CN102744260B - 一种兼顾带钢凸度与边降控制的工作辊及其辊形设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种兼顾带钢凸度与边降控制的工作辊，属于轧钢技术领域。该工作辊的辊形曲线方程为R(x)＝b₆x⁶+b₅x⁵+b₄x⁴+b₃x³+b₂x²+b₁x+b₀,x∈[0,lw]。将该工作辊用于热连轧生产线精轧机组下游机架工作辊轧制硅钢时，抛物线负凸度分段可以弥补轧辊热凸度，锥形曲线分段能够对带钢边降进行控制，能够使得热轧硅钢具有良好的横断面轮廓形状，从而为后续冷轧提供了良好的板形条件，能够提高硅钢板形质量，减少硅钢成品的切边量，提高产品的成材率。同时，本发明还公开了该工作辊的辊形设计方法。

Description

一种兼顾带钢凸度与边降控制的工作辊及其辊形设计方法

技术领域

本发明涉及轧钢技术领域，特别涉及一种用于板形控制的工作辊及其辊形设计方法。

背景技术

由于硅钢片横向厚度差异直接影响到硅钢叠片以后的性能，故用户对硅钢产品的板形质量要求很严格，特别是对横向厚度差的要求非常严格，因此，通常需要在轧制过程中严格控制硅钢的凸度与边降。电工钢下游用户通常要求边降值在10μm以下。电工钢生产的工序长、生产工艺复杂，由于电工钢的板形影响因素多，工序间板形存在很强的遗传性，因此，需要关键环节热轧阶段控制带钢的凸度和边降，从而，为后续的冷轧生产阶段提供良好的初始条件。

目前，用于对带钢板形进行控制主要是通过应用特殊辊形实现的，目前，常用的辊形包括可变凸度形辊CVC，SmartCrown形辊，线性可变凸度LVC形辊，变接触支承辊形辊VCR，川崎工作辊长行程窜动K-WRS形辊等。

其中，CVC形辊将辊形设计为三次或者五次方辊形曲线，曲线呈“S”形，上下工作辊反对称布置，通过轴向窜动改变辊缝的凸度达到板形控制的目的；SmartCrown形辊和LVC形辊也具有与CVC形辊类似的特点，只是板形调控能力不同。但是，CVC形辊、SmartCrown形辊和LVC形辊均无法改变辊间有害接触区对轧辊扰曲变形的影响，也就无法改善带钢边降。VCR形辊可以在一定程度上改善带钢边降，但是，作用并不显著。K-WRS形辊的一端带有直线形锥度，均被此种辊形的轧辊能够通过反对称布置的上下轧辊，轴向窜动对带钢边部进行控制，但是，由于K-WRS形辊的为直线型，锥形也为直线型，因此，在辊过渡位置，存在应力集中的问题，并且，其中部平辊的热膨胀较大，影响带钢横断面的凸度控制，锥形对整体辊缝控制存在负面效应。

公开号为CN1198967的中国专利公开了一种用以影响轧制带材边部板型的方法，该方法通过打磨CVC形辊的重叠使单侧锥形对辊缝主体部分的负面影响进行补偿。公开号为CN10214501的中国专利公开了一种兼顾带钢凸度、边降控制和磨损控制的工作辊及其使用方法，该工作辊辊身的辊形曲线分为3段，包括凸度控制段、边降和磨损控制段，以及，结构工艺段。该两项专利公开的技术方案都是在CVC形辊的端部进行锥形设计，并考虑与CVC形辊过渡，兼顾CVC形辊和锥形辊的供能。但是，为了控制带钢边降，轧辊轴向窜动的行程有一定范围的约束，在超出约束范围后控制效果不理想，公开号为CN1836801的中国专利公开了一种兼顾板形控制和自由规程轧制的工作辊辊辊形，它能够改进直线锥形的设计为四次多项式函数，这种对轧辊磨损辊形的改善能够消除带钢边部的“猫耳朵”形状，实现自由规程轧制。公开号为CN101254508的中国专利公开了一种兼顾带钢边降控制和平坦度控制的工作辊，在平辊的一端磨削呈连续可变锥形，该锥形分为3段，包括边降控制段、切线工艺段和结构锥度段。但是公开号为CN1836801的中国专利公开的辊和公开号为公开号为CN101254508的中国专利公开的辊的中部都依然是平辊，无法避免凸度对板形的影响。公开号为CN201231246的中国专利公开了一种用于控制带钢边缘降的工作辊，该工作辊在平辊形工作辊的两端均磨削圆弧和锥形曲线，并保证圆弧与直线交点处相切。公开号为CN101367092公开了一种控制冷轧钢边降的工作辊技术，该工作辊辊身全长上设计6次多项式辊形，辊形中部平缓，两端急剧跌落，形状类似于VCR辊形，该工作辊能够改善辊系横向刚度。公开号为CN201231246的中国专利公开的工作辊和公开号为CN101367092公开的工作辊适用于冷轧硅钢时的边降控制，但并不适用于热轧。由于热轧过程中，工作辊热辊形能够对带钢板形质量进行控制，因此，需要在辊形设计中加以考虑，进行补偿。在硅钢轧制过程中，由于轧制温度高，在控制带钢边降的同时，还需要兼顾轧辊热凸度对带钢整体凸度的影响。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种兼顾带钢凸度与边降控制的工作辊及其辊形设计方法。

