CN102728618A - 一种cvc工作辊辊形及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CVC工作辊辊形及其控制方法，属于轧钢技术领域，其辊形的曲线方程为R(x)＝b₆x⁶+b₅x⁵+b₄x⁴+b₃x³+b₂x²+b₁x+b₀，其中，R(x)为工作辊辊身半径差，单位为mm；x为辊身轴向坐标，坐标原点在轧辊一端，单位为mm；b₀～b₆为多项式方程的系数，本发明解决了宽带钢热连轧机组精轧机组CVC四辊轧机工作辊既要有较宽凸度调控范围又要尽量降低辊形辊径差的矛盾，提高了板形质量。

Description

一种CVC工作辊辊形及其控制方法

技术领域

本发明属于轧钢技术领域，涉及一种CVC工作辊辊形及其控制方法。

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。热连轧机是把一定尺寸和化学成份的钢坯通过压延的方式加工成所要求的一定厚度和宽度规格带钢卷的设备，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。

随着科学技术的发展，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、尺寸精度、表面质量及性能提出了严格的要求。从板形控制方面，主要研究热点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CVC、HC、SmartCrown、PC、UPC、HVC等辊形。在轧辊，尤其在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（DynamicShape roll）也已成功应用于工业生产，但其结构复杂，成本高，不易在常规轧机上推广。CVC辊形自从发明后，广泛用于热轧宽带钢轧机的精轧机组，具有较好的板形控制效果。并存在很多改进CVC辊形的专利技术，现有技术公开了一种轴向移动改变辊缝凸度并可变辊缝形状的轧辊辊型，辊身母线曲线为正弦函数和三次多项式函数组合在一起的复合函数；还公开了一种配合连续可变凸度轧机工作辊辊型曲线的支撑辊，再比如一种具有四次凸度控制能力的变凸度工作辊辊形设计方法。但是，为了实现较宽的凸度调控范围，CVC辊形设计的结果是轧辊直径差加大，存在如下问题：1）轧辊磨削量增大；2）轧制过程轴向力增大；3）使得支撑辊辊形较为难选择，容易导致工作辊与支撑辊边部接触应力集中。虽然现有技术公开了一对CVC轧辊的轧机，采用倾斜的CVC磨削来减小轴向力，其本质是对CVC辊形方程的一次项系数做改进设计，使得辊身中部曲线较为平滑，但是，辊径差是由所需要的凸度调控范围决定，故不能改变辊径差的大小。目前，还没有同时解决兼顾大凸度调控范围和小轴向力的新CVC辊形技术的出现。需要解决上述问题，优化CVC辊形设计方法，充分利用CVC辊形的有点，而回避其缺点，提升带钢板形控制质量。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种CVC工作辊辊形及其控制方法，使得CVC工作辊辊形既有较宽凸度调控范围，又减小了轴向力，增强对于宽薄带钢四分之一浪形的调控能力，降低轧辊消耗，提高板形质量。

一种CVC工作辊辊形，其辊形的曲线方程如下：

R(x)＝b₆x⁶+b₅x⁵+b₄x⁴+b₃x³+b₂x²+b₁x+b₀

其中，R(x)为工作辊辊身半径差，单位为mm；

x为辊身轴向坐标，坐标原点在轧辊一端，单位为mm；

b₀～b₆为多项式方程的系数，分别为：

b₆＝－2.7408509E-19，b₅＝1.7124869E-15，b₄＝-3.9966217E-12，

b₃＝5.0402811E-09，b₂＝-4.4785878E-06，b₁＝2.3688888E-03，

b₀＝-1.3296257E-02。

一种CVC工作辊辊形控制方法，包括如下步骤：

首先在所述CVC工作辊辊身长度Lw内，从辊身端点开始，到支撑辊辊身长度范围[0,Lb]内，形成一段CVC曲线，然后在所述CVC工作辊辊身长度为Lw－Lb内，形成另一段圆弧曲线，最后将所述一段CVC曲线和所述另一段圆弧曲线经过拟合后得到所述CVC工作辊辊形。

进一步地，所述一段CVC曲线方程如下：

R1(x)＝a₃x³+a₂x²+a₁x+a₀

其中R1(x)为工作辊辊身半径差，单位为mm；

x为辊身轴向坐标，[0,Lb]，单位为mm；

a₀～a₃为CVC辊形方程系数，分别为：

a₀＝5.5067062E-14；a₁＝1.9830730E-03；a₂＝－2.3802470E-06；a₃＝7.4622770E-10。

进一步地，所述一段CVC曲线的轧辊等效凸度范围为[-1.2mm,0.5mm]。

进一步地，所述另一段圆弧曲线方程如下：

R2(y)＝R-(R²-(1-y)²)^1/2

其中，y为所述另一段圆弧曲线所在辊身轴向坐标，原点在工作辊辊身长度Lw坐标处，单位为mm；

R2(y)为工作辊辊身半径差，单位为mm；

R为所述另一段圆弧曲线的半径。

本发明提供的一种CVC工作辊辊形及其控制方法，解决了宽带钢热连轧机组精轧机组CVC四辊轧机工作辊既要有较宽凸度调控范围又要尽量降低辊形辊径差的矛盾，在减小轴向力的同时，消除了常规CVC辊形曲线上扬端导致的辊间接触应力集中的问题，增强了对于宽薄带钢四分之一浪形的调控能力，降低轧辊消耗，提高了板形质量。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种CVC工作辊辊形示意图；

