Vol.28 No.5 贾生晖等：冷连轧机SmartCrown轧辊磨损辊形对板形调控能力影响 ·469· 1.2轧辊磨损预报模型 260.93,a=1.47,B=1.25 从金属的磨损机理来看，磨损主要可分为磨 2磨损辊形对辊缝调节域的影响 粒磨损、疲劳磨损（接触疲劳、热疲劳等）、粘着磨 损和腐蚀磨损四类.在轧制过程中影响工作辊磨 2.1辊系有限元模型 损的因素很多，包括：(1)带钢方面一—带钢的温 辊缝调节域是衡量轧机板形控制能力的重要 度、材质、宽度、厚度及表面状况等；(2)轧辊方面 指标.为了分析轧辊磨损辊形对辊缝的调节域， 一轧辊的材质、原始辊形、硬度、表面粗糙度及 采用ANSYS建立了三维辊系有限元分析模 直径等；(3)轧制工艺一轧制压力、轧制速度、轧 型[3,1].由于轧辊辊身的对称性以及上、下轧辊 制长度、润滑状况、冷却条件及轧制计划编排等. 的反对称性，建模时采用了辊系结构的1/4.具体 轧辊磨损机理复杂，推导轧辊磨损量的纯理论计 建模参数为：工作辊辊身尺寸Dw×Lw,600mm 算公式极为困难，因此通常采用半理论半经验预 ×1900mm;工作辊辊颈尺寸DN×LN,350mm× 报模型36]，在对现场实际数据采集分析的基础 1040mm;支持辊辊身尺寸DB×LB,1450mm× 上，建立了以轧制力、轧制长度、轧辊材质、磨损距 1700mm;支持辊辊颈尺寸DE×LE,980mm× 离（接触弧长）等因素为参数的统计回归模型，采 1040mm;单位宽度轧制力P,7kNmm1;工作辊 用的模型基本形式为 弯辊力FW,-300~600kN;弯辊力加载位置LF, W- ∑△W,=(aABC) 2980mm;支持辊约束加载位置Lp,2740mm. (1) i=1 2.2磨损辊形对辊缝调节域的形响 式中，W为轧辊磨损量；A,B和C分别为轧制负 目前，生产现场与SmartCrown工作辊配套 荷值、接触弧长和轧制长度综合影响项；a,a和阝 使用的是常规支持辊.为了更好地分析 分别为计算系数；j为辊身方向计算位置；i和n SmartCrown工作辊磨损辊形在服役周期内对板 分别为轧制带钢卷数和总卷数. 形调控能力影响，在现场还大量配套测试了支持 在大量分析工作辊磨损特性的基础上，围绕 辊服役周期内的辊形变化.由于支持辊服役周期 着轧制力、轧制长度和接触弧长三个主要影响因 远较工作辊长，采用支持辊和工作辊不同辊形的 数，并综合考虑了各种影响因素，建立第i卷轧制 组合数据，可分别研究SmartCrown工作辊在支 带钢沿辊身方向计算位置j的工作辊磨损模型如 持辊服役前期和后期时工作辊磨损辊形的影响. 下： 同时由于轧机板形控制能力与带钢宽度直接相 Pi L △W)=a× 关，因此分别计算了常轧宽度(B=1248mm)和 BlaHgl πD(1+f)X 大宽度(B=1560mm)典型轧制条件.根据上述 Hin-HwLa Hout (2) 有限元模型计算处理得到的辊缝调节域如图2. 由图2可知：(1)带钢宽度对辊缝调节能力影 式中，△W,为工作辊磨损增量，um;a为轧辊材质 响较大，如以带钢宽度由1248mm增加到1560 相关影响系数；P:为轧制力，N;B为带钢宽度， mm为例，在均为新辊形时，二次辊缝凸度调节范 mm;la为接触孤长，mm;HR为工作辊硬度（肖氏 围由408.63m上升到638.32μm,四次辊缝凸度 硬度)；a为负荷影响指数；Hn和Hout为轧制带钢 调节范围由9.44m上升到9.64以m:(2)现有生 入口和出口厚度，mm;B为接触孤长影响指数；L 产工艺条件下，在工作辊的服役后期由于不均匀 为带钢轧制长度，mm;D为轧辊直径，mm;f为 磨损造成辊形变化较大（见图1），二次辊缝调节 前滑值. 