D0I:10.13374/i.issnl00It03.2009.08.014 第31卷第8期 北京科技大学学报 Vol.31 No.8 2009年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug:2009 武钢2250热轧平整机不均匀磨损及板形调控特性 杨光辉)张杰)周一中)王安苏)朱新宇) 1)北京科技大学机械工程学院，北京1000832)武汉钢铁（集团）公司热轧厂，武汉430083 摘要针对首次采用的兼有HCW和WRS两种机型特点的武钢2250热轧带钢平整机在平整过程表现出的工作辊磨损严 重且不均匀、工作辊存在特殊的弯辊调节现象等问题，由连续跟踪测试发现该平整机在轧制服役过程中存在典型的“W”形工 作辊磨损规律，通过定义磨损影响系数对W“形磨损进行了分析·研究了工作辊磨损、工作辊窜辊和弯辊对板形调控的综合 影响，并通过实验证明最终解释了热轧平整机特殊的弯辊调节现象·指出随着工作辊磨损的加剧，工作辊形成了特殊的“W” 形磨损，使工作辊在板宽范围内形成了一定量的正凸度，造成辊缝凸度减小，必须通过使用工作辊由正弯辊向负弯辊逐渐变 化的调节手段来增大承载辊缝凸度，以补偿平整过程中工作辊磨损和窜辊引起的承载辊缝凸度的减小，从而保证承载辊缝凸 度的相对稳定 关键词平整机：轧辊：板形控制；磨损：热轧 分类号TG333.7+1 Work roll non-uniform wear and shape control performance of the 2250 hot temper mill in WISCO YANG Guang-hui).ZHA NG Jie).ZHOU Yi-zhong,WANG An-su2).ZHU Xinyu2) 1)School of Mechanical Engineering.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China 2)Hot Rolling Plant.Wuhan Iron &Steel (Group)Corp-.Wuhan 430083.China ABSTRACT A 2250 hot temper mill was first adopted in WISCO (Wuhan Iron Steel (Group)Corp.)of China for wide strip production and it has both HCW and WRS mill type characteristics.During operation.some problems were found,for example,work rolls were worn badly and non-uniformly,there were especial adjusting phenomena of work roll bending force,and shape control was not satisfied.Continuous tracking measurements were carried out and the typical characteristic of W-shape work roll wear was found in a roll serving period.The influence coefficient of roll wear was proposed for analyzing the W-shape wear.The synthetical influences of work roll wear.bending force and axial shifting on the shape control were studied.The especial adjusting phenomena of work roll bending force were analyzed and explained on the base of trials.It is pointed that,with the roll wear increasing.the occurrence of W- shape work roll wear leads to the decrease in gap crown because of the positive crown of the work roll within the strip width range, and the method of gradually changing the bending force from positive to negative is to increase the gap crown for compensating the de- crease in gap crown caused by work roll wear and axial shifting.which makes the loaded gap invariant. KEY WORDS leveler;roll:shape control:wear:hot rolling 热轧平整机平整作为热轧带钢生产接近成品的 的磨损不仅缩短了工作辊的服役期，同时还会导致 一道工序，直接影响成品的力学性能、板形和表面质 工作辊辊形的变化，影响平整机的板形调控性能， 量等质量指标，热轧平整与冷轧平整及冷热轧相 武钢热轧厂2250热轧带钢平整机是由意大利 比，由于带钢表面有明显的氧化层、平整完全在无润 MIN0公司引进的国内第1台可以平整1900mm 滑和无冷却的条件下进行、轧辊的换辊周期长等工 宽度以上带钢的平整机，工作辊一端带有台阶，使用 艺特点，工作辊的磨损问题非常突出)，工作辊 辊面段与台阶段的直径差约为8mm,平整机可以 收稿日期：2008-11-28 作者简介：杨光辉(1977-)，男，讲师，博士，Emal:yanggh9246@163.com
