CN103949475B - 一种兼顾带钢边降控制和凸度控制的工作辊 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种兼顾带钢边降控制和凸度控制的工作辊，该工作辊主要包含三段辊形：第一段为凸度控制段，第二段为边降控制段，第三段为直线段。其中，边降控制段在两端与凸度控制段和直线段分别相切，实现工作辊曲线的光滑过渡。凸度控制段采用正弦曲线函数形式，加强对中心凸度的有效控制；边降控制段采用圆弧曲线，实现边降控制段锥度角随锥度段长度的增加而增加，近似呈现线性规律变化，易于实现对边降进行有效控制；边降控制段与直线段相切，可以减少工作辊的磨削量，有利于辊形的磨削加工。在控制边降和中心凸度的同时，由于工作辊的凸度控制段采用正弦曲线函数形式，中心凸度在工作辊轴向窜辊过程中波动程度较小，有利于实际生产中对凸度的控制。

Description

一种兼顾带钢边降控制和凸度控制的工作辊

技术领域

本发明涉及一种板带轧制生产中用于板形控制的轧辊，特别是冷连轧机带钢边降控制和凸度控制的轧辊。

背景技术

为了改善带钢横截面外形和边部厚度控制水平，进一步提高轧机的成材率，各种类型的轧机纷纷应运而生。目前，在板形控制特别是带钢边降控制领域主要有以下控制方法：K-WRS技术、边部控制辊(EDC辊)技术、工作辊强化冷却(EDC冷却)技术、T-WRS&C轧机技术等。其中：

(1)文献1(Suganuma N，et al.Application of K-WRS mill to coldrolling.Proceedings of the 1985Japanese Spring Conference for Technology ofPlasticity，1985：41～44)报道，K-WRS技术是UCMW轧机采用了K-WRS轧辊，即轧机工作辊使用一端带有倒角的单锥度辊，通过单锥度辊实现对带钢边部进行厚度控制，实际生产中根据工艺的要求控制轧辊的窜动位置，以获得对带钢边降的有效控制。

(2)文献2(Hartung.A new way to reduce the edge drop[J].Steel Research，1998：4～5)报道，边部控制辊(EDC辊)技术是在工作辊的两末端开环形的槽，工作辊沿轴向窜动以适应不同宽度的带钢。EDC辊的设计使其靠近带钢边部也能承受一定的压力，保证带钢和辊面能够有光滑的接触，同时又能减少边降的发生。

(3)文献3(许健勇.薄板冷轧厚度与板形高精度控制技术.钢铁，2002，37(1)：73～77)报道，工作辊强化冷却(EDC冷却)技术是通过在轧辊边部进行低温强化冷却，使强化冷却区形成大落差温度场，从而避免带钢边部过大的带钢边降。

(4)文献4(王军生，赵启林等，T-WRS&C冷轧机工作原理与应用，重型机械，2001，(6)：8～11)报道，单锥度辊窜辊轧机T-WRS由日本川崎制铁开发，其工作辊分为平辊段、边降控制段和结构锥形段。单锥度辊进行边降控制时，针对不同宽度带钢利用窜辊使得带钢边部进入工作辊边降控制段内，达到边部局部增厚，减小边降的目的。T-WRS&C轧机技术通过常规工作辊横向窜辊和交叉，控制带钢边部进入轧辊锥形段的距离，补偿工作辊弹性压扁引起的带钢边部金属变形，减少边降的发生。

