CN117139375A - 一种改善板带同板差的变凸度工作辊及其辊形设计方法 - Google Patents

一种改善板带同板差的变凸度工作辊及其辊形设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种改善板带同板差的变凸度工作辊及其辊形设计方法，属于自动化轧制技术领域。该工作辊辊形根据常轧板带宽度，板带局部高点分布位置确定轧辊边部修正区位置。根据板带边部局部高点特征，确定对两种不同常轧宽度板带的边部修正量。结合修正量约束、边部修正区与工作辊主体交接位置辊形量相等、分段曲线交接处平滑连接约束条件，获取辊身左侧边部补偿曲线。根据轧辊中心线进行对称设计，获取辊身右侧边部补偿曲线，通过与三次曲线叠加获取辊身右侧边部补偿区辊形曲线。最后通过分段函数拼接得到最终的工作辊辊形曲线。本发明减少了工作辊对不同常轧宽度板带边部的压下量，有效消除板带边部局部高点，达到改善板带同板差的目的。

Description

一种改善板带同板差的变凸度工作辊及其辊形设计方法
技术领域
本发明涉及自动化轧制技术领域，尤其涉及一种改善板带同板差的变凸度工作辊及其辊形设计方法。
背景技术
随着轧制技术的发展，板带加工企业对生产高质量板带产品的期望越加强烈。作为板形质量重要的评判指标之一，同板差质量攻关也一直是各大生产方的重点关注事项。良好的同板差可以显著提升高附加值(如硅钢)的板带产品的价值。另外，热轧产品同板差控制性能差直接会影响冷轧等下游工序成品同板差质量，导致“起筋”甚至复杂浪形问题出现。
凸度和楔形以及局部高点是评价板带同板差的重要指标。对于楔形，目前已经有成熟的控制手段，如进行机架调平和轧制中心线对中等，但对于凸度和局部高点控制，二者存在强耦合矛盾关系。板带生产时采用较小的目标凸度，容易引起边部局部高点；而对于边部局部高点控制，通常通过干预窜辊或减少弯辊力来调节，这种策略将严重影响凸度和平直度指标。
因此，协调凸度和局部高点控制的矛盾关系，成为制约热轧产品同板差质量提升的关键因素。参考冷连轧控制策略，边降控制或许是良好的解决方案之一。但目前绝大多数热轧机型，特别是CVC轧机，都缺乏有效的边降控制手段。同时，确保在不同窜辊位置工况下对不同宽度板带的边降进行有效控制也是一大难题。
发明内容
本发明为解决热轧工序同板差控制能力差的问题，提供了一种改善板带同板差的变凸度工作辊及其辊形设计方法。
为解决上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：
一种改善板带同板差的变凸度工作辊，包括边部调节区和辊身主体区域；
所述边部调节区包括辊身左侧补偿区和辊身右侧补偿区，用于减少两种常轧宽度板带的边部压下量，并且与辊身主体区域进行平滑连接；
工作辊辊形由3段曲线拼接而成，工作辊辊形补偿曲线关于辊身中心线对称，工作辊辊形纵坐标的计算公式为：
yL(x)＝b1x+b2x2+b3x3+b4x4
y0(x)＝a1x+a2x2+a3x3
yR(x)＝y0(x)+yC
其中，x为辊身横坐标，y0(x)为辊身主体区域辊形曲线，yL(x)为辊身左侧补偿区辊形曲线函数，yR(x)为辊身右侧补偿区辊形曲线函数，yC为辊身右侧边部补偿曲线函数，y为最终辊形曲线，
a1，a2，a3为三次曲线多项式系数；b1，b2，b3，b4为曲线多项式系数；
L为辊身长度，B1为一种常轧板带宽度，E为板带边部横向修正宽度。
所述辊身主体区域辊形曲线多项式系数a1，a2，a3的计算公式为：
a1＝-a2L-3a3(L/2)2-a3B2/4
其中，B为工业现场设计的原常轧板带宽度；C1和C2分别是轧辊辊缝二次凸度调节域的最小值和最大值；sm是轧辊正向最大窜辊位置。
所述辊身左侧补偿区辊形曲线存在四个物理约束：
对宽度为B1的板带边部修正量为A1；
对宽度为B2的板带边部修正量为A2；
在交接处边部调节区辊形值和辊身主体区域辊形值相等；
