CN1169342A - 工作辊大偏置板形控制的四辊辊系 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种工作辊大偏置板形控制四辊辊系,适用于冷、热轧板带材连轧机和单机架可逆式轧机,通过调节工作辊相对于支持辊的偏置量e(不小于50mm)来控制切向弯辊力的大小,并与常规弯辊系统相结合,对板带材的板形进行动态在线调节。在要求减少轧件凸度时作后偏置,在需要增加轧件凸度时,作前偏置。提供了计算偏置量e的程序。本发明的辊系,设备简单,可对轧机进行动态在线调节,保持镜面对称轧制。控制板形效果好。

Description

工作辊大偏置板形控制的四辊辊系

本发明涉及轧钢生产领域，特别是一种板带轧机工作辊大偏置板形控制的四辊辊系。

用于大生产的由四辊机架组成的现代板带轧机在板带纵向厚度控制方面已取得了很好的成绩，其实现手段的硬件及软件都已得到公认。但在横断面板形及平直度控制方面，还处于百家争鸣的局面，多种方法并存。目前基本上有以下四种形式：

第一，常规配辊，这是传统的尚无板形调节手段时采用的方法，根据各种规格产品配置不同原始辊型的轧辊。因此要求有大量的轧辊库存，占用大量资金及场地，而且还不能在线动态调节，优点是基建投资少。

第二，正负弯辊，这是最早开发的板形调节手段，一般用于工作辊弯辊。正负弯辊又可分为普通弯辊和重型弯辊两种。普通弯辊每侧弯辊力为150吨以下，每侧弯辊达到200～250吨的称为重型弯辊，其典型代表为意大利Danieli联合公司的弯辊装置，每侧正负弯辊力达到200吨，再加上横移辊以补偿轧辊磨损。采用弯辊技术的优点是可以减少工作辊原始辊型组数，从而减少轧辊库存；轧制过程保持了常规的镜面对称轧制，跑偏倾向低。缺点是工作辊轴承容量有限，过大的弯辊力会显著降低轴承寿命。

第三，成对交叉辊加正、负弯辊，即所谓PC(Pair Cross)轧机，由日本三菱公司申请了专利。《Iron and Steel Engineer》1993，№2，32～37页题为“Expansion of PairCross(PC)millapplica-tions to hot and coldrooling mills”的论文详细介绍了这种轧机，其原理是利用交叉角θ来增加辊系凸度，原始辊型为一套凹辊，辊型增加值ΔC按下式计算： $\mathrm{\ΔC}=\frac{b^2}{2D_w}{\mathrm{\θ}}^2\mathrm{mm}$ 式中，b——带材宽度，mm；

  D_w——工作辊直径，mm；

 θ——交叉角，弧度。

θ角范围为0～1.5°，当θ＝1.5°，b＝1500mm时，ΔC可达到1mm左右，调节范围较大。

但是这种PC轧机有下列缺点：

1)轧制过程为轴对称轧制，对称轴为轧件纵向中心线，辊缝咬入弧区同一断面内上、下辊线速矢量不等，呈轴对称布置。因此，轧件上、下表面变形不一致，造成轧件的扭曲变形。上、下辊线速度与轧件速度均有矢量差，轧辊磨损量大；

2)上、下工作辊负荷分配不均时，轴对称被破坏，轧件跑偏；

3)PC轧机工作辊轴向力很大，达到轧制力的8～10％；

4)轧辊成对交叉导致支持辊轴承在牌坊窗口内偏离机架中心线，这可能导致轧辊倾斜；

5)要选择传动机构，如果采用十字轴式或其它类似接轴，则将因交叉角而导致上、下工作辊的不等速旋转；

6)PC轧机结构复杂，投资大。

第四，连续可变辊型，即所谓CVC轧机。这是德国SMS公司的专利技术，利用一对花瓶形的工作辊作相对布置，以工作辊的相对轴向移动获得约0.5mm的辊型变化，再加上弯辊作为动态调节。CVC轧机也有一系列不足之处：

