D0I:10.13374/j.issn1001053x.1999.06.015 第21卷第6期 北京科技大学学报 Vol.21 No.6 1999年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.1999 宽带钢热轧支持辊辊形变化对板形的影响 ·何安瑞)张清东) 曹建国”陈先霖) 魏钢城)黄四清) 1)北京科技大学机械工程学院，北京1000832)武汉钢铁（集团）公司，武汉430083 摘要分析了宽带钢热轧支持辊辊形变化对板形的影响，提出板形稳定性(ST)的概念.仿真 结果表明，带钢宽度越宽其板形稳定性越差，其他参数对板形稳定性影响不大， 关键调热轧：支持辊：板形：稳定性 分类号PG335.11 世界各国相继开发了多种改善带钢板形和 窜辊的作用使得支持辊传动侧的磨损与操作侧 提高轧机板形控制性能的支持辊技术，如BCM, 的磨损不同，出现了严重的不对称磨损辊形.支 SC,VC,NPCO,DSR,VCL等，这些新技术均是 持辊磨损辊形的不断变化直接影响着辊间接触 通过某种手段（磨削或改变辊体内液压压力轴 压力的分布，进而影响着支持辊和工作辊的弯 向分布等)以获得轧制时所需的支持辊辊形.但 曲变形，其最终结果必然改变承载辊缝的形状， 是，对于轧制过程中支持辊辊形变化及其对板 对带钢的板形及板形控制性能造成影响， 形的影响，研究者甚少. 400厂 1支持辊辊形的变化 轧制过程中，导致支持辊辊形变化的主要 -1.0 0.5 0.0 0.5 .0 因素是轧辊的磨损和热凸度.在热轧中，支持辊 的工作环境非常恶劣，换辊周期较长，支持辊出 400 轴身相对坐标 现严重的轴向不均匀磨损，尤其是对控制板形 有重要意义的下游机架的支持辊，磨损更严重， 图1支持辊下机后磨损辊形 如图1所示.相对磨损而言，由于导入支持辊的 2辊形变化对板形的影响 热量较少，且支持辊具有自己的冷却系统，由此 而产生的热凸度可以忽略不计，另外，轧辊磨损 2.1承载辊缝描述 是一个不断变化的过程，而在稳定轧制阶段，可 如果忽略轧后板带的弹性回复，轧制过程 以认为支持辊的热凸度是不变的，所以，研究支 中对板形的控制实质上就是对轧机承载辊缝的 持辊辊形的变化主要是研究磨损对辊形的影 控制，大量的分析表明，承载变形后的辊缝可以 响。 用以下多项式近似表示： 支持辊在与工作辊的接触摩擦中产生了磨 g(x)=bo+bx+bx+bx xE[-1,1](1) 损.由于轧辊轴向的接触状态不一样，在带钢宽 式中，x是经过正则化处理后沿带钢宽度方向上 度范围内，辊间接触压力大，轧辊辊面粗糙，尤 的坐标，在带钢宽度范围内，承载辊缝曲线的1 其是与带钢边部接触处的辊面更粗糙.这些因 次分量的凸度C1、二次分量的凸度C:和4次 素综合作用，使得支持辊中部（带钢宽度范围 分量的凸度C4可分别表示如下： 内)磨损严重并且轴向磨损不均匀，出现了与工 Cu=b (2) 作辊磨损相似的“猫耳”形磨损辊形.同时，由于 Cw=bx+ba (3) Cw4=-b/4 (4) 1999-05-05收稿何安瑞男，27岁，博士生 *国家“九五”攻关重点项目(No.95-527-01-02-04) 承载辊缝曲线的1次分量与带钢单边浪的
