CN112588838A - 适用于短行程窜辊非对称自补偿轧制工作辊及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了适用于短行程窜辊非对称自补偿轧制工作辊及其实现方法，该工作辊包括依次连接的凸度调节段、磨损控制段和结构工艺段，各辊形段分别位于轧机的传动侧和操作侧，每轧制完一卷带钢，上、下工作辊分别向轧机的中部窜动，采用的是单方向的非周期性窜辊策略。本发明根据轧制的带钢宽度设计工作辊辊形和窜辊策略，可利用辊形和窜辊的非对称性，有效改变工作辊的磨损形式，实现不均匀变形凸度、边降和不均匀磨损的多重控制，改善承载辊缝形状，并保证弯辊力的有效调控，扩大轧制单位，提高带钢板形控制能力。本发明可满足宽带钢热轧短行程窜辊机型和轧制单位扩大条件下的自由规程轧制板形控制。

Description

适用于短行程窜辊非对称自补偿轧制工作辊及其实现方法

技术领域

本发明涉及机械轧机技术领域，特别涉及一种适用于短行程窜辊非对称自补偿轧制工作辊及其实现方法。

背景技术

板形是热轧板带轧制过程中主要的质量指标之一，板形控制的实质是对承载辊缝形状的控制。通过特殊设计的辊形，使得辊缝凸度能随着窜辊的变化而变化，这种技术被称为变凸度板形控制技术。目前，变凸度板形控制技术在板形控制领域被广泛应用的有CVC辊形和k-WRS机型。

变凸度板形控制技术最突出的特点就是可连续改变辊缝凸度，一套轧辊就能满足不同轧制规程的凸度要求，德国SMS公司1984年提出的CVC(Continuously variablecrown)技术是最早的变凸度板形控制技术，也是宽带钢热连轧机板形控制的代表性技术之一。由于其凸度调控能力与带钢宽度的平方呈正比，存在大宽度变化范围板形控制能力下降快和常规宽度窄料板形控制能力不足等问题，在采用短行程窜辊(窜辊行程±100mm)甚或超短行程(生产实践中经常会出现的±85mm、±65mm甚或±50mm条件)时，其主要目的是为了改变承载辊缝凸度，但缺乏磨损控制能力，难以起到减缓或者消除轧辊的严重不均匀磨损的作用，在轧辊边部出现磨损加剧现象，局部出现高点，影响带钢表面质量，减少了一个服役期内的同宽轧制长度；k-WRS(Kawasaki-Work Roll Shifting)轧机是由日本川崎公司开发的常规工作辊长行程窜辊技术。利用长行程(窜辊行程±150mm)、有规律的工作辊轴向窜动可使磨损分散化和平缓化，是实现工作辊“磨损控制”的有效办法，减轻了轧辊的严重不均匀磨损，提高了辊形的自保持能力，为自由规程轧制提供了有利条件。由于该机型的支持辊长度为工作辊长度和窜辊总行程之和，故在轧制过程中，其辊间接触长度不变，不存在变接触带来的缺陷。总体而言，k-WRS可有效控制不均匀磨损，具有一定的边降控制能力，但不具备凸度控制能力，使得轧件的整体板形控制能力趋于弱化。在采用新一代高技术轧机基础上，还不断探索多种装置板形控制集成实践：如HSS(高速钢轧辊)、ORM/ORG(轧辊在线测量/在线磨辊技术)、轧制润滑等，但装置日趋复杂化。

由于在轧制电工钢时，大量同宽轧制条件和严重的工作辊磨损问题，限制了轧制单位的大小，通常采用长行程窜辊的轧机机型利用周期性窜辊作用来减缓工作辊的不均匀磨损，如宝武集团武钢的2250mm热连轧生产线采用在线CVC机型转换来实现自由规程轧制，而短行程窜辊的轧机机型难以通过周期性窜辊来控制磨损。

发明内容

本发明提供了一种适用于短行程窜辊非对称自补偿轧制工作辊及其实现方法，以解决现有的工作辊无法实现短行程窜辊的不均匀磨损、边降和凸度板形控制的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种适用于短行程窜辊非对称自补偿轧制工作辊，其包括依次连接的凸度调节段、磨损控制段和结构工艺段；其中，