本发明提供的兼顾带钢凸度与边降控制的工作辊的辊形曲线方程为

R(x)＝b₆x⁶+b₅x⁵+b₄x⁴+b₃x³+b₂x²+b₁x+b₀,x∈[0,lw]       （1）

其中，

R(x)，工作辊辊身半径差，mm，

x，辊身轴向坐标，坐标原点在轧辊一端，mm，

b₀、b₁、b₂、b₃、b₄、b₅、b₆，方程（1）的系数，取值范围分别为

b₀的取值范围是[-1.0089544×10^-1，-5.1700674×10^-2]，

b₁的取值范围是[1.0711552×10^-5，1.9948544×10^-5]，

b₂的取值范围是[9.4023495×10^-8，1.1951196×10^-7]，

b₃的取值范围是[-2.1984590×10^-10，-1.5742828×10^-10]，

b₄的取值范围是[-2.0083311×10^-14，1.2677177×10^-13]，

b₅的取值范围是[3.7892350×10^-16，4.3655522×10^-16]，

b₆的取值范围是[-3.8142322×10^-19，-2.5162867×10^-19]，

lw，辊身长度，mm。

作为优选，所述工作辊的窜辊行程的范围为0～50mm。

作为优选，所述工作辊的窜辊步长的范围为5～10mm。

基于本发明提供的兼顾带钢凸度与边降控制的工作辊的辊形设计方法包括以下步骤：

从辊身起始点到辊身终止点设计抛物线负凸度曲线；

从辊身起始点到距离辊身起始点为le的范围内设计高度为he的锥形曲线

y＝a₂x²+a₄x⁴+a₆x⁶,x∈[0,le]         （2）

其中，

y，与辊身起始点相比较的辊身半径差，mm，

x，辊身轴向坐标，mm，

a₂、a₄、a₆，方程（2）的系数，取值范围分别为

a₂的取值范围是[-0.9，0.0]，

a₄的取值范围是[-0.1，0.0]，

a₆的取值是-0.0005，

所述锥形曲线与所述抛物线负凸度曲线的交点为A；

将所述锥形曲线在所述交点A之前的分段与所述抛物线负凸度曲线在所述交点之后的分段连接起来形成一条新曲线；

从所述新曲线上连续描点，对所述连续的点进行多项式拟合，形成本发明提供的兼顾带钢凸度与边降控制的工作辊的辊形曲线方程；

将所述兼顾带钢凸度与边降控制的工作辊的辊形曲线方程描绘出来，即得本发明提供的兼顾带钢凸度与边降控制的工作辊的辊形曲线。

作为优选，所述抛物线负凸度曲线的负凸度的范围为-0.2mm～-0.03mm。

作为优选，所述le的取值为400mm。

作为优选，所述he的取值为0.3mm。

本发明提供的兼顾带钢凸度与边降控制的工作辊的有益效果在于，将该工作辊用于热连轧生产线精轧机组下游机架工作辊轧制硅钢时，抛物线负凸度分段可以弥补轧辊热凸度，锥形曲线分段能够对带钢边降进行控制，能够使得热轧硅钢具有良好的横断面轮廓形状，从而为后续冷轧提供了良好的板形条件，能够提高硅钢板形质量，减少硅钢成品的切边量，提高产品的成材率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的兼顾带钢凸度与边降控制的工作辊及其辊形设计方法示意图；