武钢2250热轧平整机不均匀磨损及板形调控特性 杨光辉1） 张 杰1） 周一中2） 王安苏2） 朱新宇2） 1） 北京科技大学机械工程学院北京100083 2） 武汉钢铁（集团）公司热轧厂武汉430083 摘 要 针对首次采用的兼有 HCW 和 WRS 两种机型特点的武钢2250热轧带钢平整机在平整过程表现出的工作辊磨损严 重且不均匀、工作辊存在特殊的弯辊调节现象等问题由连续跟踪测试发现该平整机在轧制服役过程中存在典型的“W”形工 作辊磨损规律通过定义磨损影响系数对“W”形磨损进行了分析．研究了工作辊磨损、工作辊窜辊和弯辊对板形调控的综合 影响并通过实验证明最终解释了热轧平整机特殊的弯辊调节现象．指出随着工作辊磨损的加剧工作辊形成了特殊的“W” 形磨损使工作辊在板宽范围内形成了一定量的正凸度造成辊缝凸度减小必须通过使用工作辊由正弯辊向负弯辊逐渐变 化的调节手段来增大承载辊缝凸度以补偿平整过程中工作辊磨损和窜辊引起的承载辊缝凸度的减小从而保证承载辊缝凸 度的相对稳定． 关键词 平整机；轧辊；板形控制；磨损；热轧 分类号 TG333∙7＋1 Work roll non-uniform wear and shape control performance of the 2250 hot temper mill in WISCO Y A NG Guang-hui 1）ZHA NG Jie 1）ZHOU Y-i z hong 2）W A NG A n-su 2）ZHU Xin-yu 2） 1） School of Mechanical EngineeringUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China 2） Hot Rolling PlantWuhan Iron ＆ Steel （Group） Corp．Wuhan430083China ABSTRACT A2250hot temper mill was first adopted in WISCO （Wuhan Iron ＆ Steel （Group） Corp．） of China for wide strip production and it has both HCW and WRS mill type characteristics．During operationsome problems were foundfor examplework rolls were worn badly and non-uniformlythere were especial adjusting phenomena of work roll bending forceand shape control was not satisfied．Continuous tracking measurements were carried out and the typical characteristic of W-shape work roll wear was found in a roll serving period．T he influence coefficient of roll wear was proposed for analyzing the W-shape wear．T he synthetical influences of work roll wearbending force and axial shifting on the shape control were studied．T he especial adjusting phenomena of work roll bending force were analyzed and explained on the base of trials．It is pointed thatwith the roll wear increasingthe occurrence of Wshape work roll wear leads to the decrease in gap crown because of the positive crown of the work roll within the strip width range and the method of gradually changing the bending force from positive to negative is to increase the gap crown for compensating the decrease in gap crown caused by work roll wear and axial shiftingwhich makes the loaded gap invariant． KEY WORDS leveler；roll；shape control；wear；hot rolling 收稿日期：2008-11-28 作者简介：杨光辉（1977—）男讲师博士E-mail：yanggh9246＠163．com 热轧平整机平整作为热轧带钢生产接近成品的 一道工序直接影响成品的力学性能、板形和表面质 量等质量指标．热轧平整与冷轧平整及冷热轧相 比由于带钢表面有明显的氧化层、平整完全在无润 滑和无冷却的条件下进行、轧辊的换辊周期长等工 艺特点工作辊的磨损问题非常突出［1—4］．工作辊 的磨损不仅缩短了工作辊的服役期同时还会导致 工作辊辊形的变化影响平整机的板形调控性能． 武钢热轧厂 2250 热轧带钢平整机是由意大利 MINO 公司引进的国内第1台可以平整1900mm 宽度以上带钢的平整机工作辊一端带有台阶使用 辊面段与台阶段的直径差约为8mm平整机可以 第31卷 第8期 2009年 8月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．31No．8 Aug．2009 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2009．08．014
