CN105478484A - 一种四辊中厚板轧机的支撑辊 - Google Patents

一种四辊中厚板轧机的支撑辊 Download PDF

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Abstract

一种四辊中厚板轧机的支撑辊，支撑辊的辊型曲线为轴对称，从对称中心向两边依次为平辊段(1)，四次曲线段(2)，圆弧段(3)；平辊段(1)为平行与支撑辊轴线的线段；四次曲线段(2)为与平辊段(1)和圆弧段(3)相切的曲线，并由多项式方程y＝ax4+bx3+cx2确定，坐标原点为四次曲线段(2)与平辊段(1)的切点。本发明充分考虑宽厚板轧机的设备和工艺特点，能够实现不同板宽不同厚度的生产需要，降低了辊间接触应力，减小了局部应力集中。平辊段能够提高轧制的稳定性；四次曲线段能够使辊间接触应力分布均匀；圆弧段能够减小边部应力集中。有效延长了支撑辊的使用寿命，钢板的厚度差得到很好的控制，保证板材的生产质量。

Description

一种四辊中厚板轧机的支撑辊
技术领域本发明属于板带轧机技术领域，主要涉及中厚板轧机的支撑辊。
背景技术支撑辊是轧机中的重要部件，其作用是传递轧制力、提高辊缝横向刚度、支撑工作辊以便在轧制时防止工作辊出现挠曲变形而影响板形质量。支撑辊辊面接触应力分布不均，会大大缩短支撑辊的使用寿命，而支撑辊的辊型又决定着辊间接触应力分布，辊间接触应力的分布不均匀造成局部磨损，轧辊在使用中的磨损不均匀，中部磨损大，边部磨损小，容易造成边部应力集中。在长期的交变应力作用下，支撑辊内部产生微裂纹，就会造成支撑辊边部大面积剥落，导致轧辊破坏失效，严重影响生产节奏以及产品的产量和质量。
检索发现，申请号为201210245715.4，名称为“一种宽厚板四辊轧机的支撑辊”的中国专利申请，其支撑辊从对称中心向两边依次为平辊段、三次曲线段、斜直线段，其中三次倒角曲线段倒角长度为920～1090mm，斜直线段倒角长度为50mm。其辊型曲线考虑了在轧制过程中因轧辊辊面磨损而对辊身进行重车和重磨造成轧辊直径减小所带来的轧辊刚度的改变这一影响因素，轧辊倒角采用三次曲线，三次曲线的系数和倒角长度根据轧辊使用的不同时期的辊径值而确定。采用该专利申请的支撑辊辊型的四辊轧机辊间接触应力分布趋于均匀，延长了支撑辊的使用寿命，同时带钢的厚度差也得到了很好的控制，保证了板带材的生产质量。该项专利申请的支撑辊只适用于辊身长度为4000～4500mm，辊径φ2000～φ2200mm的支撑辊，不适合用于辊身长度为3400～3800mm，辊径φ1900～φ2100mm的宽厚板轧机支撑辊。
发明内容本发明提供一种四辊中厚板轧机的支撑辊，所述支撑辊的辊型曲线为轴对称，从对称中心向两边依次为平辊段(1)，四次曲线段(2)，圆弧段(3)；
所述平辊段(1)为平行与所述支撑辊轴线的线段；
所述四次曲线段(2)为与平辊段(1)和圆弧段(3)相切的曲线，并由多项式方程y＝ax4+bx3+cx2确定，坐标原点为四次曲线段(2)与平辊段(1)的切点；a、b、c为辊型优化系数，取值范围由所述支撑辊的直径所处的范围确定，其取值范围如下：
当所述支撑辊的直径为2100mm～2075mm时，a的取值为1.96E-11，b的取值为1.61E-08，c的取值为4.76E-06；
当所述支撑辊的直径为2075mm～2025mm时，a的取值为1.74E-11，b的取值为1.56E-08，c的取值为4.71E-06；
当所述支撑辊的直径为2025mm～1975mm时，a的取值为1.57E-11，b的取值为1.50E-08，c的取值为4.71E-06；
当所述支撑辊的直径为1975mm～1925mm时，a的取值为1.36E-11，b的取值为1.44E-08，c的取值为4.67E-06；
当所述支撑辊的直径为1925mm～1900mm时，a的取值为1.15E-11，b的取值为1.31E-08，c的取值为4.62E-06；
所述圆弧段(3)为所述四次曲线段(2)相切的圆弧。
其中，所述支撑辊的总倒角长度的取值范围由所述支撑辊的直径所处的范围确定，其取值范围如下：
当所述支撑辊的直径为2100mm～2075mm时，总倒角长度的取值为700mm；
当所述支撑辊的直径为2075mm～2025mm时，总倒角长度的取值为750mm；
当所述支撑辊的直径为2025mm～1975mm时，总倒角长度的取值为800mm；
当所述支撑辊的直径为1975mm～1925mm时，总倒角长度的取值为850mm；
当所述支撑辊的直径为1925mm～1900mm时，总倒角长度的取值为900mm。
其中，所述支撑辊的总的倒角高度为1.8mm；所述四次曲线段(2)的倒角高度的取值范围由所述支撑辊的直径所处的范围确定，其取值范围如下：
