CN116140376B - 一种热轧工作辊磨损补偿辊形设计及窜辊设定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种热轧工作辊磨损补偿辊形设计及窜辊设定方法，属于板带轧制辊形设计技术领域。该方法首先确定工作辊磨损补偿辊形，然后进行窜辊设定。其中，工作辊磨损补偿辊形由二次抛物线部分叠加磨损补偿部分组成，由分段函数表示；窜辊设定在轧制单元前期采用渐增式窜辊策略，辊形中的磨损补偿部分被消耗，轧制单元后期采用常规的往复式窜辊。本发明的磨损补偿辊形可以有效减少磨工作辊磨损凹槽的深度，从而改善轧制后期出现的局部高点、大边降和边部窄浪等缺陷，延长轧制公里数；渐增式窜辊策略可以在轧制前期辊形补偿强度较大时限制带钢边部的补偿范围，从而提高板形质量稳定性与轧制稳定性。

Description

一种热轧工作辊磨损补偿辊形设计及窜辊设定方法

技术领域

本发明属于板带轧制辊形设计技术领域，特别涉及一种热轧工作辊磨损补偿辊形设计及窜辊设定方法。

背景技术

高温高压的板带热轧过程中工作辊会产生显著磨损，且磨损量在带钢宽度方向上的分布是不均匀的，特别是在带钢边部附近，因此会引起带钢边部不均匀的压下与延伸，造成局部高点、大边降(边部减薄)和窄边浪等边部板形缺陷。这些缺陷会减少轧制公里数、增大切边量、影响后续加工和成品质量。

针对热轧工作辊磨损造成的板形问题，出现了多种磨损补偿技术。公开号为CN113560350A的中国专利公开了一种轧辊磨损自愈装置及其控制方法，通过在工作辊内部不同区域装配电子温控片来调控轧辊温度场，进而用轧辊热胀辊形来补偿磨损辊形。在不改造轧辊的前提下，还可以通过辊形设计与窜辊配合来实现磨损补偿。公开号为CN112588838A的中国专利公开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，通过单侧带有锥度的工作辊辊形配合单向窜辊，使带钢边部随着磨损的增大逐步进入锥段，从而补偿磨损带来的边部压下增大。单侧锥度辊适合连铸连轧等大批量同宽轧制产线，而双侧锥度辊更适应需要灵活排产的常规热连轧产线。《高精度板带材轧制理论与实践》(金兹伯格，冶金工业出版社，2000年，第416页)中描述了一种两侧都带锥度的工作辊，配合周期性往复式窜辊来实现对磨损辊形的补偿。公开号为CN106077098A的中国专利公开了一种双锥度工作辊及其辊形设计方法，两侧锥角用于减小带钢边降，且锥角段采用二次曲线设计，以实现锥段与中部辊形之间的光滑过渡。

但在双锥度辊的应用过程中，由于采用周期性往复式窜辊，在不同窜辊位置，带钢边部进入锥段的长度和对应的补偿高度不同，因此带钢的板形也会发生周期性变化。特别是在轧制前期，锥度段还没有因为磨损而变缓和时，窜辊过大、入锥过长的话，带钢边部压下量减小会过多，可能会造成凸度偏小和中浪等板形问题，影响轧制稳定性，也限制了双锥度辊的锥段设计高度与补偿能力的提高。

发明内容

本发明针对现有双锥度磨损补偿辊形在周期性往复式窜辊时会出现板形质量波动、稳定性下降、补偿量偏小等问题，提供一种热轧工作辊磨损补偿辊形设计及窜辊设定方法，通过窜辊幅值由小变大的渐增式窜辊设定方法来提高板形稳定性，同时提供与窜辊策略对应的光滑过渡的磨损补偿辊形设计方法。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

