域的无效磨削，增加轧辊与带钢接触的中央区域磨削量，从而生成通板区域平坦的辊形，最终实现逆宽轧制。

为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：

一种可实现逆宽轧制的在线磨辊方法：根据实际轧制计划中带钢的最大板宽以及工作轧辊的窜辊量确定轧辊的有效工作区域范围，控制在线磨辊机在有限的轧制时间内仅对轧辊中央的有效工作区域进行磨削，而不与带钢接触的无效区域则不参与磨削，从而最大化地磨削轧辊的通板区域，生成平坦的辊形。

进一步的，在控制在线磨辊机对有效区域进行磨削时，对通板区域边部进行重点磨削。

一种可实现逆宽轧制的在线磨辊方法，包括如下步骤：

步骤一，确定逆宽轧制的最大板宽W _max及轧辊最大窜辊量S _a；

步骤二，根据逆宽轧制的最大板宽和最大窜辊量计算磨辊机的有效磨削区域，有效磨削区域宽度为逆宽轧制计划的最大板宽W _max与轧辊两侧最大窜辊量S _a之和，采用离散化的方法将轧辊全长轮廓划分为N个点，两点间隔长度记为p，p=Len/(N-1)，Len为轧辊全长，则有效磨削区域的起始位置ns和终止位置可通过式(1)计算：

              (1)

控制在线磨辊机快速移动到起始位置ns，并在起始位置ns和终止位置ne之间的有效磨削区域内来回磨削。

还进一步包括步骤三，计算在线磨辊机的轧辊磨削轮廓曲线以针对有效磨削区域的边部重点磨削；如式(2)所示：

        (2)

式中，j为轧辊辊身计算点，有1~N点；W _c为轧辊辊形曲线，可以由磨损模型计算或者利用在线辊形仪测量；△R为磨辊机砂轮每行走一次的磨削量；

利用(2)式的将轧辊预测轮廓W _c(j)进行离散化，将W _c(j)转换成高度为△R的阶梯型曲线G_p(j)。

一种可实现逆宽轧制的在线磨辊方法，包括如下步骤：

首先，开始之后通过轧制计划和窜辊策略获取轧制计划的宽度信息；

其次，判断轧制计划中是否为逆宽轧制阶段，如果不是，则采用在线磨辊常规处理，磨削轧辊的全长，如果是逆宽轧制，则进入后续步骤；

第三，确定逆宽计划的最大板宽W _max和轧辊最大窜辊量S _a；

第四，根据最大板宽和最大窜辊量确定磨辊机的有效磨削区域；有效磨削区域宽度为逆宽轧制计划的最大板宽W _max与轧辊两侧最大窜辊量S _a之和，采用离散化的方法将轧辊全长轮廓划分为N个点，两点间隔长度记为p，p=Len/(N-1)，Len为轧辊全长，则有效磨削区域的起始位置ns和终止位置可通过式(1)计算：

              (1)

最后，根据式（2）对轧辊辊形上的ns~ne点的区域进行磨辊机磨削轮廓计算，在线磨辊机根据计算所得轮廓对轧辊中央有效磨削区域进行磨削；

        (2)

式中，j为轧辊辊身计算点，有1~N点；W _c为轧辊辊形曲线，可以由磨损模型计算或者利用在线辊形仪测量；△R为磨辊机砂轮每行走一次的磨削量。

采用上述方案后，由于本发明提供了一种结合轧制带钢的板宽和窜辊量的在线磨辊机磨削区域确定方法，仅对轧辊中央凹槽的有效磨削区域进行磨削，能够避免磨辊机对轧辊两侧非工作区域的无效磨削，增加轧辊与带钢接触的通板区域的磨削量，可以显著提高磨辊效率，生成轧辊通板区域平坦的辊形，从而实现带钢宽度由窄到宽的“逆宽”轧制，并可进一步拓展生产计划的轧制公里数，降低生产运行成本。本发明技术可用于热连轧的在线磨辊机磨辊控制，具有很大的应用推广价值。

