CN1850373A - 变宽度钢板的轧制方法 - Google Patents

Abstract

一种变宽度钢板的轧制方法，中厚板的轧制策略采用纵横纵策略，首先确定成形阶段目标阶梯厚度的尺寸，即计算成形阶段阶梯板较薄部分的厚度和长度，计算展宽阶段目标厚度，计算成形阶段阶梯板较厚部分的厚度和长度；成形阶段尺寸计算完成后，按照常规轧制方法进行成形轧制，将钢板轧制到较厚尺寸，按照阶梯厚度钢板的轧制方法，附加一个或多个道次，将钢板轧制成符合尺寸要求的阶梯厚度钢板；成形阶段轧制完成后，将钢板转钢90度，进行展宽阶段的轧制；展宽阶段轧制完成后，转钢90度，进行伸长阶段的轧制。采用本发明方法，能够以方便快捷的工艺，连续轧制生产变宽度钢板。

Description

变宽度钢板的轧制方法

技术领域

本发明涉及轧钢技术领域，具体涉及一种变宽度钢板的轧制方法。

背景技术

常规的钢板在长度方向上宽度是基本不变的，但是对于结构件而言，在很多情况下其沿长度方向宽度并不一样，为此需要将同一宽度的板材进行剪切，使其宽度发生变化，或者采用焊接的方法将不同宽度的钢板焊接在一起，前一种方法会降低板材的利用率，后一种会增加焊缝，如图1所示。所以如果能在轧制过程中直接生产变宽度钢板是非常有用的。

发明内容

针对现有变宽度钢板加工方法的不足之处，本发明提供一种变宽度钢板的轧制方法。

首先中厚板的轧制策略采用纵横纵策略，如图2(a)所示：纵-横-纵轧制策略表示坯料先进行成形轧制，然后转钢90度进行展宽轧制，使得W₂(展宽阶段目标长度)与最终产品宽度基本相等，最后转钢90度进行伸长轧制，直至轧件厚度与最终产品厚度相等。本发明就是利用中厚板纵横纵的轧制策略来生产变宽度钢板，如图2(b)。具体步骤如下：

(1)首先需要确定成形阶段目标阶梯厚度的尺寸。如图3，确定方法如下：

(1.1)计算成形阶段阶梯板较薄部分的厚度和长度

如图3所示。根据体积体积不变条件：

L₁·W₁·H₁＝L₁₁·W₁₁·H₁₁+L₁₂·W₁₂·H₁₂            (1)

式中，L₁，W₁，H₁分别为成形阶段轧制前的坯料长、宽、厚；L₁₁，W₁₁，H₁₁分别为阶梯厚度钢板较厚部分轧件对应的坯料长、宽、厚；L₁₂，W₁₂，H₁₂分别为阶梯厚度钢板较薄部分轧件对应的坯料长、宽、厚。

由于轧制过程的展宽量较小，可以近似认为W₁≈W₁₁≈W₁₂，所以公式(1)可变形为

L₁·H₁≈L₁₁·H₁₁+L₁₂·H₁₂                          (2)

L₁₁，H₁₁和L₁₂，H₁₂的确定方法如下：

由于阶梯厚度钢板前后部分的钢板体积分别等于成品变宽度板前后部分的体积，根据体积不变原理，有式(3)、(4)成立：

$L_{11}\·W_1\·H_{11}=L_{31}\·W_{31}\·H_3\⇒L_{11}\·H_{11}=\frac{L_{31}\·W_{31}\·H_3}{W_1}---\left(3\right)$

$L_{12}\·W_1\·H_{12}=L_{32}\·W_{32}\·H_3\⇒L_{12}\·H_{12}=\frac{L_{32}\·W_{32}\·H_3}{W_1}---\left(4\right)$

式中，H₂是成品板厚度，L₃₁，L₃₂是成品板不同宽度的钢板对应的长度，W₃₁，W₃₂是成品板所要求的不同宽度。根据公式(3)、(4)还无法确定具体的L₁₁，H₁₁和L₁₂，H₁₂，必须结合下面分析进行最后确定。