1)在辊缝咬入弧区同一断面处，上、下工作辊速度不等，也形成轴对称轧制，但程度上比PC轧机小一些；

2)上、下工作辊负荷分配不均时轴对称也被破坏，轧件跑偏，但趋势比PC小；

3)工作辊轴向相对移动的目的是获得所需辊型，与补偿轧辊磨损不能兼顾；

4)横移工作辊时，带材中心点有厚度变化，需要压下补偿。

PC轧机和CVC轧机的发展势头因上述原因受到抑制，其理论上的原因则是主要考虑到在结构上如何获得所需的横向辊缝形状，而没有充分考虑轧件金属变形及流动特点。

本发明的目的提供一种工作辊大偏置板形控制的四辊辊系，既要从结构上获得所需的辊缝形状，又要照顾到金属的合理变形及顺利流动。

本发明的另一个目的是提供工作辊大偏置板形控制的四辊辊系的工作辊偏置方法，根据对板材凸度的要求，将工作辊偏置在支持辊之前或支持辊之后。

本发明的又一个目的是提供所述四辊辊系的大偏置量的计算方法。

按照本发明的工作辊大偏置板形控制的四辊辊系，具有下列特征：

1)根据对轧件横断面的凸度要求，将工作辊相对于支持辊作大偏置量布置，用轧制力的分力即切向弯辊力和常规弯辊力的合力进行弯辊。

2)通过调节偏置量e的大小来控制切向弯辊力的大小，并与常规弯辊调节相结合，对板材的板型进行在线调节。

3)偏置量e不小于50mm。

4)进行常规的镜面对称轧制，对称面为通过轧件中心线的垂直平面，使轧件不产生扭曲变形。

5)若在调节过程中影响到板材中央的厚度，应进行压下补偿。

按照本发明的工作辊大偏置板形控制四辊辊系，其工作辊大偏置的方法是，当要求减少轧件横断面凸度时，将工作辊布置在支持辊之后(按轧制方向)，使工作辊弯曲后的水平投影呈“(”形，将轧件中央部分金属辗向两边，当要求增加轧件横断面凸度时，将工作辊布置在支持辊之前(按轧制方向)，使工作辊弯曲后的水平投影呈“)”形，将轧件两边的金属辗向中央。

按照本发明的工作辊大偏置板形控制四辊辊系，所述的大偏置量e，可用连续梁法或有限元法，按下述程序计算确定：

1)根据产品要求的凸度及平直度进行逆向运算，即确定最后机架(连轧机)或最后道次(可逆式轧机)的有载辊缝目标值。

2)根据轧辊实际磨损及热膨胀的凸度及用实测轧制力计算出的辊系变形，计算出所需的切向弯辊量目标值。

3)由切向弯辊量目标值计算出所需的切向弯辊力。

4)根据所需的切向弯辊力计算出所需的偏置量e的目标值。

5)将计算出的偏置量e的目标值和实际偏置量进行比较，若不一致，就进行调节。

6)根据平直度仪的检测结果，再进行动态反馈调节。

7)按上述1)～6)步进行倒数第二机架或道次的偏置量计算和调节，依次类推，直到第一机架或第一道次的偏置量e的计算并进行相应的调节。

按照本发明的工作辊大偏置板形控制的四辊辊系，设备比较简单，与常规弯辊调节相结合，可进行轧机的动态在线调节。调节手段可采用液压或电动机械式通过蜗轮蜗杆及丝杠丝母来实现，但液压调节的动态响应性能更好。

采用本发明的四辊辊系，保持了常规的镜面对称轧制，对称面为通过轧件纵向中心线的垂直平面，因此轧件不会产生扭曲变形。

本发明的四辊辊系对单机架可逆式板带轧机更为有效，可根据轧制方向及板形要求设置大偏置的布置及计算偏置量。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1a为成对交叉辊PC轧机辊系示意图。

图1b为PC轧机工作辊在带材表面上的线速度分布示意图。

图1c为PC轧制带材断面形状示意图。

图2a为CVC工艺工作辊辊系示意图。

图2b为CVC工作辊在带材表面上的线速度分布示意图。

图2c为用CVC工艺轧制的带材断面示意图。

图3a为正弯辊辊系示意图。

图3b为正弯辊辊系工作辊在带材表面上的线速度分布示意图。

图3c为正弯辊辊系轧制的带材断面示意图。

图4为本发明的辊系示意图。a)为后偏置示意图；b)为前偏置示意图，c)、d)为工作辊弯曲后的水平投影示意图，f)、g)为带材表面上线速度分布示意图。

如图1a所示的PC轧机辊系中，θ为交叉角。图1b上的实线代表上工作辊在带材上表面的线速度分布，虚线为下工作辊在带材下表面的线速度分布示意图。这些线速度在垂直于带材运动方向上的分量在带材上、下表面上搓动带材，形成如图1c所示的带材断面。

