CN114406010B

CN114406010B - 一种适宜无头轧制精轧机组工作辊辊形设计方法

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Publication number: CN114406010B
Application number: CN202210024346.XA
Authority: CN
Inventors: 何安瑞; 周冠禹; 刘超; 郭蓝田; 姚驰寰
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2022-01-07
Filing date: 2022-01-07
Publication date: 2023-02-24
Anticipated expiration: 2042-01-07
Also published as: CN114406010A

Abstract

本发明公开了一种适宜无头轧制精轧机组工作辊辊形设计方法，解决现有的无头轧制产线精轧机组弯辊力调控能力不足的问题，从工作辊辊形设计角度来提升弯辊力调控能力。方法包括：评估各机架弯辊力实际调控能力；计算待设计机架良好工况弯辊力和待设计机架弯辊力改变量，根据待设计机架良好工况弯辊力和弯辊力改变量计算弯辊力设计值；计算待设计机架目标入口凸度和待设计机架目标出口凸度；根据待设计机架轧制力、弯辊力和工作辊辊形对带钢凸度的功效关系，计算待设计机架工作辊辊形。设计工作辊辊形，显著提高工作辊的弯辊力调控余量，有效提高弯辊力调控能力；方法便于推广应用，提高产品质量、轧制稳定性。

Description

一种适宜无头轧制精轧机组工作辊辊形设计方法

技术领域

本发明涉及板带轧制板形控制技术领域，特别是指一种适宜无头轧制精轧机组工作辊辊形设计方法。

背景技术

无头轧制产线是指钢水经过连铸和在线加热后直接进行粗轧和精轧，且只在卷取阶段进行剪切分卷的热轧带钢生产线。无头轧制产线的布局紧凑，占地面积小，节能环保。在生产过程中只需要一次穿带，可以极大提高薄规格产品比例。另外，无头轧制产线受连铸设备影响在一个生产周期内带钢宽度基本相同，可以说在同宽薄规格产品大批量生产中，无头轧制产线具有明显优势。对于无头轧制生产，CVC辊形难以根据带钢凸度进行大幅度窜辊。为了改善同宽轧制时工作辊磨损的均匀性，无头轧制产线精轧机组工作辊辊形多采用抛物线形式，并结合适当的窜辊来保证工作辊均匀化磨损，带钢凸度则依靠弯辊力在线调节，因此对各机架弯辊力调控能力提出了更高的要求。

由于无头轧制技术近些年才得到广泛的发展，对于其辊形技术的开发资料较少。为了提高工作辊弯辊力调控余量，文献1（杨雄伟.变接触支持辊辊形设计与板形控制能力仿真[J].金属世界,2018(06):50-56.）在常规产线中利用变接触支持辊技术来减小支撑辊和工作辊的有害接触区，进而提高工作辊的弯辊力调控余量。文献2（一种四辊轧机的工作辊弯辊装置，授权专利，CN204523785U）通过结构设计使得弯辊装置的能力得以充分利用。文献3（谢向群,李维刚,卞皓,付文鹏.热连轧机弯辊力设计设定策略研究及应用[J].武汉科技大学学报,2016,39(6):416-420.）在常规产线中通过对设定弯辊力模型设计以满足实际弯辊力在设备极限以内。可见现有技术并没有从工作辊辊形设计角度来提升弯辊力调控能力。

发明内容

本发明提供了一种适宜无头轧制精轧机组工作辊辊形设计方法，现有技术具有以下问题，无头轧制产线精轧机组弯辊力调控能力不足，不能从工作辊辊形设计角度来提升弯辊力调控能力。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供如下方案：

本发明实施例提供一种适宜无头轧制精轧机组工作辊辊形设计方法，所述方法包括：

评估各机架弯辊力实际调控能力；

计算待设计机架良好工况弯辊力和待设计机架弯辊力改变量，根据待设计机架良好工况弯辊力和弯辊力改变量计算弯辊力设计值；

计算待设计机架目标入口凸度和待设计机架目标出口凸度；

根据待设计机架轧制力、弯辊力和工作辊辊形对带钢凸度的功效关系，计算待设计机架工作辊辊形。

优选地，在评估各机架弯辊力实际调控能力过程中，将弯辊系统设备能力区间按Fn kN等间距划分，统计轧制周期前N块带钢和后N块带钢的实际弯辊力在各个区间所占的比例，确定待设计机架。