该方法包括步骤如下：

S1、确定工作辊磨损补偿辊形；

工作辊磨损补偿辊形由二次抛物线部分叠加磨损补偿部分组成，由分段函数表示如下：

式中，y为工作辊半径辊形量，单位为mm；

L为工作辊辊身轴向长度，单位为mm；

x为以工作辊辊身中点为零点的辊身轴向坐标，单位为mm；

w为轧制单元前期的带钢平均宽度，单位为mm；

θ为轧制单元前期每块钢轧制后在轧辊中心产生的平均半径磨损量，单位为mm；

d为窜辊步长，单位为mm；

p为渐增式窜辊的最大步幅；

C为二次抛物线部分的凸度，单位为mm；

S2、进行窜辊设定；

窜辊设定在轧制单元前期采用渐增式窜辊策略，在轧制单元后期采用常规的往复式窜辊。

轧制单元前期采用渐增式窜辊策略，窜辊幅值随轧制块数的增加逐渐扩大，可限制带钢边部的补偿范围、提高板形质量稳定性，并消耗掉辊形中的磨损补偿部分。

所述步骤S2中窜辊设定s_n由下式计算：

轧制单元前期：

s_n＝(-1)α(n-α²-α-1)d；

轧制单元后期：

若s_n≥S_max，则s_n＝S_max且β_n+1＝β_n+1，

若s_n≤-S_max，则s_n＝-S_max且β_n+1＝β_n+1，

式中，s_n为换辊后的第n卷带钢的窜辊设定，n为带钢卷号；

中间量floor()为向下取整函数；

S_max为窜辊设备极限值，单位为mm，窜辊设定的范围为[-S_max,S_max]；

β_n为第n卷带钢前窜辊设定到达窜辊设备极限的次数，第一卷钢的初始值β₁为0，每当窜辊设定的绝对值到达设备极限值后，β_n+1在β_n基础上增加1。

其中，轧制单元前期和轧制单元后期划定方法如下：

轧制单元前期1≤n≤p²，其中，n为带钢卷号，p为渐增式窜辊的最大步幅。

轧制单元后期n>p²，其中，n为带钢卷号，p为渐增式窜辊的最大步幅。

上述，渐增式窜辊的最大步幅p取值范围为5-7，取值越大磨损补偿能力越大。

窜辊步长d取值范围为10mm-20mm，且d≤S_max/(p-1)，其中，S_max为窜辊设备极限值，单位为mm。

二次抛物线部分的凸度C取值范围为-0.300mm–0mm。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

采用渐增式窜辊设定方法，在轧制前期磨损补偿强度较大时通过减小窜辊幅值来限制带钢边部补偿范围，随着辊形中的磨损补偿部分因磨损而逐渐消耗后，再增大窜辊幅值和带钢边部补偿范围，从而提高板形质量稳定性与轧制稳定性。分段函数组成的磨损补偿辊形设计方法，一方面实现初始磨削辊形的平滑过渡，另一方面可以针对性补偿渐增式窜辊造成的磨损辊形，使磨损后的辊形保持平滑，从而保证良好的带钢断面形状。

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为本发明热轧工作辊磨损补偿辊形设计及窜辊设定方法中磨损补偿辊形分段曲线示意图；

图2为本发明热轧工作辊磨损补偿辊形设计及窜辊设定方法中窜辊设定示意图；

图3为本发明实施例中磨损补偿辊形磨损前后形状；

图4为常规二次辊形磨损前后形状；

图5为本发明实施例中不同辊形下轧制后期带钢断面形状示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种热轧工作辊磨损补偿辊形设计及窜辊设定方法。

该方法包括步骤如下：

S1、确定工作辊磨损补偿辊形；

工作辊磨损补偿辊形由二次抛物线部分叠加磨损补偿部分组成，由分段函数表示如下：

式中，y为工作辊半径辊形量，单位为mm；

L为工作辊辊身轴向长度，单位为mm；

x为以工作辊辊身中点为零点的辊身轴向坐标，单位为mm；

w为轧制单元前期的带钢平均宽度，单位为mm；

θ为轧制单元前期每块钢轧制后在轧辊中心产生的平均半径磨损量，单位为mm；

d为窜辊步长，单位为mm；

p为渐增式窜辊的最大步幅；

C为二次抛物线部分的凸度，单位为mm；

S2、进行窜辊设定；

窜辊设定在轧制单元前期采用渐增式窜辊策略，在轧制单元后期采用常规的往复式窜辊。

下面结合具体实施例予以说明。

以某1450mm热轧产线的末机架工作辊磨损补偿辊形与窜辊设定为例，其支撑辊辊身长度为1450mm，工作辊辊身轴向长度L为1650mm，窜辊设备极限值S_max为100mm，即窜辊设定的范围为[-100mm,100mm]。以一个轧制单元连续生产80卷钢种Q235B宽度1250mm厚度3.0mm带钢的生产任务为例。该生产任务因大批量同宽轧制，容易在轧制单元后期因工作辊磨损而引起局部高点、大边降和窄边浪等边部板形缺陷，因此采用本发明的工作辊磨损补偿辊形与窜辊设定方法进行控制。

首先选定辊形参数与窜辊参数：

(1)渐增式窜辊的最大步幅p设置为6；

(2)窜辊步长d设置为15mm，满足d≤S_max/(p-1)＝100mm/(6-1)＝20mm；

(3)轧制单元前期(带钢n≤p²＝6²＝36，即前36卷)，统计带钢平均宽度w为1250mm，每块钢轧制后在轧辊中心产生的平均半径磨损量θ为0.0009mm，其中磨损量由自动化控制系统中的磨损预测模型根据生产计划进行预测；