冷轧带钢边降产生原因包括：由于轧制过程中工作辊发生弹性压扁，轧辊在轧件边部的压扁量明显小于在中部的压扁量而产生边降；由于自由表面的影响，带钢边部金属和内部金属流动规律不同，边部金属受到的侧向阻力比内部小得多，所以金属除纵向流动外，还发生较为明显的横向流动，这会进一步降低边部区域的轧制压力以及轧辊压扁量，使带钢发生边降；对于四辊冷轧机，在带钢边部支持辊对工作辊产生一个有害的弯矩，这个弯矩也是造成轧件边降的原因。K-WRS技术是日立开发的UCMW轧机通过使用一端带有直线形倒角的单锥度工作辊，即川崎的K-WRS轧辊，可有效控制带钢边降，在带钢边部0～100mm尤其是0～15mm的范围内产生较大的影响，某1550UCMW轧机生产实践数据来看，应用前后边降的降低幅度达到约50％左右。某1700冷连轧机采用直线形倒角的单锥度工作辊同样可有效控制带钢边降，但在轧制调试过程中发现，单锥度工作辊辊形控制不当极易出现“剪边”、“断带”和边降控制效果不对称等问题，造成停产，影响现场生产顺利进行。同时采用直线形倒角的单锥度工作辊在边降控制过程中由于带钢边部增厚较多控制不当易在带钢边部产生“小浪形”板形平坦度缺陷，同时发现弯辊力使用经常达到极限值，轧机的凸度控制能力不足。SMS公司开发的边部控制辊(又称EDC辊)技术是在圆柱形工作辊的两末端开环形的槽，工作辊沿轴向窜动以适应不同宽度的带钢，经过轧制试验板带取得了较好的边降控制效果，但轧辊加工和维护难度较大。SMS公司工作辊强化冷却(EDC冷却)技术在原有工作辊分段冷却系统的基础上增加冷却喷淋杆，布置在工作辊出口侧，强化冷却区形成大落差温度场，避免了边缘区热凸度过大造成带钢边降，边降控制效果明显，但建设和维护成本较大。T-WRS&C轧机技术是三菱重工在吸收了川崎制铁K-WRS轧机和三菱重工PC轧机各自特点基础上开发的四辊轧机，它的工作辊既可以交叉又可以横移，具有很强的边降控制能力及稳定的工作特性，进一步提高了带钢边降控制效果，建设和应用成本较大，主要用于新建轧机。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供一种兼顾带钢边降控制和凸度控制的工作辊，所述工作辊包括凸度控制段、边降控制段和直线段：

一种兼顾带钢边降控制和凸度控制的工作辊，所述工作辊辊形主要包含凸度控制段、边降控制段和直线段；

以凸度控制段的起点为坐标原点，所述的凸度控制段的函数形式如下：

y＝a sin(πx/L₁) x∈[0,L₁] y∈[0,H₁]

L₁：工作辊的凸度控制段长度，取值范围为1500mm～1800mm；

H₁：工作辊的凸度控制段高度，取值范围为300μm～500μm；

a：常数，取值范围为300μm～500μm；

以凸度控制段的起点为坐标原点，所述的边降控制段的函数形式如下：

$y=-{\mathrm{Rcos\θ}}_B+\sqrt{R^2-{(x-(L_1-{\mathrm{Rsin\θ}}_B\left)\right)}^2}$ x∈[L₁,L₁+L₂] y∈[-H₂,0]

L₂：工作辊的边降控制段长度，取值范围为120mm～200mm；

R：工作辊的边降控制段曲率半径，取值范围为20000mm～35000mm；

θ_B：凸度控制段和边降控制段在B点处的切线夹角，单位为rad；

H₂：工作辊的边降控制段高度，取值范围为300μm～600μm；

以凸度控制段的起点为坐标原点，所述的直线段的函数形式如下：

$y=\frac{-L_2-{\mathrm{Rsin\θ}}_B}{\sqrt{R^2-{(L_2+{\mathrm{Rsin\θ}}_B)}^2}}(x-L_1-L_2)-H_2$ x∈[L₁+L₂,L₁+L₂+L₃] y∈[-H₃,-H₂]