第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 〕 一 宽带钢热轧支持辊辊形变化对板形 的影响 何安瑞 ‘， 张清东 ‘， 曹建国 ‘， 川匕京科技大学机械工程学院 ， 北京 陈先霖 ‘， 魏钢城 ” 黄四 清 ， 武汉钢铁 集团 公司 ，武汉 摘 要 分析了宽带钢热轧支持辊辊形变化对 板形 的影 响 ， 提 出板形稳 定性 的概念 仿真 结果表明 ， 带钢宽度越宽其板形稳 定性越差 ， 其他参数对板形稳定性影 响不大 关挂词 热轧 支持辊 板形 稳定性 分类号 世界各国相继开发了多种改善带钢 板形和 提高轧机板形控制性能的支持辊技术 ， 如 ， ， ， ， ， 等 ， 这 些 新技术均 是 通过某种手段 磨削或改变辊体 内液压压 力轴 向分布等 以获得轧制时所需的支持辊辊形 但 是 ， 对于轧制过程 中支持辊辊形 变化及 其对板 形的影响 ， 研 究者甚少 窜辊 的作用 使得支持辊传动侧 的磨损与操作侧 的磨损 不 同 ， 出现 了严 重 的不对称 磨损辊形 支 持辊 磨损辊形 的不 断变化直接影 响着辊 间接触 压 力 的分 布 ， 进 而 影 响着支持 辊和 工 作辊 的弯 曲变形 ， 其最终结果 必 然 改变承 载辊 缝 的形状 ， 对 带钢 的板 形 及 板形 控制性 能造成 影 响 但恢卒侧、日二 支持辊辊形的变化 轧制过程中 ， 导致支持辊辊 形变化 的主 要 因素是轧辊的磨损和热 凸度 在热轧 中 ， 支持 辊 的工作环境非常恶劣 ， 换辊周期较长 ， 支持辊 出 现严重 的轴 向不均匀磨损 ， 尤其是对 控制板形 有重要意义的下游机架的支持辊 ， 磨损更严重 ， 如图 所示 相对磨损而言 ， 由于导入支持辊 的 热量较少 ， 且支持辊具有 自己 的冷却 系统 ， 由此 而产生的热凸度可 以忽略不计 另外 ， 轧辊磨 损 是一个不断变化的过程 ， 而在稳定轧制阶段 ， 可 以认 为支持辊的热凸度是不变的 所 以 ， 研 究支 持辊 辊 形 的变化 主 要 是研 究磨损对 辊 形 的影 响 支持辊在与工 作辊的接触摩擦 中产生 了磨 损 由于轧辊轴 向的接触状态不一 样 ， 在带钢 宽 度范 围 内 ， 辊 间接触压 力大 ， 轧辊辊 面粗糙 ， 尤 其是与带钢 边部接触处 的辊面 更粗糙 这 些 因 素综合作用 ， 使得支持辊 中部 带钢 宽度 范 围 内 磨损严重并且轴 向磨损不均匀 ， 出现 了与工 作辊磨损相似的 “ 猫耳 ” 形磨损辊形 同 时 ， 由于 一 一 收稿 何 安瑞 男 ， 岁 ， 博 士 生 国家 “ 九五 ” 攻 关重点项 目 一 一 一 一 一 轴身相对坐标 图 支持辊 下 机 后磨 损辊 形 辊形变化对板形 的影响 承载辊缝描述 如 果 忽 略轧后 板 带 的弹性 回复 ， 轧 制过程 中对 板形 的控 制 实质 上 就 是对轧机承载 辊缝 的 控制 大量 的分析表 明 ， 承 载变形 后 的辊缝可 以 用 以下 多项 式近 似表 示〔，〕 以 。 式， 丫 任 一 ， 式 中 ， 是经 过 正 则化处 理后 沿 带钢 宽度方 向上 的坐 标 在 带钢 宽度 范 围 内 ， 承 载辊缝 曲线 的 次分 量 的 凸 度 、 二 次 分量 的 凸度 氏 和 次 分 量 的 凸度 公 、 可 分别表 示 如下 ， ， 一 承载辊缝 曲线 的 次分 量 与 带钢 单 边 浪 的 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1999．06．015
·566 北京科技大学学报 1999年第6期 生成和控制有关：2次分量与带钢双边浪或中 2.3结果分析 浪的生成和控制有关；其4次分量则与1/4浪或 (1)随着支持辊磨损凸度的增加，轧件的凸 边中复合浪的生成和控制有关，研究支持辊辊 度呈线性增加.当F=0时，在整个支持辊换辊 形变化对板形的影响即是研究在支持辊的整个 周期内，距带钢边部40mm处的凸度C4o增加了 换辊周期内，Cw,Cw2,C4的变化规律 87.8μum.由此可说明支持辊辊形的变化对带钢 2.2建模过程 的板形影响较大. 为了计算支持辊辊形变化对板形门影响， (2)支持辊不对称的磨损辊形对Cw,影响较 必须建立辊系弹性变形计算模型.