CN111716250A - 轧辊辊型的磨削控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轧辊辊型的磨削控制方法，包括如下步骤：步骤1：通过在线计算机模型读入下机时刻的轧辊的温度场及物性参数；步骤2：根据离线轧辊的冷却边界条件，计算温度场的动态变化；步骤3：确定轧辊磨削辊型的温度补偿量；步骤4：确定轧辊的磨削辊型，设定目标初始辊型，计算带温磨削时的温度补偿量，计算修正后的磨削辊型；步骤5：在数控轧辊磨床中设定轧辊磨削的辊型参数，并对轧辊进行磨削。本发明能通过磨削时轧辊的温度场和热膨胀情况修正磨削目标辊型，从而保证轧辊辊型的正确磨削。

Description

轧辊辊型的磨削控制方法

技术领域

本发明涉及一种热轧带钢生产方法，尤其涉及一种轧辊辊型的磨削控制方法。

背景技术

轧辊是热轧板带轧机的重要部件，包括辊身1、辊肩2和辊颈3，如附图1所示。在轧制过程中，轧辊表面会产生磨损。为了保证带钢产品的板形与表面质量，在轧制一定公里数后，轧辊需要卸下重新磨削。

为了保证初始辊型的准确性，被磨削的轧辊温度需要冷却到室温。然而，为了提高轧辊周转速度，有时未冷却到室温即进行重磨。此时由于存在热膨胀，磨削辊型会有偏差，这将导致上机使用中辊缝形状设定不准确，从而影响热轧带钢板形质量控制，造成浪形缺陷和凸度超差。

日本专利申请JP11005106A公开了一种轧辊磨削方法，涉及沿轧辊长度方向温度不均匀分布的磨削辊型补偿方法。在该发明中，轧辊表面温度采用传感器测量，并实时反馈给磨辊控制系统，以考虑温度影响对磨削辊型进行补偿。但轧辊热膨胀是由轧辊整体的温度分布决定的，该方法只能测量轧辊表面温度，内部温度分布无法准确知道，因此不能就温度的影响对磨削辊型作出准确补偿。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轧辊辊型的磨削控制方法，能通过磨削时轧辊的温度场和热膨胀情况修正磨削目标辊型，从而保证轧辊辊型的正确磨削。

本发明是这样实现的：

一种轧辊辊型的磨削控制方法，包括如下步骤：

步骤1：通过在线计算机模型读入下机时刻的轧辊的温度场及物性参数；

步骤2：根据离线轧辊的冷却边界条件，计算温度场的动态变化；

步骤3：确定轧辊磨削辊型的温度补偿量；

步骤3.1：计算轧辊热膨胀量，轧辊辊身表面任一点z处的热膨胀量为：

其中，ν为泊松比，β为热膨胀系数，R为轧辊半径，T₀为初始温度，T为温度，r为轧辊径向坐标，z为轧辊轴向坐标；

步骤3.2：计算轧辊相对膨胀量，轧辊辊身表面任一点z处的相对膨胀量为：

△u_t(z)＝u_t(z)-u_t(e) (8)

其中，u_t(e)为轧辊边部代表点e处的热膨胀量；

步骤3.3：拟合相对膨胀量，计算轧辊辊身表面任一点z处的辊型磨削补偿量：

△u_t(z)＝a₀+a₂z²+a₄z⁴ (9)

其中，a₀、a₂和a₄为拟合系数；

步骤4：确定轧辊的磨削辊型，设定目标初始辊型为u₀(z)，计算带温磨削时的温度补偿量，计算修正后的磨削辊型：

u(z)＝u₀(z)+△u_t(z) (10)；

步骤5：在数控轧辊磨床中设定轧辊磨削的辊型参数，并对轧辊进行磨削。

在所述的步骤1中，轧辊的物性参数包括密度、比热和热传导率。

在所述的步骤2中，温度场的动态变化的计算公式如下：

其中，T为温度，t为时间，ρ为轧辊材料的密度，c为轧辊材料的比热，λ为轧辊材料的热传导率，r和z分别为轧辊径向和轴向坐标。

在所述的步骤2中，轧辊冷却过程包括强制冷却前的空冷、强制喷水冷却和强制冷却之后的空冷。

所述的轧辊冷却过程中的冷却边界条件包括左右对称边界、上下对称边界、辊身和辊径的表面边界、轧辊与轴承接触部位边界及轧辊端部边界。

所述的轧辊左右对称边界的计算公式如下：

其中，T为温度，λ为轧辊材料的热传导率，z为轧辊轴向坐标。

所述的轧辊上下对称边界的计算公式如下：

其中，T为温度，λ为轧辊材料的热传导率，r为轧辊径向坐标。

所述的辊身、辊径的表面边界的计算公式如下：

其中，T为温度，λ为轧辊材料的热传导率，r为轧辊径向坐标，α_A为轧辊与空气间的换热系数，T_A为空气温度。

所述的轧辊与轴承接触部位边界的计算公式如下：

其中，T为温度，λ为轧辊材料的热传导率，r为轧辊径向坐标，α_B为轧辊与轴承间的换热系数，T_B为轴承温度。

所述的轧辊端部边界的计算公式如下：

其中，T为温度，λ为轧辊材料的热传导率，z为轧辊轴向坐标，α_A为轧辊与空气间的换热系数，T_A为空气温度。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、本发明能通过磨削时轧辊的温度场和热膨胀情况修正磨削目标辊型，减小上机生产设定偏差，实现轧辊磨削辊型的设定，从而保证轧辊辊型的正确磨削，提高热轧板形设定精度和板形质量。