成形轧制的作用，一般是消除板坯表面不平或由于剪断引起的端部压扁的影响，使得展宽轧制前获得准确的坯料厚度。而且成形阶段道次不宜过多，一般2个道次。所以影响该阶段目标厚度的因素主要有以下几条：

a、大可轧宽度的限制；

b、钢辊道最大开口度的限制；

c、成形阶段最大压缩比不超过2.5；

d、成形阶段最小压缩比不小于1.05；

e、展宽阶段后的转钢限制；

f、道次压下量不超过最大压下量许可值；

g、轧制力矩不超过最大许可轧制力矩；

h、咬入角不超过最大咬入角限制；

假定最大可轧宽度为W_max，转钢辊道最大开口度为W_turn，最大压缩比为E_max，最小压缩比为E_min，坯料厚、宽、长分别为h_s，w_s，l_s，终轧厚、宽、长分别为h_f，w_fmax，l_fmax，w_fmin，l_fmin(w_fmax，l_fmax为较宽部分对应的宽度和长度，w_fmin，l_fmin为较窄部分对应的宽度和长度)，成形阶段目标厚度为h_ts，展宽阶段目标厚度为h_tb。

对应最大可轧宽度，可以得到成形阶段目标厚度的最小值h_ts1

$h_{\mathrm{ts}1}=\frac{h_s\·l_s}{W_{\max }}---\left(5\right)$

对应转钢辊道最大开口度的限制，可以得到成形阶段目标厚度的最小值h_ts2

$h_{\mathrm{ts}2}=\frac{h_s\·l_s}{\sqrt{W_{\mathrm{turn}}^2-w_s^2}}---\left(6\right)$

对应最大压缩比，可以得到成形阶段目标厚度的最小值h_ts3

$h_{\mathrm{ts}3}=\frac{h_s}{E_{\max }}---\left(7\right)$

对应最小压缩比，可以得到成形阶段目标厚度的最大值h_ts4

$h_{\mathrm{ts}4}=\frac{h_s}{E_{\min }}---\left(8\right)$

对应展宽阶段后的转钢限制，可以得到成形阶段目标厚度的最小值h_ts5

$h_{\mathrm{tb}}=\frac{h_s\·w_s\·l_s}{\sqrt{W_{\mathrm{turn}}^2-w_{f\max }^2}\·w_{f\max }}---\left(9\right)$

$h_{\mathrm{ts}5}=\frac{h_{\mathrm{tb}}\·w_{f\max }}{w_s}---\left(10\right)$

另外成形阶段不希望压下量过大，道次压下量一般不超过20mm，这样轧制力矩、最大咬入角都不会超限。根据这个条件，可知

h_ts6＝h_s-40                                    (11)

h_ts6为按道次压下量限制确定的成形阶段目标厚度；

则许可的最小成形阶段目标厚度为

h_ts＝max(h_ts1，h_ts2，h_ts3，h_ts5，h_ts6)         (12)

要求阶梯板厚度H₁₁和H₁₂都大于等于h_ts，于是可以令

H₁₂＝h_ts                                       (13)

根据式(4)和式(13)，即可确定其对应的阶梯长度L₁₂。

而H₁₁和对应的长度L₁₁需要在展宽阶段目标厚度确定后才能计算出来。

以上，L₁，W₁，H₁分别为成形阶段轧制前的坯料长、宽、厚；L₁₁，W₁₁，H₁₁分别为阶梯厚度钢板较厚部分轧件对应的坯料长、宽、厚；L₁₂，W₁₂，H₁₂分别为阶梯厚度钢板较薄部分轧件对应的坯料长、宽、厚，H₃是成品板厚度，L₃₁，L₃₂是成品板不同宽度的钢板对应的长度，W₃₁，W₃₂是成品板所要求的不同宽度，最大可轧宽度为W_max，转钢辊道最大开口度为W_turn，最大压缩比为E_max，最小压缩比为E_min，坯料厚、宽、长分别为h_s，w_s，l_s，终轧厚、宽、长分别为h_f，W_fmax，l_fmax，w_fmin，l_fmin，w_fmax，l_fmax为较宽部分对应的宽度和长度，w_fmin，l_fmin为较窄部分对应的宽度和长度，成形阶段目标厚度为h_ts，展宽阶段目标厚度为h_tb。

(1.2)计算展宽阶段目标厚度

展宽阶段的目标厚度的计算可以采用如下方法，展宽阶段轧制开始前的钢板体积等于展宽阶段轧制结束后的钢板体积，所以有：

$\frac{H_{12}}{H_{\mathrm{tb}}}{W}_{11}\≈\frac{H_{12}}{H_{\mathrm{tb}}}{W}_1=W_{32}---\left(14\right)$

$H_{\mathrm{tb}}=\frac{H_{12}}{W_{32}}{W}_1---\left(15\right)$

其中W₁为成形阶段轧制前的坯料宽，H₁₂为阶梯厚度钢板较薄部分轧件对应的坯料厚，W₃₂是成品板所要求的宽度，展宽阶段目标厚度为h_tb。。

(1.3)计算成形阶段阶梯板较厚部分的厚度和长度。

其中厚度的计算采用如下公式

$\frac{H_{11}}{H_{\mathrm{tb}}}{W}_{11}\≈\frac{H_{11}}{H_{\mathrm{tb}}}{W}_1=W_{31}---\left(16\right)$