所述凸度调节段的长度

其中，L_w为工作辊辊身长度，B₀为基准板带宽度，S₀为基准板带的初始窜辊位置；

所述凸度调节段的辊形曲线为：

其中，a为常数，b为凸度调节段辊形曲线的调节系数。

所述磨损控制段的长度L₂＝S_e-S₀；其中，S_e为轧制最后一块基准板带时工作辊窜辊位置；

所述磨损控制段的轧辊曲线为：

y＝a₂(x-L₁)²+a₄(x-L₁)⁴+a₆(x-L₁)⁶ (L₁<x<L₁+L₂)

其中，a₂、a₄、a₆为补偿曲线的特征系数；

所述结构工艺段的长度L₃＝L_w-L₁-L₂；

所述结构工艺段的辊形曲线为：

y＝b₀+b₁(x-L₁-L₂) (L₁+L₂<x<L_w)

其中，b₀为磨损控制段的轧辊曲线在端点的值，b₀＝a₂L₂ ²+a₄L₂ ⁴+a₆L₂ ⁶；b₁为磨损控制段的轧辊曲线在端点的斜率，b₁＝2a₂L₂+4a₄L₂ ³+6a₆L₂ ⁵。

其中，L_w的取值范围为1400mm～2300mm。

其中，L₁的取值范围为1400mm～1800mm。

其中，a的取值范围为300μm～800μm。

其中，L₂的取值范围为100mm～300mm。

另一方面，本发明还提供了一种适用于短行程窜辊非对称自补偿轧制工作辊的实现方法，该工作辊包括依次连接的凸度调节段、磨损控制段和结构工艺段；该方法包括：

S1，确定板带宽度范围，将最大宽度板带作为基准板带，其宽度记为B₀；

S2，确定窜辊策略，所述窜辊策略包括烫辊材的窜辊和硅钢的窜辊；

S3，根据基准板带宽度B₀设计所述工作辊的辊形；其中，

所述凸度调节段的长度

其中，L_w为工作辊辊身长度，B₀为基准板带宽度，S₀为基准板带的初始窜辊位置；

所述凸度调节段的辊形曲线为：

其中，a为常数，b为凸度调节段辊形曲线的调节系数。

所述磨损控制段的长度L₂＝S_e-S₀；其中，S_e为轧制最后一块基准板带时工作辊窜辊位置；

所述磨损控制段的轧辊曲线为：

y＝a₂(x-L₁)²+a₄(x-L₁)⁴+a₆(x-L₁)⁶ (L₁<x<L₁+L₂)

其中，a₂、a₄、a₆为补偿曲线的特征系数；

所述结构工艺段的长度L₃＝L_w-L₁-L₂；

所述结构工艺段的辊形曲线为：

y＝b₀+b₁(x-L₁-L₂) (L₁+L₂<x<L_w)

其中，b₀为磨损控制段的轧辊曲线在端点的值，b₀＝a₂L₂ ²+a₄L₂ ⁴+a₆L₂ ⁶；b₁为磨损控制段的轧辊曲线在端点的斜率，b₁＝2a₂L₂+4a₄L₂ ³+6a₆L₂ ⁵。

其中，L_w的取值范围为1400mm～2300mm；L₁的取值范围为1400mm～1800mm；a的取值范围为300μm～800μm；L₂的取值范围为100mm～300mm。

其中，所述窜辊策略包括：

若烫辊材宽度≤硅钢宽度-200mm，按周期性正常窜辊策略进行窜辊；若烫辊材宽度＞硅钢宽度-200mm，则在轧制开始时将第五个机架窜辊固定在-100mm～-30mm，轧制两块后按两块烫辊材窜辊一次，每次窜辊1mm～5mm，向+100mm方向窜辊；

按一块硅钢窜辊一次，每次窜辊1mm～5mm，向+100mm方向窜辊。

本发明提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

本发明为具有工作辊液压窜辊系统的新一代短行程窜辊机型和宽幅轧机机型提供了一种工作辊辊形设计方法，包括特定的凸度调节段、磨损控制段、和结构工艺段的板形控制工作辊，实现了一套工作辊辊形适应短行程窜辊机型和宽幅轧机机型，且兼具改变工作辊的磨损形式，实现了不均匀变形凸度、边降和不均匀磨损的多重控制，应用到短行程(如±100mm)甚或超短行程(生产实践中经常会出现的±85mm、±65mm甚或±50mm条件)工作辊液压窜辊系统的热轧宽带钢轧机上，可改善承载辊缝形状，并保证弯辊力的有效调控，扩大轧制单位，提高带钢板形控制能力,显著优于德国CVC和日本k-WRS轧机。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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。