当所述支撑辊的直径为2100mm～2075mm时，四次曲线段(2)的倒角高度的取值为0.23mm；
当所述支撑辊的直径为2075mm～2025mm时，四次曲线段(2)的倒角高度的取值为0.25mm；
当所述支撑辊的直径为2025mm～1975mm时，四次曲线段(2)的倒角高度的取值为0.28mm；
当所述支撑辊的直径为1975mm～1925mm时，四次曲线段(2)的倒角高度的取值为0.30mm；
当所述支撑辊的直径为1925mm～1900mm时，四次曲线段(2)的倒角高度的取值为0.33mm。
其中，所述圆弧段(3)的倒角长度为250mm；圆弧半径的取值范围由所述支撑辊的直径所处的范围确定，其取值范围如下：
当所述支撑辊的直径为2100mm～2075mm时，圆弧半径的取值为20504.85mm；
当所述支撑辊的直径为2075mm～2025mm时，圆弧半径的取值为21233.82mm；
当所述支撑辊的直径2025mm～1975mm时，圆弧半径的取值为21702.17mm；
当所述支撑辊的直径为1975mm～1925mm时，圆弧半径的取值为22031.86mm；
当所述支撑辊的直径为1925mm～1900mm时，圆弧半径的取值为22482.75mm。
其中，所述支撑辊的辊身长度为3400mm～3800mm。
与现有技术相比较，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明的四辊中厚板轧机的支撑辊，充分考虑了宽厚板轧机的设备和工艺特点，其辊型曲线考虑了轧机在轧制过程中因轧辊辊面磨损而对辊身进行重车和重磨造成轧辊直径减小所带来的轧辊刚度的改变这一影响因素，能够实现不同板宽不同厚度的生产需要，降低了辊间接触应力，减小了局部应力集中。
(2)本发明的支撑辊采用三种曲线组合的形式，平辊段能够提高轧制的稳定性；四次曲线段能够使辊间接触应力分布均匀；圆弧段能够减小边部应力集中。
(3)本发明有效延长了支撑辊的使用寿命，钢板的厚度差也得到了很好的控制，保证了板材的生产质量。
附图说明
图1为本发明四辊中厚板轧机支撑辊辊型曲线示意图；
图2为图1中A部分的局部放大图；
图3为直线辊型、圆弧辊型和本发明辊型的支撑辊辊间接触应力分布图；
图4为直线辊型、圆弧辊型和本发明辊型支撑辊轧制钢板所得的钢板横向厚度差分布图；
图5为本发明辊型的三种辊径对应的辊型曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明根据大量的现场数据和理论研究，充分考虑了特宽厚板轧机的设备和工艺特点以及不同厚度不同板宽等多种规格产品的生产需要，以降低辊间接触应力，减小局部应力集中为目标，同时又兼顾到板形问题，提出了一套新的宽厚板轧机支撑辊辊型设计方案。
本发明的一种宽厚板轧机的支撑辊的结构如图1和图2所示，所述支撑辊的辊型曲线为轴对称，从对称中心向两边依次包括平辊段1、四次曲线段2和圆弧段3；
所述平辊段1为平行与所述支撑辊轴线的线段；
所述四次曲线段2为与平辊段1和圆弧段3相切的曲线，并由多项式方程y＝ax4+bx3+cx2确定，坐标原点为四次曲线段2与平辊段1的切点；a、b、c为辊型优化系数，取值范围由所述支撑辊的直径所处的范围确定，其取值范围如下：
当所述支撑辊的直径为2100mm～2075mm时，a的取值为1.96E-11，b的取值为1.61E-08，c的取值为4.76E-06；
当所述支撑辊的直径为2075mm～2025mm时，a的取值为1.74E-11，b的取值为1.56E-08，c的取值为4.71E-06；
当所述支撑辊的直径为2025mm～1975mm时，a的取值为1.57E-11，b的取值为1.50E-08，c的取值为4.71E-06；
当所述支撑辊的直径为1975mm～1925mm时，a的取值为1.36E-11，b的取值为1.44E-08，c的取值为4.67E-06；
当所述支撑辊的直径为1925mm～1900mm时，a的取值为1.15E-11，b的取值为1.31E-08，c的取值为4.62E-06；
所述圆弧段3为所述四次曲线段2相切的圆弧。
其中，所述支撑辊的总倒角长度L的取值范围由所述支撑辊的直径所处的范围确定，其取值范围如下：
当所述支撑辊的直径为2100mm～2075mm时，L的取值为700mm；
当所述支撑辊的直径为2075mm～2025mm时，L的取值为750mm；
当所述支撑辊的直径为2025mm～1975mm时，L的取值为800mm；
当所述支撑辊的直径为1975mm～1925mm时，L的取值为850mm；
当所述支撑辊的直径为1925mm～1900mm时，L的取值为900mm。