优选地，在计算待设计机架良好工况弯辊力过程中，选取待设计机架轧制周期前N块钢中板形状态良好的弯辊力作为良好工况弯辊力值。

优选地，在计算待设计机架弯辊力改变量过程中，计算轧制周期前N块钢和后N块钢占比最高的弯辊力区间中间值，对两个中间值求取平均值用以作为弯辊力实际使用区间中间值，计算弯辊系统设备能力区间中间值，将弯辊系统设备能力区间中间值与弯辊力使用区间中间值的差值乘以调整系数作为弯辊力改变量。

优选地，在根据待设计机架良好工况弯辊力和弯辊力改变量计算弯辊力设计值过程中，将待设计机架良好工况弯辊力与设计机架弯辊力改变量相加得到弯辊力设计值。

优选地，在计算待设计机架目标入口凸度过程中，以精轧机组末机架设定的出口凸度为基准，按比例凸度相等原则确定待设计机架目标入口凸度值，统一带钢入口凸度值。

优选地，在计算待设计机架目标出口凸度过程中，选待设计机架在轧制周期前N块时板形控制良好工况，以待设计机架目标入口凸度值为计算所用的带钢凸度值，利用待设计机架轧制力、弯辊力和工作辊辊形对带钢出口凸度的功效关系确定目标出口凸度值。

优选地，带钢凸度的功效关系是轧制力、弯辊力和工作辊辊形变化量与带钢凸度变化量之间的比例。

优选地，在计算待设计机架工作辊辊形过程中，利用待设计机架轧制力、弯辊力和工作辊辊形对带钢出口凸度的功效关系，改变工作辊辊形来保证待设计机架使用弯辊力设定值时带钢出口凸度等于目标出口凸度值，计算出待设计机架工作辊辊形。

本发明的上述方案至少包括以下有益效果：

上述方案中，本发明针对无头轧制产线精轧机组弯辊力调控能力不足问题，给出了详细的辊形设计方法，为解决无头轧制产线轧机弯辊力调控能力不足时进行工作辊辊形优化设计提供了可行方案，针对性地进行工作辊辊形的快速优化设计，更能满足现场需求，显著提高工作辊的弯辊力调控余量。使用本发明方法对各机架辊形进行调整，可以有效提高弯辊力调控能力。方法使用方便，便于推广应用，可提高无头轧制产线的产品质量、轧制稳定性乃至产线效益及市场竞争力。

附图说明

图1为本发明的适宜无头轧制精轧机组工作辊辊形设计方法的流程图；

图2为本发明的适宜无头轧制精轧机组工作辊辊形设计方法的实施例一的流程图；

图3为使用本发明的设计方法前的末机架轧制周期前20块和轧制周期后20块的弯辊力分布情况；

图4为使用本发明的设计方法后的末机架轧制周期前20块和轧制周期后20块的弯辊力分布情况；

图5为使用本发明的设计方法前、后的末机架轧制周期内弯辊力分布情况。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

实施例一

如图1和图2所示的，本实施例提供一种适宜无头轧制精轧机组工作辊辊形设计方法，所述方法包括：

S110、评估各机架弯辊力实际调控能力；在评估各机架弯辊力实际调控能力过程中，将弯辊系统设备能力区间按Fn kN等间距划分，统计轧制周期前N块带钢和后N块带钢的实际弯辊力在各个区间所占的比例，确定待设计机架。

S120、计算待设计机架良好工况弯辊力和待设计机架弯辊力改变量，根据待设计机架良好工况弯辊力和弯辊力改变量计算弯辊力设计值；在计算待设计机架良好工况弯辊力过程中，选取待设计机架轧制周期前N块钢中板形状态良好的弯辊力作为良好工况弯辊力值。在计算待设计机架弯辊力改变量过程中，保证弯辊力调控范围分布更加合理从而增加弯辊力调控余量，计算轧制周期前N块钢和后N块钢占比最高的弯辊力区间中间值，对两个中间值求取平均值用以作为弯辊力实际使用区间中间值，计算弯辊系统设备能力区间中间值，将弯辊系统设备能力区间中间值与弯辊力使用区间中间值的差值乘以调整系数作为弯辊力改变量。在根据待设计机架良好工况弯辊力和弯辊力改变量计算弯辊力设计值过程中，将待设计机架良好工况弯辊力与设计机架弯辊力改变量相加得到弯辊力设计值。

S130、计算待设计机架目标入口凸度和待设计机架目标出口凸度；在计算待设计机架目标入口凸度过程中，以精轧机组末机架设定的出口凸度为基准，按比例凸度相等原则确定待设计机架目标入口凸度值，计算待设计机架目标入口凸度的目的是统一带钢入口凸度值。在计算待设计机架目标出口凸度过程中，选待设计机架在轧制周期前N块时板形控制良好工况，以待设计机架目标入口凸度值为计算所用的带钢凸度值，利用待设计机架轧制力、弯辊力和工作辊辊形对带钢出口凸度的功效关系确定目标出口凸度值。