附图说明

图1A是传统“乌龟壳”轧制计划示意图；

图1B是逆宽轧制计划示意图；

图2是轧辊的凹槽形磨损示意图；

图3是配备有在线磨辊机和窜辊装置的热扎轧辊结构示意图；

图4是实现逆宽轧制的轧辊辊形示意图；

图5是本发明第一实施例的流程图；

图6是本发明考虑最大板宽的磨削区域确定示意图；

图7是本发明同时考虑轧辊窜辊的磨削区域确定示意图；

图8是本发明在线磨辊机的有效磨削区域确定示意图；

图9是本发明轧辊轮廓阶梯化处理（Wc→Gp）示意图；

图10是本发明第二实施例逆宽计划中的带钢宽度变化和窜辊模式示意图；

图11是本发明第二实施例的流程图；

图12是本发明第三实施例在线磨辊机磨削曲线离散化示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。

本发明所揭示的是一种可实现逆宽轧制的在线磨辊方法，在进行说明之前，首先探讨一下要实现逆宽轧制的关键是什么？如图4所示，要实现逆宽轧制，关键在于保证轧辊通板区域13内的轧辊辊形良好，即中央凹槽区辊形平坦且两侧无明显的斜坡。所述的通板区域13指整个轧制过程中带钢与轧辊接触的区域，对于有窜辊功能的轧制机来说，通板区域包括最大板宽及两侧的窜辊量。图中标号14为采用常规的在线磨辊方法后下机辊形，由于受轧制节奏的限制，在线磨辊机无法在短暂的轧钢过程或者轧制间隙完整地对轧辊的全长范围进行磨削，特别是轧辊通板区域的磨削量将严重不足，因此轧辊辊形在通板区域13的两侧出现明显的斜坡，在逆宽轧制计划时该斜坡将导致宽带钢的板形边缘降过大。

为此，本发明可以采用下述在线磨辊方法实现逆宽轧制：根据实际轧制计划中带钢的最大板宽以及工作轧辊的窜辊量确定轧辊的有效工作区域范围，该有效工作区域即为通板区域，控制在线磨辊机在有限的轧制时间内仅对轧辊中央的有效工作区域进行磨削，更特别是对通板区域边部17进行重点磨削，而不与带钢接触的无效区域16则不参与磨削，从而最大化地磨削轧辊的通板区域，生成平坦的辊形15。

具体的流程如下（配合图5所示）：

步骤一，确定逆宽轧制的最大板宽及轧辊最大窜辊量

在编排轧制计划时，可以获得要轧制的所有带钢的板宽，包括在逆宽轧制阶段的最大板宽W _max。对于配备了窜辊装置的轧制机来说，可以获得轧辊的最大窜辊量S _a。

步骤二，根据逆宽轧制的最大板宽和最大窜辊量计算磨辊机的有效磨削区域。

如图6所示，逆宽计划中，轧辊2因轧制带钢产生的磨损可分为中间较均匀磨损和边部局部不规则磨损两部分，形成边部局部磨损的主要原因是负荷在边部区域作用增大，导致轧辊被磨成阶梯状的辊形，并出现严重的猫耳形磨损辊形。当轧制窄带钢1-1时，板宽处于均匀磨损区3之内，带钢板形良好；而在轧制宽带钢1-2时，板宽的边部处于轧辊边部磨损区4，在轧制过程中边部磨损区4的磨损形状将反映到轧制带钢的横断面，从而引起板形边部缺陷。避免宽带钢的板形出现边部缺陷是实现逆宽轧制的关键。因此，在线磨辊机的磨削区域计算时首先需考虑逆宽轧制计划时的最大板宽18，对与最大板宽18接触的最大板宽辊形区域6进行磨削，以保证宽带钢的板形质量。

如图7所示，为了均匀化轧制磨损，上轧辊2和下轧辊2-1可以采用对称的轴向窜动的方式。标号9为轧辊窜辊量，定义为上轧辊辊形中心线12-1或者下轧辊辊形中心线12-2偏移轧机中心线12的位移量。标号18-1为当前最大板宽对应的轧辊辊形区域。

轧辊窜辊时，上下辊产生相对偏移，而带钢1-2的板宽始终保持与轧机中心线12对称，因此带钢与轧辊接触的区域将发生变化，需要相应地确定新的磨辊机磨削区域。具体方法为：上轧辊操作侧在确定的磨削区域包括最大板宽辊形区域6上增加新的接触区域6-1，而下轧辊传动侧则增加新的接触区域6-2，接触区域宽度等于窜辊量9。由于窜辊一般采用周期性来回横移的方式，因此在一个横移周期内轧辊的操作侧和传动侧都将增加新的磨削区域，同样地，该区域的宽度取决于实际窜辊量的大小。考虑工作辊窜辊的磨削区域确定后，在线磨辊机将对整个轧制计划中轧辊与带钢接触的辊形区域（即通板区域）进行磨削，一方面能够保证逆宽轧制时宽板的板形在轧辊窜动时板形不发生异常，另一方面能够保持窜辊均匀化磨损的功能，利于实现逆宽轧制。

