CN103878174B - 一种扩充卷取机能力和消除卷材头部印痕的轧制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种扩充卷取机能力和消除卷材头部印痕的轧制方法，通过多个机架对板带进行轧制，其特征在于：包括以下步骤，步骤101，确认需变规格轧制的板带厚度规格及厚度调节量；步骤102，确定第一机架轧制时的压下量；步骤103，校核第一机架的轧制力；步骤104，计算各个机架需要进行变厚度轧制的板带头部的长度；步骤105，确定各个机架的辊缝调整量，调整各机架的辊缝。本发明便于使用者通过四个机架对板带进行轧制，将板带依次通过第一机架、第二机架、第三机架及第四机架并形成楔形的头部，从而提高卷取机及助卷设备的最大允许卷取厚度，扩充设备能力；消除卷材中部由于带头过厚导致的印痕，提高卷材成品率，提高成材率并减轻损耗。

Description

一种扩充卷取机能力和消除卷材头部印痕的轧制方法

技术领域

本发明涉及金属压力加工技术领域，尤其涉及一种扩充卷取机能力和消除卷材头部印痕的轧制方法。

背景技术

现有技术中，通过热连轧机组轧制金属卷材时，通常需要在成品机架的出口处配置卷取机，卷取机上一般配有助卷带或助卷辊以确保卷材的头部可顺利缠绕于卷取机的卷筒上。当所生产的成品卷厚度超过一定值，且成品卷的屈服强度又比较高时，助卷带或助卷辊通常无法顺利地将卷材的头部弯曲并紧贴在卷取机的卷筒上，从而导致卷取失败。且此类卷成品卷即使能够卷取成功，但由于卷材的头部较厚，在卷取的过程中外圈的卷材通常会留下卷材头部的印痕，直至卷取到若干圈之后，卷材头部的印痕才会逐渐减轻并消失，这严重影响了卷材的表面质量，降低了成材率，同时对助卷带或助卷辊的使用寿命也构成了威胁。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种扩充卷取机能力和消除卷材头部印痕的轧制方法，通过多个机架对板带进行轧制，包括以下步骤，

步骤101，确认需变规格轧制的板带厚度规格及厚度调节量；

步骤102，确定第一机架轧制时的压下量；

步骤103，校核第一机架的轧制力；

步骤104，计算各个机架需要进行变厚度轧制的板带头部的长度；

步骤105，确定各个机架的辊缝调整量，调整各机架的辊缝。

进一步的，所述步骤101中，所述板带头部的厚度调节量h_t的范围取为1至7mm，成品厚度h_tar≥6mm。

进一步的，所述步骤102中，第一机架轧制时，头部顶端的压下量为y′₁＝h₁-h′₂＝h₁-h₂+h_t，其他部分的压下量为y₁＝h₁-h₂，其余机架通过调整辊缝使得头部的厚度差值保持在h_t，其中第一机架的入口厚度为h₁，h₂为第二机架的入口厚度，h′₂为第二机架处的头部最小厚度，h_t为厚度调节量。

进一步的，所述步骤103中，对第一机架进行轧制力校核，如果该轧制力超出了设备允许的极限值，则在减少0.1mm的头部顶端压下量后再进行轧制力校核，如果仍然超限，则继续减少头部顶端压下量0.1mm后再次进行轧制力校核，直到将轧制力保持在允许范围以内。

进一步的，所述步骤104中进一步包括如下步骤：

步骤1041，确认第四机架的变规格轧制长度；

步骤1042，计算第三机架、第二机架及第一机架的变厚度轧制的板带头部长度。

进一步的，所述步骤1041中，轧制过程中卷材的卷芯直径d为610mm，头部报废圈数为内3圈，允许的头部报废长度l₄为铝卷内3圈的长度总和：

l₄＝π·d+π·(d+2h_tar)+π·(d+4h_tar)＝π(3d+6h_tar)

其中，h_tar为卷材的成品厚度；

所述步骤1042中，第三机架的变厚度轧制的板带头部长度l₃为：

$l_3=\frac{l_4\·(2h_{tar}-h_t)}{2h_4-h_t}$

第二机架的板带头部长度l₂和第一机架变厚度轧制的板带头部长度l₁分别为：

$l_2=\frac{l_3\·(2h_4-h_t)}{2h_3-h_t}$

$l_1=\frac{l_2\·(2h_3-h_t)}{2h_2-h_t}.$

进一步的，所述步骤105中进一步包括以下步骤：

步骤1051，调整第一机架辊缝；调整第一机架辊缝，确定调整过程中的轧辊直接接触的带材表面长度x₁、轧辊辊面转过的长度L₁、S_h1为第一机架轧制带材头部时的前滑值、Δh₁为第一机架轧制带材头部时的压下量、轧制带材头部时辊缝增大的时间t₁、辊缝打开过程中的运行速度v_AGC1，所述与轧辊直接接触的带材表面长度x₁为：

$x_1=\sqrt{l_1^2+{h_t}^2}$

轧辊辊面转过的长度L₁为：

$L_1=\frac{x_1}{1+S_{h1}}+\sqrt{{\mathrm{\Δh}}_1\×R}$

其中，S_h1为第一机架轧制带材头部时的前滑值，Δh₁为第一机架轧制带材头部时的压下量，S_h1为最大前滑值S_h1max与最小前滑值S_h1mix的平均值，Δh₁为最大与最小压下量的平均值，即：

$S_{h1min}={\{tan\[\frac{\mathrm{\π}}{8}\sqrt{\frac{h_2}{R}}\·ln\left(\frac{h_2}{h_1}\right)+\frac{1}{2}arctan\sqrt{\frac{h_1}{h_2}-1}\]\}}^2$

$S_{h1max}={\{tan\[\frac{\mathrm{\π}}{8}\sqrt{\frac{h_2^{\′}}{R}}\·ln\left(\frac{h_2^{\′}}{h_1}\right)+\frac{1}{2}arctan\sqrt{\frac{h_1}{h_2^{\′}}-1}\]\}}^2$