图2为本发明实施例提供的兼顾带钢凸度与边降控制的工作辊轧辊热凸度实际测量结果示意图；

图3为采用本发明实施例提供的兼顾带钢凸度与边降的工作辊时的有载辊缝形状示意图；

图4为采用本发明实施例提供的兼顾带钢凸度与边降的工作辊时带钢横断面轮廓控制结果示意图；

图5为本发明实施例提供的兼顾带钢凸度与边降的工作辊的下机磨损辊形结果示意图；

图6为采用具有负凸度辊形的工作辊时的有载辊缝形状示意图；

图7为采用具有负凸度辊形的工作辊时带钢横断面轮廓控制结果示意图；

其中，1-锥形曲线，2-负凸度辊形曲线，3-锥形与负凸度辊形的连接曲线，4-锥形与负凸度辊形连接的多项式拟合曲线，5-he，6-le，7-lw。

具体实施方式

为了深入了解本发明，下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。

本发明提供的兼顾带钢凸度与边降控制的工作辊的辊形曲线方程为

R(x)＝b₆x⁶+b₅x⁵+b₄x⁴+b₃x³+b₂x²+b₁x+b₀,x∈[0,lw]       （1）

其中，

R(x)，工作辊辊身半径差，mm，

x，辊身轴向坐标，坐标原点在轧辊一端，mm，

b₀、b₁、b₂、b₃、b₄、b₅、b₆，方程（1）的系数，取值范围分别为

b₀的取值范围是[-1.0089544×10^-1，-5.1700674×10^-2]，

b₁的取值范围是[1.0711552×10^-5，1.9948544×10^-5]，

b₂的取值范围是[9.4023495×10^-8，1.1951196×10^-7]，

b₃的取值范围是[-2.1984590×10^-10，-1.5742828×10^-10]，

b₄的取值范围是[-2.0083311×10^-14，1.2677177×10^-13]，

b₅的取值范围是[3.7892350×10^-16，4.3655522×10^-16]，

b₆的取值范围是[-3.8142322×10^-19，-2.5162867×10^-19]，

lw，辊身长度，mm。

其中，工作辊的窜辊行程的范围可以为0～50mm。

其中，工作辊的窜辊步长的范围可以为5～10mm。

基于本发明提供的兼顾带钢凸度与边降控制的工作辊的辊形设计方法包括以下步骤：

步骤1：从辊身起始点到辊身终止点设计抛物线负凸度曲线。

其中，抛物线负凸度曲线的负凸度的范围可以为-0.2mm～-0.03mm。

步骤2：从辊身起始点到距离辊身起始点为le的范围内设计高度为he的锥形曲线

y＝a₂x²+a₄x⁴+a₆x⁶,x∈[0,le]       （2）

其中，

y，与辊身起始点相比较的辊身半径差，mm，

x，辊身轴向坐标，mm，

a₂、a₄、a₆，方程（2）的系数，取值范围分别为

a₂的取值范围是[-0.9，0.0]，

a₄的取值范围是[-0.1，0.0]，

a₆的取值范围是-0.0005，

锥形曲线与抛物线负凸度曲线的交点为A。

其中，le的取值可以为400mm。

其中，he的取值可以为0.3mm。

步骤3：将锥形曲线在交点A之前的分段与抛物线负凸度曲线在交点之后的分段连接起来形成一条新曲线；

步骤4：从新曲线上连续描点，对连续的点进行多项式拟合，形成本发明提供的兼顾带钢凸度与边降控制的工作辊的辊形曲线方程。

步骤5：将兼顾带钢凸度与边降控制的工作辊的辊形曲线方程描绘出来，即得本发明提供的兼顾带钢凸度与边降控制的工作辊的辊形曲线。

本发明提供的兼顾带钢凸度与边降控制的工作辊的有益效果在于，将该工作辊用于热连轧生产线精轧机组下游机架工作辊轧制硅钢时，抛物线负凸度分段可以弥补轧辊热凸度，锥形曲线分段能够对带钢边降进行控制，能够使得热轧硅钢具有良好的横断面轮廓形状，从而为后续冷轧提供了良好的板形条件，

能够提高硅钢板形质量，减少硅钢成品的切边量，提高产品的成材率。

实施例

参见附图1，实线为本发明实施例提供的兼顾带钢凸度与边降控制的工作辊的辊形曲线方程为

R（x）=（-3.8142322×10^-19）x⁶+（4.3655522×10^-16）x⁵+（1.2677177×10^-13）x⁴+（-2.1984590×10^-10）x³+（1.1951196×10^-7）x²+（1.9948544×10^-5）x+（-1.0089544×10^-1），x∈[0,1880]

其中，

R(x)，工作辊辊身半径差，mm，

x，辊身轴向坐标，坐标原点在轧辊一端，mm。

其中，工作辊的窜辊行程的范围可以为0～50mm。

其中，工作辊的窜辊步长的范围可以为5～10mm。

参见附图1，基于本发明实施例提供的兼顾带钢凸度与边降控制的工作辊的辊形设计方法包括以下步骤：

步骤1：圆形图例表示为从辊身起始点到辊身终止点设计抛物线负凸度曲线。

其中，抛物线负凸度曲线的负凸度的范围可以为-0.2mm～-0.03mm。

步骤2：方形图例表示为从辊身起始点到距离辊身起始点为le的范围内设计高度为he的锥形曲线，其中，le的取值为400mm，he的取值为0.3mm。

y＝(-0.02)x²+(-0.001)x⁴+(-0.0005)x⁶,x∈[0,400]