将轧辊辊形划分为有效磨削区域和无效磨削区域。有效磨削区域定义为轧辊辊形在整个轧制计划中参与轧钢的区域，对应于轧辊的中央区域。无效区域定义为不参与轧钢的区域，对应于轧辊两侧的区域。

如图8所示，有效磨削区域20即包括逆宽轧制计划的最大板宽18对应的最大板宽辊形区域6以及轧辊两侧窜辊量9和9-1对应的接触区域6-1-1和6-1。其余区域为无效区域19、19-1。控制在线磨辊机10将对有效区域20进行磨削，无效区域19、19-1则不磨削，这将显著提高在线磨辊机的磨削效率。

这样，有效磨削区域宽度就确定为逆宽轧制计划的最大板宽W _max与轧辊两侧最大窜辊量S _a之和。

确定有效磨削区域的范围之后，还要计算有效磨削区域的起始位置和终止位置，以便控制在线磨辊机在有效磨削区域内进行磨削。具体方法为：可以采用离散化的方法将轧辊全长轮廓划分为N个点，两点间隔长度记为p，p=Len/(N-1)，Len为轧辊全长。则有效磨削区域20的起始位置ns和终止位置ne可通过式(1)计算。

              (1)

在磨削时，可以控制在线磨辊机快速移动到起始位置ns，并在起始位置ns和终止位置ne之间的有效磨削区域20内来回磨削。

步骤三，计算在线磨辊机的轧辊磨削轮廓曲线。

确定了有效磨削区域之后，就可以采用现有的在线磨辊方式进行磨削，所不同是仅在有效磨削区域内进行磨削。

为了进一步的提高磨削效率，本发明可以采用重点磨削边部磨削区的方式进行磨削，这样就需要计算磨削轮廓。

在线磨辊机通常采用恒压力磨削的方式，通过电机驱动机构带动砂轮沿轧辊轴向方向走形进行磨削，每次走形的轧辊磨削量为固定值，这样采用重点磨削边部的方式之后，磨辊机的磨削轮廓应为台阶型的曲线。磨辊机磨削轮廓计算的目的是在确认磨辊机有效磨削区域后，将该区域轧辊辊形曲线转化成磨辊机可磨削的台阶型曲线。结合式(1)对轧辊中央的有效磨削区域，即ns~ne点的区域进行磨辊机磨削轮廓计算，而轧辊两侧的无效区域则不进行磨削，如式(2)所示：

        (2)

式中，j为轧辊辊身计算点，有1~N点；W _c为轧辊辊形曲线，可以由磨损模型计算或者利用在线辊形仪测量；△R为磨辊机砂轮每行走一次的磨削量。

利用(2)式的将轧辊预测轮廓W _c(j)进行离散化，将W _c(j)转换成高度为△R的阶梯型曲线G_p(j)。离散化效果如图9所示。

下面通过一实例具体说明：

以国内某钢厂热连轧生产线为例，该轧机精轧末三机架配置了轧辊横移装置（窜辊装置）和在线磨辊机。其中：轧辊的辊身长度为2280mm，最大横移行程（窜辊量）为200mm，轧制带钢最大宽度为1880mm。

如图10所示为典型的逆宽轧制计划的宽度变化及工作辊窜辊策略。其中：轧制计划在头25卷为常规的烫辊材，目的是建立稳定的热凸度，此阶段采用常规的由宽到窄的“乌龟壳”规则；烫辊材之后为逆宽轧制，带钢宽度呈现由窄到宽或由宽到窄的不规则变化，宽度跳跃量达到了285mm。工作辊采用周期性窜辊的策略，最大窜辊量为200mm，以均匀化轧制磨损。该轧制计划类型显著区别于传统的由宽到窄的“乌龟壳”规则，给带钢的板形质量控制带来很大的难度。为此采用本发明的磨辊方法进行辊形在线控制。

具体流程如图11所示：

首先，开始之后通过轧制计划和窜辊策略获取轧制计划的宽度信息。

其次，判断轧制计划中是否为逆宽轧制阶段，如果不是，则采用在线磨辊常规处理，如果是逆宽轧制，则进入后续步骤。

如图10所示，在本轧制计划的初期阶段，即前25卷为常规的烫辊材，采用的是传统的由宽到窄的“乌龟壳”规则，因此在前25卷的烫辊材轧制阶段采用常规在线磨辊处理方式，对轧辊的全长范围进行磨削。