,1052. 北京科技大学学报 第31卷 士200mm进行长行程窜辊.该轧机自使用以来，工 轴向窜动改变辊间接触长度，减小辊间有害接触区， 作辊磨损严重且不均匀，由于轧机机型的独特性而 提高辊缝横向刚度，达到改善轧机板形控制性能的 导致其板形控制特性异于常规热轧平整机，且在热 目的；而后者工作辊比支持辊的辊身长度长，主要是 轧平整操作中存在特殊的工作辊弯辊调节现象，即 通过工作辊的轴向窜动增加辊面参与磨损的区域以 绝大多数情况下使用负弯辊，通常每进行一次窜辊 改善工作辊的磨损辊形，为实现轧制计划的自由编 操作，负弯辊力相应增加，负弯辊量最大可用到 排创造条件.同时两种机型都结合强力弯辊，轧机 70%~80%.由于缺乏相应的研究，导致了现场操 的板形控制性能会得到提高01.如图1所示，武 作的盲目性，轧辊辊耗大，严重影响了板形质量，轧 钢2250平整机由于工作辊辊身长度(2700mm)长 机的板形控制性能无法得到发挥.所以，有必要对 于支持辊辊身长度(2200mm),所以窜辊范围为 其进行深入研究以改善在现场生产中出现的磨损严 一200~一150mm时，平整机可以通过工作辊窜辊 重且不均匀、工作辊存在特殊的弯辊调节现象等问 增加辊面参与磨损的区域，其功能类似于WRS轧 题，并制定正确的工艺和板形控制策略，这对于提高 机；在上工作辊的传动侧和下工作辊的操作侧各有 热轧产品的板形质量具有重要意义， 长为400mm的台阶段不参与平整，因此窜辊范围 为一150~十150mm时，平整机可以通过工作辊窜 1平整机机型及工艺特点分析 辊间接改变辊间接触长度，其功能又类似于HCW 对于常规工作辊轴向窜动的四辊轧机来讲，主 轧机，因为其同时兼有HCW和WRS机型特点，因 要有两种典型机型：HCW轧机和WRS轧机，前者 此平整机的轧辊磨损和板形控制特性有其自身的 工作辊与支持辊辊身长度相等，主要通过工作辊的 特点 (a) 6 (c) 移动方向 传 移动方向 侧 传动侧 移动方向 图1平整机工作辊窜辊示意图.(a)窜辊量=一200mm;(b)窜辊量=一150mm:(c)窜辊量=十200mm Fig.I Sketch of work roll shifting for the hot temper mill:the shift is-200mm (a).-150mm(b).and +200mm (c).respectively 为了对平整机的整个平整过程的轧机性能进行 增加逐渐减小并转为负弯辊调节，并且绝大部分情 分析，对平整机2（上辊）和6”（下辊）工作辊的整 况是使用负弯辊，每进行一次窜辊操作，负弯辊力相 个服役期间进行了跟踪测试，在2#和6轧辊服役 应增加.在工作辊服役后期，负弯辊力最大用到 期间，共平整带钢170块，总重达4000t.平整带钢 70%~80%. 宽度约为1200mm,厚度范围为2.0mm,平整钢种 在一般情况下，工作辊的磨损会使承载辊缝凸 为SPAH.对平整后带钢取样，测量带钢横截面厚 度不断变大，应该不断增大正弯辊进行补偿，使用 度，如图2所示，可以看出，平整后带钢板廓形状呈 负弯辊必然使承载辊缝的凸度更大；但通过测量发 现一致性分布，带钢凸度C1o0一般为60~70凸m·在 现，平整后带钢的凸度基本保持稳定（图2），对于这 整个工作辊服役过程中，轧制压力、张力及轧制速度 种弯辊特殊的调节现象，必然存在某些影响因素使 设定值基本保持恒定，轧制力为2MN,前后张力分 承载辊缝凸度在平整过程中没有增大反而逐渐减 别为150kN和90kN,稳定轧制速度为400m· 小，所以必须对轧辊在整个服役过程中的磨损辊形 min.平整过程中对弯辊力的调节一般是根据热 进行分析 轧来料的规格、材质和表面质量等因素来定，从总 2工作辊磨损及其辊缝凸度分析 体上看，在轧辊服役初期多使用正弯辊力，大小约为 最大弯辊力的10%~30%，随着工作辊服役时间的 为了分析热轧平整机的轧辊磨损情况，对22支
±200mm 进行长行程窜辊．该轧机自使用以来工 作辊磨损严重且不均匀由于轧机机型的独特性而 导致其板形控制特性异于常规热轧平整机且在热 轧平整操作中存在特殊的工作辊弯辊调节现象即 绝大多数情况下使用负弯辊通常每进行一次窜辊 操作负弯辊力相应增加负弯辊量最大可用到 70％～80％．由于缺乏相应的研究导致了现场操 作的盲目性轧辊辊耗大严重影响了板形质量轧 机的板形控制性能无法得到发挥．所以有必要对 其进行深入研究以改善在现场生产中出现的磨损严 重且不均匀、工作辊存在特殊的弯辊调节现象等问 题并制定正确的工艺和板形控制策略这对于提高 热轧产品的板形质量具有重要意义． 1 平整机机型及工艺特点分析 对于常规工作辊轴向窜动的四辊轧机来讲主 要有两种典型机型：HCW 轧机和 WRS 轧机．前者 工作辊与支持辊辊身长度相等主要通过工作辊的 轴向窜动改变辊间接触长度减小辊间有害接触区 提高辊缝横向刚度达到改善轧机板形控制性能的 目的；而后者工作辊比支持辊的辊身长度长主要是 通过工作辊的轴向窜动增加辊面参与磨损的区域以 改善工作辊的磨损辊形为实现轧制计划的自由编 排创造条件．同时两种机型都结合强力弯辊轧机 的板形控制性能会得到提高［5—10］．如图1所示武 钢2250平整机由于工作辊辊身长度（2700mm）长 于支持辊辊身长度（2200mm）所以窜辊范围为 —200～—150mm 时平整机可以通过工作辊窜辊 增加辊面参与磨损的区域其功能类似于 WRS 轧 机；在上工作辊的传动侧和下工作辊的操作侧各有 长为400mm 的台阶段不参与平整因此窜辊范围 为—150～＋150mm 时平整机可以通过工作辊窜 辊间接改变辊间接触长度其功能又类似于 HCW 轧机．因为其同时兼有 HCW 和 WRS 机型特点因 此平整机的轧辊磨损和板形控制特性有其自身的 特点． 图1 平整机工作辊窜辊示意图．（a） 窜辊量＝—200mm；（b） 窜辊量＝—150mm；（c） 窜辊量＝＋200mm Fig．1 Sketch of work roll shifting for the hot temper mill：the shift is —200mm （a）—150mm （b）and ＋200mm （c）respectively 为了对平整机的整个平整过程的轧机性能进行 分析对平整机2＃（上辊）和6＃（下辊）工作辊的整 个服役期间进行了跟踪测试．在2＃和6＃轧辊服役 期间共平整带钢170块总重达4000t．平整带钢 宽度约为1200mm厚度范围为2∙0mm平整钢种 为 SPA—H．对平整后带钢取样测量带钢横截面厚 度如图2所示．