$S_{h1}=\frac{1}{2}(S_{h1min}+S_{h1max})$

${\mathrm{\Δh}}_1=\frac{1}{2}(2h_1-2h_2-h_t)$

设轧制带材头部时辊缝增大的时间为t₁，则有t₁＝L₁/v₁。

辊缝打开过程中，运行速度v_AGC1为：

$v_{AGC1}=\frac{s_1-s_1^{\′}}{t_1}.$

进一步的，所述步骤105中进一步包括以下步骤：

步骤1052，调整第二机架辊缝；与轧辊直接接触的带材表面长度x₂为：

$x_2=\sqrt{l_2^2+{h_t}^2}$

轧辊辊面转过的长度L₂为：

$L_2=\frac{x_2}{1+S_{h2}}+\sqrt{{\mathrm{\Δh}}_2\×R}$

其中，S_h2为第二机架轧制带材头部时的前滑值，Δh₂为第二机架轧制带材头部时的压下量，S_h2为最大前滑值S_h2max与最小前滑值S_h2mix的平均值，即：

$S_{h2min}={\{tan\[\frac{\mathrm{\π}}{8}\sqrt{\frac{h_3}{R}}\·ln\left(\frac{h_3}{h_2}\right)+\frac{1}{2}arctan\sqrt{\frac{h_2}{h_3}-1}\]\}}^2$

$S_{h2max}={\{tan\[\frac{\mathrm{\π}}{8}\sqrt{\frac{h_3^{\′}}{R}}\·ln\left(\frac{h_3^{\′}}{h_2^{\′}}\right)+\frac{1}{2}arctan\sqrt{\frac{h_2^{\′}}{h_3^{\′}}-1}\]\}}^2$

$S_{h2}=\frac{1}{2}(S_{h2min}+S_{h2max})$

Δh₂＝h₂-h₃

轧制带材头部时辊缝增大的时间为t₂，则有t₂＝L₂/v₂。

辊缝打开过程中的运行速度v_AGC2为：

$v_{AGC2}=\frac{s_2-s_2^{\′}}{t_2}.$

进一步的，所述步骤105中进一步包括以下步骤：

步骤1053，调整第三机架辊缝；与轧辊直接接触的带材表面长度x₃为：

$x_3=\sqrt{l_3^2+{h_t}^2}$

轧辊辊面转过的长度比为：

$L_3=\frac{x_3}{1+S_{h3}}+\sqrt{{\mathrm{\Δh}}_3\×R}$

其中，S_h3为第三机架轧制带材头部时的前滑值，Δh₃为第三机架轧制带材头部时的压下量，S_h3为最大前滑值S_h3max与最小前滑值S_h3mix的平均值，即：

$S_{h3min}={\{tan\[\frac{\mathrm{\π}}{8}\sqrt{\frac{h_4}{R}}\·ln\left(\frac{h_4}{h_3}\right)+\frac{1}{2}arctan\sqrt{\frac{h_3}{h_4}-1}\]\}}^2$

$S_{h3max}={\{tan\[\frac{\mathrm{\π}}{8}\sqrt{\frac{h_4^{\′}}{R}}\·ln\left(\frac{h_4^{\′}}{h_3^{\′}}\right)+\frac{1}{2}arctan\sqrt{\frac{h_3^{\′}}{h_4^{\′}}-1}\]\}}^2$

$S_{h3}=\frac{1}{2}(S_{h3\min }+S_{h3max})$

Δh₃＝h₃-h₄

轧制带材头部时辊缝增大的时间为t₃，则有t₃＝L₃/v₃。

辊缝打开过程中的运行速度v_AGC3为：

$v_{AGC3}=\frac{s_3-s_3^{\′}}{t_3}.$

进一步的，所述步骤105中进一步包括以下步骤：

步骤1054，调整第四机架辊缝；与轧辊直接接触的带材表面长度x₄为：

$x_4=\sqrt{l_4^2+{h_t}^2}$

轧辊辊面转过的长度比带材的出口长度为：

$L_4=\frac{x_4}{1+S_{h4}}+\sqrt{{\mathrm{\Δh}}_4\×R}$

其中，S_h4为第四机架轧制带材头部时的前滑值，Δh₄为第四机架轧制带材头部时的压下量，S_h4为最大前滑值S_h4max与最小前滑值S_h4mix的平均值，即：

$S_{h4min}={\{tan\[\frac{\mathrm{\π}}{8}\sqrt{\frac{h_{tar}}{R}}\·ln\left(\frac{h_{tar}}{h_4}\right)+\frac{1}{2}arctan\sqrt{\frac{h_4}{h_{tar}}-1}\]\}}^2$

$S_{h4max}={\{tan\[\frac{\mathrm{\π}}{8}\sqrt{\frac{h_{tar}^{\′}}{R}}\·ln\left(\frac{h_{tar}^{\′}}{h_4^{\′}}\right)+\frac{1}{2}arctan\sqrt{\frac{h_4^{\′}}{h_{tar}^{\′}}-1}\]\}}^2$

$S_{h4}=\frac{1}{2}(S_{h4min}+S_{h4max})$

Δh₄＝h₄-h_tar

轧制带材头部时辊缝增大的时间为t₄，则有t₄＝L₄/v₄。

辊缝打开过程中的运行速度v_AGC4为：

本发明提供的扩充卷取机能力和消除卷材头部印痕的轧制方法便于使用者通过四个机架对板带进行轧制，将板带依次通过第一机架、第二机架、第三机架及第四机架并形成楔形的头部，从而提高卷取机及助卷设备的最大允许卷取厚度，扩充设备能力；消除卷材头部在卷材中部由于带头过厚导致的印痕，提高卷材成品率，提高成材率并减轻对助卷设备的损耗。本发明考虑在热连轧机组穿带时，采用依次改变各机架辊缝的方式，对来料板坯的头部进行变规格轧制，使成品板带的头部厚度在固定长度以内均匀地由小逐渐变大。本发明的轧制方法首先确认成品带材的头部厚度调节量及各机架负荷分配的原则，并对第一机架的轧制负荷进行校核。其次，给出各个机架采用变规格轧制的带材头部长度的计算方法以及各个机架的辊缝调整策略。