在众多的辊 小，不作考虑，支持辊的磨损辊形对C:有显著 系弹性变形计算方法中，以K.N.Shohet为代表 影响，对C4影响相对较小，见图3.在整个支持 的影响函数法由于具有计算速度快、无需对辊 辊的换辊周期内，Cw2,C基本呈线性变化.如果 间接触压力、轧辊工作凸度等作出假设，计算精 用板形稳定性$T表示辊缝凸度随时间的变化， 度较高，较易掌握等优点而得到广泛应用.本文 可采用下式表示： 也是基于此点采用影响函数法建立了辊系弹性 ST=4C/4t (5) 变形计算模型，见图2，并通过实测板廓数据对 式中，△C,为广义辊缝凸度变化量，可分别指C 模型进行了修正， 1,C2,C4的变化量；△t为广义时间变化量，既可 以用轧辊服役时间表示，也可以用轧辊磨损凸 度的变化等表示 160℉ (a) F-200 且70 F=100 20 F=0 -100 上机时 下机时 10.5 图2辊系变形模型 10.0 F=200 为避免轧制压力分布和工作辊辊形对计算 且 (b) 9.5 F=100 结果的干扰，在计算过程中假设轧制压力沿轴 F=0 9.0 向均匀分布，工作辊为平辊.其他的轧机和轧件 F/t.mm 计算参数分别如表1和表2所示 8.5 上机时 下机时 表1轧机计算参数 图3支持辊换辊周期内C(a)与Cab)的变化 L./mm L/mm L./mm L:/mm Lo/mm (B=1260,M=1.05t/mm2,D=1509mm,S=0mm) 1700 2740 2000 2980 743 F/t.s- 显然，ST的绝对值越小，意味着辊缝凸度 D。fmm S/mm max min max min max min 越稳定，也意味着为补偿辊缝凸度的变化对调 14421570 150 -150200 0 节手段（弯辊、窜辊等）的调节量越小，而调节量 越小对轧制过程及板形控制越有利，另外，现代 表2轧件计算参数 工业的发展不仅要求板卷全长内的板形稳定， B/mm /t.mm △h/mm 还要求卷与卷之间的板形稳定，承载辊缝形状 max min max min 的稳定为保持板卷的板形稳定创造了条件，因 0.48 900 1550 0.851 1.251 此，板形稳定性可以和辊缝调节域及辊缝刚度 表中，F一单侧弯辊力；△h一压下量：M一轧件模 一样作为衡量轧机板形控制性能的一个指标. 量，即单位压下量时单位长度上的轧制压力大 (3)从图3可以看出，改变弯辊力的大小可 小，(tmm).其他字母见图2所示. 以改变C2,C的大小，但并不能改变ST的大 小，仿真结果同时表明，ST相对独立于支持辊
北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 生 成和 控制有 关 次 分 量 与 带钢 双边浪或 中 浪 的生 成和 控制有关 其 次分 量则 与 浪或 边 中复合 浪 的生 成和 控 制有 关 研 究支 持辊辊 形变化对板形 的影 响 即是研 究在 支持辊 的整个 换辊 周 期 内 ， ， ， 二 、 的变化规律 建模过程 为 了计 算支 持 辊 辊 形 变化 对 板 形 寸影 响 ， 必 须建立 辊系 弹 性变形 计算模型 在众 多 的辊 系弹性变形计 算方法 中 ， 以 为代表 的影 响 函 数法 由于 具有 计 算速度快 、 无需 对辊 间接触压 力 、 轧辊工作 凸度等作 出假设 ， 计算精 度较高 ， 较易掌握等优 点而 得到广泛应用 本文 也是基于 此 点采用影 响函数法建立 了辊系弹性 变形计算模型 ， 见 图 ， 并通过 实测板廓数据对 模型进行 了修正 带 结果分析 随着支持辊 磨损 凸度 的增加 ， 轧件的凸 度 呈线 性增 加 当 时 ， 在整个支持辊换辊 周 期 内 ， 距 带钢 边 部 处 的 凸度 二 。 