$H_{11}=\frac{H_{\mathrm{tb}}}{W_1}{W}_{31}---\left(17\right)$

然后结合公式(3)和(17)即可得到H₁₁对应的长度L₁₁。

其中H₁₁、L₁₁分别为成形阶段阶梯板较厚部分的厚度和长度，H_tb展宽阶段目标厚度，W₃₁是成品板所要求的不同宽度，W₁为成形阶段轧制前的坯料宽，H₃是成品板厚度，L₃₁是成品板不同宽度的钢板对应的长度。

(2)成形阶段尺寸计算完成后，按照常规轧制方法进行成形轧制，将钢板轧制到步骤1中计算得到的较厚尺寸，按照阶梯厚度钢板的轧制方法，附加一个或多个道次，将钢板轧制成符合尺寸要求的阶梯厚度钢板。

阶梯厚度钢板的轧制方法介绍如下：

(2.1)首先按照常规轧制方法将坯料轧制到阶梯板的较大厚度H₁，其长度为 $L_1+L_3=L_1+\frac{H_2}{H_1}{L}_2,$ 如图4(b)。

(2.2)在设备能力允许范围内(不超过轧制力最大限制和轧制力矩最大限制)，调整轧辊辊缝，使之满足轧件出口厚度为阶梯板的较小厚度H₂。辊缝的调整方法如下：

根据入口厚度H₁和目标厚度H₂，以及钢板温度和宽度等信息，计算轧制力，轧制力计算公式有很多，中厚板常用Sims公式

$F=1.15\×W\·\sqrt{R^{\′}\mathrm{\Δh}}\·Q_p\·\mathrm{\σ}---\left(18\right)$

式中：W是轧件宽度、R′是考虑弹性压扁的轧辊半径、Δh是压下量、Q_p是应力状态影响函数、σ是平均变形抗力。

根据轧制力计算出轧制力后，判断轧制力和轧制力矩是否超过允许最大值，如果超过，则用两个或更多道次进行轧制，每道次压下量为 $\mathrm{\ΔH}=\frac{1}{n}(H_1-H_2),$ n为道次数。如果计算值在安全范围内，根据下面弹跳方程计算辊缝值。

$S=H_2-\frac{F-F_0}{K}---\left(19\right)$

式中：S是辊缝值，mm；F₀是调零压力，kN；K是轧机纵刚度，kN/mm。

(2.3)辊缝调整完成后，进行低速轧制，轧辊转速一般不超过30r/min，使得厚度为H₂的部分轧出长度等于L₂，如图5。轧出部分的长度可以采用以下方法：在工作辊主电机轴上安装编码器，将编码器的读数变化转化为工作辊的转速ω，轧辊的半径R是已知的，所以根据轧制时间t和前滑值f，就可以指导轧出部分的长度。

L＝(1+f)·2πRω·t                (20)

$f={\left\{\mathrm{tg}\right[\frac{\mathrm{\π}}{8}\sqrt{\frac{h}{R}}\·\ln (1-r)+\frac{1}{2}\mathrm{arctg}\sqrt{\frac{r}{1-r}}\left]\right\}}^2$

$r=\frac{H-h}{H}$

式中，r为轧制过程的相对压下率，H是轧件入口厚度，h是轧件出口厚度。

(2.4)在钢板厚度为H₂的部分轧出长度等于L₂时，需要快速抬起轧辊，抬起方式有如下两种：

a、液压缸快速回缩到最短位置，然后压下丝杠也开始回缩，使轧辊辊缝大于最大阶梯厚度H₁，最后轧辊和前后辊道回转，使轧件后退出轧辊，如图3；

b、液压缸快速回缩，然后压下丝杠也开始回缩，使轧辊辊缝大于最大阶梯厚度H₁，轧辊和前后辊道停止转动，使轧件停在原位，待轧辊开口度读数稳定后，再启动轧辊和前后辊道，逐渐将轧件运送出轧机；

(2.5)如果步骤(2.2)中，阶梯厚度差值ΔH＝H₁-H₂太大，用一个道次容易造成轧制力或轧制力矩太大，需采用两个道次或更多道次进行轧制，则在轧制一个道次以后重新进行步骤(2.2)到(2.4)的操作，即可得到需要的阶梯厚度。