可以看出平整后带钢板廓形状呈 现一致性分布带钢凸度 C100一般为60～70μm．在 整个工作辊服役过程中轧制压力、张力及轧制速度 设定值基本保持恒定轧制力为2MN前后张力分 别为150kN 和90kN稳定轧制速度为 400m· min —1．平整过程中对弯辊力的调节一般是根据热 轧来料的规格、材质和表面质量等因素来定．从总 体上看在轧辊服役初期多使用正弯辊力大小约为 最大弯辊力的10％～30％随着工作辊服役时间的 增加逐渐减小并转为负弯辊调节并且绝大部分情 况是使用负弯辊每进行一次窜辊操作负弯辊力相 应增加．在工作辊服役后期负弯辊力最大用到 70％～80％． 在一般情况下工作辊的磨损会使承载辊缝凸 度不断变大应该不断增大正弯辊进行补偿．使用 负弯辊必然使承载辊缝的凸度更大；但通过测量发 现平整后带钢的凸度基本保持稳定（图2）．对于这 种弯辊特殊的调节现象必然存在某些影响因素使 承载辊缝凸度在平整过程中没有增大反而逐渐减 小所以必须对轧辊在整个服役过程中的磨损辊形 进行分析． 2 工作辊磨损及其辊缝凸度分析 为了分析热轧平整机的轧辊磨损情况对22支 ·1052· 北 京 科 技 大 学 学 报 第31卷
第8期 杨光辉等：武钢2250热轧平整机不均匀磨损及板形调控特性 ,1053 2.00 其中具有代表性的两对工作辊下机后的辊形.从图 中可以看出热轧平整机轧辊磨损存在如下特点， e1.95 ()沿辊身长度方向，上、下工作辊均出现明显 1.90 的不均匀磨损，磨损曲线整体呈现“W”形，且沿整个 ◆一钢卷号82826651 85 ■钢卷号82826652 工作辊辊身呈现不完全对称分布， +一丽卷号82826653 接180 -钢卷号82826654 (2)上、下工作辊磨损辊形相似，但由于上、下 工作辊反对称布置，实际磨损曲线呈反对称分布， 1.15600 -400 -2000200400 600 (③)对应于带钢边部区域的工作辊局部磨损严 距银身中点距离/mm 重，最大局部区域的直径磨损量高达250m;相比 图2平整后的带钢横截面厚度分布 之下，辊身中部磨损较小，最大一般为60m Fig.2 Strip transverse thickness profile after tempering (4)工作辊局部磨损严重区域宽度约为400 mm,这与工作辊可以进行士200mm的窜辊有关. 轧辊服役前后的辊形进行了连续跟踪测试，图3为 50 50 (a) (b) 0 50 -50 -100 -100 150 -200 -150 。一2上辊 -250 -200 在一6下辊 10°下辊 -300 350-900 -45004509001350 -259350-900-45004509001350 距辊身中点距离/mm 距银身中点距离mm 图3热轧平整机工作辊磨损辊形·(a)2°和6°配对轧辊：(b)9和10*配对轧辊 Fig.3 Work roll wear contours of the hot temper mill:(a)pair of No.2 and No-6 roll:(b)pair of No.9 and No.10 roll 为了描述工作辊磨损与辊缝凸度变化之间的关 ANSYS建立了辊系有限元仿真模型，对不同工况下 系，现定义磨损影响系数，即： 的板形调控特性进行了计算分析，建模参数如表1 △Cm K.=△Ce 所示 表1三维有限元仿真轧制工艺参数 式中，△Cm为轧辊磨损产生的辊缝凸度变化量； Table I Rolling process parameters for three-dimensional finite element △Cw为与△Cm对应的辊身磨损凸度，即△Cm= simulation D.一Dp,D。为轧辊中点的直径，Dp为轧辊磨损峰 参数 参数值 值处的直径 工作辊尺寸 (500~550)mm×2700mm 图4为工作辊磨损所引起的辊缝凸度变化，从 支持辊尺寸 -(1000~1100)mmX2250mm 图中可以看出，随着辊身磨损凸度的增加，磨损产生 工作辊辊颈 4320mmX570mm 的辊缝凸度呈线性减小趋势，即辊身磨损凸度△C 支持辊辊颈 600mm×812mm 每增加1m产生的辊缝凸度变化量约为一0.3m； 单侧弯辊力/kN 0-300 工作辊窜辊量分别为-200,0和十200mm时，由相 窜辊范围/mm -200~+200 同的辊身磨损凸度产生的辊缝凸度变化很小，因此 弯辊力加载中心距/mm 3124 可以近似认为由辊身磨损产生的辊缝凸度变化在不 支持辊约束中心距/mm 3240 同窜辊量下相等 最大轧制力/MN 15 3工作辊窜辊和弯辊特性分析 3.1工作辊窜辊特性 为了研究该2250平整机特殊的板形控制性能， 由于工作辊为台阶平辊，在负窜辊极限位置，即 根据平整机的生产工艺，运用有限元分析软件 窜辊量为一200mm时，辊间有效接触长度为支持辊
图2 平整后的带钢横截面厚度分布 Fig．2 Strip transverse thickness profile after tempering 轧辊服役前后的辊形进行了连续跟踪测试图3为 其中具有代表性的两对工作辊下机后的辊形．从图 中可以看出热轧平整机轧辊磨损存在如下特点． （1） 沿辊身长度方向上、下工作辊均出现明显 的不均匀磨损磨损曲线整体呈现“W”形且沿整个 工作辊辊身呈现不完全对称分布． （2） 上、下工作辊磨损辊形相似但由于上、下 工作辊反对称布置实际磨损曲线呈反对称分布． （3） 对应于带钢边部区域的工作辊局部磨损严 重最大局部区域的直径磨损量高达250μm；相比 之下辊身中部磨损较小最大一般为60μm． （4） 工作辊局部磨损严重区域宽度约为400 mm这与工作辊可以进行±200mm 的窜辊有关． 图3 热轧平整机工作辊磨损辊形∙（a）2＃和6＃配对轧辊；（b）9＃和10＃配对轧辊 Fig．3 Work roll wear contours of the hot temper mill：（a） pair of No．2and No．6roll；（b） pair of No．9and No．10roll 为了描述工作辊磨损与辊缝凸度变化之间的关 系现定义磨损影响系数即： Kw＝ ΔCm ΔCw 式中ΔCm 为轧辊磨损产生的辊缝凸度变化量； ΔCw 为与 ΔCm 对应的辊身磨损凸度即 ΔCm ＝ Dc—DPDc 为轧辊中点的直径DP 为轧辊磨损峰 值处的直径． 