增加 了 林 由此 可 说 明支持辊辊形 的变化对 带钢 的板 形 影 响较大 支持辊 不对 称 的磨损辊形对 ， 影 响较 小 ， 不 作考虑 支持辊 的磨损 辊形 对 有显 著 影 响 ， 对 氏 影 响相对 较小 ， 见 图 在整 个支持 辊 的换辊周期 内 ， ， 基本呈 线性变化 如 果 用 板形 稳定性 表示 辊 缝 凸度随时 间 的变化 ， 可 采用下 式表示 刁 曰 式 中 ， △ 为广义辊缝 凸度变化量 ， 可 分别指 ，， ， 的变化量 △伪广义时间变化量 ， 既可 以用 轧辊服 役 时 间表 示 ， 也 可 以用 轧辊磨 损 凸 度 的变化等表示 里 ” 二 一一一一一一一一一一一一 厂 一 一一一一一一一一一一一决一二一一墨一一，一一 一一 上机时 一一一一一一下机时 、任比 ， 叮 图 辊 系变形模型 为避 免轧制压 力分 布和 工 作辊辊形对 计算 结 果 的干 扰 ， 在计 算过程 中假 设 轧 制压 力 沿轴 向均匀分布 ， 工作辊为平辊 其他 的轧机和 轧件 计算参 数分别 如表 和 表 所 示 表 轧机计 算参数 一一已一星匕 一 目 曰 门‘ 一 门卜 尹 ， ” 。 上机时 下机时 图 支持辊换辊周 期 内 与 的变化 ， 刀‘ ，刀 、 万 · 一 ， 】 一 表 轧件计 算参数 叭了 一 △ 】 表 中 一 单 侧 弯辊力 △ 一压 下 量 泌圣一 车件模 量 ， 即单位压 下 量 时单位 长 度 上 的轧制压 力 大 小 ， 灯 其他字母 见 图 所示 显 然 ， 的绝 对值越 小 ， 意 味着辊缝 凸度 越 稳 定 ， 也 意味着为补偿辊缝 凸度的变化对调 节 手段 弯辊 、 窜辊等 的调节量越 小 ， 而 调节量 越小对 轧制过程及板形控制越有利 另外 ， 现代 工 业 的发展 不 仅 要求板卷 全 长 内的板 形 稳 定 ， 还 要 求 卷 与卷 之 间 的板形 稳定 ， 承 载辊缝形 状 的稳 定为保 持 板卷 的板形 稳 定创造 了条件 因 此 ， 板 形 稳 定性 可 以和 辊缝 调 节 域及 辊缝 刚 度 一 样作 为衡 量 轧机板 形 控制性 能 的一 个 指标 从 图 可 以看 出 ， 改变弯辊 力 的 大 小可 以改变 ， 的大 小 ， 但 并不 能 改变 的 大 小 仿 真 结果 同 时表 明 ， 相 对 独立 于 支 持辊
Vol.21 No.6 何安瑞等：宽带钢热轧支持辊辊形变化对板形的影响 ·567 辊径D,、轧件模量M和窜辊量S,即改变D,M, 支持辊辊形曲线，使支持辊轴向磨损均匀，也 S的大小，ST保持不变 可以保持支持辊辊形的基本不变，以提高板形 (④)带钢宽度不仅影响辊缝调节域的大小， 稳定性，如VCL技术.后一种方式简单，更易 对板形稳定性也有影响，如图4所示.ST与带 实现. 钢宽度变化呈近似线性关系，带钢宽度越大，$T 的绝对值越大， 3结论 0↑ △C.4/△t (1)在支持辊的整个换辊周期内，其磨损辊 -5 形的变化对带钢的板形影响较大，需采用弯辊 -10 或窜辊等调节手段对其进行补偿， 墨 △C2/△t (2)可以用板形稳定性来描述轧制过程中 -15 支持辊辊形变化对板形的影响，并可用其来衡 -20 量轧机的板形控制性能， 900 1120 1340 1560 带钢宽度mm (3)带钢宽度越宽，板形稳定性越差，其他 图4板形稳定性随带钢宽度的变化 的轧制参数如D,S,F,Mod等对板形稳定性 影响不大 (⑤)保持轧制过程中支持辊辊形的不变是 (4)采用VCL技术可以提高板形稳定性. 提高板形稳定性的有效途径，保持轧制过程中 支持辊辊形的不变可以通过2种方式实现：一 参考文献 是采用特定的调节手段来补偿支持辊的变化， 1张清东.宽带钢冷轧机板形自动控制系统的研究：〔学 如VC技术的改变支持辊辊体液压腔内的液压 位论文].