附图说明

图1是本发明的扩充卷取机能力和消除卷材头部印痕的轧制方法的使用过程示意图。

图2是本发明的扩充卷取机能力和消除卷材头部印痕的轧制方法的各个机架在轧制过程中的状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。

请参阅图1至图2，本发明提供了一种扩充卷取机能力和消除卷材头部印痕的轧制方法，在本实施例中，各符号所代表含义如下：

卷材的成品厚度为h_tar，单位为mm(毫米)；

第一机架的入口厚度为h₁，单位为mm；

第二机架的入口厚度为h₂，头部最小厚度为h′₂，单位为mm；

第三机架的入口厚度为h₃，头部最小厚度为h′₃，单位为mm；

第四机架的入口厚度为h₄，头部最小厚度为h′₄，单位为mm；

为保证以上厚度的第一机架辊缝设定为s₁，头部最小辊缝为s′₁，单位为mm；

第二机架辊缝设定为s₂，头部最小辊缝为s′₂，单位为mm；

第三机架辊缝设定为s₃，头部最小辊缝为s′₃，单位为mm；

第四机架辊缝设定为s₄，头部最小辊缝为s′₄，单位为mm；

第一机架的穿带速度为v₁，单位为m/s(米每秒)；

第二机架的穿带速度为v₂，单位为m/s；

第三机架的穿带速度为v₃，单位为m/s；

第四机架的穿带速度为v₄，单位为m/s；

带材的宽度为W，单位为mm。

本发明的扩充卷取机能力和消除卷材头部印痕的轧制方法包括以下步骤：

步骤101，确认需变规格轧制的板带厚度规格及厚度调节量。

在本实施例中将板带头部的厚度调节量h_t的范围取为1至7mm。现有四机架热连轧机的可轧厚度范围普遍为2至10mm，当成品厚度h_tar≥6mm时可采用本发明所公开的轧制方法，则头部最薄厚度的范围为2至9mm。因此，成品板带头部的最小厚度为h′_tar＝h_tar-h_t。同理，h′₄＝(h₄-h_t)、h′₃＝(h₃-h_t)、h′₂＝(h₂-h_t)。

在本实施例中，选取带材头部的厚度差值为h_t＝4mm；

第一机架的入口厚度为h₁＝26mm，第二机架的入口厚度(即第一机架的出口厚度)为h₂＝19.5mm；则头部最小厚度为h′₂＝h₂-h_t＝15.5mm；第一机架正常辊缝s₁＝17.7mm，头部厚度最小处的辊缝s′₁＝12.6mm；第一机架的穿带速度为v₁＝0.41m/s。

第二机架的入口厚度为h₂＝19.5mm，第三机架的入口厚度(即第二机架的出口厚度)为h₃＝13.9mm；则头部最小厚度为h′₃＝h₃-h_t＝9.9mm；第二机架正常辊缝s₂＝12.4mm，头部厚度最小处的辊缝s′₂＝6.9mm；第二机架的穿带速度为v₂＝0.57m/s。

第三机架的入口厚度为h₃＝13.9mm，第四机架的入口厚度(即第三机架的出口厚度)为h₃＝10.3mm；则头部最小厚度为h′₄＝h₄-h_t＝6.3mm；第三机架正常辊缝s₃＝9.2mm，头部厚度最小处的辊缝s′₃＝4.5mm；第三机架的穿带速度为v₃＝0.77m/s。

第四机架的入口厚度为h₄＝10.3mm，成品厚度h_tar＝8mm；则头部最小厚度为h′_tar＝h_tar-h_t＝4.1mm；第四机架正常辊缝s₄＝6.8mm，头部厚度最小处的辊缝s′₄＝3.1mm；第四机架的穿带速度为v₄＝1m/s。

步骤102，确定第一机架轧制时的压下量。

四机架热连轧机包括第一机架2、第二机架3、第三机架4、第四机架5。四机架热连轧机用于对带材1进行轧制，所述带材1经过轧制后形成带材1头部的楔形段6。

则第一机架2轧制时，头部顶端的压下量为y′₁＝h₁-h′₂＝h₁-h₂+h_t，其他部分的压下量为y₁＝h₁-h₂，压下量的波动范围为[h₁-h′₂,h₁-h₂]。剩余机架只需要通过调整辊缝使得头部的厚度差值保持在h_t即可，h_t的数值在步骤103中需进行再次校核后得到。因此，在轧制过程中，第二、三、四机架的辊缝虽然发生了辊缝变化，但压下量始终是恒定的。在本实施例中，第一机架轧制时，头部顶端的压下量为y′₁＝h₁-h′₂＝26-19.5+h_t＝6.5+h_tmm，其他部分的压下量为y₁＝h₁-h₂＝6.5mm，压下量的波动范围为[6.5-h_t,6.5]。可以理解的是，所述步骤102可实施于步骤103之前，也可实施于步骤102之后。

步骤103，校核第一机架的轧制力；

如前所述，第一机架头部顶端的压下量与正常轧制部分的压下量的差值为h_t，即厚度调节量为h_t。因此需要进行额外的轧制力校核，防止轧制带材头部顶端时的压下量过大导致负荷超出设备承受极限。如果该轧制力超出了设备允许的极限值，则在减少0.1mm的头部顶端压下量后，即令第一机架头部顶端的压下量与正常轧制部分的压下量的差值为h_t-0.1后，再进行轧制力校核，如果仍然超限，则继续减少头部顶端压下量0.1mm，反复计算直到将轧制力保持在允许范围以内。并由此可确定带材头部厚度变化的值h_t。

在本实施例中，第一机架的头部最小厚度处的厚度值为h′₂＝15.5mm，则需校核压下量为h₁-h′₂＝26-15.5＝10.5mm时的轧机负荷。由计算可知，当第一机架的压下量为10.5mm时的轧制力为4053吨，而第一机架所能承受的最大轧制力为4000吨，说明压下量过大导致轧制力超限。将厚度的变化量调整为h_t＝4-0.1＝3.9mm，则第一机架的头部最大压下量由10.5mm变为10.4mm，再次进行轧制力计算可知轧制力降为3960吨，未超出轧机的设备能力极限。则h_t＝3.9mm。由于h_t发生了变化，引起其他各参数也相应的发生了如下变化：s′₁＝12.7mm、h′₂＝h₂-h_t＝15.6mm、s′₂＝7mm、h′₃＝h₃-h_t＝10mm、s′₃＝4.6mm、h′₄＝h₄-h_t＝6.3mm、s′₄＝3.2mm。