边部调节区与辊身主体区域辊形曲线平滑连接；
其中，B2为另一种常轧板带宽度。
所述辊身右侧补偿区辊形曲线由辊身主体区域辊形曲线与辊身右侧边部补偿曲线叠加而成，
所述辊身右侧边部补偿曲线通过对辊身左侧补偿区辊形与辊身主体区域辊形曲线的差值进行反对称设计获得。
所述板带边部横向修正宽度E为板带边部局部高点分布区域宽度，根据实际情况确定。
该工作辊的辊形设计方法，包括步骤如下：
S1、设计边部调节区位置；
S2、确定辊身主体区域辊形曲线；
S3、设计辊身左侧补偿区辊形曲线；
S4、设计辊身右侧补偿区辊形曲线；
S5、将步骤S2、S3、S4中得到的曲线拼接，得到完整的辊形曲线。
所述步骤S1中边部调节区位置按如下方法确定：
辊身左侧边部调节区(左侧补偿区)的起始位置为辊身左端0坐标位置，结束位置为辊身(L-B1)/2+E位置；辊身右侧补偿区的起始位置为(L+B1)/2-E，结束位置为L；
其中，L为辊身长度，B1为一种常轧板带宽度，E为板带边部横向修正宽度。
所述步骤S3中右侧边部补偿区域与左侧边部补偿区域关于辊身中心线对称。
所述步骤S3中设计辊身左侧补偿区辊形曲线过程中，预设定宽度为B1的板带边部补偿值为A1，预设定宽度为B2的板带边部补偿值为A2；
辊身左侧补偿区辊形曲线需要满足以下约束条件：
yL((L-B1)/2)-y0((L-B1)/2)＝-A1
yL((L-B2)/2)-y0((L-B2)/2)＝-A2
yL((L-B1)/2+E)-y0((L-B1)/2+E)＝0
yL'((L-B1)/2+E)-y0'((L-B1)/2+E)＝0
其中，y0((L-B1)/2)为辊身主体区域辊身函数在常轧宽度为B1的板带左侧边部位置的辊形值，
y0((L-B2)/2)为辊身主体区域辊身函数在常轧宽度为B2的板带左侧边部位置的辊形值，
yL((L-B1)/2)为辊身左侧补偿区的辊形函数在常轧宽度为B1的板带左侧边部位置的辊形值，
yL((L-B2)/2)为辊身左侧补偿区的辊形函数在常轧宽度为B2的板带左侧边部位置的辊形值，
yL((L-B1)/2+E)为辊身左侧补偿区的辊形函数在左侧补偿区结束位置的辊形值，
y0((L-B1)/2+E)为辊身主体区域辊形函数在左侧补偿区结束位置的辊形值，
yL’((L-B1)/2+E)为辊身左侧补偿区的辊形函数的导数在左侧补偿区结束位置的值，
y0’((L-B1)/2+E)为辊身主体区域的辊形函数的导数在左侧补偿区结束位置的值。
所述步骤S4中辊身右侧边部调节区辊形曲线设计中，辊身右侧边部补偿曲线公式为：
yC(x)＝yL(L-x)-y0(L-x)。
上述技术方案，与现有技术相比至少具有如下有益效果：
上述方案，通过合理设计减少不同宽度板带的边部压下，实现了热轧板带边降控制，实现板带小凸度控制目标的同时可以减缓热轧生产过程中板带产生的局部高点问题。辊形参数输入磨床形式灵活，可直接通过离散点的方式输入，可以通过离散点拟合高次项式系数输入磨床。
上述改善板带同板差的变凸度工作辊的设计方法，基于板带常轧宽度以及局部高点分布位置划分边部调节区和辊身主体区域，以分段函数的方式设计辊形曲线，并对曲线进行平滑处理，达到了调整轧辊对板带边部压下的目的。
其中本方案设计方法可以根据现场实际情况，对常轧板带宽度，以及板带边部横向修正宽度进行选择，在轧机上实现起来可行性强、成本低。实践证明，本发明提供的改善板带同板差的变凸度工作辊，可显著提升热轧板带同板差控制性能。
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为本发明实施例提供的辊形设计曲线和补偿函数曲线；
图2为本发明实施例提供的辊形在不同窜辊位置对板带边部的辊缝补偿效果示意图，其中，(a)为窜辊位置-100mm，(b)为窜辊位置-50mm，(c)为窜辊位置0mm，(d)为窜辊位置50mm，(e)为窜辊位置100mm。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种改善板带同板差的变凸度工作辊及其辊形设计方法。