能力下降较快，如果以1248mm带钢宽度为例， 遗传算法[7-10]以其简单通用性、鲁棒性强、适 二次辊缝凸度调节范围由408.63um下降到 用于并行处理及高效实用等显著特点，在各个领 392.53μm,四次辊缝凸度调节范围由9.444m下 域得到了广泛应用，取得了良好的效果.MAT- 降到7.61m;(3)在支持辊服役的后期，二次辊 LAB语言使人们从烦琐的程序代码中解放出来， 缝调节能力也略有下降，同样以1248mm带钢宽 其丰富的函数使开发者无须重复编程，只需简单 度为例，二次辊缝凸度调节范围由408.63μm下 地调用和使用.且MATLAB擅长数值计算，能处 降到407.85m,四次辊缝凸度调节范围基本不 理大量的数据，而且效率比较高.采用遗传算法 变，由9.44μm下降到9.42m 对模型参数进行优化，优化得到的参数如下：α=V o l 。 2 8 N o . 5 贾生晖等 : 冷连轧机 S m ra tC ro w n 轧辊磨损辊形对板形调 控能 力影响 1 . 2 轧辊磨损预报模型 从金 属的磨损机 理 来看 , 磨损主 要 可分为磨 粒磨损 、 疲 劳磨损 (接 触疲 劳 、 热疲劳等 ) 、 粘着磨 损和腐蚀 磨损 四类 . 在轧制过 程 中影 响工作辊 磨 损的因素很 多 , 包括 : ( 1) 带钢方面— 带钢 的温 度 、 材质 、 宽度 、 厚度及 表面 状况 等 ; ( 2 )轧 辊 方 面 — 轧辊的材质 、 原 始辊形 、 硬 度 、 表面 粗糙度及 直径等 ; ( 3 ) 轧制工 艺— 轧制压力 、 轧制速度 、 轧 制长度 、 润 滑 状况 、 冷却条件及 轧制计划 编排等 . 轧辊磨损机 理 复杂 , 推导 轧辊 磨损量 的纯理 论计 算公式极 为困 难 , 因 此 通 常采用半理 论半经 验预 报模型 [ 3 一“ 〕 . 在对 现 场实际 数据采 集分析的基 础 上 , 建立 了 以轧制力 、 轧 制长 度 、 轧辊材质 、 磨损 距 离(接触弧 长 ) 等因 素为参数 的统计 回归模 型 , 采 用的模型 基本形式为 : △w 。 = 艺 ( a A aB 七 ) ( 1 ) 2 6 0 . 9 3 , a = 1 . 4 7 , 月= 1 . 2 5 . 2 磨损辊形对辊缝调节域的影响 2 . 1 辊系有限元模型 辊缝 调节域是衡量轧机板形控制能 力 的重要 指标 . 为了分析轧 辊 磨损辊形对辊 缝 的调节域 , 采用 A N S Y S 建 立 了 三 维 辊 系 有 限 元 分 析 模 型 3[, ” 〕 . 由于 轧辊辊 身的对 称性 以 及 上 、 下 轧 辊 的反 对称性 , 建模时采用 了辊 系结构的 14/ . 具体 建模参数为 : 工 作辊 辊身尺 寸 D w 欠 L w , 60 m m 又 1 9 0 0 m m ; 工 作辊辊颈尺 寸 D N X 乙N , 3 5 0 m m X 1 0 4 0 m m ; 支持辊辊身尺 寸 D B X 无B , 1 4 5 0 m m X 1 7 0 0 m m ; 支 持 辊 辊 颈 尺 寸 D E X L E , 9 8 0 m m X 1 04 0 ~ ; 单位宽度轧制力 尸 , 7 kN · ~ 一 ’ ; 工 作辊 弯辊力 F w , 一 3 0 0 一 6 0 k N ; 弯辊 力加载位置 L F , 2 9 8 0 m m ; 支持辊约束加 载位置 无P , 2 7 4 0 m m . 2 . 2 磨损辊形对辊缝调节域的 影响 目前 , 生 产 现 场与 S m ar tC or w n 工 作辊 配 套 使 用 的 是 常 规 支 持 辊 . 为 了 更 好 地 分 析 S m ar tC or w n 工 作辊 磨损辊形 在服役 周期 内对板 形调控能力影 响 , 在现 场还 大量 配套 测试 了支持 辊服役周期内的辊形变化 . 