步骤104，计算各个机架需要进行变厚度轧制的板带头部的长度，如图2所示。由于采用变规格轧制的头部部分的厚度是变化的，一般只能报废，但变规格的板带头部长度不能超过铝加工行业普遍认可的头部报废长度，否则将会造成额外的报废长度。可采用从第四机架向第一机架倒推的方式进行。所述步骤104中进一步包括如下步骤：

步骤1041，首先确认第四机架的变规格轧制长度。铝合金卷材的卷芯直径d为610mm。铝加工行业内普遍认可的头部报废圈数为内3圈，因此允许的头部报废长度l₄为铝卷内3圈的长度总和：

l₄＝π·d+π·(d+2h_tar)+π·(d+4h_tar)＝π(3d+6h_tar)

则认定第四机架变厚度轧制的板带头部长度为l₄。

允许的头部报废长度l₄为铝卷内3圈的长度总和为：

l₄＝π(3d+6h_tar)＝3.14×(3×610+6×8)＝5896.9mm

步骤1042，计算第三机架、第二机架及第一机架的变厚度轧制的板带头部长度l₃。由于变规格部分金属的体积不变，第三机架的变厚度轧制的板带头部长度l₃为：

$\frac{1}{2}{l}_4\·(2h_{tar}-h_t)\·W=\frac{1}{2}{l}_3\·(2h_4-h_t)\·W$

经变换为：

$l_3=\frac{l_4\·(2h_{tar}-h_t)}{2h_4-h_t}$

同理，第二和第一机架变厚度轧制的板带头部长度l₂和l₁分别为：

$l_2=\frac{l_3\·(2h_4-h_t)}{2h_3-h_t}$

$l_1=\frac{l_2\·(2h_3-h_t)}{2h_2-h_t}$

在本实施例中，第三机架的变厚度轧制的板带头部长度l₃为：

$l_3=\frac{l_4\·(2h_{tar}-h_t)}{2h_4-h_t}=\frac{5896.9\×(2\×8-3.9)}{2\×10.3-3.9}=4272.6mm$

同理，第二和第一机架变厚度轧制的板带头部长度l₂和l₁分别为：

$l_2=\frac{l_3\·(2h_4-h_t)}{2h_3-h_t}=\frac{4272.6\×(2\×10.3-3.9)}{2\×13.9-3.9}=2985.5mm$

$l_1=\frac{l_2\·(2h_3-h_t)}{2h_2-h_t}=\frac{2985.5\×(2\×13.9-3.9)}{2\×19.5-4}=2032.9mm$

步骤105，确定各个机架的辊缝调整量，调整各机架的辊缝。

所述步骤105中进一步包括以下步骤：

步骤1051，调整第一机架辊缝，确定调整过程中的轧辊直接接触的带材表面长度x₁、轧辊辊面转过的长度L₁、S_h1为第一机架轧制带材头部时的前滑值、Δh₁为第一机架轧制带材头部时的压下量、轧制带材头部时辊缝增大的时间t₁、辊缝打开过程中的运行速度v_AGC1；

穿带过程中，第一机架的辊缝由s′₁变化至s₁。带材头部变规格轧制的长度为l₁，如图1所示，则与轧辊直接接触的带材表面长度x₁为：

$x_1=\sqrt{l_1^2+{h_t}^2}$

轧制过程中，由于前滑的存在，轧辊辊面转过的长度L₁比带材的出口长度要略长，为：

$L_1=\frac{x_1}{1+S_{h1}}+\sqrt{{\mathrm{\Δh}}_1\×R}$

其中，S_h1为第一机架轧制带材头部时的前滑值，Δh₁为第一机架轧制带材头部时的压下量。由于此时轧机辊缝在不断增大，因此前滑值和压下量都为始终变化的值，S_h1为最大前滑值与最小前滑值的平均值，Δh₁为最大与最小压下量的平均值，即：

$S_{h1min}={\{tan\[\frac{\mathrm{\π}}{8}\sqrt{\frac{h_2}{R}}\·ln\left(\frac{h_2}{h_1}\right)+\frac{1}{2}arctan\sqrt{\frac{h_1}{h_2}-1}\]\}}^2$

$S_{h1max}={\{tan\[\frac{\mathrm{\π}}{8}\sqrt{\frac{h_2^{\′}}{R}}\·ln\left(\frac{h_2^{\′}}{h_1}\right)+\frac{1}{2}arctan\sqrt{\frac{h_1}{h_2^{\′}}-1}\]\}}^2$

$S_{h1}=\frac{1}{2}(S_{h1min}+S_{h1max})$

${\mathrm{\Δh}}_1=\frac{1}{2}(2h_1-2h_2-h_t)$

设轧制带材头部时辊缝增大的时间为t₁，单位为s。则有t₁＝L₁/v₁。

辊缝打开过程中，AGC液压缸的运行速度v_AGC1为：

$v_{AGC1}=\frac{s_1-s_1^{\′}}{t_1}$

在本实施例中，与轧辊直接接触的带材表面长度x₁为：

$x_1=\sqrt{l_1^2+{h_t}^2}=\sqrt{{2032.9}^2+{3.9}^2}\≈2032.9mm$

S_h1为最大前滑值S_h1max与最小前滑值S_h1mix的平均值，Δh₁为最大与最小压下量的平均值，即：

$S_{h1min}={\{tan\[\frac{\mathrm{\π}}{8}\sqrt{\frac{19.5}{400}}\·ln\left(\frac{19.5}{26}\right)+\frac{1}{2}arctan\sqrt{\frac{26}{19.5}-1}\]\}}^2=0.071$