图4为工作辊磨损所引起的辊缝凸度变化．从 图中可以看出随着辊身磨损凸度的增加磨损产生 的辊缝凸度呈线性减小趋势即辊身磨损凸度ΔCw 每增加1μm 产生的辊缝凸度变化量约为—0∙3μm； 工作辊窜辊量分别为—2000和＋200mm 时由相 同的辊身磨损凸度产生的辊缝凸度变化很小．因此 可以近似认为由辊身磨损产生的辊缝凸度变化在不 同窜辊量下相等． 3 工作辊窜辊和弯辊特性分析 为了研究该2250平整机特殊的板形控制性能 根据平整机的生产工艺运用有限元分析软件 ANSYS 建立了辊系有限元仿真模型对不同工况下 的板形调控特性进行了计算分析建模参数如表1 所示． 表1 三维有限元仿真轧制工艺参数 Table1 Rolling process parameters for three-dimensional finite element simulation 参数 参数值 工作辊尺寸 ●（500～550） mm×2700mm 支持辊尺寸 ●（1000～1100） mm×2250mm 工作辊辊颈 ●320mm×570mm 支持辊辊颈 ●600mm×812mm 单侧弯辊力／kN 0～300 窜辊范围／mm —200～＋200 弯辊力加载中心距／mm 3124 支持辊约束中心距／mm 3240 最大轧制力／MN 15 3∙1 工作辊窜辊特性 由于工作辊为台阶平辊在负窜辊极限位置即 窜辊量为—200mm 时辊间有效接触长度为支持辊 第8期 杨光辉等： 武钢2250热轧平整机不均匀磨损及板形调控特性 ·1053·
,1054, 北京科技大学学报 第31卷 出，在轧制力为2MN,带钢宽度为1200mm,窜辊量 且 ◆-银量一200mm 为一200~一150mm时，弯辊力变化引起的辊缝凸 -10 量一有根量0 女第辊量=+200mm 度改变基本相同：窜辊量为一150~十200mm时，弯 -20 辊效力KB逐渐提高，在负弯辊时弯辊效力呈非线 30 性，且负弯辊力越大，弯辊效力越高；在正弯辊时，弯 40 辊效力基本不变，工作辊窜辊量分别为一200,0和 200mm时，KB约为-0.099，-0.137和-0.208. 50 50 100 150 200 根身磨损凸度μm 60 50 图4磨损产生的辊缝凸度变化 且40 Fig.4 Change of roll gap crown by roll wear 全长2200mm;在窜辊量为一150mm时，恰处于临 界位置，此后辊间接触长度将随着窜辊量的增加而 减小；在正窜辊极限位置，即窜辊量为十200mm时， -200 -100 0 100 200 辊间有效接触长度最小，为1850mm,因此，分别取 箱银量mm 窜辊量为一200，一150,0和+200mm时的辊缝形 图6工作辊窜辊对辊缝凸度的影响 状和对应的带钢凸度进行比较分析，如图5和图6 Fig.6 Influence of work roll shifting on roll gap crown 所示，从图中可以看出，在轧制力为2MN、带钢宽 度为1200mm和弯辊力为0时，随着工作辊由负极 160 限位置逐渐正向窜动，在窜动量为-200~一150 -◆-窜辊量=-200mm e-窜银量。-150mm mm时，辊缝凸度保持不变：当窜辊量为一150~0 窜银量=0 *一窜银量=+200mm mm时，辊缝凸度逐渐减小，但变化比较缓慢；随着 40 轧辊从零位正向窜动，即窜动量从0到十200mm 0 时，辊缝凸度明显减小，工作辊在士200mm窜动引 40 起的辊缝凸度总变化量△Cs为一11.5m 020 00 -200 -1000100200 300 弯辊力kN 目0.19 者的 图7弯辊力对辊缝凸度的影响 ◆一窄辊量=-200mm Fig.7 Influence of work roll bending force on roll gap erown e-银量-150mm 图0.174 ☆一馆根量=0 4一官辊量=+200mm 4平整机板形综合调控特性分析 0.16 00 -400 -200 0 200400 6H0 距带钢中点的距离/mm 从以上分析可以看出，工作辊磨损和窜辊都会 引起承载辊缝凸度的减小，而工作辊弯辊力由正弯 图5工作辊窜辊对辊缝形状的影响 辊向负弯辊的逐渐调节则会引起承载辊缝凸度的增 Fig.5 Influence of work roll shifting on roll gap shape 大·所以，必须施加相应的弯辊力来增大承载辊缝 3.2工作辊弯辊特性 凸度，以补偿工作辊磨损和窜辊引起的承载辊缝凸 弯辊力的调节功效（即弯辊效力）可用弯辊力影 度的减小，即为了使承载辊缝凸度保持相对稳定，必 响系数KB表示： 须使得： K-8 △CB=一(ACM十△CS), 式中，△CB为弯辊产生的辊缝凸度变化，△CM为磨 式中，△CB为弯辊引起的辊缝凸度变化量，△FB为 损产生的辊缝凸度变化，△Cs为窜辊产生的辊缝凸 与△CB对应的弯辊力改变量 度变化 弯辊力作为平整机板形控制的重要手段，其变 由此可以得出热轧平整机在平整过程中，工作 化对辊缝凸度的影响如图7所示，从图中可以看 辊磨损、窜辊和弯辊对板形的综合影响及调控如图
图4 磨损产生的辊缝凸度变化 Fig．4 Change of roll gap crown by roll wear 全长2200mm；在窜辊量为—150mm 时恰处于临 界位置此后辊间接触长度将随着窜辊量的增加而 减小；在正窜辊极限位置即窜辊量为＋200mm 时 辊间有效接触长度最小为1850mm．因此分别取 窜辊量为—200—1500和＋200mm 时的辊缝形 状和对应的带钢凸度进行比较分析如图5和图6 所示．从图中可以看出在轧制力为2MN、带钢宽 度为1200mm 和弯辊力为0时随着工作辊由负极 限位置逐渐正向窜动在窜动量为—200～—150 mm 时辊缝凸度保持不变；当窜辊量为—150～0 mm 时辊缝凸度逐渐减小但变化比较缓慢；随着 轧辊从零位正向窜动即窜动量从0到＋200mm 时辊缝凸度明显减小．工作辊在±200mm 窜动引 起的辊缝凸度总变化量ΔCS 为—11∙5μm． 