式中L₃：工作辊的直线段长度，取值范围为80mm～200mm；

H₃：工作辊的直线段高度，取值范围为600μm～1500μm。

本发明的优点

由于本发明中的工作辊辊形是将工作辊磨削成连续可变辊形，该辊形分为三段：第一段为凸度控制段，第二段边降控制段，第三段为直线段，其中边降控制段和凸度控制段相切，边降控制段和直线段相切。

将上、下工作辊反对称放置，根据带钢边降、带钢宽度、轧辊磨损和带钢跑偏等综合因素来确定工作辊的轴向窜辊量，使带钢边部进入边降控制段一定距离，在宽带钢冷连轧机中，除了能够达到边降控制的目的，该轧辊辊形还具有以下显著的控制效果：

(1)由于边降控制段采用了圆弧曲线函数的形式，凸度控制段和边降控制段相切，边降控制段和直线段相切，实现了三者的平滑过渡，可以部分消除因上、下工作辊磨损不同、带钢偏摆等所导致的辊系受力不对称、边降控制不对称、轧制不稳定等问题；

(2)由于凸度控制段采用了正弦曲线函数的形式，所以可以提高轧机对带钢板形特别是中心凸度的控制能力，凸度控制段辊形曲线二次凸度调节特性为：

$C_w=asin(\frac{\mathrm{\π}}{2}+\frac{\mathrm{\π}}{L_1}s)$

同时工作辊在轴向窜辊过程中，所引起的中心凸度波动较小(如图2所示)。

(3)由于边降控制段采用了圆弧曲线函数的形式，其锥度函数为：

$tan\mathrm{\θ}=-\frac{x-(L_1-{\mathrm{Rsin\θ}}_B)}{\sqrt{R^2-{(x-L_1+{\mathrm{Rsin\θ}}_B)}^2}}$

所以该工作辊锥度角随着带钢边部进入边降控制段长度的增加而增加，近似成线性规律变化(如图3所示)，所以可以根据需要灵活调控锥度达到带钢边降的控制的目的；

(4)由于磨床的磨削加工能力随辊形斜率的增加而减小，所以，该轧辊直线段采用了直线的形式，可以避免辊形末端部分有可能无法在磨床上进行精确磨削，保证了整个轧辊辊形特别是边降控制段的高精度磨削。

附图说明

图1为本发明工作辊辊形示意图。

图2为本发明工作辊凸度波动率的坐标图。

图3为本发明工作辊边降控制段锥度角随辊身长度方向坐标的变化关系。

具体实施方式

如图1所示，一种兼顾边降控制和凸度控制的工作辊，包括凸度控制段(长度L₁)、边降控制段(长度L₂)和直线段(长度L₃)；其中凸度控制段和边降控制段相切，边降控制段和直线段相切，具有连续可变锥度及凸度的特点。

以凸度控制段的起点为坐标原点，凸度控制段的函数形式如下：

y＝asin(πx/L₁) x∈[0,L₁] y∈[0,H₁]

式中L₁：工作辊的凸度控制段长度，取值范围为1500mm～1800mm；

H₁：工作辊的凸度控制段高度，取值范围为300μm～500μm；

a：常数，取值范围为300μm～500μm。

由上式可推导求得凸度控制段辊形曲线二次凸度调节特性为：

$C_w=-asin(\frac{\mathrm{\π}}{2}+\frac{\mathrm{\π}}{L_1}s)$

式中C_w为空载辊缝二次凸度调节特性，单位为mm；

s为工作辊的窜辊量，单位为mm。

以凸度控制段的起点为坐标原点，边降控制段的函数形式如下：

$y=-{\mathrm{Rcos\θ}}_B+\sqrt{R^2-{(x-(L_1-{\mathrm{Rsin\θ}}_B\left)\right)}^2}$ x∈[L₁,L₁+L₂] y∈[-H₂,0]