$S_{h1max}={\{tan\[\frac{\mathrm{\π}}{8}\sqrt{\frac{15.6}{400}}\·ln\left(\frac{15.6}{26}\right)+\frac{1}{2}arctan\sqrt{\frac{26}{15.6}-1}\]\}}^2=0.127$

$S_{h1}=\frac{1}{2}(S_{h1min}+S_{h1max})=\frac{1}{2}(0.071+0.127)=0.099$

${\mathrm{\Δh}}_1=\frac{1}{2}(2h_1-2h_2-h_t)=\frac{1}{2}(2\×26-2\×19.5-3.9)=4.55mm$

轧制过程中，由于前滑的存在，轧辊辊面转过的长度比带材的出口长度要略长，其计算式经推导为：

$L_1=\frac{x_1}{1+S_{h1}}+\sqrt{{\mathrm{\Δh}}_1\×R}=\frac{2032.9}{1+0.099}+\sqrt{4.55\×400}=1892.46mm$

设轧制带材头部时辊缝增大的时间为t₁，单位为s。则有t₁＝1892.46/410＝4.62s。

辊缝打开过程中，AGC液压缸的运行速度v_AGC1为：

$v_{AGC1}=\frac{s_1-s_1^{\′}}{t_1}=\frac{17.7-12.7}{4.62}=1.08mm/s$

步骤1052，调整第二机架辊缝，与步骤1051类似；

穿带过程中，第二机架的辊缝由s′₂变化至s₂。带材头部变规格轧制的长度为l₂，则与轧辊直接接触的带材表面长度x₂为：

$x_2=\sqrt{l_2^2+{h_t}^2}$

轧制过程中，由于前滑的存在，轧辊辊面转过的长度L₂比带材的出口长度要略长，其计算式经推导为：

$L_2=\frac{x_2}{1+S_{h2}}+\sqrt{{\mathrm{\Δh}}_2\×R}$

其中，S_h2为第二机架轧制带材头部时的前滑值，Δh₂为第二机架轧制带材头部时的压下量。轧机辊缝在不断变化，因此前滑值为变化的值，但压下量为固定不变的值，即：

$S_{h2min}={\{tan\[\frac{\mathrm{\π}}{8}\sqrt{\frac{h_3}{R}}\·ln\left(\frac{h_3}{h_2}\right)+\frac{1}{2}arctan\sqrt{\frac{h_2}{h_3}-1}\]\}}^2$

$S_{h2max}={\{tan\[\frac{\mathrm{\π}}{8}\sqrt{\frac{h_3^{\′}}{R}}\·ln\left(\frac{h_3^{\′}}{h_2^{\′}}\right)+\frac{1}{2}arctan\sqrt{\frac{h_2^{\′}}{h_3^{\′}}-1}\]\}}^2$

$S_{h2}=\frac{1}{2}(S_{h2min}+S_{h2max})$

Δh₂＝h₂-h₃

轧制带材头部时辊缝增大的时间为t₂，单位为s。则有t₂＝L₂/v₂。

辊缝打开过程中，AGC液压缸的运行速度v_AGC2为：

$v_{AGC2}=\frac{s_2-s_2^{\′}}{t_2}$

在本实施例中，与轧辊直接接触的带材表面长度x₂为：

$x_2=\sqrt{{2985.5}^2+{3.9}^2}\≈2985.5mm$

设S_h2为第二机架轧制带材头部时的前滑值，Δh₂为第二机架轧制带材头部时的压下量：

$S_{h2min}={\{tan\[\frac{\mathrm{\π}}{8}\sqrt{\frac{13.9}{400}}\·ln\left(\frac{13.9}{19.5}\right)+\frac{1}{2}arctan\sqrt{\frac{19.5}{13.9}-1}\]\}}^2=0.084$

$S_{h2\max }={\left\{\tan \[\frac{\mathrm{\π}}{8}\sqrt{\frac{10}{400}}\·\ln \left(\frac{10}{19.5}\right)+\frac{1}{3}\arctan \sqrt{\frac{19.5}{10}-1}\]\right\}}^2=0.165$

$S_{h2}=\frac{1}{2}(S_{h2min}+S_{h2max})=\frac{1}{2}(0.084+0.165)=0.125$

Δh₂＝h₂-h₃＝19.5-13.9＝5.6mm

轧制过程中，由于前滑的存在，轧辊辊面转过的长度L₂比带材的出口长度要略长，其计算式经推导为：

$L_2=\frac{x_2}{1+S_{h2}}+\sqrt{{\mathrm{\Δh}}_2\×R}=\frac{2985.5}{1+0.125}+\sqrt{5.6\×400}=2701.1mm$

设轧制带材头部时辊缝增大的时间为t₂，单位为s。则有t₂＝2701.1/410＝6.59s。

辊缝打开过程中，AGC液压缸的运行速度v_AGC1为：

$v_{AGC2}=\frac{s_2-s_2^{\′}}{t_2}=\frac{12.4-7}{6.59}=0.82mm/s$

步骤1053，调整第三机架辊缝，与步骤1051类似：

穿带过程中，第三机架的辊缝由s′₃变化至s₃。带材头部变规格轧制的长度为l₃，则与轧辊直接接触的带材表面长度x₃为：

$x_3=\sqrt{l_3^2+{h_t}^2}$

轧制过程中，由于前滑的存在，轧辊辊面转过的长度比带材的出口长度要略长，其计算式经推导为：

$L_3=\frac{x_3}{1+S_{h3}}+\sqrt{{\mathrm{\Δh}}_3\×R}$

其中，S_h3为第三机架轧制带材头部时的前滑值，Δh₃为第三机架轧制带材头部时的压下量。前滑值和压下量的计算方法为：

$S_{h3min}={\{tan\[\frac{\mathrm{\π}}{8}\sqrt{\frac{h_4}{R}}\·ln\left(\frac{h_4}{h_3}\right)+\frac{1}{2}arctan\sqrt{\frac{h_3}{h_4}-1}\]\}}^2$