其中，所述支撑辊的总的倒角高度H为1.8mm；所述四次曲线段2的倒角高度h的取值范围由所述支撑辊的直径所处的范围确定，其取值范围如下：
当所述支撑辊的直径为2100mm～2075mm时，h的取值为0.23mm；
当所述支撑辊的直径为2075mm～2025mm时，h的取值为0.25mm；
当所述支撑辊的直径为2025mm～1975mm时，h的取值为0.28mm；
当所述支撑辊的直径为1975mm～1925mm时，h的取值为0.30mm；
当所述支撑辊的直径为1925mm～1900mm时，h的取值为0.33mm。
其中，所述圆弧段3的倒角长度L1为250mm；圆弧半径R的取值范围由所述支撑辊的直径所处的范围确定，其取值范围如下：
当所述支撑辊的直径为2100mm～2075mm时，R的取值为20504.85mm；
当所述支撑辊的直径为2075mm～2025mm时，R的取值为21233.82mm；
当所述支撑辊的直径为2025mm～1975mm时，R的取值为21702.17mm；
当所述支撑辊的直径为1975mm～1925mm时，R的取值为22031.86mm；
当所述支撑辊的直径为1925mm～1900mm时，R的取值为22482.75mm。
其中，所述支撑辊的辊身长度为3400mm～3800mm。
实施例1
本实施例中，支撑辊为直径为2100mm，其值处在2100mm～2075mm的范围中，所以总倒角长度L＝700mm，从而确定了坐标原点，即四次曲线段2与平辊段1的切点。
四次曲线段2由方程y＝ax4+bx3+cx2确定，其中，a＝1.96E-11，b＝1.61E-08，c＝4.76E-06，倒角高度h＝0.23mm。
圆弧段3与四次曲线段2相切，其半径R＝20504.85mm，倒角长度L1＝250mm。
总倒角高度H＝1.8mm。
实施例2
本实施例中，支撑辊为直径为2000mm，其值处在2025mm～1975mm的范围中，所以总倒角长度L＝800mm，从而确定了坐标原点，即四次曲线段2与平辊段1的切点。
四次曲线段2由方程y＝ax4+bx3+cx2确定，其中，a＝1.57E-11，b＝1.50E-08，c＝4.71E-06，倒角高度h＝0.28mm。
圆弧段3与四次曲线段2相切，其半径R＝21702.17mm，倒角长度L1＝250mm。
总倒角高度H＝1.8mm。
实施例3
本实施例中，支撑辊为直径为1900mm，其值处在1925mm～1900mm的范围中，所以总倒角长度L＝900mm，从而确定了坐标原点，即四次曲线段2与平辊段1的切点。
四次曲线段2由方程y＝ax4+bx3+cx2确定，其中，a＝1.15E-11，b＝1.31E-08，c＝4.62E-06，倒角高度h＝0.33mm。
圆弧段3与四次曲线段2相切，其半径R＝22482.75mm，倒角长度L1＝250mm。
总倒角高度H＝1.8mm。
实施例4
国内某钢厂3500mm轧机支撑辊现场使用直线辊型、圆弧辊型和本发明辊型进行工作，其中直线辊型倒角长度300mm，倒角高度1mm；圆弧辊型倒角长度300mm，倒角高度2.14mm；本发明辊型采用实施例中的支撑辊。利用有限元计算板宽3000mm，板厚60mm，轧制力5000t，辊径φ2100下的辊间接触应力和钢板横向厚度差，得到直线辊型、圆弧辊型和本发明辊型的辊间接触应力分布图如图3所示，直线辊型、圆弧辊型和本发明辊型支撑辊轧制钢板所得的钢板横向厚度差分布图如图4所示，本发明辊型的三种辊径对应的辊型曲线图如图5所示。
图3中采用直线辊型和圆弧辊型边部会出现明显的应力集中，直线辊型的应力峰值为1589MPa，圆弧辊型的应力峰值为1533MPa，而本发明辊型的应力峰值只有1412MPa，应力分布趋于均匀。图4中去除边部减薄，直线辊型的钢板横向厚度差为0.056mm，圆弧辊型的钢板横向厚度差为0.074mm，本发明辊型的横向厚度差为0.028mm，可见采用本发明辊型钢板横向厚度差得到较大改善。
通过以上实施例可以看出，本发明的四辊中厚板轧机的支撑辊，充分考虑了中厚板轧机的设备和工艺特点以及不同厚度不同板宽等多种规格产品的生产需要，以降低辊间接触应力，减小局部应力集中为目标，同时又兼顾到板形问题。本发明的支撑辊采用平、四次曲线和圆弧三种曲线组合的形式，该曲线相对于有凸度的辊身，平辊段有助于提高轧制的稳定性；四次曲线段既可以降低辊间的接触应力，使支撑辊磨损均匀，又可以减小钢板同板差；由于磨损，圆弧段可以在轧辊一个工作周期的中后期可以起到减小边部应力集中的作用。同时考虑到轧辊辊径的变化，单一辊径下的辊型曲线不再适用，所以给出了不同时期的不同辊型曲线。本发明的原理清晰明了，计算简单，适合现场使用。