如图2a所示，CVC工作辊直径是沿辊身长度而变化的，所以工作辊在轧材表面上的线速度分布也是不均匀的，如图2b所示，实线为上工作辊在轧件上表面的线速度分布，虚线为下工作辊在轧件下表面上的线速度分布。因此，如图2c所示，轧件上表面有向左偏转的趋势，下表面有向右偏转的趋势，因此带材也有被扭曲的趋势。

图3a为正弯辊工作辊系示意图。如图3b所示，上、下轧辊的线速度都平行于带材前进方向，呈镜面对称。这种辊系不阻碍金属的横向流动，但也不帮助所需的金属横向流动，其轧件断面如图3c所示。

图4a)、b)为本发明的工作辊大偏置板形控制四辊辊系的上工作辊、上支持辊示意图。在需要减少带材的凸度，希望金属横向从中央向两边流动时，采用如图4a所示的布置，工作辊在支持辊之后(按轧制方向)作大偏置量e的布置，在切向弯辊力与常规弯辊力的合力作用下，轧辊弯曲后的水平投影呈“(”形(如图4c所示)，在带材表面上的线速度呈放散状，如图4f所示，有利于金属从中央往两边流动，减少带材的凸度。在需要增加带材凸度，希望金属从两边向中央流动时，采用如图4b所示的布置，工作辊在支持辊之前(按轧制方向)作大偏置量e的布置，在切向弯辊力与常规弯辊力的合力作用下，工作辊弯曲后的水平投影呈“)”形(如图4c所示)，工作辊在带材表面上的线速度呈收缩状，如图4g所示，有利于金属从两边向中央流动，增加带材凸度，从而可以有效地控制板带材的凸度。

Claims (3)

1、一种工作辊大偏置板形控制的四辊辊系，其特征在于：

1)根据对轧件横断面的凸度要求，将工作辊相对于支持辊作大偏置量布置，用轧制力的分力即切向弯辊力和常规弯辊力的合力进行弯辊，

2)通过调节偏置量e的大小来控制切向弯辊力的大小，并与常规弯辊调节相结合，对板材的板形进行动态在线调节，

3)偏置量e不小于50mm，

4)进行常规的镜面对称轧制，对称面为通过轧件中心线的垂直平面，使轧件不产生扭曲变形，

5)若在调节过程中影响到板材中央的厚度，就进行压下补偿。

2、根据权利要求1的工作辊大偏置板形控制四辊辊系，其特征在于当要求减少轧件横断面凸度时，将工作辊布置在支持辊之后(按轧制方面)，使工作辊弯曲后的水平投影呈“(”形，将轧件中央部分金属辗向两边，当要求增加轧件横断面凸度时，将工作辊布置在支持辊之前(按轧制方向)，使工作辊弯曲后的水平投影呈“)”形，将轧件两边的金属辗向中央。

3、根据权利要求1的工作辊大偏置板形控制四辊辊系，其特征在于所述的偏置量e用连续梁法或有限元法按下述程序确定：

1)根据产品要求的凸度及平直度进行逆向运算，即确定最后机架或最后道次的有载辊缝目标值，

2)根据轧辊实际磨损及热膨胀的凸度及用实测轧制力计算出的辊系变形，计算出所需的切向弯辊量目标值，

3)由切向弯辊量目标值计算出所需的切向弯辊力，

4)根据所需的切向弯辊力计算出所需的偏置量e的目标值，

5)将计算出的偏置量e的目标值和实际偏置量进行比较，若不一致，就进行调节，

6)根据平直度仪的检测结果，再进行动态反馈调节，

7)按上述1)～6)步进行倒数第二机架或道次的偏置量计算和调节，依次类推，直到第一机架或第一道次的偏置量e的计算并进行相应的调节。

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