$S_{h3max}={\{tan\[\frac{\mathrm{\π}}{8}\sqrt{\frac{h_4^{\′}}{R}}\·ln\left(\frac{h_4^{\′}}{h_3^{\′}}\right)+\frac{1}{2}arctan\sqrt{\frac{h_3^{\′}}{h_4^{\′}}-1}\]\}}^2$

$S_{h3}=\frac{1}{2}(S_{h3\min }+S_{h3max})$

Δh₃＝h₃-h₄

轧制带材头部时辊缝增大的时间为t₃，单位为s。则有t₃＝L₃/v₃。

辊缝打开过程中，AGC液压缸的运行速度v_AGC3为：

$v_{AGC3}=\frac{s_3-s_3^{\′}}{t_3}$

在本实施例中，与轧辊直接接触的带材表面长度x₃为：

$x_3=\sqrt{{4272.6}^2+{3.9}^2}\≈4272.6mm$

设S_h3为第二机架轧制带材头部时的前滑值，Δh₃为第二机架轧制带材头部时的压下量。由于此时轧机辊缝在不断增大，因此前滑值和压下量都为始终变化的值，S_h3为最大前滑值与最小前滑值的平均值，Δh₃为最大与最小压下量的平均值，即：

$S_{h3min}={\{tan\[\frac{\mathrm{\π}}{8}\sqrt{\frac{10.3}{400}}\·ln\left(\frac{10.3}{13.9}\right)+\frac{1}{2}arctan\sqrt{\frac{13.9}{10.3}-1}\]\}}^2=0.075$

$S_{h3max}={\{tan\[\frac{\mathrm{\π}}{8}\sqrt{\frac{6.4}{400}}\·ln\left(\frac{6.4}{13.9}\right)+\frac{1}{2}arctan\sqrt{\frac{13.9}{6.4}-1}\]\}}^2=0.192$

$S_{h3}=\frac{1}{2}(S_{h3min}+S_{h3max})=\frac{1}{2}(0.192+0.075)=0.134$

Δh₃＝h₃-h₄＝13.9-10.3＝3.6mm

轧制过程中，由于前滑的存在，轧辊辊面转过的长度L₃比带材的出口长度要略长，为：

$L_3=\frac{x_3}{1+S_{h3}}+\sqrt{{\mathrm{\Δh}}_3\×R}=\frac{4272.6}{1+0.134}+\sqrt{3.6\×400}=3805.7mm$

设轧制带材头部时辊缝增大的时间为t₃，单位为s。则有t₃＝3805.7/570＝6.68s。

辊缝打开过程中，AGC液压缸的运行速度v_AGC3为：

$v_{AGC3}=\frac{s_3-s_3^{\′}}{t_3}=\frac{9.2-4.6}{6.68}=0.69mm/s$

步骤1054，调整第四机架辊缝，与步骤1051类似：

穿带过程中，第三机架的辊缝由s′₄变化至s₄。带材头部变规格轧制的长度为l₄，则与轧辊直接接触的带材表面长度x₄为：

$x_4=\sqrt{l_4^2+{h_t}^2}$

轧制过程中，由于前滑的存在，轧辊辊面转过的长度比带材的出口长度要略长，其计算式经推导为：

$L_4=\frac{x_4}{1+S_{h4}}+\sqrt{{\mathrm{\Δh}}_4\×R}$

其中，S_h4为第四机架轧制带材头部时的前滑值，Δh₄为第四机架轧制带材头部时的压下量。前滑值和压下量的计算方法为：

$S_{h4min}={\{tan\[\frac{\mathrm{\π}}{8}\sqrt{\frac{h_{tar}}{R}}\·ln\left(\frac{h_{tar}}{h_4}\right)+\frac{1}{2}arctan\sqrt{\frac{h_4}{h_{tar}}-1}\]\}}^2$

$S_{h4\max }={\{tan\[\frac{\mathrm{\π}}{8}\sqrt{\frac{h_{tar}^{\′}}{R}}\·ln\left(\frac{h_{tar}^{\′}}{h_4^{\′}}\right)+\frac{1}{2}arctan\sqrt{\frac{h_4^{\′}}{h_{tar}^{\′}}-1}\]\}}^2$

$S_{h4}=\frac{1}{2}(S_{h4min}+S_{h4max})$

Δh₄＝h₄-h_tar

轧制带材头部时辊缝增大的时间为t₄，单位为s。则有t₄＝L₄/v₄。

辊缝打开过程中，AGC液压缸的运行速度v_AGC4为：

$v_{AGC4}=\frac{s_4-s_4^{\′}}{t_4}$

在本实施例中，与轧辊直接接触的带材表面长度x₄为：

$x_4=\sqrt{{5896.9}^2+{3.9}^2}\≈5897mm$

设S_h4为第二机架轧制带材头部时的前滑值，Δh₄为第二机架轧制带材头部时的压下量。由于此时轧机辊缝在不断增大，因此前滑值和压下量都为始终变化的值，S_h4为最大前滑值与最小前滑值的平均值，Δh₃为最大与最小压下量的平均值，即：

$S_{h4min}={\{tan\[\frac{\mathrm{\π}}{8}\sqrt{\frac{8}{400}}\·ln\left(\frac{8}{10.3}\right)+\frac{1}{2}arctan\sqrt{\frac{10.3}{8}-1}\]\}}^2=0.063$

$S_{h4\max }={\{tan\[\frac{\mathrm{\π}}{8}\sqrt{\frac{4.1}{400}}\·ln\left(\frac{4.1}{10.3}\right)+\frac{1}{2}arctan\sqrt{\frac{10.3}{4.1}-1}\]\}}^2=0.226$

$S_{h4}=\frac{1}{2}(S_{h4min}+S_{h4max})=\frac{1}{2}(0.226+0.063)=0.145$

Δh₄＝h₄-h_tar＝10.3-8＝2.3mm

轧制过程中，由于前滑的存在，轧辊辊面转过的长度比带材的出口长度要略长，其计算式经推导为：

$L_4=\frac{x_4}{1+S_{h4}}+\sqrt{{\mathrm{\Δh}}_4\×R}=\frac{5897}{1+0.145}+\sqrt{2.3\×400}=5180.6mm$

