CN112355057B - 一种控制边部脱肩及掉肉的轧辊支承辊 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制边部脱肩及掉肉的轧辊支承辊，本发明通过综合优化支承辊辊型曲线尤其是边部的幂函数辊型曲线，在不影响轧机平直度及板凸度控制能力的前提下，大幅度增加了支承辊的抗疲劳强度，从而实现支承辊的长久使用，有效降低了轧机支承辊边部脱肩及掉肉的概率，解决了由支承辊边部脱肩及掉肉造成的轧辊损耗严重、降低生产质量以及长期以来造成的成本增加等问题。

Description

一种控制边部脱肩及掉肉的轧辊支承辊

技术领域

本发明涉及轧钢技术领域，尤其涉及一种控制边部脱肩及掉肉的轧辊支承辊。

背景技术

轧辊在轧钢生产中对提高产量、保证质量、降低消耗等各项技术指标的影响很大，降低轧辊消耗成为各轧钢生产企业节能降耗的一个重要途径。

但是，在轧钢过程中，常常可以发现在轧辊的辊面边部，沿着辊径方向出现连续的辊面剥落的现象，轧辊边部出现的这种现象也通常被形象地称之为轧辊的“脱肩”或“掉肉”。严重时，在轧辊边部甚至出现大块的剥落，导致轧辊失效。现场使用情况表明，轧辊边部脱肩及掉肉在支承辊和工作辊中都有不同程度的表现，但在支承辊上出现的比例及辊面剥落程度都要远远高于工作辊。

辊间接触压力呈凹形分布，支承辊中间部位的辊间接触压力比边部的小，这是因为在轧制过程中，支承辊边部磨损小，中部磨损大，这就使得辊身两端产生了局部的接触压力集中，造成中间接触压力小，而两端辊间接触压力的增大，这样势必加快了轧辊面破坏的进程。生产实际表明，支承辊在凹形辊间接触压力的作用下，边部易出现应力集中现象，造成两端交变剪切应力的增大，加快疲劳破坏，首先将会引起轻微的点蚀，随着裂纹的扩展，再加上轧制过程中轧辊受到不间断轧制力的冲击，在轧辊两端应力集中部位便会出现大面积剥落的情况。

而经过研究发现，报废的支承辊辊面剥落的位置约90％在边部应力集中带处，这表明原设计的支承辊倒角没有起到应有的应力缓冲的作用，导致支承辊的边部应力太大，应力集中。由此可断定，支承辊的原始辊型设计不合理是支承辊产生剥落的主要原应。所谓辊型曲线，即是表示沿辊身长度辊面形状的数学方程式。由于此类现象较为普遍，对生产造成的危害较大，因此成为轧辊事故研究的重点。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种通过改变支承辊辊型曲线的方式来解决辊面大面积剥落、增加生产成本、降低生产效率及生产质量等问题的一种控制边部脱肩及掉肉的轧辊支承辊。

本发明采用的技术方案如下：

本发明所提出的一种控制边部脱肩及掉肉的轧辊支承辊，所述支承辊的辊型曲线为：

式中，D₀表示支承辊的名义直径，L_b表示支承辊的辊身长度，δ_b表示辊身中部的凸度，l_z1表示辊身中部凸起长度的一半，且

δ₀、δ₁表示支承辊边部倒角的深度，l_z表示支承辊边部倒角的长度，α表示幂函数指数，且α一般可取为4，β表示边部正弦函数倒角的半包角，且

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

在不增加设备投入的前提下，针对支承辊边部脱肩及掉肉的问题，通过综合优化支承辊辊型曲线尤其是边部的幂函数辊型曲线，在不影响轧机平直度及板凸度控制能力的前提下，能够有效降低轧机支承辊边部脱肩及掉肉的概率，从而增加支承辊的抗疲劳强度，实现支承辊的长久使用，解决了由支承辊边部脱肩及掉肉造成的轧辊损耗严重、生产质量降低以及长期以来造成的成本增加等问题。

附图说明

图1是本发明所提出的一种控制边部脱肩及掉肉的轧辊支承辊一个实施例的肩部幂函数辊型曲线示意图；

图2为辊型曲线优化前后轧辊辊间接触压力的分布图。

其中，附图标记：1-支承辊辊身；2-支承辊边部。

附图1中，L_b表示支承辊辊身长度，l_z1表示辊身中部凸起长度的一半，且

δ₀、δ₁表示支承辊边部倒角深度，l_z表示支承辊边部倒角长度，α表示幂函数指数，一般可取为4，β表示边部正弦函数倒角的半包角，且

x表示过支承辊中心的轴向方向，δ_r表示边部倒角深度的方向；

附图2中，X轴表示到支承辊中心的距离，Y轴表示辊间接触压力，实线表示本发明实施后的关系曲线，虚线表示本发明实施前的关系曲线。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“一侧”、“另一侧”、“左”、“右”、“中部”、“边部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。