(3)成形阶段轧制完成后，将钢板转钢90度，进行展宽阶段的轧制。

(4)展宽阶段轧制完成后，转钢90度，进行伸长阶段的轧制。由于钢板前后部分宽度不一样，各道次对应的轧制力和辊缝也不一样，所以需要针对这两部分进行分别控制。

对于前半部分，根据轧件入口厚度h_in、出口厚度h_out、轧件宽度W₃₁根据公式(18)和(19)计算轧制力和对应辊缝，然后调整轧辊辊缝，使之满足轧件出口厚度等于道次目标出口厚度。然后咬钢进行匀速轧制，直至宽度为W₃₁的部分轧出长度等于 轧出部分的长度可以采用步骤(2.3)中介绍的方法。

完成前半部分的轧制后，根据轧件入口厚度h_in、出口厚度h_out、轧件宽度W₃₂计算轧制力和对应辊缝，然后快速调整轧辊辊缝，使之满足轧件出口厚度等于道次目标出口厚度，继续进行匀速轧制，直至道次轧制完成。

后续道次重复以上过程，直至最后钢板的厚度等于成品厚度。

本发明的显著效果是：能够以方便快捷的工艺，连续轧制生产变宽度钢板。

附图说明

图1为焊接变宽度钢板和轧制变宽度钢板对比示意图，其中(a)为轧制变宽度钢板坯料示意图，(b)为轧制变宽度钢板成品示意图，(c)为焊接变宽度钢板示意图；

图2为纵-横-纵轧制流程示意图，其中(a)为常规轧制尺寸变化示意图，(b)为变宽度轧制尺寸变化示意图；

图3为成形阶段阶梯厚度板尺寸示意图，(a)阶梯厚度板侧视图，(b)成品变宽度板俯视图；

图4为阶梯厚度板尺寸示意图，其中(a)为轧制后尺寸示意图，(b)为轧制前尺寸示意图；

图5为轧制过程示意图；

图6为轧机压下部件示意图，图中1压下丝杠，2液压缸，3压力传感器，4支撑辊，5工作辊，6轧件。

具体实施方式

实施例1

尺寸厚度220mm×宽1600mm×长2600的坯料，按图1所示要求轧成25mm×2300mm×7000mm一2600mm×7888mm的变宽度钢板，轧机纵刚度为10000kN/mm，调零压力30000kN，轧辊半径500mm，最大许可轧制力55000kN，最大许可轧制力矩5000kNm。最大可轧宽度为3300mm，转钢辊道最大开口度4800mm，最大压缩比2.5，最小压缩比1.05。

(1)首先需要确定成形阶段目标阶梯厚度的尺寸

(1.1)计算成形阶段阶梯板较薄部分的厚度和长度

对应最大可轧宽度，可以得到成形阶段目标厚度的最小值h_ts1

$h_{\mathrm{ts}1}=\frac{h_s\·l_s}{W_{\max }}=\frac{220\×2600}{3300}=173.333\mathrm{mm}$

对应转钢辊道最大开口度的限制，可以得到成形阶段目标厚度的最小值h_ts2

$h_{\mathrm{ts}2}=\frac{h_s\·l_s}{\sqrt{W_{\mathrm{turn}}^2-w_s^2}}=\frac{220\×2600}{\sqrt{{4800}^2-{1600}^2}}=126.395\mathrm{mm}$

对应最大压缩比，可以得到成形阶段目标厚度的最小值h_ts3

$h_{\mathrm{ts}3}=\frac{h_s}{E_{\max }}=\frac{220}{2.5}=88\mathrm{mm}$

对应最小压缩比，可以得到成形阶段目标厚度的最大值h_ts4

$h_{\mathrm{ts}4}=\frac{h_s}{E_{\min }}=\frac{220}{1.05}=209.523\mathrm{mm}$

对应展宽阶段后的转钢限制，可以得到成形阶段目标厚度的最小值h_ts5

$h_{\mathrm{tb}}=\frac{h_s\·w_s\·l_s}{\sqrt{W_{\mathrm{turn}}^2-w_{f\max }^2}\·w_{f\max }}=\frac{220\×1600\×2600}{\sqrt{{4800}^2-{2600}^2}\×2600}=87.240\mathrm{mm}$

$h_{\mathrm{ts}5}=\frac{h_{\mathrm{tb}}\×w_{f\max }}{w_s}=\frac{87.24\×2600}{1600}=141.765\mathrm{mm}$

另外成形阶段不希望压下量过大，道次压下量一般不超过20mm，这样轧制力矩、最大咬入角都不会超限。根据这个条件，可知

h_ts6＝h_s-40＝220-40＝180mm

许可的最小成形阶段目标厚度为

h_ts＝max(h_ts1，h_ts2，h_ts3，h_ts5，h_ts6)＝max(173.333，126.395，88，141.765，180)＝180＜h_ts4＝209.523

