冷轧带钢四辊轧机辊型研制.PDF

收稿日期2001 - 07 - 03 文章编号1008 - 8210200102 - 0099 - 04 冷轧带钢四辊轧机辊型研制 魏立群 陆济民 上海应用技术学院材料工程系,上海 200235 严家高 沈汉昌 上海五钢集团公司带钢分公司,上海 200940 摘要 分析 180/400520及 100/400500四辊轧机的设备特点、 生产的产品情况,研 究开发一种能自动适应轧件宽度变化的支承辊辊型曲线,以提高轧机的板型控制能力,使冷轧 带钢的横向同板差下降约45 ,边裂现象明显减少,并有效防止支承辊辊面剥落等方面取得 明显实效。 关键词 冷轧带钢;四辊轧机;辊型 中图分类号 TG 335. 12 随着汽车、 轻工及家电制造等工业的飞速发展,对带钢的板型、 尺寸精度等质量要求的日益提高,使 得轧制产品的尺寸及板型等控制技术成为目前开发研究的热点并成为带钢生产的核心技术之一。围绕 着板型控制技术的开发,近十几年来国际上相继出现了HC、CVC、PC、VC等多种类型的新一代轧机,并 应用于冷热轧带钢的生产线上。国内的很多学者在这一领域也开展了卓有成效的研究工作,取得了可 喜的成就[2～5]。 上海五钢集团公司带钢分公司的 180/400520及 100/400500四辊冷轧机是30年前 的设备,轧机除了磨轧辊凸度来控制轧件横向同板差等板型问题之外,没有任何新的控制手段。几年前 根据生产经验在支承辊上磨双阶梯型支承辊来提高轧机的板型控制能力,但由于双阶梯型支承辊无法 满足轧件宽度较大幅度变化及支承辊双阶梯台阶处应力集中大而造成辊面剥落等不良因素,使其应用 受到一定影响。作者分析了在各类改善带钢板型的技术基础上,并结合生产实际状况,认为采用变接触 长度Variable Contacting Length支承辊技术是一种比较经济而实用的板型控制技术,据此开发了 180/400520及 100/400500四辊冷轧机的支承辊辊型曲线的计算机仿真模型应用于现场生产 上,结果很有效地提高了四辊冷轧机的板型控制能力,支承辊辊面的剥落现象基本消除,轧辊的使用寿 命得以提高,取得了明显实效。 1 支承辊辊型系统开发的原理 1. 1 原理 本文研制的四辊轧机支承辊辊型曲线的技术核心问题就是设计一种新颖的支承辊辊廓曲线,使其 辊系在承受轧制压力作用而变形的工作辊与支承辊之间的接触长度能与轧件宽度的变化自动适应,以 有效地减少或消除辊间两端部的有害接触区,保证轧机具有较高的动态横向刚度,从而达到提高板型和 横向同板差的控制能力的目的,这就是VCL支承辊的核心[2]。 针对生产现场的四辊轧机设备特点及轧制产品状况,专门开发了一组轧制时的轧件变形抗力模型、 第1卷 第2期 2001年12月 上海应用技术学院学报 JOURNAL OF SHANGHAI INSTITUTE OF TECHNOLOGY Vol. 1 No. 2 Dec. 2001 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 轧制压力模型、 轧辊弹性弯曲变形模型、 辊间接触压力及弹性压扁变形模型、 轧件与轧辊接触压扁变形 模型、 轧件沿宽向变形及压力分布模型等,并设计模拟现场轧制的计算机仿真程序和确定最佳支承辊辊 廓曲线的仿真程序,经大量现场实测数据进行模型参数回归分析,确保了计算机仿真结果与现场实测结 果很好吻合。 1. 2 理论模型结构的确立 1. 2. 1 轧件的变形抗力模型 K a1 a 2 ε a3 式中ε为冷轧累积变形量;a1、a2、a3为与钢种有关参数,由实测数回归。 1. 2. 2 轧制压力模型 应用Bland - Ford - Hill的结构 P BKR ′Δ hQPnt 图1 系统的离散化模型 式中B为轧件平均宽度; R′ 为轧辊压扁半径; Δh为道次压下量; QP为应力状况因子 ; 有实测数回归 nt为张力因子。 1. 2. 3 辊型系统的弹性变形模型 辊型系统的弹性变形模型包括轧辊弹性弯曲变 形模型、 辊间接触压力及弹性压扁变形模型、 轧件与 轧辊接触压扁变形模型、 轧件沿宽向变形及压力分 布模型。这些模型结构采用M.D. Stone为代表的解 析式及K. N. Shohet为代表的影响函数式相结合的 结构形式[3]。整个系统的离散化模型如图1所示。 全部的模型结构如文献[1 ]。模型结构中的有关参 数由实测数据回归分析。 2 计算结果分析 2. 1 仿真分析的设备及产品规格 2. 1. 1 设备参数 计算机仿真计算的轧机设备参数如表1、 表2所示 表1 180/400520轧机 尺 寸工作辊支承辊 轧辊直径/ mm180400 轧辊长度/ mm520520 轧辊凸度/ mm0. 120 轧辊材质GCr159Cr2Mo 压下螺丝中心距/ mm815 最大轧制压力/ t150 轧制速度/ ms- 10～1. 5 表2 100/400500轧机 尺 寸工作辊支承辊 轧辊直径/ mm100400 轧辊长度/ mm500500 轧辊凸度/ mm0. 070 轧辊材质GCr159Cr2Mo 压下螺丝中心距/ mm830 最大轧制压力/ t150 轧制速度/ ms- 10～1. 5 2. 2. 2 仿真计算产品规格 计算机仿真计算的轧制产品典型规格及工艺参数如表3、 表4所示 001 上海应用技术学院学报第1卷 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 表3 180/400520轧机轧制产品规格mm 典型产品 来料状况 规格 状态横向同板差 产品状况 规格横向同板差 GCr154. 5110球化退火0. 122. 51100. 08 50Mn2. 5126热轧0. 101. 41260. 05 60Si2MnA2. 5106热轧0. 101. 61060. 06 表4 100/400500轧机轧制产品规格mm 典型产品 来料状况 规格 状态横向同板差 产品状况 规格横向同板差 50GVA1. 00136软态0. 2520. 541360. 015 65Mn1. 40126软态0. 030. 071260. 025 60Si2MnA1. 60106软态0. 030. 801060. 025 2. 2 计算结果分析 根据生产现场的轧机设备参数及产品状况,考虑到生产的稳定性等因素,模拟计算了目前生产状 况,其模拟计算结果如图2～图5所示。其中图2和图3为常规四辊轧机轧制的带钢横向同板差仿真 计算结果与实验结果,两者吻合得很好。图4和图5为设计VCL支承辊曲线的模拟仿真计算结果与实 验结果,设计支承辊曲线是以轧制带钢横向同板差平均下降幅度为45 作为目标进行的,实测数据也 进一步论证了这一结果。