该工作辊包括边部调节区和辊身主体区域；
所述边部调节区包括辊身左侧补偿区和辊身右侧补偿区，用于减少两种常轧宽度板带的边部压下量，并且与辊身主体区域进行平滑连接；
工作辊辊形由3段曲线拼接而成，工作辊辊形补偿曲线关于辊身中心线对称，工作辊辊形纵坐标的计算公式为：
yL(x)＝b1x+b2x2+b3x3+b4x4
y0(x)＝a1x+a2x2+a3x3
yR(x)＝y0(x)+yC
其中，x为辊身横坐标，y0(x)为辊身主体区域辊形曲线，yL(x)为辊身左侧补偿区辊形曲线函数，yR(x)为辊身右侧补偿区辊形曲线函数，yC为辊身右侧边部补偿曲线函数，y为最终辊形曲线，
a1，a2，a3为三次曲线多项式系数；b1，b2，b3，b4为曲线多项式系数；
L为辊身长度，B1为一种常轧板带宽度，E为板带边部横向修正宽度。
所述辊身主体区域辊形曲线多项式系数a1，a2，a3的计算公式为：
a1＝-a2L-3a3(L/2)2-a3B2/4
其中，B为工业现场设计的原常轧板带宽度；C1和C2分别是轧辊辊缝二次凸度调节域的最小值和最大值；sm是轧辊正向最大窜辊位置。
所述辊身左侧补偿区辊形曲线存在四个物理约束：
对宽度为B1的板带边部修正量为A1；
对宽度为B2的板带边部修正量为A2；
在交接处边部调节区辊形值和辊身主体区域辊形值相等；
边部调节区与辊身主体区域辊形曲线平滑连接；
其中，B2为另一种常轧板带宽度。
所述辊身右侧补偿区辊形曲线由辊身主体区域辊形曲线与辊身右侧边部补偿曲线叠加而成，
所述辊身右侧边部补偿曲线通过对辊身左侧补偿区辊形与辊身主体区域辊形曲线的差值进行反对称设计获得。
所述板带边部横向修正宽度E为板带边部局部高点分布区域宽度，根据实际情况确定。
该工作辊的辊形设计方法，包括步骤如下：
S1、设计边部调节区位置；
S2、确定辊身主体区域辊形曲线；
S3、设计辊身左侧补偿区辊形曲线；
S4、设计辊身右侧补偿区辊形曲线；
S5、将步骤S2、S3、S4中得到的曲线拼接，得到完整的辊形曲线。
所述步骤S1中边部调节区位置按如下方法确定：
辊身左侧边部调节区(左侧补偿区)的起始位置为辊身左端0坐标位置，结束位置为辊身(L-B1)/2+E位置；辊身右侧补偿区的起始位置为(L+B1)/2-E，结束位置为L；
其中，L为辊身长度，B1为一种常轧板带宽度，E为板带边部横向修正宽度。
所述步骤S3中设计辊身左侧边部调节区辊形曲线过程中，预设定宽度为B1的板带边部补偿值为A1，预设定宽度为B2的板带边部补偿值为A2；
辊身左侧补偿区辊形曲线需要满足以下约束条件：
yL((L-B1)/2)-y0((L-B1)/2)＝-A1
yL((L-B2)/2)-y0((L-B2)/2)＝-A2
yL((L-B1)/2+E)-y0((L-B1)/2+E)＝0
yL'((L-B1)/2+E)-y0'((L-B1)/2+E)＝0
其中，y0((L-B1)/2)为辊身主体区域辊身函数在常轧宽度为B1的板带左侧边部位置的辊形值，
y0((L-B2)/2)为辊身主体区域辊身函数在常轧宽度为B2的板带左侧边部位置的辊形值，
yL((L-B1)/2)为辊身左侧补偿区的辊形函数在常轧宽度为B1的板带左侧边部位置的辊形值，
yL((L-B2)/2)为辊身左侧补偿区的辊形函数在常轧宽度为B2的板带左侧边部位置的辊形值，
yL((L-B1)/2+E)为辊身左侧补偿区的辊形函数在左侧补偿区结束位置的辊形值，
y0((L-B1)/2+E)为辊身主体区域辊形函数在左侧补偿区结束位置的辊形值，
yL’((L-B1)/2+E)为辊身左侧补偿区的辊形函数的导数在左侧补偿区结束位置的值，
y0’((L-B1)/2+E)为辊身主体区域的辊形函数的导数在左侧补偿区结束位置的值。
所述步骤S4中辊身右侧补偿区辊形曲线设计中，辊身右侧边部补偿曲线公式为：