所以有

H₁₂＝h_ts＝180mm

根据公式(4)

$L_{12}=\frac{L_{32}\·W_{32}\·H_3}{W_1\·H_{12}}=\frac{7000\×2300\×25}{1600\×180}=1397.569\mathrm{mm}$

(1.2)计算展宽阶段目标厚度

展宽阶段轧制开始前的钢板体积等于展宽阶段轧制结束后的钢板体积：

$H_{\mathrm{tb}}=\frac{H_{12}}{W_{32}}{W}_1=\frac{180\×1600}{2300}=125.217\mathrm{mm}$

(1.3)计算成形阶段阶梯板较厚部分的厚度和长度。

$H_{11}=\frac{H_{\mathrm{tb}}}{W_1}{W}_{31}=\frac{125.217\×2600}{1600}=203.478\mathrm{mm}$

根据公式(17)即可得到H₁₁对应的长度L₁₁。

$L_{11}=\frac{L_{31}\·W_{31}\·H_3}{W_1\·H_{11}}=\frac{7888\×2600\×25}{1600\×203.478}=1574.863\mathrm{mm}$

(2)成形阶段尺寸计算完成后，按照常规轧制方法进行成形轧制，将钢板轧制到较厚尺寸203.478mm×1600mm×2811mm，按照阶梯厚度钢板的轧制方法，计算附加道次的轧制力和轧制力矩：

根据Sims公式，入口厚度为203.478mm，目标出口厚度为180mm，对应的轧制力为18500kN，轧制力矩2005kNm，都在安全范围内。

计算辊缝设定值S

$S=H_2-\frac{F-F_0}{K}=180-\frac{18500-30000}{10000}=180+1.15=181.15\mathrm{mm}$

然后附加一个道次，调整轧辊辊缝设定值，使之等于181.15mm，然后使轧辊以20r/m的速度匀速轧钢，由于钢板180mm厚对应的长度为1397mm，根据公式(3)可以计算得到其对应的轧制时间

$t=\frac{L}{(1+f)\·2\mathrm{\πR\ω}}=\frac{1397}{(1+0.021)\×2\×3.1416\×500}\×3=1.307s$

当轧制时间等于1.307s的时候，快速使液压缸回缩，然后抬起轧辊，并使轧辊和辊道反转，使轧件退出轧机，则轧件就被轧成阶梯厚度板。

(1)成形阶段轧制完成后，将钢板转钢90度，进行展宽阶段的轧制

(2)展宽阶段轧制完成后，转钢90度，进行伸长阶段的轧制。由于钢板前后部分宽度不一样，各道次对应的轧制力和辊缝也不一样，所以需要针对这两部分进行分别控制。以伸长阶段第一道次为例：

第一道次入口厚度h_in＝125.2mm、出口厚度h_out＝100mm、轧件宽度W₃₁＝2600根据公式(18)和(19)轧制力和对应辊缝，轧制力为26500kN，辊缝为100.05mm，然后使轧辊辊缝等于100.05mm，咬钢进行匀速轧制，直至宽度为W₃₁的部分轧出长度等于 $\frac{H_{\mathrm{tb}}}{h_{\mathrm{out}}}{L}_{11}=\frac{125.2}{100}\×1574.8=1971.6\mathrm{mm},$ 轧制时间为

$t=\frac{L}{(1+f)\·2\mathrm{\πR\ω}}=\frac{1971.6}{(1+0.038)\×2\×3.1416\×500}\×3=1.668s.$

前半部分的轧制完成后，即将进行变宽度后的后半段轧制，这时需要根据宽度变化后的情况，计算轧制力和辊缝：

根据后半段轧件入口厚度h_in、出口厚度h_out、轧件宽度W₃₂计算轧制力和对应辊缝，轧制力为23442kN，辊缝为100.66mm，然后迅速调整轧辊辊缝使之等于100.66mm，保持原有速度不变匀速轧制，直至宽度为W₃₂的部分轧出长度等于 $\frac{H_{\mathrm{tb}}}{h_{\mathrm{out}}}{L}_{12}=\frac{125.2}{100}\×1397.57=1749.76\mathrm{mm},$ 轧制时间为

$t=\frac{L}{(1+f)\·2\mathrm{\πR\ω}}=\frac{1749.77}{(1+0.038)\×2\×3.1416\×500}\×3=1.609$

本道次道次轧制完成。后面道次与此类似，直至所有道次轧制完成，就可以得到满足要求的变宽度钢板。

实施例2

尺寸厚度180mm×宽1400mm×长2200的坯料，按图1所示要求轧成18mm×2200mm×6000mm-2400mm×7333mm的变宽度钢板，轧机纵刚度为6000kN/mm，调零压力15000kN，轧辊半径460mm，最大许可轧制力35000kN，最大许可轧制力矩2750kNm。最大可轧宽度为2800mm，转钢辊道最大开口度4000mm，最大压缩比2.5，最小压缩比1.05。