Claims (1)

1.一种四辊中厚板轧机的支撑辊，其特征在于:所述支撑辊的辊型曲线为轴对称，从对称中心向两边依次为平辊段(1)，四次曲线段(2)，圆弧段(3)；所述平辊段(1)为平行与所述支撑辊轴线的线段；所述四次曲线段(2)为与平辊段(1)和圆弧段(3)相切的曲线，并由多项式方程y＝ax4+bx3+cx2确定，坐标原点为四次曲线段(2)与平辊段(1)的切点；a、b、c为辊型优化系数，取值范围由所述支撑辊的直径所处的范围确定，其取值范围如下：
当所述支撑辊的直径为2100mm～2075mm时，a的取值为1.96E-11，b的取值为1.61E-08，c的取值为4.76E-06；
当所述支撑辊的直径为2075mm～2025mm时，a的取值为1.74E-11，b的取值为1.56E-08，c的取值为4.71E-06；
当所述支撑辊的直径为2025mm～1975mm时，a的取值为1.57E-11，b的取值为1.50E-08，c的取值为4.71E-06；
当所述支撑辊的直径为1975mm～1925mm时，a的取值为1.36E-11，b的取值为1.44E-08，c的取值为4.67E-06；
当所述支撑辊的直径为1925mm～1900mm时，a的取值为1.15E-11，b的取值为1.31E-08，c的取值为4.62E-06；
所述圆弧段(3)为所述四次曲线段(2)相切的圆弧，
其中，所述支撑辊的总倒角长度的取值范围由所述支撑辊的直径所处的范围确定，其取值范围如下：
当所述支撑辊的直径为2100mm～2075mm时，总倒角长度的取值为700mm；
当所述支撑辊的直径为2075mm～2025mm时，总倒角长度的取值为750mm；
当所述支撑辊的直径为2025mm～1975mm时，总倒角长度的取值为800mm；
当所述支撑辊的直径为1975mm～1925mm时，总倒角长度的取值为850mm；
当所述支撑辊的直径为1925mm～1900mm时，总倒角长度的取值为900mm，
其中，所述支撑辊的总的倒角高度为1.8mm；所述四次曲线段(2)的倒角高度的取值范围由所述支撑辊的直径所处的范围确定，其取值范围如下：
当所述支撑辊的直径为2100mm～2075mm时，四次曲线段(2)的倒角高度的取值为0.23mm；
当所述支撑辊的直径为2075mm～2025mm时，四次曲线段(2)的倒角高度的取值为0.25mm；
当所述支撑辊的直径为2025mm～1975mm时，四次曲线段(2)的倒角高度的取值为0.28mm；
当所述支撑辊的直径为1975mm～1925mm时，四次曲线段(2)的倒角高度的取值为0.30mm；
当所述支撑辊的直径为1925mm～1900mm时，四次曲线段(2)的倒角高度的取值为0.33mm，
其中，所述圆弧段(3)的倒角长度为250mm；圆弧半径的取值范围由所述支撑辊的直径所处的范围确定，其取值范围如下：
当所述支撑辊的直径为2100mm～2075mm时，圆弧半径的取值为20504.85mm；
当所述支撑辊的直径为2075mm～2025mm时，圆弧半径的取值为21233.82mm；
当所述支撑辊的直径2025mm～1975mm时，圆弧半径的取值为21702.17mm；
当所述支撑辊的直径为1975mm～1925mm时，圆弧半径的取值为22031.86mm；
当所述支撑辊的直径为1925mm～1900mm时，圆弧半径的取值为22482.75mm，
其中，所述支撑辊的辊身长度为3400mm～3800mm。
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