图1是轧制开始时本发明实施例提供的工作辊与支持辊和带钢之间的位置关系示意图；

图2是本发明实施例提供的工作辊辊形设计曲线图；

图3是原辊形与本发明实施例提供的工作辊轧制带钢横截面形状对比图；

图4是轧制初期和轧制末期的弯辊力对板形的影响示意图；

图5是本发明实施例提供的工作辊轧制全长凸度命中率分布图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

第一实施例

本实施例提供了一种适用于短行程窜辊的不均匀磨损、边降和凸度板形控制ASR-S(Asymmetry Self-compensating Rolling for Short Stroke System)工作辊，本实施例采用的是非对称自补偿工作辊，根据轧制过程中的轧辊磨损规律，通过特殊设计的工作辊辊形曲线，配以特定的窜辊方式，打开凹槽形工作辊磨损的槽箱的一边，使其磨损形状从“U”型变为“L”型，轧件始终处于辊形较为平坦的区域内轧制，利用轧辊辊形和窜辊的非对称性来有效的改变工作辊的磨损，改善辊缝的非对称性。该工作辊辊形采用分段函数表示，其包括依次连接的凸度调节段、磨损控制段和结构工艺段；其中，

所述凸度调节段的长度

其中，L_w为工作辊辊身长度，B₀为基准板带宽度，基准板带宽度为最大的板带宽度，S₀为基准板带的初始窜辊位置，单位均为mm；

所述凸度调节段的辊形曲线为：

其中，L₁的取值范围为1400mm～1800mm，a为常数，其取值范围为300μm～800μm，b为凸度调节段辊形曲线的调节系数。

所述磨损控制段的长度L₂＝S_e-S₀；其中，S_e为轧制最后一块基准板带时工作辊窜辊位置，单位为mm。

所述磨损控制段的轧辊曲线为多项式，其形式如下：

y＝a₂(x-L₁)²+a₄(x-L₁)⁴+a₆(x-L₁)⁶ (L₁<x<L₁+L₂)

其中，a₂、a₄、a₆为补偿曲线的特征系数；L₂的取值范围为100mm～300mm。

所述结构工艺段的长度L₃＝L_w-L₁-L₂；

所述结构工艺段的辊形曲线为：

y＝b₀+b₁(x-L₁-L₂) (L₁+L₂<x<L_w)

其中，L_w的取值范围为1400mm～2300mm，b₀为磨损控制段的轧辊曲线在端点的值，b₀＝a₂L₂ ²+a₄L₂ ⁴+a₆L₂ ⁶；b₁为磨损控制段的轧辊曲线在端点的斜率，b₁＝2a₂L₂+4a₄L₂ ³+6a₆L₂ ⁵。

第二实施例

本实施例提供了一种适用于短行程窜辊非对称自补偿轧制工作辊的实现方法，该工作辊包括依次连接的凸度调节段、磨损控制段和结构工艺段；该方法包括：

S1，确定板带宽度范围，将最大宽度板带作为基准板带，其宽度记为B₀；

S2，确定窜辊策略，所述窜辊策略包括烫辊材的窜辊和硅钢的窜辊；

若烫辊材宽度≤硅钢宽度-200mm，可按周期性正常窜辊策略进行窜辊；若烫辊材宽度＞硅钢宽度-200mm，需在轧制开始时将第五个机架窜辊固定在-100mm～-30mm，轧制两块后按两块烫辊材窜辊一次，每次窜辊1mm～5mm，向+100mm方向窜辊；

按一块硅钢窜辊一次，每次窜辊1mm～5mm，向+100mm方向窜辊。

S3，根据基准板带宽度B₀设计所述工作辊的辊形；其中，

所述凸度调节段的长度

其中，L_w为工作辊辊身长度，B₀为基准板带宽度，S₀为基准板带的初始窜辊位置，单位均为mm；

所述凸度调节段的辊形曲线为：

其中，L₁的取值范围为1400mm～1800mm，a为常数，其取值范围为300μm～800μm，b为凸度调节段辊形曲线的调节系数。

所述磨损控制段的长度L₂＝S_e-S₀；其中，S_e为轧制最后一块基准板带时工作辊窜辊位置，单位均为mm；

所述磨损控制段的轧辊曲线为：

y＝a₂(x-L₁)²+a₄(x-L₁)⁴+a₆(x-L₁)⁶ (L₁<x<L₁+L₂)