设轧制带材头部时辊缝增大的时间为t₄，单位为s。则有t₄＝5180.6/1000＝5.18s。

辊缝打开过程中，AGC液压缸的运行速度v_AGC4为：

$v_{AGC4}=\frac{s_4-s_4^{\′}}{t_4}=\frac{6.8-3.2}{5.18}=0.69mm/s$

本发明提供的扩充卷取机能力和消除卷材头部印痕的轧制方法便于使用者通过四个机架对板带进行轧制，将板带依次通过第一机架、第二机架、第三机架及第四机架并形成楔形的头部，从而提高卷取机及助卷设备的最大允许卷取厚度，扩充设备能力；消除卷材头部在卷材中部由于带头过厚导致的印痕，提高卷材成品率，提高成材率并减轻对助卷设备的损耗，本发明考虑在热连轧机组穿带时，采用依次改变各机架辊缝的方式，对来料板坯的头部进行变规格轧制，使成品板带的头部厚度在固定长度以内均匀地由小逐渐变大。本发明的轧制方法首先确认成品带材的头部厚度调节量及各机架负荷分配的原则，并对第一机架的轧制负荷进行校核。其次，给出各个机架采用变规格轧制的带材头部长度的计算方法以及各个机架的辊缝调整策略。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种扩充卷取机能力和消除卷材头部印痕的轧制方法，依次通过第一机架、第二机架、第三机架及第四机架对板带进行轧制，其特征在于：包括以下步骤，

步骤101，确认需变规格轧制的板带厚度规格及厚度调节量；

步骤102，确定第一机架轧制时的压下量，所述第一机架轧制时，头部顶端的压下量为y′₁＝h₁-h′₂＝h₁-h₂+h_t，其他部分的压下量为y₁＝h₁-h₂，其余机架通过调整辊缝使得头部的厚度差值保持在h_t，其中第一机架的入口厚度为h₁，h₂为第二机架的入口厚度，h′₂为第二机架处的头部最小厚度，h_t为厚度调节量；

步骤103，校核第一机架的轧制力；

步骤104，计算各个机架需要进行变厚度轧制的板带头部的长度；

步骤105，确定各个机架的辊缝调整量，调整各机架的辊缝。

2.根据权利要求1所述扩充卷取机能力和消除卷材头部印痕的轧制方法，其特征在于：所述步骤101中，所述板带头部的厚度调节量h_t的范围取为1至7mm，成品厚度h_tar≥6mm。

3.根据权利要求1所述扩充卷取机能力和消除卷材头部印痕的轧制方法，其特征在于：所述步骤103中，对第一机架进行轧制力校核，如果该轧制力超出了设备允许的极限值，则在减少0.1mm的头部顶端压下量后再进行轧制力校核，如果仍然超限，则继续减少头部顶端压下量0.1mm后再次进行轧制力校核，直到将轧制力保持在允许范围以内。

4.根据权利要求1所述扩充卷取机能力和消除卷材头部印痕的轧制方法，其特征在于：所述步骤104中进一步包括如下步骤：

步骤1041，确认第四机架的变规格轧制长度；

步骤1042，计算第三机架、第二机架及第一机架的变厚度轧制的板带头部长度。

5.根据权利要求4所述扩充卷取机能力和消除卷材头部印痕的轧制方法，其特征在于：所述步骤1041中，轧制过程中卷材的卷芯直径d为610mm，头部报废圈数为内3圈，允许的头部报废长度l₄为铝卷内3圈的长度总和：

l₄＝π·d+π·(d+2h_tar)+π·(d+4h_tar)＝π(3d+6h_tar)

其中，h_tar为卷材的成品厚度；

所述步骤1042中，第三机架的变厚度轧制的板带头部长度l₃为：

$l_3=\frac{l_4\·(2h_{tar}-h_t)}{2h_4-h_t}$

第二机架的板带头部长度l₂和第一机架变厚度轧制的板带头部长度l₁分别为：

$l_2=\frac{l_3\·(2h_4-h_t)}{2h_3-h_t}$

$l_1=\frac{l_2\·(2h_3-h_t)}{2h_2-h_t}$

其中，h₃为第三机架入口厚度，h₄为第四机架入口厚度。

6.根据权利要求5所述扩充卷取机能力和消除卷材头部印痕的轧制方法，其特征在于：所述步骤105中进一步包括以下步骤：

步骤1051，调整第一机架辊缝；调整第一机架辊缝，确定调整过程中的轧辊直接接触的带材表面长度x₁、轧辊辊面转过的长度L₁、S_h1为第一机架轧制带材头部时的前滑值、Δh₁为第一机架轧制带材头部时的压下量、轧制带材头部时辊缝增大的时间t₁、辊缝打开过程中的运行速度v_AGC1，所述与轧辊直接接触的带材表面长度x₁为：

$x_1=\sqrt{l_1^2+{h_t}^2}$

轧辊辊面转过的长度L₁为：

$L_1=\frac{x_1}{1+S_{h1}}+\sqrt{{\mathrm{\Δh}}_1\×R}$

其中，S_h1为第一机架轧制带材头部时的前滑值，Δh₁为第一机架轧制带材头部时的压下量，S_h1为最大前滑值S_h1max与最小前滑值S_h1mix的平均值，Δh₁为最大与最小压下量的平均值，即：

$S_{h1\min }={\{tan\[\frac{\mathrm{\π}}{8}\sqrt{\frac{h_2}{R}}\·ln\left(\frac{h_2}{h_1}\right)+\frac{1}{2}arctan\sqrt{\frac{h_1}{h_2}-1}\]\}}^2$

$S_{h1max}={\{tan\[\frac{\mathrm{\π}}{8}\sqrt{\frac{h_2^{\′}}{R}}\·ln\left(\frac{h_2^{\′}}{h_1}\right)+\frac{1}{2}arctan\sqrt{\frac{h_1}{h_2^{\′}}-1}\]\}}^2$

