轴向移位变凸度四辊轧机的辊型设计.pdf_大学文库

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1994.s2.021 第16卷增刊北京科技大学学报 VoL.16 1994年11月 Journal of University of Science and Technology Beijing Now.1994 轴向移位变凸度四辊轧机的辊型设计张杰)陈先霖) 徐耀寰)张勇2) 1)北京科技大学机械工程学院，北京13、2：上海宗岳钢铁总厂.上海200941 摘要板材轧机上一对带特殊辊型的工作辊轴向相对移动时、可改变辊缝凸度，调节板形，通过对这类辊型的研究，特别是对三次辊型的研究和CV℃辊型的破详，给出了确定辊型参数的方法，并指出了CVC辊型和UPC辊型的区别及应用范围，关键词板材轧机、辊型，板形轴向移动中图分类号TG333.7 Roll Contour Design of 4-high Mill with Variable Crown by Axial Shifting Zhang Jie Cheng Xianlin Xu Yaohuan Zhang Yong 1)Mechanical Engineenng College.USTB.Beijing 100083.PRC 2)Shanghai Baoshan Iron Steel Complex.Shanghai 20941.PRC ABSTRACT The gap crown between two work rolls of plate mills and the strip shape can be adjusted by axial shifting of the work rolls.both of them have a special contour.By the research on the function of the work roll contour.especially on the 3 power series function and the CVC roll contour function.a way to determine the contour parameters was found. The difference between CVC UPC work rolls and the application of them was discussed. KEY WORDS plate mills.roll contour.strip shape axial shifting 为了获得良好的板形，出现了一种工作辊可轴向移动的四辊轧机·这种轧机的上下工作辊带有非对称的辊型，轴向相对移动时，辊缝凸度可以连续变化，即“轴向移位变凸度（简称VCAS)”.国内八十年代从德国SMS公司引进的第一台用于宽带钢冷轧的CVC轧机就属于这种轧机川.本文结合对这台轧机的研究，就VCAS轧机的工作辊辊型设计等问题进行探讨. 1三次VCAS辊型的设计对于传统的四辊轧机、工作辊的辊型函数（直径函数）可以写成： D(x)=D+a:x+ax+…+a,x+…(j=2.4,6.…) (1) 式中，D为轧辊名义直径：，为与轧辊凸度有关的常数，对于轴向移位变凸度轧机，其工作辊的辊型函数为： 1994-03-01收稿第一作者男33岁副教投博上

第 16 卷增刊 1 9 94 年 1 1 月北京科技大学学报 oJ u m a l o f U n i v e sr ity o f S o e n ec a n d TCe h n o l o g y B e ij ni g V区 1 6 N o v . 1 9 9 4 轴向移位变凸度四辊轧机的辊型设计张杰 , , 陈先霖 1 ) 徐耀寰 2 ) 张勇 2 ) l) 北京科技大学机械丁程学院 , 北京 1仪试)书、少 h 海宝山钢铁总厂一 h 海 20 94 1 摘要板材轧机上一对带特殊辊型的工作辊轴向相对移动时 , 可改变辊缝凸度 , 调节板形 . 通过对这类辊型的研究 , 特别是对三次辊型的研究和 C V C 辊型的破译 , 给出了确定辊型参数的方法 , 并指出了 C V C 辊型和 U (P 了辊型的区别及应用范国 . 关键词板材轧机 , 辊型 , 板形轴向移动中图分类号 T G 33 . 7 R o l l C o n t o ur D es ig n o f 4 一 h ig h M i ll w it h V a r i a b l e C r o wn b y XA i a l S h ift i n g Z h a n 夕 J i e ” C h阴 g 为a , : l i n ” 为一翔 o h z , a z: 2 ` Z h a n 口 } b , 2 9 2 l ) M ce ha 刊司 E n g n巴 n n g CD ll e g e . U S T B . B e l j i n g l翎 ) )8 3 , P R C S ha n gh a i B a o s ha n I ro n & S t e l oC m P l e x , S h a n gh a . 