其中，a₂、a₄、a₆为补偿曲线的特征系数；L₂的取值范围为100mm～300mm。

所述结构工艺段的长度L₃＝L_w-L₁-L₂；

所述结构工艺段的辊形曲线为：

y＝b₀+b₁(x-L₁-L₂) (L₁+L₂<x<L_w)

其中，L_w的取值范围为1400mm～2300mm；b₀为磨损控制段的轧辊曲线在端点的值，b₀＝a₂L₂ ²+a₄L₂ ⁴+a₆L₂ ⁶；b₁为磨损控制段的轧辊曲线在端点的斜率，b₁＝2a₂L₂+4a₄L₂ ³+6a₆L₂ ⁵。

下面，以某1450热连轧机组轧制板带宽度范围为980mm～1280mm，窜辊行程为-100mm～100mm为例对本发明的方案详细加以说明。

某1450热连轧机组，配备有短行程(±100mm)，实际生产过程使用经常出现±85mm甚或±65/50mm超短行程的窜辊状态，工作辊液压窜辊和强力工作辊弯辊系统，但全机组采用常规辊形的工作辊短行程液压系统往复周期性窜辊的单一机型，难以满足电工钢自由规程轧制高精度板形质量要求。

对此，结合1450mm热连轧机生产线的实际情况，工作辊长度为L_w＝1700mm，支持辊长度L_B＝1500mm，设计带钢宽度B₀＝1250mm，工作辊与支持辊和带钢之间的位置关系如图1所示，由于是短行程窜辊轧机，设计窜辊行程±100mm。

凸度调节段的长度L₁：

凸度调节段的辊形曲线为：

磨损控制段的长度L₂：L₂＝S_e-S₀＝100mm，磨损控制段的轧辊曲线为：

y＝-4.518×10^-5(x-1475)²+4.118×10^-9(x-1475)⁴+-1.710×10^-13(x-1475)⁶(1475<x<1575)

结构工艺段L₃：L₃＝L_w-L₁-L₂＝125mm，结构工艺段的辊形曲线为：

y＝-0.211+-2.11×10^-3(x-1575) (1575<x<1700)

最终1450mm热连轧生产线的短行程窜辊的ASR-S工作辊辊形主要参数：L₁＝1475；L₂＝100；L₃＝125；a＝-0.18；b＝0.073；a₂＝-4.518×10^-5；a₄＝4.118×10^-9；a₆＝-1.710×10^-13；b₀＝-0.211；b₁＝-2.11×10^-3。根据辊形曲线公式，画出短行程窜辊的ASR-S工作辊设计辊形曲线图，如图2所示。

ASR-S工作辊相比于常规辊形不仅能控制工作辊磨损，还能同时控制带钢凸度和边降，如图3所示，可以看出，相同压下量时，ASR-S工作辊的出口带钢横截面板形质量明显优于常规辊形，带钢的边降明显更小。

分析了常规工作辊和ASR-S工作辊在轧制初期和轧制末期的弯辊调控能力，如图4所示，对比可知，ASR-S工作辊在完整轧制单位内能保持良好的弯辊调控功效，轧制初期与轧制末期的弯辊力对带钢凸度的影响差别不大，而常规工作辊在轧制后期弯辊调控性能有所下降，且ASR-S工作辊在轧制单位内由于有效的打开了凹槽形磨损一边，使得轧制前后期带钢的凸度增大量要小于常规辊的凸度增大量，有效避免了轧制后期弯辊力的过度施加情况。

通过工业轧制试验验证及应用实现电工钢轧制单位扩大25％条件下，电工钢全长凸度高精度命中率由46.7％提升到96.0％，取得显著稳定生产实绩，如图5所示。打破了“由宽至窄”的Coffin轧制规程约束，并结合工作辊强力弯辊保证承载辊缝形状的正常可控。

此外，需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

最后需要说明的是，以上所述是本发明优选实施方式，应当指出，尽管已描述了本发明优选实施例，但对于本技术领域的技术人员来说，一旦得知了本发明的基本创造性概念，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

Claims (8)