$S_{h1}=\frac{1}{2}(S_{h1min}+S_{h1max})$

${\mathrm{\Δh}}_1=\frac{1}{2}(2h_1-2h_2-h_t)$

设轧制带材头部时辊缝增大的时间为t₁，则有t₁＝L₁/v₁

辊缝打开过程中，运行速度v_AGC1为：

$v_{AGC1}=\frac{s_1-s_1^{\′}}{t_1}$

其中，s₁为第一机架辊缝，s′₁为第一机架头部最小辊缝，v₁为第一机架的穿带速度。

7.根据权利要求6所述扩充卷取机能力和消除卷材头部印痕的轧制方法，其特征在于：所述步骤105中进一步包括以下步骤：

步骤1052，调整第二机架辊缝；与轧辊直接接触的带材表面长度x₂为：

$x_2=\sqrt{l_2^2+{h_t}^2}$

轧辊辊面转过的长度L₂为：

$L_2=\frac{x_2}{1+S_{h2}}+\sqrt{{\mathrm{\Δh}}_2\×R}$

其中，S_h2为第二机架轧制带材头部时的前滑值，Δh₂为第二机架轧制带材头部时的压下量，S_h2为最大前滑值S_h2max与最小前滑值S_h2mix的平均值，即：

$S_{h2\min }={\{tan\[\frac{\mathrm{\π}}{8}\sqrt{\frac{h_3}{R}}\·ln\left(\frac{h_3}{h_2}\right)+\frac{1}{2}arctan\sqrt{\frac{h_2}{h_3}-1}\]\}}^2$

$S_{h2max}={\{tan\[\frac{\mathrm{\π}}{8}\sqrt{\frac{h_3^{\′}}{R}}\·ln\left(\frac{h_3^{\′}}{h_2^{\′}}\right)+\frac{1}{2}arctan\sqrt{\frac{h_2^{\′}}{h_3^{\′}}-1}\]\}}^2$

$S_{h2}=\frac{1}{2}(S_{h2min}+S_{h2max})$

Δh₂＝h₂-h₃

其中h′₃为第三机架的头部最小厚度，

轧制带材头部时辊缝增大的时间为t₂，则有t₂＝L₂/v₂

辊缝打开过程中的运行速度v_AGC2为：

$v_{AGC2}=\frac{s_2-s_2^{\′}}{t_2}$

其中s₂为第二机架辊缝，s′₂为第二机架头部最小辊缝，v₂为第二机架的穿带速度。

8.根据权利要求7所述扩充卷取机能力和消除卷材头部印痕的轧制方法，其特征在于：所述步骤105中进一步包括以下步骤：

步骤1053，调整第三机架辊缝；与轧辊直接接触的带材表面长度x₃为：

$x_3=\sqrt{l_3^2+{h_t}^2}$

轧辊辊面转过的长度为：

$L_3=\frac{x_3}{1+S_{h3}}+\sqrt{{\mathrm{\Δh}}_3\×R}$

其中，S_h3为第三机架轧制带材头部时的前滑值，Δh₃为第三机架轧制带材头部时的压下量，S_h3为最大前滑值S_h3max与最小前滑值S_h3mix的平均值，即：

$S_{h3\min }={\{tan\[\frac{\mathrm{\π}}{8}\sqrt{\frac{h_4}{R}}\·ln\left(\frac{h_4}{h_3}\right)+\frac{1}{2}arctan\sqrt{\frac{h_3}{h_4}-1}\]\}}^2$

$S_{h3max}={\{tan\[\frac{\mathrm{\π}}{8}\sqrt{\frac{h_4^{\′}}{R}}\·ln\left(\frac{h_4^{\′}}{h_3^{\′}}\right)+\frac{1}{2}arctan\sqrt{\frac{h_3^{\′}}{h_4^{\′}}-1}\]\}}^2$

$S_{h3}=\frac{1}{2}(S_{h3min}+S_{h3max})$

Δh₃＝h₃-h₄

其中h′₄为第四机架的头部最小厚度，

轧制带材头部时辊缝增大的时间为t₃，则有t₃＝L₃/v₃

辊缝打开过程中的运行速度v_AGC3为：

$v_{AGC3}=\frac{s_3-s_3^{\′}}{t_3}$

其中s₃为第三机架辊缝，s′₃为第三机架头部最小辊缝，v₃为第三机架的穿带速度。

9.根据权利要求8所述扩充卷取机能力和消除卷材头部印痕的轧制方法，其特征在于：所述步骤105中进一步包括以下步骤：

步骤1054，调整第四机架辊缝；与轧辊直接接触的带材表面长度x₄为：

$x_4=\sqrt{l_4^2+{h_t}^2}$

轧辊辊面转过的长度为：

$L_4=\frac{x_4}{1+S_{h4}}+\sqrt{{\mathrm{\Δh}}_4\×R}$

其中，S_h4为第四机架轧制带材头部时的前滑值，Δh₄为第四机架轧制带材头部时的压下量，S_h4为最大前滑值S_h4max与最小前滑值S_h4mix的平均值，即：

$S_{h4\min }={\{tan\[\frac{\mathrm{\π}}{8}\sqrt{\frac{h_{tar}}{R}}\·ln\left(\frac{h_{tar}}{h_4}\right)+\frac{1}{2}arctan\sqrt{\frac{h_4}{h_{tar}}-1}\]\}}^2$

$S_{h4\max }={\{\tan \[\frac{\mathrm{\π}}{8}\sqrt{\frac{h_{tar}^{\′}}{R}}\·\ln \left(\frac{h_{tar}^{\′}}{h_4^{\′}}\right)+\frac{1}{2}\arctan \sqrt{\frac{h_4^{\′}}{h_{tar}^{\′}}-1}\]\}}^2$

$S_{h4}=\frac{1}{2}(S_{h4min}+S_{h4max})$

Δh₄＝h₄-h_tar

其中h′_tar为成品头部最小厚度，

轧制带材头部时辊缝增大的时间为t₄，则有t₄＝L₄/v₄

辊缝打开过程中的运行速度v_AGC4为：

$v_{AGC4}=\frac{s_4-s_4^{\′}}{t_4}$

其中s₄为第四机架辊缝，s′₄为第四机架头部最小辊缝，v₄为第四机架的穿带速度。