在轧制带钢横向同板差减小同时,轧件的板型也得以改善,裂边现象明显减 少,轧制变形均匀性提高也使轧制压力有所下降,辊间压力分布趋于均匀,特别VCL支承辊辊间应力集 中现象消失,使轧辊表面剥落情况基本消除,有效延长轧辊使用寿命,辊间压力分布如图6所示。 图2 180/400520轧机普通支承辊轧制结果比较图3 100/400500轧机普通支承辊轧制结果比较 图4 180/400520轧机VCL支承辊轧制结果比较图5 100/400500轧机VCL支承辊轧制结果比较 101 第2期魏立群等冷轧带钢四辊轧机辊型研制 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. a轧制65Mn某一道次工作辊与支承辊之间单位长度接触压力的分布比较 b轧制60Si2MnA某一道次工作辊与支承辊之间单位长度接触压力的分布比较 图6 180/400520轧机3种支承辊轧制的辊间压力分布 3 结 论 本文针对现厂 180/400520及 100/400500四辊冷轧机研制开发的VCL支承辊辊型曲 线以及计算机模拟仿真计算的方法,经生产现场的考核对比,得到如下结论 1作者针对现厂开发的计算机模拟仿真计算方法是切实可行的,模拟结果与现场实验结果基本 吻合,因此完全可用于指导生产实际。 2180/400520及 100/400500四辊轧机采用VCL支承辊后,带钢横向同板差明显减 小,平均下降幅度达45 ,同时板型也得到改善,裂边现象减少明显,提高产品档次及成材率。 3采用VCL支承辊后,辊间压力分布趋于平缓,应力集中现象消失,使轧辊表面剥落情况基本消 除,有效地提高了轧辊使用寿命,同时减少换辊次数,提高了产量。 4该项技术应用无需改变现有轧机结构,所以有较为广泛的推广价值。 参考文献 1 王国栋.板型控制和板型理论.北京冶金工业出版社,1986 2 杨荃等.应用变接触长度支承辊提高板形综合调控能力.钢铁. 1999 ,305 48 3 魏立群等.应用变接触长度支承辊改善中板板形成横向同板差.钢铁研究学报. 1999 ,111 23 4 陈先霖等.宽带钢热连轧机板形控制系统的开发.钢铁. 2000 ,357 28 5 Chen Xianlin. Varying Contact Back2up Roll for lmproved Strip Flatness. 1994/ 95 ,177 下转第143页 201 上海应用技术学院学报第1卷 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 6 王成焘.现代机械设计.上海上海科学技术文献出版社,1999 7 廖林清等.机械设计方法学.重庆重庆大学出版社,1996 8 孟宪源.现代机构手册上册 . 北京机械工业出版社,1994 Scheme Design for Cross Wedge Rolling on the Basis of Functional Analyses Zhong Xiaoqin Shen Xiuguo L u Baokang Department of Mechanical Engineering ,Shanghai Institute of Technology ,Shanghai 200235 Abstract The paper is to analyze the designing procedure of cross wedge rolling. It applied the modern de2 signing concept and the systematic designing to the real mechanical products ,the new design will bring out a newer scheme of mechanical products ,and moreover it is conductive to the designing innovation for mechanical products. Key words function unit ; functional analysis; cross wedge rolling; scheme design 上接第102页 Roll’s Contour Research for 42h Steel Strip Cold Rolling Mill Wei Liqun L u Jimin Department of Material Engineering ,Shanghai Institute of Technology , Shanghai 200235 Yan Jiagao Shen Hanchang Steel Strip Division ,Shanghai Wugang Co. , Shanghai 200940 Abstract Based on the analysis for the equipment features of the180/400520 and100/400500 42h mill and their products conditions ,a curve as the contour of the back2up rolls ,which can automatically fit for the various width of the strips ,was studied and further developed. Using the curve ,the ability of strip shape control can be raised ,the transverse thickness defference of strip decreased by about forty2five per2 cent ,lateral crack obviously reduced ,and the effective avoidance of the flaking from the back2up roll surface and the like causes the substantial results. Key words cold rolled steel strip ; four2high mill ; roll’s shape 341 第2期钟晓勤等基于功能分析法的楔横轧机方案设计 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.