2、本发明适用于热轧板带生产中轧辊下机后在空气中缓慢冷却14小时以内再进行重磨情况，也适用于下机后经过喷水冷却20～120分钟再进行重磨的情况，推广应用前景广阔。

附图说明

图1是现有技术的轧辊的主视图；

图2是本发明轧辊辊型的磨削控制方法的流程图；

图3是本发明轧辊辊型的磨削控制方法的轧辊有限差分网格示意图；

图4是本发明轧辊辊型的磨削控制方法的实施例1的轧辊相对热膨胀量的变化图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

请参见附图2，一种轧辊辊型的磨削控制方法，包括如下步骤：

步骤1：通过在线计算机模型读入下机时刻的轧辊的温度场及各物性参数，优选的，轧辊的物性参数包括密度、比热、热传导率等。

步骤2：轧辊下机后有时置于轧辊车间进行自然空冷，有时需要进行喷水强制冷却。假设轧辊温度场相对于轧辊轴线和辊身中部呈对称分布，并忽略沿圆周方向的热传递，从而根据离线轧辊的冷却边界条件，计算温度场的动态变化，计算公式如下：

其中，T为温度，t为时间，ρ为轧辊材料的密度，c为轧辊材料的比热，λ为轧辊材料的热传导率，r和z分别为轧辊径向和轴向坐标。

请参见附图3，取通过轧辊轴线剖面的四分之一，建立差分网格，对于微分方程(1)，采用有限差分法进行求解。

所述的轧辊冷却过程包括强制冷却前的空冷、强制喷水冷却和强制冷却之后的空冷。

所述的轧辊冷却过程中的冷却边界条件包括左右对称边界、上下对称边界、辊身、辊径的表面边界、轧辊与轴承接触部位边界及轧辊端部边界。

其中，所述的轧辊左右对称边界的计算公式如下：

其中，T为温度，λ为轧辊材料的热传导率，z为轧辊轴向坐标。

所述的轧辊上下对称边界的计算公式如下：

其中，T为温度，λ为轧辊材料的热传导率，r为轧辊径向坐标。

所述的辊身、辊径的表面边界的计算公式如下：

其中，T为温度，λ为轧辊材料的热传导率，r为轧辊径向坐标，α_A为轧辊与空气间的换热系数，T_A为空气温度。

所述的轧辊与轴承接触部位边界的计算公式如下：

其中，T为温度，λ为轧辊材料的热传导率，r为轧辊径向坐标，α_B为轧辊与轴承间的换热系数，T_B为轴承温度。

所述的轧辊端部边界的计算公式如下：

其中，T为温度，λ为轧辊材料的热传导率，z为轧辊轴向坐标，α_A为轧辊与空气间的换热系数，T_A为空气温度。

步骤3：确定轧辊磨削辊型的温度补偿量。

步骤3.1：计算轧辊热膨胀量，轧辊辊身表面任一点z处的热膨胀量为：

其中，ν为泊松比，β为热膨胀系数，R为轧辊半径，T₀为初始温度，T为温度，r为轧辊径向坐标。

步骤3.2：计算轧辊相对膨胀量，轧辊辊身表面任一点z处的相对膨胀量为：

△u_t(z)＝u_t(z)-u_t(e) (8)

其中，u_t(e)为轧辊边部代表点e处的热膨胀量，边部代表点e通常为距边部25或40mm。

步骤3.3：拟合相对膨胀量，计算轧辊辊身表面任一点z处的辊型磨削补偿量：

△u_t(z)＝a₀+a₂z²+a₄z⁴ (9)

其中，a₀、a₂和a₄为拟合系数。

步骤4：确定轧辊的磨削辊型，设定目标初始辊型为u₀(z)，计算带温磨削时的温度补偿量，计算修正后的磨削辊型：

u(z)＝u₀(z)+△u_t(z) (10)

在一个轧制周期中，使用同一套轧辊适应所有产品板形控制的需要。如在板带热轧生产中，由于轧辊受热产生较大的热膨胀和热凸度，通常将初始辊型u₀(z)磨削为具有一定负凸度的抛物线或正弦曲线。

步骤5：在数控轧辊磨床中设定轧辊磨削的辊型参数，并对轧辊进行磨削。

实施例1：

对于轧辊下机后在空气中缓慢冷却一定时间再进行重磨情况，采用本方法确定轧辊带温磨削辊型。

通过在线计算机模型读入下机时刻的轧辊的温度场及各物性参数，如表1所示：

表1轧辊热物性参数

热传导率(W/m/K)	比热(J/kg/K)	密度(kg/m<sup>3</sup>)	线膨胀系数	泊松比
					35	590	7800	1.3×10<sup>-5</sup>	0.3