参见附图1，给出了本发明所提出的一种控制边部脱肩及掉肉的轧辊支承辊一个实施例的具体结构。所述支承辊的辊型曲线为：

式中，D₀表示支承辊的名义直径，L_b表示支承辊辊身1的长度，δ_b表示辊身1中部的凸度，l_z1表示辊身1中部凸起长度的一半，且

δ₀、δ₁表示支承辊边部2倒角的深度，l_z表示支承辊边部2倒角的长度，α表示幂函数指数，且α一般可取为4，β表示边部正弦函数倒角的半包角，且

研究发现，当支承辊端部无倒角时，其两端部辊间压力远大于辊身，并且在端部形成集中接触应力，因此在此端部工作辊和支承辊形成局部磨损，容易使轧辊端部产生剥落。

而带有倒角的支承辊辊型可以降低支承辊和工作辊之间的接触应力集中，使辊间接触压力分布均匀，使沿辊身的磨损均匀化，解决了辊端局部磨损问题，减少了轧辊端部剥落现象，有利于提高轧辊的使用寿命。但是对于不同的倒角设计，对于支承辊的消耗也是有着巨大的差别的，很多不合理的倒角设计并不能使支承辊的寿命得以延长。

所以我们需要最优地设计支承辊辊型，从而降低辊间接触压力的峰值，使得一个轧制单位内轧辊轴向接触压力均匀，这样可以使支承辊沿辊身磨损均匀，减少轧辊辊面剥落，延长轧辊的换辊周期，从而达到降低成本、提高生产率的目的；同时较好的辊型自保持性也有利于改善轧机板形控制性能，提高钢板板形的稳定性。

我们通过对支承辊肩部辊型进行大量的优化设计，经实验验证，采用幂函数的辊型优化曲线即按上述公式设计支承辊辊型曲线，能够有效地遏制轧辊边部产生的应力集中造成的大面积掉肉，对提高板型质量也起到了很好的作用，可提高支承辊的使用寿命，并有利于板凸度和板形的控制。

上述支承辊直径方程中的参数可以结合具体轧机的产品品种、规格及工艺参数范围，采用MARC、ANSYS等大型通用有限元软件建立支承辊边部2分析模型进行优化计算确定，优化的目标是降低支承辊边部2的脱肩及掉肉。

本实施例的对象是某厂850mm四辊热连轧机组；精轧机组由七机架普通四辊轧机串联布置，每个机架均配备了工作辊正弯辊。为了满足客户的需求，能够给下游冷轧厂提供更宽的原料，厂方自主将支承辊和工作辊的辊身长度分别由原来的800mm和850mm进行了适当的增加，改造后精轧机组的主要参数如表1所示。

表1精轧机组主要参数

精轧机组轧辊辊身长度增加后，轧制带钢宽度也随之增加，最宽达到720mm。随着热轧轧制带钢宽度的增加，轧制负荷也随之增大，精轧机组支承辊在使用过程中出现了不同程度的边部剥落现象，既增加了轧辊损耗，又影响轧制生产的顺利进行，对轧后带钢的质量也造成较大的影响，给企业带来较为严重的经济损失。

为降低支承辊的边部脱落问题，我们将上下支承辊设计为幂函数的辊型优化曲线，由下式表示：

在进行辊型曲线优化设计时，可以选用以下8种典型规格产品进行计算，如表2所示。

表2典型规格产品

在优化设计时，支承辊辊型优化的参数值如表3所示。

表3支承辊辊型优化参数值

辊型参数	δ<sub>b</sub>	l<sub>z1</sub>	δ<sub>0</sub>	δ<sub>1</sub>	l<sub>z</sub>	α	β
								F1～F2	1	200	0.3	0.5	125	4	π/3
F3～F7	1	250	0.2	0.4	140	4	π/3

以3.00×720mm典型规格产品为例，进行了理论模拟计算，为了便于对比，其中弯辊力取为基态值不变；以F2机架辊型优化前后轧辊辊间接触压力分布情况为例，参见附图2，X轴表示到支承辊中心的距离，Y轴表示辊间接触压力，实线表示本发明实施后的关系曲线，虚线表示本发明实施前的关系曲线，由此可见，辊型优化后有效降低了支承辊端部辊间接触压力峰值，从而能够有效地遏制支承辊边部2的剥落现象，进而延长支承辊的使用寿命。

辊型优化设计完成后，首先在F2机架上机实验800mm支承辊一对，经过多次下机再上机的循环实验，使用效果良好，优化辊型基本遏制了支承辊脱肩和掉肉等剥落现象，带钢在线板形能够得到较好的控制。上机实验结束后，优化设计的支承辊辊型作为磨辊规范正式投入使用，长期跟踪表明，支承辊使用状况良好，带钢板凸度和板形得到了较好的控制，辊型优化设计达到了预期的效果。

需要说明的是，当轧制工况改变时，例如轧机规格改变、轧制品种及规格改变时，本发明仍然可以应用，只是需要根据工况的变化，按照本发明的方法重新优化计算出轧机支承辊端部倒角的更合理的形状。从而使辊间接触压力分布更加均匀，并使辊端接触压力峰值更小。这样在进行轧制时才能做到均匀辊间接触压力的作用，使支承辊辊身各处磨损均匀，从而减少轧辊端部剥落现象，提高支承辊的使用寿命。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (1)

1.一种控制边部脱肩及掉肉的轧辊支承辊，其特征在于：所述支承辊的辊型曲线为：

式中，D₀表示支承辊的名义直径，L_b表示支承辊的辊身长度，δ_b表示辊身中部的凸度，l_z1表示辊身中部凸起长度的一半，且

δ₀、δ₁表示支承辊边部倒角的深度，l_z表示支承辊边部倒角的长度，α表示幂函数指数，且α一般可取为4，β表示边部正弦函数倒角的半包角，且

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