1.一种适用于短行程窜辊非对称自补偿轧制工作辊，其特征在于，包括依次连接的凸度调节段、磨损控制段和结构工艺段；其中，

所述凸度调节段的长度

其中，L_w为工作辊辊身长度，B₀为基准板带宽度，S₀为基准板带的初始窜辊位置；

所述凸度调节段的辊形曲线为：

其中，a为常数，b为凸度调节段辊形曲线的调节系数。

所述磨损控制段的长度L₂＝S_e-S₀；其中，S_e为轧制最后一块基准板带时工作辊窜辊位置；

所述磨损控制段的轧辊曲线为：

y＝a₂(x-L₁)²+a₄(x-L₁)⁴+a₆(x-L₁)⁶(L₁<x<L₁+L₂)

其中，a₂、a₄、a₆为补偿曲线的特征系数；

所述结构工艺段的长度L₃＝L_w-L₁-L₂；

所述结构工艺段的辊形曲线为：

y＝b₀+b₁(x-L₁-L₂)(L₁+L₂<x<L_w)

其中，b₀为磨损控制段的轧辊曲线在端点的值，b₀＝a₂L₂ ²+a₄L₂ ⁴+a₆L₂ ⁶；b₁为磨损控制段的轧辊曲线在端点的斜率，b₁＝2a₂L₂+4a₄L₂ ³+6a₆L₂ ⁵。

2.如权利要求1所述的适用于短行程窜辊非对称自补偿轧制工作辊，其特征在于，L_w的取值范围为1400mm～2300mm。

3.如权利要求2所述的适用于短行程窜辊非对称自补偿轧制工作辊，其特征在于，L₁的取值范围为1400mm～1800mm。

4.如权利要求3所述的适用于短行程窜辊非对称自补偿轧制工作辊，其特征在于，a的取值范围为300μm～800μm。

5.如权利要求4所述的适用于短行程窜辊非对称自补偿轧制工作辊，其特征在于，L₂的取值范围为100mm～300mm。

6.一种适用于短行程窜辊非对称自补偿轧制工作辊的实现方法，其特征在于，所述工作辊包括依次连接的凸度调节段、磨损控制段和结构工艺段；所述方法包括：

S1，确定板带宽度范围，将最大宽度板带作为基准板带，其宽度记为B₀；

S2，确定窜辊策略，所述窜辊策略包括烫辊材的窜辊和硅钢的窜辊；

S3，根据基准板带宽度B₀设计所述工作辊的辊形；其中，

所述凸度调节段的长度

其中，L_w为工作辊辊身长度，B₀为基准板带宽度，S₀为基准板带的初始窜辊位置；

所述凸度调节段的辊形曲线为：

其中，a为常数，b为凸度调节段辊形曲线的调节系数。

所述磨损控制段的长度L₂＝S_e-S₀；其中，S_e为轧制最后一块基准板带时工作辊窜辊位置；

所述磨损控制段的轧辊曲线为：

y＝a₂(x-L₁)²+a₄(x-L₁)⁴+a₆(x-L₁)⁶(L₁<x<L₁+L₂)

其中，a₂、a₄、a₆为补偿曲线的特征系数；

所述结构工艺段的长度L₃＝L_w-L₁-L₂；

所述结构工艺段的辊形曲线为：

y＝b₀+b₁(x-L₁-L₂)(L₁+L₂<x<L_w)

其中，b₀为磨损控制段的轧辊曲线在端点的值，b₀＝a₂L₂ ²+a₄L₂ ⁴+a₆L₂ ⁶；b₁为磨损控制段的轧辊曲线在端点的斜率，b₁＝2a₂L₂+4a₄L₂ ³+6a₆L₂ ⁵。

7.如权利要求6所述的适用于短行程窜辊非对称自补偿轧制工作辊的实现方法，其特征在于，L_w的取值范围为1400mm～2300mm；L₁的取值范围为1400mm～1800mm；a的取值范围为300μm～800μm；L₂的取值范围为100mm～300mm。

8.如权利要求7所述的适用于短行程窜辊非对称自补偿轧制工作辊的实现方法，其特征在于，所述窜辊策略包括：

若烫辊材宽度≤硅钢宽度-200mm，按周期性正常窜辊策略进行窜辊；若烫辊材宽度＞硅钢宽度-200mm，则在轧制开始时将第五个机架窜辊固定在-100mm～-30mm，轧制两块后按两块烫辊材窜辊一次，每次窜辊1mm～5mm，向+100mm方向窜辊；

按一块硅钢窜辊一次，每次窜辊1mm～5mm，向+100mm方向窜辊。

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