yC(x)＝yL(L-x)-y0(L-x)。
下面结合具体实施例予以说明。
实施例1
某厂热卷板生产线，精轧机架组选用CVC轧机，工作辊辊身长度1950mm，主要轧制规格为1515mm宽度板带，轧辊辊缝二次凸度调节域为[-0.1mm,0.6mm]，轧辊正向最大窜辊位置为100mm。由于CVC轧机缺乏边降控制能力，在轧制过程中板带同板差质量难以保证。
按如下过程设计能够改善板带同板差的变凸度工作辊的辊形。
步骤一：确定轧辊三次曲线函数，如图1所示。
三次曲线函数为：
y0(x)＝a1x+a2x2+a3x3
a1＝-a2L-3a3(L/2)2-a3B2/4
其中，轧辊辊身长度L＝1950mm；现场原设常轧板带宽度B＝1515mm；轧辊辊缝二次凸度调节域最小值C1＝-0.1mm；轧辊辊缝二次凸度调节域最大值C2＝0.6mm；轧辊正向最大窜辊位置sm＝100mm。根据上述公式计算得出：
a1＝1.154e-03
a2＝-1.664e-06
a3＝6.143e-10
步骤二：根据现场生产情况，增加一项常轧板带宽度，设定常轧板带宽度B1＝1265mm，B2＝1515mm。根据现场板带边部局部高点分布区域，设定轧辊对板带边部横向修正宽度E＝160mm；根据常轧板带宽度以及轧辊对板带边部修正量，设定左侧边部调节区域位置为：[0mm,502.5mm]，设定右侧边部调节区域位置为：[1447.5mm,1950mm]。
步骤三：设计辊身左侧边部调节区辊形曲线。在步骤S3中，预设定边部调节区补偿值为A1＝10μm，A2＝15μm。辊身左侧补偿区辊形曲线为四次曲线，其由四个约束条件组成。其曲线形式为：
yL(x)＝b1x+b2x2+b3x3+b4x4
约束条件组成的方程组形式为：
yL(342.5)-y0(342.5)＝-0.01
yL(217.5)-y0(217.5)＝-0.015
yL(502.5)-y0(502.5)＝0
yL'(502.5)-y0'(502.5)＝0
通过方程组求解，轧辊中心线左侧补偿区曲线多项式系数为：
b1＝1.068e-03
b2＝-1.905e-06
b3＝2.615e-09
b4＝-2.332e-12
步骤四，设计辊身中心线右侧辊形曲线。在步骤S4中，在辊身右侧边部调节区辊形曲线设计过程中，辊身右侧补偿曲线公式为：
yC(x)＝yL(1950-x)-y0(1950-x)(1447.5≤x≤1950)
右侧最终辊形曲线为：
yR(x)＝y0(x)+yC(x)(1447.5≤x≤1950)
本发明实施例中最终轧辊辊形为：
上述提供的辊形在不同窜辊位置对板带边部的辊缝补偿效果如图2所示。
本发明提供的改善板带同板差的变凸度工作辊辊形设计方法，通过调整辊形设定参数减少不同宽度板带边部压下量，达到了对热轧板带边部进行增厚的目的，有效提升板带同板差质量。辊形参数输入磨床形式灵活，可直接通过离散点的方式输入，也可以通过离散点拟合高次项式系数输入磨床。
有以下几点需要说明：
(1)本发明实施例附图只涉及到与本发明实施例涉及到的形式，其他形式可参考通常设计。
(2)在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种改善板带同板差的变凸度工作辊，其特征在于，包括边部调节区和辊身主体区域；
所述边部调节区包括辊身左侧补偿区和辊身右侧补偿区，用于减少两种常轧宽度板带的边部压下量，并且与辊身主体区域进行平滑连接；
工作辊辊形由3段曲线拼接而成，工作辊辊形补偿曲线关于辊身中心线对称，工作辊辊形纵坐标的计算公式为：
yL(x)＝b1x+b2x2+b3x3+b4x4
y0(x)＝a1x+a2x2+a3x3
yR(x)＝y0(x)+yC
其中，x为辊身横坐标，y0(x)为辊身主体区域辊形曲线，yL(x)为辊身左侧补偿区辊形曲线函数，yR(x)为辊身右侧补偿区辊形曲线函数，yC为辊身右侧边部补偿曲线函数，y为最终辊形曲线，