2以巧目 l , P R C A B S T R A C T hT e g a P cor wn be t w e e n t wo wo r k or l s o f P l a t e 11诅1 5 a n d t h e s itr P s h a P e 以n be a dj ist 阎 b y a x i a l s h 沮I n g o f th e wo r k or l七 , b o t h o f t h e m h a ve a s P面 a l co n t o u r . B y ht e 心ea hcr o n t h e fu n ct i o n o f t h e wo r k or l co n t o u r , es P ec l a l y o n t h e 3 P o we r s ier es fu n ct i o n a nd t h e C V C r o l co n t o u r fu n e t i o n , a w a y t o d e t e明 n e t h e co n t o u r P a ar me te rs 娜 5 fo un d hT e d漩ren 优 b e t wen C V C & U P C wo r k ro 比 a n d r h e a P Plica t i o n o f t h ern aw s d is c us s de . K E Y WO R 】〕5 P l a t e im ls , or l co n t o u r , s t ir P s h a P e / a x i a l s h 沮in g 为了获得良好的板形 , 出现了一种工作辊可轴向移动的四辊轧机 . 这种轧机的上下工作辊带有非对称的辊型 , 轴向相对移动时 , 辊缝凸度可以连续变化 , 即 “ 轴向移位变凸度 (简称 V C AS ) ” . 国内八十年代从德国 S M S 公司引进的第一台用于宽带钢冷轧的 C V C 轧机就属于这种轧机 [ ’ ] . 本文结合对这台轧机的研究 , 就 V C A S轧机的工作辊辊型设计等问题进行探讨 . 1 三次 V C A S 辊型的设计对于传统的四辊轧机 . 工作辊的辊型函数 ( 直径函数 ) 可以写成 : D (x =) D + a 2 x 2 + a 4 X 4 十 … +a 」x ’ 十 … (j = 2 , 4 .6 式中 , D 为轧辊名义直径 ; a 。为与轧辊凸度有关的常数 . 对于轴向移位变凸度轧机 , 其工作辊的辊型函数为「2 } : 1创鸿一 0 3 一 0 1 收稿第一作者男 3 3 岁副教投博 [ ( l ) DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1994. s2. 021

张杰等：轴向移位变凸度四辊轧机的辊型设计 ·99· D(x)=Do(x-so) (2) D(x)=D+ax+ax3+…+a,xJ+…(j=3,5,7,…） (3) 式中，D(x)为基本辊型函数；s。为辊型函数的初始移动量；a,为系数. 最简单的传统辊型函数只含(1)式的前两项，即二次辊型·这是多数传统轧机所采用的辊型曲线，它所形成的辊缝是二次的，项数多的辊型实用价值不大，一般很少采用，最简单的轴向移位变凸度(VCAS)轧辊采用的是只含(3)式前三项的三次辊型.1，它可以写成： D()=D+0(-3ex+x) (4) 式中，D为轧辊的名义直径；△D=D'-D”为直径差；e为最大与最小直径间距离之半，这种辊型所形成的辊缝也是二次的，辊缝的二次凸度与轧辊移动呈线性关系： C=-280B12,+s) (5) 式中，B为辊缝长度（多用于辊身长度L代之）；s为轧辊轴向移动量，结合式(4)和式(5)，三次辊型也可写成： D(x)=D+C-C(2/LY[-3e(x-s)+(x-8] (6) 6Sm 式中、L为辊身长度；Sm为轧辊轴向移动的最大值(-sm≤s≤5m):C',C”分别为最大与最小辊缝凸度· 三次辊型的设计主要是辊型参数的确定，分两步进行： (1)确定C和C” 由(5)式可以得出： (7) -C (8) 增大C‘和C“的差值可以提高轧机对凸度的调节能力，但由式(7)看出，它也会导致直径差△D的增大，破坏轧制过程的稳定，加剧轧辊的不均匀磨损.所以，在C'与C” 的差值满足工艺要求的情况下，直径差应是越小越好· 为了弥补轧辊受轧制力后弯曲变形引起的辊缝凸度增加，C'+C”一般取负值，当轧机设有弯辊装置时，C'+C”的大小还要与弯辊的凸度调节范围相配合，例如，只有正弯而无负弯的轧机，C‘+C”应该取大一点、反之应取小一些， (2)确定△D 由(7)式可见，减少△D的同时减少e.既可保持C'-C”不变，又可减少直径差，似乎是△D越小越好.但由图1可以看出、△D不一定是轧辊全长范围内的最大直径差·过分减小△D会造成轧辊两端直径差的增加，甚至大大超过△D,这显然是不可取的· 在多数情况下，尤其是轧件宽度B较小时，工作辊与支撑辊的接触压力在两端比较小，而且工作辊两端又各有一段不与轧件接触.所以，计算直径差时，可只考虑工作辊中间与轧件宽度相应的一段.若这段长度为b.对图1形状的轧辊，当D(-0.5b)=D”时就可满足要求