S140、根据待设计机架轧制力、弯辊力和工作辊辊形对带钢凸度的功效关系，带钢凸度的功效关系是指轧制力、弯辊力和工作辊辊形变化量与带钢凸度变化量之间的比例。计算待设计机架工作辊辊形。在计算待设计机架工作辊辊形过程中，利用待设计机架轧制力、弯辊力和工作辊辊形对带钢出口凸度的功效关系，改变工作辊辊形来保证待设计机架使用弯辊力设定值时带钢出口凸度等于目标出口凸度值，计算出待设计机架工作辊辊形。

本实施例的方法针对无头轧制产线精轧机组弯辊力调控能力不足问题，给出了详细的辊形设计方法，为解决无头轧制产线轧机弯辊力调控能力不足时进行工作辊辊形优化设计提供了可行方案，针对性地进行工作辊辊形的快速优化设计，更能满足现场需求，显著提高工作辊的弯辊力调控余量。使用本实施例的方法对各机架辊形进行调整，可以有效提高弯辊力调控能力。方法使用方便，便于推广应用，可提高无头轧制产线的产品质量、轧制稳定性乃至产线效益及市场竞争力。

实施例二

如图1所示的，本实施例提供了一种适宜无头轧制精轧机组工作辊辊形设计方法，适用于无头轧制产线的同宽同钢种大批量生产，可以有效提升精轧机组各机架的弯辊力调控能力，改善板带轧后板形质量。方法包括：

轧机弯辊系统设备能力按F _n kN划分，弯辊系统设备能力分布区间可划分为B _i，其中，i取1至（L _pos-L _neg）/F _n，L _pos为正弯辊力极限值，L _neg为负弯辊力极限值；

统计各机架轧制周期前N块带钢在弯辊系统设备能力分布区间B _i内的块数S _i，各机架轧制周期前N块带钢实际弯辊力在分布区间所占比例P _i可表示为P _i=S _i/N；

统计各机架轧制周期后N块带钢在弯辊系统设备能力分布区间B _i内的块数S _j，各机架轧制周期后N块带钢实际弯辊力在分布区间所占比例P _j可表示为P _j=S _j/N；

计算待设计机架轧制周期前N块占比最高的弯辊力区间中间值F _f与待设计机架轧制周期后N块占比最高的弯辊力区间中间值F _b的平均值F _mid用以作为弯辊力实际使用区间中间值，即F _mid=（F _f+F _b）/2；

计算待设计机架弯辊系统设备能力区间中间值F _ref，其中，F _ref=（L _pos-L _neg）/2；

将待设计机架弯辊系统设备能力区间中间值F _ref与待设计机架弯辊力实际使用区间中间值F _mid的差值乘以调整系数k作为待设计机架弯辊力改变量δ, 可表示为δ=k*（F _ref-F _mid），k的取值区间为[0, 1]；

选取待设计机架在轧制周期前N块钢中板形良好工况，选取轧制周期前N块钢中板形状态良好带钢对应的弯辊力作为良好工况弯辊力值F _bact，辊形设计使用的弯辊力值F _bopt=F _bact+δ；

以末机架设定出口凸度为基准，按比例凸度相等原则确定待设计机架带钢目标入口凸度值。若末机架设定出口凸度为C _out且待设计机架为末机架，则C _in=C _out/h*H，其中，C _in为末机架入口凸度，h为末机架出口厚度，H为末机架入口厚度，其它机架可以按比例凸度相等原则依次计算；

选取待设计机架在轧制周期前N块钢中板形良好工况，以待设计机架目标入口凸度值为计算所用的带钢凸度值，利用辊系-轧件变形模型得到轧制力、弯辊力和工作辊辊形对带钢出口凸度的功效关系，并根据功效关系确定目标出口凸度值，功效关系可表示为：C _out= C _basic+ k _f *（F _fact-F _fbasic）+ k _b *（F _bact-F _bbasic）+ k _c *（C _cact-C _cbasic），其中，C _out为目标出口凸度值，C _basic为基础工况下的带钢出口凸度，k _f为轧制力功效系数，k _b为弯辊力功效系数，k _c为工作辊辊形功效系数，F _fact为良好工况轧制力，F _fbasic为基础轧制力，F _bact为良好工况弯辊力，F _bbasic为弯辊力基础值，C _cact为良好工况辊形量，C _cbasic为基础辊形量；