由于 支持辊服役周期 远较工作辊长 , 采用 支持辊 和 工 作辊 不 同辊 形 的 组合数据 , 可 分别研究 S m ar t rC o w n 工 作辊 在支 持辊 服役 前期和 后 期时工 作辊磨损 辊 形 的影 响 . 同时 由于 轧机 板 形 控制能 力与带钢宽度 直 接相 关 , 因此 分别计算 了常轧 宽度 ( B = 1 2 48 m m ) 和 大宽度 ( B = 1 5 60 m m )典型 轧 制条 件 . 根 据上 述 有限元 模型计算处理得 到 的辊缝 调节域如 图 2 . 由图 2 可知 : ( l) 带钢宽度对辊缝调节能 力影 响较大 , 如以带钢宽度 由 1 2 4 8 m m 增加 到 1 5 6 0 m m 为例 , 在均为新辊 形时 , 二 次辊 缝 凸 度调节范 围由 4 0 8 . 6 3 拼m 上 升到 63 8 . 32 拼m , 四次辊缝凸度 调节范围 由 9 . 4 4 拜m 上 升到 9 . 6 4 拼m ; ( 2 ) 现有 生 产工 艺条 件下 , 在工 作辊的服役后 期 由于不 均匀 磨损造 成辊形 变化较大 ( 见 图 1) , 二 次 辊 缝 调节 能力 下降较快 , 如 果以 1 2 48 m m 带钢宽度 为例 , 二 次辊 缝 凸 度 调 节 范 围 由 4 08 . 63 拼m 下 降 到 3 9 2 . 5 3 拼m , 四 次辊 缝 凸度调节范围 由 9 . 4 4 拜m 下 降到 7 . 61 拌m ; ( 3) 在支持辊服役 的后 期 , 二 次辊 缝调节 能力也 略有下降 , 同样 以 1 2 4 8 m m 带钢宽 度为例 , 二次辊 缝凸 度调 节范围由 4 08 . 63 产m 下 降到 4 0 7 . 85 拼m , 四 次辊 缝 凸 度 调 节范 围基 本不 变 , 由 9 . 4 4 拌m 下 降到 9 . 4 2 拼m . " 一 习同 W 式中 , W 为轧辊 磨损 量 ; A , B 和 C 分别为轧 制负 荷值 、 接触弧 长和 轧制长度综合影 响项 ; 。 , 。 和 月 分别为计算系数 ; j 为辊 身方 向计算位置 ;i 和 n 分别为轧制带钢卷 数和 总卷 数 . 在大量分析工 作辊磨损特性 的基 础 上 , 围绕 着轧制力 、 轧制长 度和 接触弧 长三 个主 要 影 响因 数 , 并综合考虑 了各种影响 因素 , 建立 第 i 卷 轧 制 带钢沿辊身方 向计算位置 j 的工 作辊磨损模 型 如 下 : △W。 = { 尸、 ) a X { 石万石了} u ` d 孟 I R ’ L 二 D ( 1 + f ) {丛呀丝型 , 月 { “ ( 2 ) \ 月 ou t 一 产 式 中 , △w ij 为工 作辊 磨损增量 , 拼m ;a 为轧辊材质 相关影响系数 ; 尸 , 为轧制 力 , N ; B 为带钢宽度 , m m ; l d 为接触弧长 , m m ; H R 为工 作辊硬 度 ( 肖氏 硬度 ) ;a 为 负荷影 响指数 ; iH n 和 H ou ,为轧制带钢 入 口 和 出 口 厚度 , m m ; 月为接触弧 长影 响指数 ; L 为带钢 轧 制长 度 , m m ; D 为 轧辊直径 , m m ; 了 为 前滑值 . 遗 传算法 [ 7 一 `” ]以其 简单通 用性 、 鲁棒性强 、 适 用于并行处理 及 高效 实 用等显 著特点 , 在各个领 域得到 了 广 泛 应 用 , 取得 了 良好 的效 果 . M A T - L AB 语言使 人们从烦琐的程 序代码 中解放 出来 , 其丰富的 函数使 开发者无 须重 复编程 , 只需 简单 地调用和 使用 . 且 M A T L A』3 擅长数值计算 , 能 处 理大量 的数据 , 而 且 效率 比较高 . 采 用遗 传算法 对 模型 参数进行优化 , 优 化 得到 的参数 如下 : a =