张杰等 : 轴向移位变凸度四辊轧机的辊型设计、、.,了. 了二内à,、 .、. D ( x ) = D O ( x 一 s 。 ) D 。 ( x ) = D + a : x + a 3 x , + 一 + a j x , + … ( J 二 3 , 5 , 7 , · 式中 , D 。 ( x) 为基本辊型函数 ; s 。为辊型函数的初始移动量 ; a 」为系数 . 最简单的传统辊型函数只含 ( l) 式的前两项 , 即二次辊型 . 这是多数传统轧机所采用的辊型曲线 , 它所形成的辊缝是二次的 . 项数多的辊型实用价值不大 , 一般很少采用 . 最简单的轴向移位变凸度 ( VC AS ) 轧辊采用的是只含 ( 3) 式前三项的三次辊型 { ’ , , ] , 它可以写成 : 0 0 ( · 卜 n 噜 ( 一 3 · 2· + · ” ( 4 ) 式中 , D 为轧辊的名义直径 ; △ D 二 D ` 一 D , 为直径差 ; e 为最大与最小直径间距离之半这种辊型所形成的辊缝也是二次的 , 辊缝的二次凸度与轧辊移动呈线性关系 : 3△D 4 e 3 ( B / 2 ) ’ ( s 。 + s ) s 为轧辊轴向移动量 ( 5 ) 式中 , B 为辊缝长度 (多用于辊身长度 L 代之 ) ; 结合式 (4) 和式 ( 5) , 三次辊型也可写成 : D ( x ) = D + C ` 一 C , 6 s m ( 2 / L ) 2 卜 3 e ’ ( x 一 s 。 ) + ( x 一 s 。 ) 3 〕 ( 6 ) 式中 , L 为辊身长度 ; s 。为轧辊轴向移动的最大值 ( 一 sm 毛 s 毛 s m ) ; C ` , C ’ 分别为最大与最小辊缝凸度 . 三次辊型的设计主要是辊型参数的确定 , 分两步进行 : ( l ) 确定 C ` 和 C ’ ` 由 ( 5) 式可以得出 : 竺一全 `主、 2 卫二二g 目 e ’ 3 \ L 了 S m ( 7 ) C , + C “ 万于二万万 S m 增大 C ` 和 C ` 的差值可以提高轧机对凸度的调节能力 , 但由式 ( 7) 看出 , ( 8) 它也会导致直径差 △ D 的增大 , 破坏轧制过程的稳定 , 加剧轧辊的不均匀磨损 . 所以 , 在 C ` 与 C “ 的差值满足工艺要求的情况下 , 直径差应是越小越好 . 为了弥补轧辊受轧制力后弯曲变形引起的辊缝凸度增加 , C ` + C “ 一般取负值 . 当轧机设有弯辊装置时 , C ` + C ` 的大小还要与弯辊的凸度调节范围相配合 . 例如 , 只有正弯而无负弯的轧机 , C ` 十 C ` 应该取大一点 , 反之应取小一些 . (2 ) 确定 △D 由 ( 7) 式可见 , 减少 △ D 的同时减少 e , 既可保持 C ’ 一 C ` 不变 , 又可减少直径差 , 似乎是 △ D 越小越好 . 但由图 1 可以看出 , △ D 不一定是轧辊全长范围内的最大直径差 . 过分减小 △ D 会造成轧辊两端直径差的增加 , 甚至大大超过 △D , 这显然是不可取的 . 在多数情况下 , 尤其是轧件宽度 B 较小时 , 工作辊与支撑辊的接触压力在两端比较小 . 而且工作辊两端又各有一段不与轧件接触 . 所以 , 计算直径差时 , 可只考虑工作辊中间与轧件宽度相应的一段 . 若这段长度为 b , 对图 l 形状的轧辊 , 当 D ( 一 .0 5b ) = D ’, 时就可满足要求