式中L₂：工作辊的边降控制段长度，取值范围为120mm～200mm；

R：工作辊的边降控制段曲率半径，取值范围为20000mm～35000mm；

θ_B：凸度控制段和边降控制段在B点处的切线夹角，单位为rad；

H₂：工作辊的边降控制段高度，取值范围为300μm～600μm。

以凸度控制段的起点为坐标原点，直线段的函数形式如下：

$y=\frac{-L_2-{\mathrm{Rsin\θ}}_B}{\sqrt{R^2-{(L_2+{\mathrm{Rsin\θ}}_B)}^2}}(x-L_1-L_2)-H_2$ x∈[L₁+L₂,L₁+L₂+L₃] y∈[-H₃,-H₂]

式中L₃：工作辊的直线段长度，取值范围为80mm～200mm；

H₃：工作辊的直线段高度，取值范围为600μm～1500μm。

上述L₁、H₁、L₂、H₂、L₃、H₃的取值可以根据轧机的边降控制能力和凸度控制能力及磨床的磨削能力进行确定。锥度越大，边降控制能力越强。

本发明中的辊形是一种用于带钢冷连轧机生产板形控制，特别是四辊冷连轧机带钢边降控制的技术，其核心思想是将工作辊磨削成凸度控制段、边降控制段和直线段三段；其中凸度控制段采用正弦曲线函数形式，边降控制段采用圆弧曲线函数的形式，直线段采用直线函数的形式，边降控制段和凸度控制段相切，边降控制段和直线段相切，实现辊形曲线的平缓过渡，上、下工作辊反对称放置，根据带钢边降、带钢宽度、轧辊磨损和带钢偏摆等综合因素来确定工作辊的轴向窜辊量，使带钢边部进入边降控制段一定距离，实施有效边降控制。同时由于工作辊的凸度控制段采用正弦曲线函数形式，提高了轧机对带钢中心凸度的控制能力，且工作辊在轴向窜辊过程中所引起的凸度波动程度较小，如图2、3所示。

下面结合具体实施例子对本发明的技术方案做进一步说明。

某1700mm轧机，工作辊辊身长度L＝1900mm，凸度控制段长度L₁＝1650mm，边降控制段长度L₂＝140mm，直线段长度L₃＝110mm，工作辊的凸度控制段高度H₁＝300μm，则由凸度控制段的函数公式求的系数a＝300μm，凸度控制段和边降控制段在B点处的切线角θ_B＝5.7120×10^-4rad。如已知工作辊的边降控制段高度H₂＝0.4066mm，则由边降控制段的函数公式可求得工作辊的边降控制段曲率半径R＝30000mm。由直线段的函数可求得工作辊的直线段高度H₃＝0.9828mm。如果已知工作辊的窜辊量s∈[0mm,100mm]，则由凸度控制段辊形曲线二次凸度调节特性公式求得空载辊缝二次凸度调节范围为C_w∈[-0.3000mm,-0.2946mm]，可见凸度波动很小。

Claims (1)

1.一种兼顾带钢边降控制和凸度控制的工作辊，其特征在于所述工作辊辊形主要包含凸度控制段、边降控制段和直线段；

以凸度控制段的起点为坐标原点，所述的凸度控制段的函数形式如下：

式中 ：工作辊的凸度控制段长度，取值范围为1500mm～1800mm；

：工作辊的凸度控制段高度，取值范围为300μm～500μm；

： 常数，取值范围为300μm～500μm；

以凸度控制段的起点为坐标原点，所述的边降控制段的函数形式如下：

式中 ：工作辊的边降控制段长度，取值范围为120mm～200mm；

：工作辊的边降控制段曲率半径，取值范围为20000mm～35000mm；

：凸度控制段和边降控制段在B点处的切线夹角，单位为rad；

：工作辊的边降控制段高度，取值范围为300μm～600μm；

以凸度控制段的起点为坐标原点，所述的直线段的函数形式如下：

式中 ：工作辊的直线段长度，取值范围为80mm～200mm；

：工作辊的直线段高度，取值范围为600μm～1500μm。