(1)首先需要确定成形阶段目标阶梯厚度的尺寸。

(1.1)计算成形阶段阶梯板较薄部分的厚度和长度。

对应最大可轧宽度，可以得到成形阶段目标厚度的最小值h_ts1。

$h_{\mathrm{ts}1}=\frac{h_s\·l_s}{W_{\max }}=\frac{180\×2200}{2800}=141.43\mathrm{mm}$

对应转钢辊道最大开口度的限制，可以得到成形阶段目标厚度的最小值h_ts2。

$h_{\mathrm{ts}2}=\frac{h_s\·l_s}{\sqrt{W_{\mathrm{turn}}^2-w_s^2}}=\frac{180\×2200}{\sqrt{{4000}^2-{1400}^2}}=105.68\mathrm{mm}$

对应最大压缩比，可以得到成形阶段目标厚度的最小值h_ts3。

$h_{\mathrm{ts}3}=\frac{h_s}{E_{\max }}=\frac{180}{2.5}=72\mathrm{mm}$

对应最小压缩比，可以得到成形阶段目标厚度的最大值h_ts4。

$h_{\mathrm{ts}4}=\frac{h_s}{E_{\min }}=\frac{180}{1.05}=171.43\mathrm{mm}$

对应展宽阶段后的转钢限制，可以得到成形阶段目标厚度的最小值h_ts5。

$h_{\mathrm{tb}}=\frac{h_s\·w_s\·l_s}{\sqrt{W_{\mathrm{turn}}^2-w_{f\max }^2}\·w_{f\max }}=\frac{180\×1400\×2200}{\sqrt{{4000}^2-{2400}^2}\×2400}=72.19\mathrm{mm}$

$h_{\mathrm{ts}5}=\frac{h_{\mathrm{tb}}\×w_{f\max }}{w_s}=\frac{72.19\×2400}{1400}=123.75\mathrm{mm}$

另外成形阶段不希望压下量过大，道次压下量一般不超过20mm，这样轧制力矩、最大咬入角都不会超限。根据这个条件，可知

h_ts6＝h_s-40＝180-40＝140mm

许可的最小成形阶段目标厚度为

h_ts＝max(h_ts1，h_ts2，h_ts3，h_ts5，h_ts6)＝max(141.43，105.68，72，123.75，140)＝141.43＜h_ts4＝171.43

所以有

H₁₂＝h_ts＝141.43mm

根据公式(4)

$L_{12}=\frac{L_{32}\·W_{32}\·H_3}{W_1\·H_{12}}=\frac{6000\×2200\×18}{1400\×141.43}=1199.98\mathrm{mm}$

(1.2)计算展宽阶段目标厚度

展宽阶段轧制开始前的钢板体积等于展宽阶段轧制结束后的钢板体积：

$H_{\mathrm{tb}}=\frac{H_{12}}{W_{32}}{W}_1=\frac{141.43\×1400}{2200}=90.00\mathrm{mm}$

(1.3)计算成形阶段阶梯板较厚部分的厚度和长度。

$H_{11}=\frac{H_{\mathrm{tb}}}{W_1}{W}_{31}=\frac{90.00\×2400}{1400}=154.29\mathrm{mm}$

根据公式(17)即可得到H₁₁对应的长度L₁₁。

$L_{11}=\frac{L_{31}\·W_{31}\·H_3}{W_1\·H_{11}}=\frac{7333\×2400\×18}{1400\×154.29}=1466.63\mathrm{mm}$

(2)成形阶段尺寸计算完成后，按照常规轧制方法进行成形轧制，将钢板轧制到较厚尺寸154.29mm×1400mm×2566.60mm，按照阶梯厚度钢板的轧制方法，计算附加道次的轧制力和轧制力矩：

根据Sims公式，入口厚度为154.29mm，目标出口厚度为141.43mm，对应的轧制力为14500kN，轧制力矩1115kNm，都在安全范围内。

计算辊缝设定值S

$S=H_2-\frac{F-F_0}{K}=141.43-\frac{14500-15000}{6000}=141.43+0.08=141.51\mathrm{mm}$

然后附加一个道次，调整轧辊辊缝设定值，使之等于141.51mm，然后使轧辊以20r/m的速度匀速轧钢，由于钢板141.43mm厚对应的长度为1199.98mm，根据公式(3)可以计算得到其对应的轧制时间