继续如图10所示，从第26卷带钢开始为逆宽轧制，因此进入后续步骤。

第三，确定逆宽计划的最大板宽W _max和轧辊最大窜辊量S _a。

如图10所示，从第26卷带钢开始的逆宽轧制，从图中可以确定宽带钢最大板宽为1330mm，轧辊最大横移量（窜辊量）为200mm。

第四，根据最大板宽和最大窜辊量确定磨辊机的有效磨削区域。

基于式(1)，将全长为2280mm的轧辊辊形曲线划分为457个计算点，则每点间距p为5mm。计算磨辊机磨削区域的点ns和ne为：

ns = INT(457/2)-INT(1330/2.0/5.0)-INT(160/5.0) = 63

ne = INT(457/2)+INT(1330/2.0/5.0)+INT(160/5.0) =393

最后，根据式（2）对轧辊辊形上的ns~ne点的区域进行磨辊机磨削轮廓计算。

如图12所示为磨辊机磨削轮廓的计算结果。在线磨辊机将对轧辊中央有效工作区域，即第63~393点的辊形进行磨削，且依据计算所得磨削轮廓，对边部磨损区重点磨削，而轧辊两侧第1~62点和392~457点的无效区域将不参与磨削，从而显著提高磨辊机的磨削效率，生成轧辊中间工作区域平坦的辊形，并且最终实现逆宽轧制。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围。故但凡依本发明的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围之内。

Claims (5)

1.一种可实现逆宽轧制的在线磨辊方法，其特征在于：根据实际轧制计划中带钢的最大板宽以及工作轧辊的窜辊量确定轧辊的有效工作区域范围，控制在线磨辊机在有限的轧制时间内仅对轧辊中央的有效工作区域进行磨削，而不与带钢接触的无效区域则不参与磨削，从而最大化地磨削轧辊的通板区域，生成平坦的辊形。

2.根据权利要求1所述的可实现逆宽轧制的在线磨辊方法，其特征在于：在控制在线磨辊机对有效区域进行磨削时，对通板区域边部进行重点磨削。

3.一种可实现逆宽轧制的在线磨辊方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一，确定逆宽轧制的最大板宽W _max及轧辊最大窜辊量S _a；

步骤二，根据逆宽轧制的最大板宽和最大窜辊量计算磨辊机的有效磨削区域，有效磨削区域宽度为逆宽轧制计划的最大板宽W _max与轧辊两侧最大窜辊量S _a之和，采用离散化的方法将轧辊全长轮廓划分为N个点，两点间隔长度记为p，p=Len/(N-1)，Len为轧辊全长，则有效磨削区域的起始位置ns和终止位置可通过式(1)计算：

              (1)

控制在线磨辊机快速移动到起始位置ns，并在起始位置ns和终止位置ne之间的有效磨削区域内来回磨削。

4.根据权利要求3所述的可实现逆宽轧制的在线磨辊方法，其特征在于：进一步包括步骤三，计算在线磨辊机的轧辊磨削轮廓曲线以针对有效磨削区域的边部重点磨削；如式(2)所示：

        (2)

式中，j为轧辊辊身计算点，有1~N点；W _c为轧辊辊形曲线，可以由磨损模型计算或者利用在线辊形仪测量；△R为磨辊机砂轮每行走一次的磨削量；

利用(2)式的将轧辊预测轮廓W _c(j)进行离散化，将W _c(j)转换成高度为△R的阶梯型曲线G_p(j)。

5.一种可实现逆宽轧制的在线磨辊方法，其特征在于包括如下步骤：

首先，开始之后通过轧制计划和窜辊策略获取轧制计划的宽度信息；

其次，判断轧制计划中是否为逆宽轧制阶段，如果不是，则采用在线磨辊常规处理，磨削轧辊的全长，如果是逆宽轧制，则进入后续步骤；

第三，确定逆宽计划的最大板宽W _max和轧辊最大窜辊量S _a；

第四，根据最大板宽和最大窜辊量确定磨辊机的有效磨削区域；有效磨削区域宽度为逆宽轧制计划的最大板宽W _max与轧辊两侧最大窜辊量S _a之和，采用离散化的方法将轧辊全长轮廓划分为N个点，两点间隔长度记为p，p=Len/(N-1)，Len为轧辊全长，则有效磨削区域的起始位置ns和终止位置可通过式(1)计算：

              (1)

最后，根据式（2）对轧辊辊形上的ns~ne点的区域进行磨辊机磨削轮廓计算，在线磨辊机根据计算所得轮廓对轧辊中央有效磨削区域进行磨削；

        (2)

式中，j为轧辊辊身计算点，有1~N点；W _c为轧辊辊形曲线，可以由磨损模型计算或者利用在线辊形仪测量；△R为磨辊机砂轮每行走一次的磨削量。

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