图2为本发明实施例提供的一种CVC工作辊辊形曲线与现有技术提供一种CVC工作辊辊形曲线比较示意图；

图3为本发明实施例提供的一种CVC工作辊辊形曲线板形调节域图；

图4为现有技术提供的一种CVC工作辊辊形曲线板形调节域图；

图5为本发明实施例提供的一种CVC工作辊辊形曲线的辊间接触应力分布图；

图6为现有技术提供的一种CVC工作辊辊形曲线的辊间接触应力分布图；

图7为本发明实施例提供的一种CVC工作辊辊形曲线和现有技术提供的一种CVC工作辊辊形曲线对带钢横断面控制结果比较图。

具体实施方式

首钢迁钢2250mm热连轧机组于2006年底投产，是首钢的第一条薄板生产线，设备是西马克设计，控制系统由西门子提供。精轧机组6个机架的工作辊采用西马克设计CVC辊形，支撑辊均为平辊形，精轧机组的工作辊弯辊力和窜辊的设备能力分别为150t和150mm。在生产过程中，出现了由于轧辊热凸度大导致CVC辊形调控能力失效的问题。为了增大CVC工作辊辊形的调控范围，CVC辊形的等效凸度范围由原来的[-0.7mm,0.7mm]增加到了[-1.2mm,1.2mm]。同时也增大了轧辊辊径差，半径差由原来的不到1mm增大到了2mm。改进后CVC辊形在使用过程中出现轧制稳定性差的问题，这与轧辊半径差增大，轴向力增大有着密切的关系。为了回避CVC辊形上述缺点，提高板形控制精度，对CVC辊形曲线进行了优化。

在本实施例中，CVC工作辊辊身长度Lw＝2550mm。

参见图1，本发明实施例提供的一种CVC工作辊辊形示意图，其辊形的曲线方程如下：

R(x)＝b₆x⁶+b₅x⁵+b₄x⁴+b₃x³+b₂x²+b₁x+b₀

其中，R(x)为工作辊辊身半径差，单位为mm；

x为辊身轴向坐标，坐标原点在轧辊一端，单位为mm；

b₀～b₆为多项式方程的系数，分别为：

b₆＝－2.7408509E-19，b₅＝1.7124869E-15，b₄＝-3.9966217E-12，

b₃＝5.0402811E-09，b₂＝-4.4785878E-06，b₁＝2.3688888E-03，

b₀＝-1.3296257E-02。

一种CVC工作辊辊形控制方法，包括如下步骤：

首先在CVC工作辊辊身长度2550mm内，从辊身端点开始，到支撑辊辊身长度范围[0,2250mm]内，形成一段CVC曲线，然后在CVC工作辊辊身长度为2550mm－2250mm内，形成另一段圆弧曲线，最后将一段CVC曲线和另一段圆弧曲线经过拟合后即得CVC工作辊辊形。

其中，所述一段CVC曲线方程如下：

R1(x)＝a₃x³+a₂x²+a₁x+a₀

其中R1(x)为工作辊辊身半径差，单位为mm；

x为辊身轴向坐标，[0,2250]，单位为mm；

a₀～a₃为CVC辊形方程系数，分别为：

a₀＝5.5067062E-14；a₁＝1.9830730E-03；a₂＝－2.3802470E-06；a₃＝7.4622770E-10。

其中，一段CVC曲线的轧辊等效凸度范围为[-1.2mm,0.5mm]。

其中，另一段圆弧曲线的半径为R＝500000mm，根据高度为d＝0.09mm确定，具体方程如下：

R2(y)＝R-(R²-(1-y)²)^1/2

其中，y为另一段圆弧曲线所在辊身轴向坐标，原点在工作辊辊身长度Lw坐标处，单位为mm；

R2(y)为工作辊辊身半径差，单位为mm；

R为另一段圆弧曲线的半径。

如果在整个工作辊辊身范围内，设计CVC辊形曲线，同样的轧辊等效凸度控制范围：[-1.2mm,0.5mm]，辊形半径差达到了1.3mm。如图2所示，本发明实施例提供的一种CVC工作辊辊形曲线与现有技术提供一种CVC工作辊辊形曲线比较示意图，本发明的方法比常规设计方法的半径差要小0.5mm。减小了轧辊磨削损耗。同时，半径差减小，也降低了轴向力。