利用待设计机架轧制力、弯辊和工作辊辊形对带钢出口凸度的功效关系，通过辊形设计来保证使用弯辊力值F _bopt后带钢出口凸度等于目标出口凸度值。此部分可用下式表示：C _copt= [C _out– C _basic- k _f *（F _fact-F _fbasic）- k _b *（F _bopt-F _bbasic）] /k _c + C _cbasic，其中，C _copt为设计辊形量，C _out为目标出口凸度值。

实施例三

本实施例提出了一种适宜无头轧制精轧机组工作辊辊形设计方法。以提高末机架弯辊力调控能力为例，某无头轧制产线批量生产3.0mm*1220mm规格的SPHC钢种，末机架弯辊能力不足，导致中浪板形缺陷频发辊形设计方法包括：

末机架弯辊力分布区间按200 kN划分，则设备弯辊力能力分布区间 [-200,1200]可划分为[-200,0)、[0,200)、[200,400)、[400,600)、[600,800)、[800,1000)、[1000,1200]；

统计轧制周期前20块带钢的末机架实际弯辊力在各分布区间内的块数分别为12、8、0、0、0、0，末机架弯辊力在各分布区间所占比例为60%、40%、0%、0%、0%、0%；

统计轧制周期后20块带钢的末机架实际弯辊力在各分布区间[-200,0)、[0,200)、[200,400)、[400,600)、[600,800)、[800,1000)、[1000,1200]内的块数分别为9、11、0、0、0、0，末机架弯辊力在各分布区间所占比例为45%、55%、0%、0%、0%、0%；

末机架轧制周期前20块占比最高的弯辊力区间中间值为-100 kN，末机架轧制周期后20块占比最高的弯辊力区间中间值为100 kN，将上述两个中间值的平均值0 kN作为现有弯辊力使用区间中间值；

末机架设备弯辊力能力区间中间值等于弯辊力负极限-200 kN与弯辊力正极限1200 kN的平均值500 kN；

将末机架设备弯辊力能力区间中间值500 kN与末机架现有弯辊力使用区间中间值0 kN的差值500 kN乘以调整系数，现场取调整系数为0.26，可知末机架弯辊力改变量为130 kN；

选取末机架在轧制周期前20块中板形控制良好工况，板形良好轧制力F _act为7470kN，良好工况弯辊力值为-180 kN，良好工况辊形量为-110 μm，将良好工况弯辊力值-180kN与弯辊力改变量130 kN相加得到设计弯辊力值-50 kN；

以末机架设定出口凸度为基准，按比例凸度相等原则确定末机架带钢目标入口凸度值，末机架设定出口凸度为40 μm，末机架出口厚度3.02 mm，末机架入口厚度3.56 mm，末机架目标入口凸度为40 *（3.56/3.02）=47.15 μm；

选取末机架在轧制周期前20块中板形控制良好工况，板形良好轧制力F _act为7470kN，良好工况弯辊力值为-180 kN，良好工况辊形量为-110 μm，以末机架目标入口凸度47.15μm为计算所用的带钢凸度值，利用辊系-轧件变形模型计算轧制力、弯辊和辊形对带钢出口凸度的功效系数，可得k _f= 0.00101μm/kN，k _b= -0.01858μm/kN，k _c= -0.07629μm/μm，C _basic= 29.38μm，F _fbasic =7000kN，F _bbasic =500kN，C _cbasic= -110μm，则目标出口凸度C _out=C _basic+ k _f*（F _fact - F _fbasic）+ k _b *（F _bact - F _bbasic）+ k _c *（C _cact - C_cbasic），代入各系数后得C _out=29.38 + 0.00101*（7470 - 7000） - 0.01858*（-180 - 500）- 0.07629*（-110 +110）= 42.49μm；

依据待设计机架轧制力、弯辊和工作辊辊形对带钢出口凸度的功效关系，根据C _copt= [C _out- C _basic- k _f *（F _fact - F _fbasic）- k _b *（F _bopt - F _bbasic）] /k _c + C _cbasic，式中，k _f=0.00101μm/kN，k _b= -0.01858μm/kN，k _c= -0.07629μm/μm，C _out=42.49μm，C _outbasic= 29.38μm，F _basic =7000kN，F _bbasic =500kN， C _cbasic= -110μm，带入各系数后得C _copt=[42.49-29.38-0.00101*（7470-7000）+0.01858*（-50-500）]/-0.07629-110，C _copt=-141.7μm；当末机架辊形量为-141.7μm时，可保证设计弯辊力值为-50kN时出口凸度等于目标出口凸度值；