图5 工作辊窜辊对辊缝形状的影响 Fig．5 Influence of work roll shifting on roll gap shape 3∙2 工作辊弯辊特性 弯辊力的调节功效（即弯辊效力）可用弯辊力影 响系数 KB 表示： KB＝ ΔCB ΔFB 式中ΔCB 为弯辊引起的辊缝凸度变化量ΔFB 为 与ΔCB 对应的弯辊力改变量． 弯辊力作为平整机板形控制的重要手段其变 化对辊缝凸度的影响如图7所示．从图中可以看 出在轧制力为2MN带钢宽度为1200mm窜辊量 为—200～—150mm 时弯辊力变化引起的辊缝凸 度改变基本相同；窜辊量为—150～＋200mm 时弯 辊效力 KB 逐渐提高．在负弯辊时弯辊效力呈非线 性且负弯辊力越大弯辊效力越高；在正弯辊时弯 辊效力基本不变工作辊窜辊量分别为—2000和 200mm 时KB 约为—0∙099—0∙137和—0∙208． 图6 工作辊窜辊对辊缝凸度的影响 Fig．6 Influence of work roll shifting on roll gap crown 图7 弯辊力对辊缝凸度的影响 Fig．7 Influence of work roll bending force on roll gap crown 4 平整机板形综合调控特性分析 从以上分析可以看出工作辊磨损和窜辊都会 引起承载辊缝凸度的减小而工作辊弯辊力由正弯 辊向负弯辊的逐渐调节则会引起承载辊缝凸度的增 大．所以必须施加相应的弯辊力来增大承载辊缝 凸度以补偿工作辊磨损和窜辊引起的承载辊缝凸 度的减小即为了使承载辊缝凸度保持相对稳定必 须使得： ΔCB＝—（ΔCM＋ΔCS） 式中ΔCB 为弯辊产生的辊缝凸度变化ΔCM 为磨 损产生的辊缝凸度变化ΔCS 为窜辊产生的辊缝凸 度变化． 由此可以得出热轧平整机在平整过程中工作 辊磨损、窜辊和弯辊对板形的综合影响及调控如图 ·1054· 北 京 科 技 大 学 学 报 第31卷
第8期 杨光辉等：武钢2250热轧平整机不均匀磨损及板形调控特性 ,1055 8所示，具体过程为：当新辊上机后，需要根据平整 整一定数量的钢卷后进行窜辊，由此产生相应的承 轧制计划、初始辊形配置及目标延伸率来设定轧制 载辊缝凸度变化△Cs,当△CM十△Cs累积到一定程 力P和弯辊力F;随着带钢轧制长度的增加，由于 度就会影响到平整带钢的板形质量，因此必须调节 工作辊磨损使得辊身磨损凸度增大△Cw,产生相应 弯辊力使得△CB=一（△CM十△Cs)·这样就可以保 的承载辊缝凸度变化△CM,同时根据窜辊策略在平 证承载辊缝凸度保持相对稳定，直至工作辊磨损严 新辊上机 重下机 已知： 轧制计划 轧制力设定P,弯辊力设定F 5现场试验分析 窜辊策略 Fao=F So.S 表2为工作辊不同服役阶段的承载辊缝凸度， 宜银产生的辊缝凸度△Cs 图9为工作辊不同服役阶段的下机辊形.可以看 辊身磨损凸度△C 磨损产生的辊缝凸度ACM 出：(1)服役12h后，辊身磨损凸度约为40m,产生 弯辊产生的辊缝凸度△C量 的凸度变化△Cw=40X0.3=12m;工作辊窜辊量 从-200mm到-100mm,产生的凸度变化△Cs= 调整弯辊力F。 一1m;弯辊力的调节从十10%到一20%，即从十30 工作辊磨损严重 帮皱现象明显 kN到-60kN,凸度变化为△CB=12.6m·(2)服 役结束下机后，辊身磨损凸度约为175m,产生的 工作辊下机 凸度变化△Cw=175×0.3=52.5m;工作辊窜辊 量从-200mm到十200mm,产生的凸度变化△Cs= 图8平整机板形综合调控流程图 一11.5m;弯辊力的调节从十10%到一75%，即从 Fig.8 Flow chart of shape adjustment for the temper mill +30kN到-225kN,凸度变化为△CB=66.7m, 表2工作辊不同服役阶段的承载辊缝凸度 Table 2 Loaded roll gap crown in different serving periods 服役阶段 辊身磨损凸度/hm △C/m 窜辊量/mm △C/hm 弯辊力变化/kN △C/hm 服役12h后 40 -12 -200--100 -1 +30-60 +12.6 服役结束后 175 -52.5 -200-200 -11.5 +10-225 +66.7 300 带有台阶而造成的特殊的工作辊窜辊特性有着必然 250 的联系，为了补偿平整过程中工作辊磨损和窜辊引 200 起的承载辊缝凸度的减小，必须采用由正弯辊向负 150 弯辊逐渐变化的调节手段以增大承载辊缝凸度，从 50 而保证承载辊缝凸度的相对稳定， -1350 -850 -350 150 650 1150 距银身中点距离mm 6结论 。服役12h后（第1次测量）·服役12h后（第2次测量） ·下机后（第1次测量） +一下机后（第2次测量） (1)通过现场连续跟踪测试与分析，发现非对 称台阶式热轧平整机所特有的工作辊“W”形磨损， 图9工作辊不同服役阶段的下机辊形 并针对“W”形磨损，提出了采用磨损影响系数来描 Fig.9 Roll contour in different stages after serving 述工作辊磨损与承载辊缝凸度变化之间的关系；分 从计算结果可以看出，服役12h后和服役结束 析了兼有HCW轧机和WRS轧机特点的热轧带钢 下机后，△CB≈一（△Cw十△Cs),工作辊弯辊力的调 平整机特定的工作辊弯辊和工作辊窜辊的板形调控 节主要是为了补偿工作辊磨损和窜辊对板形的影 特性， 响.同时，在热轧平整机操作中特殊的工作辊弯辊 (2)分析了工辊磨损、窜辊及工作辊弯辊对板 调节现象，即绝大多数情况使用负弯辊，通常每进行 形的综合影响，并通过试验最终解释了热轧平整机 一次窜辊操作，负弯辊力相应增加，负弯辊量最大可 特殊的弯辊调节现象，指出随着工作辊磨损的加剧， 用到70%~80%.这种弯辊力调节的特殊现象是与 工作辊形成了特殊的“W”形磨损，使工作辊在板宽 热轧平整机特殊的“W”形不均匀磨损和由于工作辊 范围内形成了一定量的正凸度，造成辊缝凸度减小