从图2中可以看出，本发明在轧辊主体区域与现有CVC曲线基本上一致，但是在一侧，也就是辊身曲线上扬趋势段距离辊身端部，不是再继续上扬，而是降低。采用有限元方法对本发明与常规CVC工作辊的板形控制能力和辊间接触应力分布进行了计算。图3和图4中的图标BW1、BW2和BW3分别表示带钢宽度为1250mm、1550mm和1720mm，Cw和Ch分别表示二次凸度和四次凸度。图3为本发明实施例提供的一种CVC工作辊辊形曲线板形调节域图，从图中可以看出，本发明的CVC辊形不仅有较宽的二次凸度调控范围,而且也增强了调控带钢正凸度的能力（带钢宽度为1250mm时，二次凸度调控范围为0～700um；带钢宽度为1550mm时，二次凸度调控范围为-10～1150um；带钢宽度为1720mm时，二次凸度调控范围为-50～1400um），而且也具有很宽的四次凸度调控范围（带钢宽度为1250mm时，四次凸度调控范围为-10～15um；带钢宽度为1550mm时，四次凸度调控范围为-30～30um；带钢宽度为1720mm时，四次凸度调控范围为-50～35um），这是现有CVC辊形所没有的能力（参见图4,带钢宽度为1250mm时，二次凸度调控范围为-300～400um，四次凸度调控范围为-2～6um；带钢宽度为1550mm时，二次凸度调控范围为-500～600um，四次凸度调控范围为-2～8um；带钢宽度为1720mm时，二次凸度调控范围为-700～650um，四次凸度调控范围为-2～10um。）。尤其是带钢越宽，本发明CVC辊形的四次凸度调控范围越大，这对宽薄规格带钢轧制过程出现的四分之一浪形改善作用明显。如图5所示，使用本发明的CVC辊形时，支撑辊与工作辊辊间接触应力分布也具有良好的分布，没有存在应力集中点。如果存在原CVC辊形的上扬段曲线（参见图6），辊间接触应力在边部存在应力集中的现象，长时间运行，容易导致轧辊出现疲劳带，严重时候出现疲劳裂纹，裂纹扩展，导致轧辊边部大面积剥落。具体情况参见图5和图6中列举的工况SFT1BF1（窜辊为-150mm、弯辊力为-150t）、SFT2BF1（窜辊为0mm、弯辊力为-150t）和SFT3BF1（窜辊为150mm、弯辊力为-150t）的接触应力分布曲线计算结果。应力集中还会导致轧辊磨损不均匀，局部磨损严重。严重的磨损，会导致板形控制精度下降。

采用本发明的CVC辊形设计方法得到的辊形曲线，在生产现场试验期间，收集了带钢横断面轮廓形状控制结果数据，从横断面控制结果看，新的CVC辊形还可以通过限制一定的窜辊范围，利用辊形边部形状实现带钢边部降的控制，具体效果如图7所示，边降改善效果明显。此CVC辊形设计方法，不仅解决了辊径差与板凸度调控能力相矛盾的问题，而且还增强了CVC辊形改善带钢板形质量的能力。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种CVC工作辊辊形，其特征在于，其辊形的曲线方程如下：

R(x)＝b₆x⁶+b₅x⁵+b₄x⁴+b₃x³+b₂x²+b₁x+b₀

其中，R(x)为工作辊辊身半径差，单位为mm；

x为辊身轴向坐标，坐标原点在轧辊一端，单位为mm；

b₀～b₆为多项式方程的系数，分别为：

b₆＝－2.7408509E-19，b₅＝1.7124869E-15，b₄＝-3.9966217E-12，

b₃＝5.0402811E-09，b₂＝-4.4785878E-06，b₁＝2.3688888E-03，

b₀＝-1.3296257E-02。

2.一种CVC工作辊辊形的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

首先在所述CVC工作辊辊身长度Lw内，从辊身端点开始，到支撑辊辊身长度范围[0,Lb]内，形成一段CVC曲线，然后在所述CVC工作辊辊身长度为Lw－Lb内，形成另一段圆弧曲线，最后将所述一段CVC曲线和所述另一段圆弧曲线经过拟合后得到所述CVC工作辊辊形。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述一段CVC曲线方程如下：

R1(x)＝a₃x³+a₂x²+a₁x+a₀

其中R1(x)为工作辊辊身半径差，单位为mm；

x为辊身轴向坐标，[0,Lb]，单位为mm；

a₀～a₃为CVC辊形方程系数，分别为：

a₀＝5.5067062E-14；a₁＝1.9830730E-03；a₂＝－2.3802470E-06；a₃＝7.4622770E-10。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述一段CVC曲线的轧辊等效凸度范围为[-1.2mm,0.5mm]。

5.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述另一段圆弧曲线方程如下：

R2(y)＝R-(R²-(1-y)²)^1/2

其中，y为所述另一段圆弧曲线所在辊身轴向坐标，原点在工作辊辊身长度Lw坐标处，单位为mm；

R2(y)为工作辊辊身半径差，单位为mm；

R为所述另一段圆弧曲线的半径。

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