(4)磨损补偿辊形中二次抛物线部分的凸度C设置为-0.150mm。

如图1所示，选定参数后，得到工作辊磨损补偿辊形曲线，由二次抛物线部分叠加磨损补偿部分组成，半径辊形量y由分段函数表示：

如图2所示，可以得到轧制单元的窜辊设定。在轧制单元前期采用渐增式窜辊策略，窜辊设定从零位开始，窜辊幅值从最小的15mm逐渐扩大到30mm、45mm、60mm和75mm，从而在轧制前期限制带钢边部的补偿范围，并随着辊形中的磨损补偿部分被逐渐磨损消耗，扩大窜辊幅值和带钢边部补偿范围，达到提高板形质量稳定性与轧制稳定性的目的。轧制单元后期则采用常规的往复式窜辊。换辊后的第n卷带钢的窜辊设定s_n为:

轧制前期，1≤n≤36：

s_n＝(-1)α(n-α²-α-1)×15

其中，中间量floor()为向下取整函数；

轧制后期，n>36：

若s_n≥100，则s_n＝100且β_n+1＝β_n+1，

若s_n≤-100，则s_n＝-100且β_n+1＝β_n+1，

其中，β_n为第n卷带钢前窜辊设定到达窜辊设备极限的次数，第一卷钢的初始值β₁为0，每当窜辊设定的绝对值到达设备极限值后，β_n+1在β_n基础上增加1。整个轧制单元中各卷的窜辊设定如表1所示。

表1轧制单元中各卷的窜辊设定及计算中间量

如图3，为轧制单元内不同时期的磨损补偿辊形的前后磨损辊形，可以看到在轧制前期的渐增式窜辊结束后，辊形中的磨损补偿部分被消耗，剩余二次抛物线部分。而对比常规二次抛物线辊形，在轧制前期结束后，已经出现明显的磨损凹槽，在轧制末期磨损凹槽更深，如图4所示。磨损凹槽的边部会挤压带钢边部，造成边部板形缺陷，而磨损补偿辊形可以有效减少轧制后期的磨损凹槽的深度，从而减轻带钢局部高点、大边降和窄边浪等缺陷，改善带钢断面形状，如图5所示。带钢边部缺陷的改善也有助于延长轧制公里数。

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。

Claims (7)

1.一种热轧工作辊磨损补偿辊形设计及窜辊设定方法，其特征在于，包括步骤如下：

S1、确定工作辊磨损补偿辊形；

工作辊磨损补偿辊形由二次抛物线部分叠加磨损补偿部分组成，由分段函数表示如下：

式中，y为工作辊半径辊形量，单位为mm；

L为工作辊辊身轴向长度，单位为mm；

x为以工作辊辊身中点为零点的辊身轴向坐标，单位为mm；

w为轧制单元前期的带钢平均宽度，单位为mm；

θ为轧制单元前期每块钢轧制后在轧辊中心产生的平均半径磨损量，单位为mm；

d为窜辊步长，单位为mm；

p为渐增式窜辊的最大步幅；

C为二次抛物线部分的凸度，单位为mm；

S2、进行窜辊设定；

窜辊设定在轧制单元前期采用渐增式窜辊策略，在轧制单元后期采用常规的往复式窜辊。

2.根据权利要求1所述的热轧工作辊磨损补偿辊形设计及窜辊设定方法，其特征在于，所述步骤S2中窜辊设定s_n由下式计算：

轧制单元前期：

s_n＝(-1)α(n-α²-α-1)d；

轧制单元后期：

若s_n≥S_max，则s_n＝S_max且β_n+1＝β_n+1，

若s_n≤-S_max，则s_n＝-S_max且β_n+1＝β_n+1，

式中，s_n为换辊后的第n卷带钢的窜辊设定，n为带钢卷号；

中间量floor()为向下取整函数；

d为窜辊步长，单位为mm；

S_max为窜辊设备极限值，单位为mm，窜辊设定的范围为[-S_max,S_max]；

β_n为第n卷带钢前窜辊设定到达窜辊设备极限的次数，第一卷钢的初始值β₁为0，每当窜辊设定的绝对值到达设备极限值后，β_n+1在β_n基础上增加1。

3.根据权利要求2所述的热轧工作辊磨损补偿辊形设计及窜辊设定方法，其特征在于，所述轧制单元前期1≤n≤p²，其中，n为带钢卷号，p为渐增式窜辊的最大步幅。

4.根据权利要求2所述的热轧工作辊磨损补偿辊形设计及窜辊设定方法，其特征在于，所述轧制单元后期n>p²，其中，n为带钢卷号，p为渐增式窜辊的最大步幅。

5.根据权利要求1所述的热轧工作辊磨损补偿辊形设计及窜辊设定方法，其特征在于，所述渐增式窜辊的最大步幅p取值范围为5-7。

6.根据权利要求1所述的热轧工作辊磨损补偿辊形设计及窜辊设定方法，其特征在于，所述窜辊步长d取值范围为10mm-20mm，且d≤S_max/(p-1)，其中，S_max为窜辊设备极限值，单位为mm。

7.根据权利要求1所述的热轧工作辊磨损补偿辊形设计及窜辊设定方法，其特征在于，所述二次抛物线部分的凸度C取值范围为-0.300mm–0mm。