·100· 北京科技人学学报中间长度b主要取决于轧件宽度B和轧辊 e 的轴向移动量s.B越大，b越大，△D也就越大，建议中间长度b按经常轧制的轧件宽度而不是最大可轧宽度确定，以尽可能降低△D D 2CVC辊型的研究与改进国内引进的2030冷连轧机的第五架为 CVC轧机，它的主要参数为：工作辊辊身长度L:2230mm: 工作辊轴向移动范围s:-100~100mm: 支持辊辊身长度：2030mm: 图1轴向移位变凸度工作辊工作辊弯辊：正弯： Fig.1 VCAS work roll contour 轧件宽度B:900~1850mm SMS先后提出过三条CVC辊型曲线山作者破译出了它们的曲线结构，指出CVC辊型就是三次VCAS辊型，并解出了它们的辊型参数，见表1：表1CVC辊型参数 Table 1 Parameters of CVC work roll 辊型曲线编号C/mC"'mC'-C"/ms,/mm e/mm△D/mmb/mm CVCI 0 -500 500 100 608.20.6032233 CVC3 100 -300 400 50 390.1 0.127 1460 CVC4 200 -300 500 20387.40.156 1510 这台轧机没有负弯辊功能，如前所述，它的辊型参数C'+C”应大一些，以保证获得足够的正凸度辊缝.SMS提出第一条曲线CVC1后，作者曾就其形不成正凸度辊缝，不利于较宽带钢轧制等问题提出了疑问，随后SMS两次修改设计，相继提交了修改曲线CVC3和 CVC4,逐步加大了辊缝的正凸度.目前采用的是CVC4. CVC3和CVC4的中间长度b为1500mm左右.现场调查表明，该轧机的产品宽度目前多在该值以下，而且支持辊两端各有200mm的一段带有一定锥度，所以这个b值的选择基本是合理的· 由于工作辊两端约100mm一段在任何情况下都不与轧件接触，故整个辊身完全按(6) 式加工已无必要，所以，为了减少直径差，两端可采用较平直的曲线，基于这个思想，对 CVC4曲线进行了修改，投入使用后效果良好， 3UPC轧机的辊型特点和适用范围 UPC轧机与CVC轧机的明显区别是工作辊的形状，CVC轧辊为S形，UPC轧辊为雪茄形（见图2），进一步研究表明1.，(I)~(8)式同样适用CVC和UPC辊型，区别是 UPC辊型的s。值较大，在辊身长度范围内没有图1的最小直径D”.由式(5)看出，S,越

· 1印 · 北京科技人学学报中间长度 b 主要取决于轧件宽度 B 和轧辊的轴向移动量 s B 越大 , b 越大 , △ D 也就越大 . 建议中间长度 b 按经常轧制的轧件宽度而不是最大可轧宽度确定 , 以尽可能降低 △ D . 2 C V C 辊型的研究与改进国内引进的 2 0 30 冷连轧机的 C V C 轧机 , 它的主要参数为 : 工作辊辊身长度 L : 2 2 30 ~ 二工作辊轴向移动范围 s : 一 10 0 一支持辊辊身长度 : 2 0 30 11 111 1 ; 工作辊弯辊: 正弯 ; 轧件宽度 B : 9 0 0 一 1 8 5 O I Tu l l . 第五架为 100 11 1 11 1 ; 图 1 瑰 . 1 轴向移位变凸度工作辊 V C SA 脚创爪 n 月】 O , 妞以 E SM S 先后提出过三条 C V C 辊型曲线〔 ’ } , 作者破译出了它们的曲线结构 , 指出C V C 辊型就是三次 V C AS 辊型 , 并解出了它们的辊型参数 , 见表 :l 表 1 C V C 辊型参数 r l’a I众 I R珍朗沈et 路 of C V C w . 傲 n 习1 辊型曲线编号 C 勺曲 C 勺卿 C 一 C 为a n s。 / ~ e/ ~ △I〕 /~ b / ~ C V C I O 一酬】) 夕叉) l田印82 0 . 印 3 2 2 33 C V C 3 1的一 3的《 X〕 50 3叩 . 1 0 . 1 27 1 4日〕 C V C 4 2田一 3X() , 1) 20 3874 0 . 156 1 5 10 这台轧机没有负弯辊功能 , 如前所述 , 它的辊型参数 C ` + C “ 应大一些 , 以保证获得足够的正凸度辊缝 . S M S 提出第一条曲线 C V ( ! 1 后 , 作者曾就其形不成正凸度辊缝 , 不利于较宽带钢轧制等问题提出了疑问 , 随后 SM S 两次修改设计 , 相继提交了修改曲线 C V C 3 和 C V C 4 , 逐步加大了辊缝的正凸度 . 目前采用的是 C V C 4 . C v C 3 和 C V C 4 的中间长度 b 为 1 50 0 ~ 左右 . 现场调查表明 , 该轧机的产品宽度目前多在该值以下 , 而且支持辊两端各有 2 0 ~ 的一段带有一定锥度 , 所以这个 b 值的选择基本是合理的 . 由于工作辊两端约 10 n l l l门一段在任何情况下都不与轧件接触 , 故整个辊身完全按 ( 6) 式加工已无必要 . 所以 , 为了减少直径差 , 两端可采用较平直的曲线 . 基于这个思想 , 对 C V C 4 曲线进行了修改 , 投人使用后效果良好 . 3 t JP C 轧机的辊型特点和适用范围 U P C 轧机与 C V C 轧机的明显区别是工作辊的形状 . C V C 轧辊为 S 形 , U P C 轧辊为雪茄形 (见图 2) . 进一步研究表明 [ ’ Zj , ( l) 一 (8 ) 式同样适用 C V C 和 U P C 辊型 , 区别是 U P C 辊型的 s 。值较大 , 在辊身长度范围内没有图 1 的最小直径 D ,’ . 由式 (5 ) 看出 , s 。越