a1，a2，a3为三次曲线多项式系数；b1，b2，b3，b4为曲线多项式系数；
L为辊身长度，B1为一种常轧板带宽度，E为板带边部横向修正宽度。
2.根据权利要求1所述的改善板带同板差的变凸度工作辊，其特征在于，所述辊身主体区域辊形曲线多项式系数a1，a2，a3的计算公式为：
a1＝-a2L-3a3(L/2)2-a3B2/4
其中，B为工业现场设计的原常轧板带宽度；C1和C2分别是轧辊辊缝二次凸度调节域的最小值和最大值；sm是轧辊正向最大窜辊位置。
3.根据权利要求1所述的改善板带同板差的变凸度工作辊，其特征在于，所述辊身左侧补偿区辊形曲线存在四个物理约束：
对宽度为B1的板带边部修正量为A1；
对宽度为B2的板带边部修正量为A2；
在交接处边部调节区辊形值和辊身主体区域辊形值相等；
边部调节区与辊身主体区域辊形曲线平滑连接；
其中，B2为另一种常轧板带宽度。
4.根据权利要求1所述的改善板带同板差的变凸度工作辊，其特征在于，所述辊身右侧补偿区辊形曲线由辊身主体区域辊形曲线与辊身右侧边部补偿曲线叠加而成，
所述辊身右侧边部补偿曲线通过对辊身左侧补偿区辊形与辊身主体区域辊形曲线的差值进行反对称设计获得。
5.根据权利要求1所述的改善板带同板差的变凸度工作辊，其特征在于，所述板带边部横向修正宽度E为板带边部局部高点分布区域宽度，根据实际情况确定。
6.根据权利要求1所述的改善板带同板差的变凸度工作辊的辊形设计方法，其特征在于，包括步骤如下：
S1、设计边部调节区位置；
S2、确定辊身主体区域辊形曲线；
S3、设计辊身左侧补偿区辊形曲线；
S4、设计辊身右侧补偿区辊形曲线；
S5、将步骤S2、S3、S4中得到的曲线拼接，得到完整的辊形曲线。
7.根据权利要求6所述的改善板带同板差的变凸度工作辊的辊形设计方法，其特征在于，所述步骤S1中边部调节区位置按如下方法确定：
辊身左侧补偿区的起始位置为辊身左端0坐标位置，结束位置为辊身(L-B1)/2+E位置；
辊身右侧补偿区的起始位置为(L+B1)/2-E，结束位置为L；
其中，L为辊身长度，B1为一种常轧板带宽度，E为板带边部横向修正宽度。
8.根据权利要求6所述的改善板带同板差的变凸度工作辊的辊形设计方法，其特征在于，所述步骤S3中设计辊身左侧补偿区辊形曲线过程中，预设定宽度为B1的板带边部补偿值为A1，预设定宽度为B2的板带边部补偿值为A2；
辊身左侧补偿区辊形曲线需要满足以下约束条件：
yL((L-B1)/2)-y0((L-B1)/2)＝-A1
yL((L-B2)/2)-y0((L-B2)/2)＝-A2
yL((L-B1)/2+E)-y0((L-B1)/2+E)＝0
yL'((L-B1)/2+E)-y0'((L-B1)/2+E)＝0
其中，y0((L-B1)/2)为辊身主体区域辊身函数在常轧宽度为B1的板带左侧边部位置的辊形值，
y0((L-B2)/2)为辊身主体区域辊身函数在常轧宽度为B2的板带左侧边部位置的辊形值，
yL((L-B1)/2)为辊身左侧补偿区的辊形函数在常轧宽度为B1的板带左侧边部位置的辊形值，
yL((L-B2)/2)为辊身左侧补偿区的辊形函数在常轧宽度为B2的板带左侧边部位置的辊形值，
yL((L-B1)/2+E)为辊身左侧补偿区的辊形函数在左侧补偿区结束位置的辊形值，
y0((L-B1)/2+E)为辊身主体区域辊形函数在左侧补偿区结束位置的辊形值，
yL’((L-B1)/2+E)为辊身左侧补偿区的辊形函数的导数在左侧补偿区结束位置的值，
y0’((L-B1)/2+E)为辊身主体区域的辊形函数的导数在左侧补偿区结束位置的值。
9.根据权利要求6所述的改善板带同板差的变凸度工作辊的辊形设计方法，其特征在于，所述步骤S4中辊身右侧补偿区辊形曲线设计中，辊身右侧边部补偿曲线公式为：
yC(x)＝yL(L-x)-y0(L-x)。
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