国内某无头轧制产线在试验时，对-141.7μm进行了取整处理，末机架辊形按-140μm进行了磨削，实践证明使用本实施例的辊形设计方法后，轧机弯辊力能力得到了有效提升，从图3和图4中可以看出辊形设计后，无论在轧制前期还是后期，轧机负弯辊力调控能力均得到了有效的提升。由轧制前期负弯辊力下限区间占比100%减小到占比40%，同时，按轧制前期和轧制后期占比最大分布区间中间值的平均值计算现有弯辊力使用区间中间值，该现有弯辊力使用区间中间值由设计前0kN增加到200kN；图5为辊形设计前后整个轧制周期的弯辊力分布占比情况，同样可以看出设计后负弯辊力下限区间的占比明显减小，整个轧制周期弯辊力最大占比区间由[-200,0]增加到[0,200]，达到了末机架弯辊力改变量130kN的技术目标。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种适宜无头轧制精轧机组工作辊辊形设计方法，其特征在于，所述方法包括：

评估各机架弯辊力实际调控能力；

计算待设计机架目标入口凸度和待设计机架目标出口凸度；

根据待设计机架轧制力、弯辊力和工作辊辊形对带钢凸度的功效关系，计算待设计机架工作辊辊形，在计算待设计机架工作辊辊形过程中，利用待设计机架轧制力、弯辊力和工作辊辊形对带钢出口凸度的功效关系，改变工作辊辊形来保证待设计机架使用弯辊力设定值时带钢出口凸度等于目标出口凸度值，计算出待设计机架工作辊辊形，待设计机架工作辊辊形公式为：

C_copt＝[C_out–C_basic-k_f*(F_fact-F_fbasic)-k_b*(F_bopt-F_bbasic)]/k_c+C_cbasic；

其中，C_copt为设计辊形量，C_out为目标出口凸度值，C_basic为基础工况下的带钢出口凸度，k_f为轧制力功效系数，F_fact为良好工况轧制力，F_fbasic为基础轧制力，k_b为弯辊力功效系数，F_bopt为弯辊力，F_bbasic为弯辊力基础值，k_c为工作辊辊形功效系数，C_cbasic为基础辊形量；

在评估各机架弯辊力实际调控能力过程中，将弯辊系统设备能力区间按Fn kN等间距划分，统计轧制周期前N块带钢和后N块带钢的实际弯辊力在各个区间所占的比例，确定待设计机架。

2.根据权利要求1所述的适宜无头轧制精轧机组工作辊辊形设计方法，其特征在于，在计算待设计机架良好工况弯辊力过程中，选取待设计机架轧制周期前N块钢中板形状态良好的弯辊力作为良好工况弯辊力值。

3.根据权利要求1所述的适宜无头轧制精轧机组工作辊辊形设计方法，其特征在于，在计算待设计机架弯辊力改变量过程中，计算轧制周期前N块钢和后N块钢占比最高的弯辊力区间中间值，对两个中间值求取平均值用以作为弯辊力实际使用区间中间值，计算弯辊系统设备能力区间中间值，将弯辊系统设备能力区间中间值与弯辊力使用区间中间值的差值乘以调整系数作为弯辊力改变量。

4.根据权利要求1所述的适宜无头轧制精轧机组工作辊辊形设计方法，其特征在于，在根据待设计机架良好工况弯辊力和弯辊力改变量计算弯辊力设计值过程中，将待设计机架良好工况弯辊力与设计机架弯辊力改变量相加得到弯辊力设计值。

5.根据权利要求1所述的适宜无头轧制精轧机组工作辊辊形设计方法，其特征在于，在计算待设计机架目标入口凸度过程中，以精轧机组末机架设定的出口凸度为基准，按比例凸度相等原则确定待设计机架目标入口凸度值，统一带钢入口凸度值。

6.根据权利要求1所述的适宜无头轧制精轧机组工作辊辊形设计方法，其特征在于，带钢凸度的功效关系是轧制力、弯辊力和工作辊辊形变化量与带钢凸度变化量之间的比例。

7.根据权利要求1所述的适宜无头轧制精轧机组工作辊辊形设计方法，其特征在于，在计算待设计机架目标出口凸度过程中，选待设计机架在轧制周期前N块时板形控制良好工况，以待设计机架目标入口凸度值为计算所用的带钢凸度值，利用待设计机架轧制力、弯辊力和工作辊辊形对带钢出口凸度的功效关系确定目标出口凸度值。