$t=\frac{L}{(1+f)\·2\mathrm{\πR\ω}}=\frac{1199.98}{(1+0.016)\×2\×3.1416\×460}\×3=1.225s$

当轧制时间等于1.225s的时候，快速使液压缸回缩，然后抬起轧辊，并使轧辊和辊道反转，使轧件退出轧机，则轧件就被轧成阶梯厚度板。

(3)成形阶段轧制完成后，将钢板转钢90度，进行展宽阶段的轧制

(4)展宽阶段轧制完成后，转钢90度，进行伸长阶段的轧制。由于钢板前后部分宽度不一样，各道次对应的轧制力和辊缝也不一样，所以需要针对这两部分进行分别控制。以伸长阶段第一道次为例：

第一道次入口厚度h_in＝90.0mm、出口厚度h_out＝78mm、轧件宽度W₃₁＝2400根据公式(18)和(19)轧制力和对应辊缝，轧制力为23500kN，辊缝为76.58mm，然后使轧辊辊缝等于76.58mm，咬钢进行匀速轧制，直至宽度为W₃₁的部分轧出长度等于 $\frac{H_{\mathrm{tb}}}{h_{\mathrm{out}}}{L}_{11}=\frac{90}{78}\×1466.63=1692.27\mathrm{mm},$ 轧制时间为

$t=\frac{L}{(1+f)\·2\mathrm{\πR\ω}}=\frac{1692.27}{(1+0.027)\×2\×3.1416\×460}\×3=1.710s.$

前半部分的轧制完成后，即将进行变宽度后的后半段轧制，这时需要根据宽度变化后的情况，计算轧制力和辊缝：

根据后半段轧件入口厚度h_in＝90.0mm、出口厚度h_out＝78mm、轧件宽度W₃₂＝2200mm计算轧制力和对应辊缝，轧制力为21541kN，辊缝为76.91mm，然后迅速调整轧辊辊缝使之等于76.91mm，保持原有速度不变匀速轧制，直至宽度为W₃₂的部分轧出长度等于 $\frac{H_{\mathrm{tb}}}{h_{\mathrm{out}}}{L}_{12}=\frac{90}{78}\×1199.98=1384.62\mathrm{mm},$ 轧制时间为

$t=\frac{L}{(1+f)\·2\mathrm{\πR\ω}}=\frac{1384.62}{(1+0.027)\×2\×3.1416\×460}\×3=1.399$

本道次道次轧制完成。后面道次与此类似，直至所有道次轧制完成，就可以得到满足要求的变宽度钢板。

Claims (7)

1、一种变宽度钢板的轧制方法，其特征在于中厚板的轧制策略采用纵横纵策略，步骤如下：

(1)首先确定成形阶段目标阶梯厚度的尺寸，即计算成形阶段阶梯板较薄部分的厚度和长度，计算展宽阶段目标厚度，计算成形阶段阶梯板较厚部分的厚度和长度；

(2)成形阶段尺寸计算完成后，按照常规轧制方法进行成形轧制，将钢板轧制到步骤(1)中计算得到的较厚尺寸，按照阶梯厚度钢板的轧制方法，附加一个或多个道次，将钢板轧制成符合尺寸要求的阶梯厚度钢板；

(3)成形阶段轧制完成后，将钢板转钢90度，进行展宽阶段的轧制；

(4)展宽阶段轧制完成后，转钢90度，进行伸长阶段的轧制。

2、按照权利要求1所述的变宽度钢板的轧制方法，其特征在于步骤(1)中计算成形阶段阶梯板较薄部分的厚度和长度方法如下：成形阶段阶梯板较薄部分的厚度按下式确定：

H₁₂＝h_ts＝max(h_ts1，h_ts2，h_ts3，h_ts5，h_ts6)，其中：

h_ts1为对应最大可轧宽度，得到的成形阶段目标厚度的最小值；

h_ts2为对应转钢辊道最大开口度的限制得到的成形阶段目标厚度的最小值；

h_ts3为对应最大压缩比得到的成形阶段目标厚度的最小值；

h_ts4为对应最小压缩比得到的成形阶段目标厚度的最大值；

h_ts5为对应展宽阶段后的转钢限制得到的成形阶段目标厚度的最小值；

h_ts6＝h_s-40，h_s为坯料厚度；h_ts6为按道次压下量限制确定的成形阶段目标厚度；

h_ts为成形阶段目标厚度；

H₁₂为成形阶段阶梯板较薄部分的厚度；

再根据 $L_{12}\·W_1\·H_{12}=L_{32}\·W_{32}\·H_3\⇒L_{12}\·H_{12}=\frac{L_{32}\·W_{32}\·H_3}{W_1}$ 确定其对应的阶梯长度L₁₂，