8所示．具体过程为：当新辊上机后需要根据平整 轧制计划、初始辊形配置及目标延伸率来设定轧制 力 P 和弯辊力 FB0；随着带钢轧制长度的增加由于 工作辊磨损使得辊身磨损凸度增大ΔCW产生相应 的承载辊缝凸度变化ΔCM同时根据窜辊策略在平 图8 平整机板形综合调控流程图 Fig．8 Flow chart of shape adjustment for the temper mill 整一定数量的钢卷后进行窜辊由此产生相应的承 载辊缝凸度变化ΔCS当ΔCM＋ΔCS 累积到一定程 度就会影响到平整带钢的板形质量因此必须调节 弯辊力使得ΔCB＝—（ΔCM＋ΔCS ）．这样就可以保 证承载辊缝凸度保持相对稳定直至工作辊磨损严 重下机． 5 现场试验分析 表2为工作辊不同服役阶段的承载辊缝凸度 图9为工作辊不同服役阶段的下机辊形．可以看 出：（1）服役12h 后辊身磨损凸度约为40μm产生 的凸度变化ΔCW＝40×0∙3＝12μm；工作辊窜辊量 从—200mm 到—100mm产生的凸度变化ΔCS＝ —1μm；弯辊力的调节从＋10％到—20％即从＋30 kN 到—60kN凸度变化为ΔCB＝12∙6μm．（2）服 役结束下机后辊身磨损凸度约为175μm产生的 凸度变化ΔCW＝175×0∙3＝52∙5μm；工作辊窜辊 量从—200mm 到＋200mm产生的凸度变化ΔCS＝ —11∙5μm；弯辊力的调节从＋10％到—75％即从 ＋30kN 到—225kN凸度变化为ΔCB＝66∙7μm． 表2 工作辊不同服役阶段的承载辊缝凸度 Table2 Loaded roll gap crown in different serving periods 服役阶段 辊身磨损凸度／μm ΔC／μm 窜辊量／mm ΔC／μm 弯辊力变化／kN ΔC／μm 服役12h 后 40 —12 —200～—100 —1 ＋30～—60 ＋12∙6 服役结束后 175 —52∙5 —200～200 —11∙5 ＋10～—225 ＋66∙7 图9 工作辊不同服役阶段的下机辊形 Fig．9 Roll contour in different stages after serving 从计算结果可以看出服役12h 后和服役结束 下机后ΔCB≈—（ΔCW＋ΔCS）工作辊弯辊力的调 节主要是为了补偿工作辊磨损和窜辊对板形的影 响．同时在热轧平整机操作中特殊的工作辊弯辊 调节现象即绝大多数情况使用负弯辊通常每进行 一次窜辊操作负弯辊力相应增加负弯辊量最大可 用到70％～80％．这种弯辊力调节的特殊现象是与 热轧平整机特殊的“W”形不均匀磨损和由于工作辊 带有台阶而造成的特殊的工作辊窜辊特性有着必然 的联系．为了补偿平整过程中工作辊磨损和窜辊引 起的承载辊缝凸度的减小必须采用由正弯辊向负 弯辊逐渐变化的调节手段以增大承载辊缝凸度从 而保证承载辊缝凸度的相对稳定． 6 结论 （1） 通过现场连续跟踪测试与分析发现非对 称台阶式热轧平整机所特有的工作辊“W”形磨损 并针对“W” 形磨损提出了采用磨损影响系数来描 述工作辊磨损与承载辊缝凸度变化之间的关系；分 析了兼有 HCW 轧机和 WRS 轧机特点的热轧带钢 平整机特定的工作辊弯辊和工作辊窜辊的板形调控 特性． （2） 分析了工辊磨损、窜辊及工作辊弯辊对板 形的综合影响并通过试验最终解释了热轧平整机 特殊的弯辊调节现象指出随着工作辊磨损的加剧 工作辊形成了特殊的“W”形磨损使工作辊在板宽 范围内形成了一定量的正凸度造成辊缝凸度减小 第8期 杨光辉等： 武钢2250热轧平整机不均匀磨损及板形调控特性 ·1055·
,1056 北京科技大学学报 第31卷 必须通过使用工作辊由正弯辊向负弯辊逐渐变化的 [5]Xu Z R.Xue J C.Zhang Y H.et al.WRS mill work roll wear 调节手段来增大承载辊缝凸度，以补偿平整过程中 calculation and analyses for shape control.J Anhui Univ Tech- mol,2004,21(4):270 工作辊磨损和窜辊引起的承载辊缝凸度的减小，从 (徐致让，薛家国，张玉华，等.WRS轧机工作辊磨损计算及板 而保证承载辊缝凸度的相对稳定， 形调控分析.安微工业大学学报，2004,21(4)：270) [6]Xu N.Liu H Y.Xu Z R.Investigation of roll shift schedule for 参考文献 WRS mill and rolls deflections.J Anhui Univ Technol.2006.23 [1]Huang C Q.Bai Z H.Lian J C.Research of rolling and bending (4):410 forces setting of skin pass mill for hot rolled high strength steel. (徐宁，刘红艳，徐致让.WRS轧机工作辊横移方案及辊系变形 Steel Rolling.2006.23(4):8 研究.安徽工业大学学报.2006,23(4)：410) (黄传清，白振华，连家创热轧高强钢平整机轧制力与弯辊力 [7]Zhao Y H.Sun T K.Experimental research of profile controlling 设计研究.轧钢，2006,23(4)：8) parameters of WRS mill.J Yanshan Univ,1994.18(2):95 [2]Bai Z H.Lian JC.Liu F,et al.Research of the roll crown opti- (赵永和，孙铁铠.WRS轧机板形控制参数的实验研究.燕山 mization on skin pass mill at Shanghai Baoshan Iron and Steel 大学学报，1994,18(2)：95) Group Corp:Iron Steel.2002.37(9):35 [8]Song JZ,Li B S.Research upon the profile control in HCW mill. (白振华，连家创，刘峰，等.宝钢2050热轧厂平整机辊型优化 Heavy Mach,1999(1):15 技术的研究.