轧辊的半径为795.4mm，轧辊的几何尺寸如表2所示：

表2轧辊几何尺寸(单位：mm)

辊身直径	辊身长	辊肩直径	辊肩长	辊颈直径	辊颈长
						820	1780	670	210	510	860

室内温度为25℃，轧辊的空冷时间为6小时，轧辊为带温磨削。

依据本方法，此时轧辊温度场和轧辊辊身表面任一点z处的热膨胀量可由公式(1)～(7)采用现有的二维有限差分计算模块计算得到，如表3所示。

由公式△u_t(z)＝u_t(z)-u_t(e)计算轧辊表面各点对应的相对热膨胀量，如表3所示，其中边部代表点e取值25mm。

表3轧辊辊身表面点z处的热膨胀量和相对膨胀量单位(μm)

由公式△u_t(z)＝a₀+a₂z²+a₄z⁴拟合得到磨削辊形的温度补偿量：

△u_t(z)＝43.904-1.0×10^-4z²+5.0×10^-11z⁴ (11)

设定目标初始辊型为u₀(z)，根据该温度补偿量利用数控轧辊磨床对带温轧辊进行磨削。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轧辊辊型的磨削控制方法，其特征是：包括如下步骤：

步骤1：通过在线计算机模型读入下机时刻的轧辊的温度场及物性参数；

步骤2：根据离线轧辊的冷却边界条件，计算温度场的动态变化；

步骤3：确定轧辊磨削辊型的温度补偿量；

步骤3.1：计算轧辊热膨胀量，轧辊辊身表面任一点z处的热膨胀量为：

其中，ν为泊松比，β为热膨胀系数，R为轧辊半径，T₀为初始温度，T为温度，r为轧辊径向坐标，z为轧辊轴向坐标；

步骤3.2：计算轧辊相对膨胀量，轧辊辊身表面任一点z处的相对膨胀量为：

△u_t(z)＝u_t(z)-u_t(e) (8)

其中，u_t(e)为轧辊边部代表点e处的热膨胀量；

步骤3.3：拟合相对膨胀量，计算轧辊辊身表面任一点z处的辊型磨削补偿量：

△u_t(z)＝a₀+a₂z²+a₄z⁴ (9)

其中，a₀、a₂和a₄为拟合系数；

步骤4：确定轧辊的磨削辊型，设定目标初始辊型为u₀(z)，计算带温磨削时的温度补偿量，计算修正后的磨削辊型：

u(z)＝u₀(z)+△u_t(z) (10)；

步骤5：在数控轧辊磨床中设定轧辊磨削的辊型参数，并对轧辊进行磨削。

2.根据权利要求1所述的轧辊辊型的磨削控制方法，其特征是：在所述的步骤1中，轧辊的物性参数包括密度、比热和热传导率。

3.根据权利要求1所述的轧辊辊型的磨削控制方法，其特征是：在所述的步骤2中，温度场的动态变化的计算公式如下：

其中，T为温度，t为时间，ρ为轧辊材料的密度，c为轧辊材料的比热，λ为轧辊材料的热传导率，r和z分别为轧辊径向和轴向坐标。

4.根据权利要求1所述的轧辊辊型的磨削控制方法，其特征是：在所述的步骤2中，轧辊冷却过程包括强制冷却前的空冷、强制喷水冷却和强制冷却之后的空冷。

5.根据权利要求1或4所述的轧辊辊型的磨削控制方法，其特征是：所述的轧辊冷却过程中的冷却边界条件包括左右对称边界、上下对称边界、辊身和辊径的表面边界、轧辊与轴承接触部位边界及轧辊端部边界。

6.根据权利要求5所述的轧辊辊型的磨削控制方法，其特征是：所述的轧辊左右对称边界的计算公式如下：

其中，T为温度，λ为轧辊材料的热传导率，z为轧辊轴向坐标。

7.根据权利要求5所述的轧辊辊型的磨削控制方法，其特征是：所述的轧辊上下对称边界的计算公式如下：

其中，T为温度，λ为轧辊材料的热传导率，r为轧辊径向坐标。

8.根据权利要求5所述的轧辊辊型的磨削控制方法，其特征是：所述的辊身、辊径的表面边界的计算公式如下：

其中，T为温度，λ为轧辊材料的热传导率，r为轧辊径向坐标，α_A为轧辊与空气间的换热系数，T_A为空气温度。

9.根据权利要求5所述的轧辊辊型的磨削控制方法，其特征是：所述的轧辊与轴承接触部位边界的计算公式如下：

其中，T为温度，λ为轧辊材料的热传导率，r为轧辊径向坐标，α_B为轧辊与轴承间的换热系数，T_B为轴承温度。

10.根据权利要求5所述的轧辊辊型的磨削控制方法，其特征是：所述的轧辊端部边界的计算公式如下：

其中，T为温度，λ为轧辊材料的热传导率，z为轧辊轴向坐标，α_A为轧辊与空气间的换热系数，T_A为空气温度。

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