以上，W₁为成形阶段轧制前的坯料宽；L₁₂为阶梯厚度钢板较薄部分轧件对应的坯料长，H₃是成品板厚度，L₃₂是成品板不同宽度的钢板对应的长度，W₃₂是成品板所要求的不同宽度。

3、按照权利要求1所述的变宽度钢板的轧制方法，其特征在于步骤(2)中阶梯厚度钢板的轧制方法如下：

(1)首先按照常规轧制方法将坯料轧制到阶梯板的较大厚度H₁；

(2)在设备能力允许范围内，即不超过轧制力最大限制和轧制力矩最大限制，调整轧辊辊缝，使之满足轧件出口厚度为阶梯板的较小厚度H₂；

(3)辊缝调整完成后，进行低速轧制，轧辊转速不超过30r/min，使得厚度为H₂的部分轧出长度等于L₂；

(4)在钢板厚度为H₂的部分轧出长度等于L₂时，快速抬起轧辊；

(5)如果步骤(2)中，阶梯厚度差值ΔH＝H₁-H₂太大，超过轧制力最大限制和轧制力矩最大限制，则采用两个道次或更多道次进行轧制，在轧制一个道次以后重新进行步骤(2)到(4)的操作，直至得到需要的阶梯厚度。

4、按照权利要求1所述的阶梯厚度钢板的轧制方法，其特征在于步骤(4)中针对钢板前后部分宽度不同，调整各道次对应的轧制力和辊缝，针对这两部分进行分别控制：

对于前半部分，根据轧件入口厚度h_in、出口厚度h_out、轧件宽度W₃₁，计算轧制力和对应辊缝，然后调整轧辊辊缝，使之满足轧件出口厚度等于道次目标出口厚度，然后咬钢进行匀速轧制，直至宽度为W₃₁的部分轧出长度等于 $\frac{H_{\mathrm{tb}}}{h_{\mathrm{out}}}{L}_{11};$ 其中h_tb为展宽阶段目标厚度，L₁₁为阶梯厚度钢板较厚部分轧件对应的坯料长；

完成前半部分的轧制后，根据轧件入口厚度h_in、出口厚度h_out、轧件宽度W₃₂，计算轧制力和对应辊缝，然后快速调整轧辊辊缝，使之满足轧件出口厚度等于道次目标出口厚度，继续进行匀速轧制，直至道次轧制完成；后续道次重复以上过程，直至最后钢板的厚度等于成品厚度。

5、按照权利要求3所述的阶梯厚度钢板的轧制方法，其特征在于步骤(2)中辊缝的调整方法如下：

根据入口厚度H₁和目标厚度H₂，以及钢板温度和宽度信息，计算轧制力F，判断轧制力和轧制力矩是否超过允许最大值，如果超过，则用两个或多个道次进行轧制，每道次压下量为 $\mathrm{\ΔH}=\frac{1}{n}(H_1-H_2),$ 如果计算值在安全范围内，根据下式的弹跳方程计算辊缝值，

$S=H_2-\frac{F-F_0}{K}$

式中：S是辊缝值，mm；F₀是调零压力，kN；K是轧机纵刚度，kN/mm，n为道次数。

6、按照权利要求3所述的阶梯厚度钢板的轧制方法，其特征在于步骤(3)中轧出部分的长度采用以下方法计算：

在工作辊主电机轴上安装编码器，将编码器的读数变化转化为工作辊的转速ω，轧辊的半径R是已知的，根据轧制时间t和前滑值f，指导轧出部分的长度，

L＝(1+f)·2πRω·t

$f={\left\{\mathrm{tg}\right[\frac{\mathrm{\π}}{8}\sqrt{\frac{h}{R}}\·\ln (1-r)+\frac{1}{2}\mathrm{arctg}\sqrt{\frac{r}{1-r}}\left]\right\}}^2$

$r=\frac{H-h}{H}$

式中，r为轧制过程的相对压下率，H是轧件入口厚度，h是轧件出口厚度。

7、按照权利要求3所述的阶梯厚度钢板的轧制方法，其特征在于步骤(4)中抬起轧辊方式采用以下的一种：

a、液压缸快速回缩到最短位置，然后压下丝杠也开始回缩，使轧辊开口度大于最大阶梯厚度H_I，最后轧辊和前后辊道回转，使轧件后退出轧辊；

b、压缸快速回缩，然后压下丝杠也开始回缩，使轧辊辊缝大于最大阶梯厚度H₁，轧辊和前后辊道停止转动，使轧件停在原位，待轧辊辊缝读数稳定后，再启动轧辊和前后辊道，逐渐将轧件运送出轧机。

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