钢铁，2002.37(9)：35) (宋建芝，黎白石，HCW轧机板形控制机能的研究，重型机械， [3]Li X Y,Zhang J,Cao J G,et al.Specialities and solutions of 1999(1):15) shape control on single stand cold temper mill.Iron Steel,2003. [9]Liu L.Yue HL.Zou J X.Study of profile control on HCW mill. 38(12):26 J Univ Sci Technol Beijing.1994.16(Suppl):46 (李晓燕，张杰，陈先霖，等.冷轧平整机板形问题的特点及对 (刘力，岳海龙，邹家祥.HCW轧机辊系变形计算机模拟及辊 策.钢铁，2003,38(12)：26) 缝控制机理.北京科技大学学报，1994,16（增刊）：46) [4]Cai L F,Zhang J.Cao J G.et al.Study on the wear of the [10]Finstermann G.Nopp G.Eisenkck N.et al.Recent develop- working roll in temper rolling mill for hot strip.Metall Equip. ments by VAl in the field of skin pass rolling technology.Iron 2007(2).38 Steel,2003,39(7):47 (蔡丽芳，张杰，曹建国，等.热轧带钢平整机工作辊磨损问题研 (Finstermann G,Nopp G,Eisenkck N,等.奥钢联在平整技术 究.冶金设备，2007(2)：38) 领域的新进展.钢铁，2003,39(7)：47)
必须通过使用工作辊由正弯辊向负弯辊逐渐变化的 调节手段来增大承载辊缝凸度以补偿平整过程中 工作辊磨损和窜辊引起的承载辊缝凸度的减小从 而保证承载辊缝凸度的相对稳定． 参 考 文 献 ［1］ Huang C QBai Z HLian J C．Research of rolling and bending forces setting of skin-pass mill for hot rolled high strength steel． Steel Rolling200623（4）：8 （黄传清白振华连家创．热轧高强钢平整机轧制力与弯辊力 设计研究．轧钢200623（4）：8） ［2］ Bai Z HLian J CLiu Fet al．Research of the roll crown optimization on skin pass mill at Shanghai Baoshan Iron and Steel Group Corp．Iron Steel200237（9）：35 （白振华连家创刘峰等．宝钢2050热轧厂平整机辊型优化 技术的研究．钢铁200237（9）：35） ［3］ Li X YZhang JCao J Get al．Specialities and solutions of shape control on single-stand cold temper mill．Iron Steel2003 38（12）：26 （李晓燕张杰陈先霖等．冷轧平整机板形问题的特点及对 策．钢铁200338（12）：26） ［4］ Cai L FZhang JCao J Get al．Study on the wear of the working roll in temper rolling mill for hot strip．Metall Equip 2007（2）：38 （蔡丽芳张杰曹建国等．热轧带钢平整机工作辊磨损问题研 究．冶金设备2007（2）：38） ［5］ Xu Z RXue J GZhang Y Het al．WRS mill work roll wear calculation and analyses for shape control．J A nhui Univ Technol200421（4）：270 （徐致让薛家国张玉华等．WRS 轧机工作辊磨损计算及板 形调控分析．安徽工业大学学报200421（4）：270） ［6］ Xu NLiu H YXu Z R．Investigation of roll shift schedule for WRS mill and rolls deflections．J A nhui Univ Technol200623 （4）：410 （徐宁刘红艳徐致让．WRS 轧机工作辊横移方案及辊系变形 研究．安徽工业大学学报200623（4）：410） ［7］ Zhao Y HSun T K．Experimental research of profile controlling parameters of WRS mill．J Y anshan Univ199418（2）：95 （赵永和孙铁铠．WRS 轧机板形控制参数的实验研究．燕山 大学学报199418（2）：95） ［8］ Song J ZLi B S．Research upon the profile control in HCW mill． Heav y Mach1999（1）：15 （宋建芝黎白石．HCW 轧机板形控制机能的研究．重型机械 1999（1）：15） ［9］ Liu LYue H LZou J X．Study of profile control on HCW mill． J Univ Sci Technol Beijing199416（Suppl）：46 （刘力岳海龙邹家祥．HCW 轧机辊系变形计算机模拟及辊 缝控制机理．北京科技大学学报199416（增刊）：46） ［10］ Finstermann GNopp GEisenkck Net al．Recent developments by VAI in the field of skin-pass rolling technology．Iron Steel200339（7）：47 （Finstermann GNopp GEisenkck N等．奥钢联在平整技术 领域的新进展．钢铁200339（7）：47） ·1056· 北 京 科 技 大 学 学 报 第31卷