北京：北京科技大学，1994.84 压力轴向分布和DSR技术的改变支持辊辊体 2 Chen Xianlin,Yang Quan,Zhang Qingdong,et al.Vary- 液压块压力轴向分布等：二是采用特殊设计的 ing Contact Back-up Roll for Improved Strip Flatness. London:Steel Technology Internatonal,1994/1995.174 Effect of Back-up Roll Profile in Hot Wide Strip Mill on the Strip Profile and Flatness He Anrui,Zhang Qingdong,Chen Xianlin,Cao Jianguo,Wei Gangcheng 3,Huang Siqing 1)Mechanical Engineering School,UST Beijing,Beijing 100083,China 2)Wuhan Iron&Steel (Group)Co.,Wuhan 430083 ABSTRACT The effect of back-up roll profile on strip profile and flatness in hot wide strip rolling is analyzed and the stability of profile and flatness(ST)is put forward.The simulating results show that ST is worse to wider strip and is not influenced by other factors. KEY WORDS hot rolling;back-up roll;profile and flatness;stability
何安瑞等 宽带钢 热 轧 支持辊辊 形变化 对 板 形 的影 响 辊径 、 轧件模量 和 窜辊量 ， 即 改变 ， ， 的大小 ， 保持不变 带钢 宽度不 仅影 响辊缝调 节 域 的大 小 ， 对板形稳定性也有影响 ， 如 图 所 示 与带 钢宽度变化呈近似线性关系 ， 带钢 宽度越大 ， 的绝对值越大 支 持辊辊形 曲线 ， 使 支 持辊 轴 向磨损 均匀 ， 也 可 以保 持支持辊 辊 形 的基本不 变 ， 以提 高板形 稳 定 性 ， 如 技 术〔 后 一种 方 式 简单 ， 更 易 实现 △瓦 万一一 卜 曰 火 划侧担卜决形 带钢宽度 圈 板形稳定性随带钢宽度的变化 保持轧制过程 中支持辊 辊 形 的不 变是 提高板形稳定性的有效途径 保持轧制过程 中 支持辊辊形 的不变可 以通过 种方式实现 一 是采用特定的调节手段来补偿支持辊 的变化 ， 如 技术的改变支持辊辊体液压 腔 内的液压 压力轴向分布和 技术 的改变 支 持辊 辊体 液压块压力轴 向分布等 二 是采用特 殊设 计 的 结论 在 支持辊 的整个换辊周 期 内 ， 其磨损辊 形 的变化对 带钢 的板 形 影 响较大 ， 需采用弯辊 或 窜辊等调 节 手 段对 其进行补 偿 可 以用 板 形 稳 定 性来描 述轧 制过程 中 支持辊辊形 变化对 板形 的影 响 ， 并可 用其来衡 量 轧机 的板形 控制性 能 带钢 宽度越 宽 ， 板 形 稳定性越差 其他 的轧制参数如 ， ， ， 等对板形稳定性 影 响不 大 采用 技术 可 以提 高板形 稳 定性 参 考 文 献 张清东 宽带钢冷轧机板形 自动控制系统的研究 学 位论文 北京 北京科技大学 ， ， ， ， 一 ， ，，， 刀罗勿馆 ‘，， ‘，， 馆 ，，， 肠 岁 ’， 馆 叮 犷 ， ， ， ， ， 一