其中，

y，与辊身起始点相比较的辊身半径差，mm，

x，辊身轴向坐标，mm，

锥形曲线与抛物线负凸度曲线的交点为A。

其中，

步骤3：虚线图例表示将锥形曲线在交点A之前的分段与抛物线负凸度曲线在交点之后的分段连接起来形成一条新曲线。

步骤4：从新曲线上连续描点，对连续的点进行多项式拟合，形成本发明提供的兼顾带钢凸度与边降控制的工作辊的辊形曲线方程。

步骤5：将兼顾带钢凸度与边降控制的工作辊的辊形曲线方程在图1中描绘出来，即得实线图例表示的本发明提供的兼顾带钢凸度与边降控制的工作辊的辊形曲线。

附图2为本发明实施例提供的兼顾带钢凸度与边降控制的工作辊轧辊热凸度实际测量结果示意图。

对比附图3与附图6，可知，点划线表示在弯辊力为0时工作辊下表面扰曲变形形成的辊缝随带钢宽度变化的曲线，虚线表示在弯辊力为75t时工作辊下表面扰曲变形形成的辊缝随带钢宽度变化的曲线，实线表示在弯辊力为150t时工作辊下表面扰曲变形形成的辊缝随带钢宽度变化的曲线。由此可见，采用本发明实施例提供的兼顾带钢凸度与边降控制的工作辊时，有载辊缝的形状比采用具有负凸度辊形的工作辊时的有载辊缝形状有明显改善，并且，随着弯辊力的逐渐增大，带钢边部呈现增厚的趋势，可以说明，本发明实施例提供的兼顾带钢凸度与边降控制的工作辊具有改善带钢边降的控制能力。

对比附图4与附图7，可知，采用本发明实施例提供的兼顾带钢凸度与边降控制的工作辊时，带钢边降明显减小，带钢横断面呈现2次方程形状，使得带钢在具有凸度的同时，不存在大的边降，从而为后续冷轧的板形控制提供了良好的初始条件。

参见附图5，本发明实施例提供的兼顾带钢凸度与边降控制的工作辊的磨损辊形情况良好，具备自保持性，能够延长同宽度硅钢的轧制公里数，提高硅钢的生产效率。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种兼顾带钢凸度与边降控制的工作辊，其特征在于，所述工作辊的辊形曲线方程为

R(x)＝b₆x⁶+b₅x⁵+b₄x⁴+b₃x³+b₂x²+b₁x+b₀,x∈[0,lw]       （1）

其中，

R(x)，工作辊辊身半径差，mm，

x，辊身轴向坐标，坐标原点在轧辊一端，mm，

b₀、b₁、b₂、b₃、b₄、b₅、b₆，方程（1）的系数，取值范围分别为

b₀的取值是-1.0089544×10^-1，

b₁的取值是1.9948544×10^-5，

b₂的取值是1.1951196×10^-7，

b₃的取值是-2.1984590×10^-10，

b₄的取值是1.2677177×10^-13，

b₅的取值是4.3655522×10^-16，

b₆的取值是-3.8142322×10^-19，

lw，辊身长度，mm。

2.根据权利要求1所述的工作辊，其特征在于，所述工作辊的窜辊行程的范围为0～50mm。

3.根据权利要求2所述的工作辊，其特征在于，所述工作辊的窜辊步长的范围为5～10mm。

4.基于本发明提供的兼顾带钢凸度与边降控制的工作辊的辊形设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

从辊身起始点到辊身终止点设计抛物线负凸度曲线；

从辊身起始点到距离辊身起始点为le的范围内设计高度为he的锥形曲线

y＝a₂x²+a₄x⁴+a₆x⁶,x∈[0,le]            （2）

其中，

y，与辊身起始点相比较的辊身半径差，mm，

x，辊身轴向坐标，mm，

a₂、a₄、a₆，方程（2）的系数，取值范围分别为

a₂的取值是-0.02，

a₄的取值是-0.001，

a₆的取值是-0.0005，

所述锥形曲线与所述抛物线负凸度曲线的交点为A；

将所述锥形曲线在所述交点A之前的分段与所述抛物线负凸度曲线在所述交点之后的分段连接起来形成一条新曲线；

从所述新曲线上连续描点，对所述连续的点进行多项式拟合，形成本发明提供的兼顾带钢凸度与边降控制的工作辊的辊形曲线方程；

将所述兼顾带钢凸度与边降控制的工作辊的辊形曲线方程描绘出来，即得权利要求1所述的兼顾带钢凸度与边降控制的工作辊的辊形曲线；

所述抛物线负凸度曲线的负凸度的范围为-0.2mm～-0.03mm。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述le的取值为400mm。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述he的取值为0.3mm。

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