第2期 刘宝权等：冷轧机工作辊非对称弯辊的板形调控理论研究与应用 ·185 板形的手段，都必须配合工作辊弯辊).工作辊对 双侧压上系统特性不同，必然导致轧机两侧的轧制 称弯辊，只能用来调控对称的二次和四次板形缺陷， 力不同，从而轧制变形区的单位宽度轧制力分布沿 不能实现非对称板形缺陷的调控，而非对称板形缺 轧辊中心平面不对称分布，因此成品带材的厚度和 陷的控制也是轧制领域的一个难题. 出口带钢的张应力分布也不是左右对称的.由于在 冷轧过程中，经常由于轧制条件和原料的原因 理论分析计算中无法考虑上述未知因素的影响，所 使成品带钢出现非对称板形缺陷，这种非对称板形 以辊系弹性变形和轧件塑性变形都是以对称变形为 缺陷一旦产生，轻则降低产品的成材率、生产成本和 基础进行理论分析和计算. 产品的竞争能力，重则导致设备的损坏.例如鞍钢 工作辊弯辊的目的就是补偿轧制力引起的轧辊 冷轧厂某生产线2009年单边浪板形缺陷8561t,占 对称凸度变化，是靠辊端液压缸产生推力，作用在轧 全年板形缺陷总量的37.46%，单项板形缺陷中单 辊辊径上，使轧辊产生附加弯曲，瞬时地改变轧辊的 边浪所占比重最大.板形缺陷的总数占全年产量的 有效挠度，从而改变轧机承载辊缝的形状和轧后带 3.26% 材的横向张力分布，实现板形控制，如图1(a)所示， 双边浪和中浪板形缺陷等对称板形缺陷可通过 图中F,为中间辊弯辊力，Fw为工作辊弯辊力 有效地控制弯辊力得以消除.当非对称板形缺陷产 从理论上讲，轧机的板形调控手段越多，板形控 生时，目前常用的调节方法就是进行轧辊倾斜和分 制效果越好.一种机型拥有调控执行机构数目越 段冷却调整.轧辊倾斜虽然在一定程度上能够控制 多，该机型的板形调控能力越强，无疑动态板形辊轧 非对称板形，但也同时不可避免地带来板形的瞬间 机(dynamic shape roller,DSR)具有最优越的板形 波动，调节不当不但非对称板形缺陷无法消除，还会 调控能力，但其高额的设备成本和复杂的维修令人 导致其他板形缺陷的产生甚至断带.因此研制新型 望而却步a.对于高凸度(high crown,HC)、万能 的非对称板形缺陷调控手段对于提高板形质量具有 凸度(universal crown,UC)、连续可变凸度(contin- 重要的实际应用意义， uously variable crown,CVC)和普通四辊等主流的轧 机机型，要想提高板形质量，降低非对称板形缺陷数 1工作辊非对称弯辊基本原理和系统实现 量，切实有效的途径是增加板形调控机构的数量，对工 实际轧制过程中，入口原料的横向厚度几何尺 作辊双侧弯辊力进行差动调节，如图1(b)所示，FD为 寸的分布不均、材料的局部组织性能差异以及轧机 传动侧工作辊弯辊力，F0为操作侧工作辊弯辊力. (a) b 图1UC轧机的弯辊系统.()工作辊对称弯辊：(b)工作辊非对称弯辊 Fig.1 Bending system of a UC mill:(a)symmetrical bending of work rolls:(b)asymmetrical bending of work rolls 冷轧机常用机型的弯辊调控机构包括工作辊弯 单独控制既可以实现对称控制，也可以实现非对称 辊和中间辊弯辊，工作辊弯辊调控执行机构为一个， 控制. 如图2所示.若将工作辊弯辊调控机构进行拆分， 如图1(b)所示：当Fwo=FwD时，即通常所说的 工作辊传动侧(drive side,DS)采用一套控制系统， 工作辊弯辊，工作辊产生的附加弹性弯曲变形沿轧 而操作侧(operation side,OS)采用另一套控制系 制中心线对称，对单侧板形缺陷进行弯辊调节时，对 统，这样工作辊弯辊板形调控机构由一个增加到两 侧的弯辊力亦要进行同步调节，进而有可能导致对 个（图3），工作辊传动侧和操作侧的弯辊分开进行 侧板形缺陷的发生；而当Fo≠FwD,即工作辊两端第 2 期 刘宝权等: 冷轧机工作辊非对称弯辊的板形调控理论研究与应用 板形的手段，都必须配合工作辊弯辊［3］． 工作辊对 称弯辊，只能用来调控对称的二次和四次板形缺陷， 不能实现非对称板形缺陷的调控，而非对称板形缺 陷的控制也是轧制领域的一个难题． 冷轧过程中，经常由于轧制条件和原料的原因 使成品带钢出现非对称板形缺陷，这种非对称板形 缺陷一旦产生，轻则降低产品的成材率、生产成本和 产品的竞争能力，重则导致设备的损坏． 例如鞍钢 冷轧厂某生产线 2009 年单边浪板形缺陷 8 561 t，占 全年板形缺陷总量的 37. 46% ，单项板形缺陷中单 边浪所占比重最大． 板形缺陷的总数占全年产量的 3. 26% ． 双边浪和中浪板形缺陷等对称板形缺陷可通过 有效地控制弯辊力得以消除． 当非对称板形缺陷产 生时，目前常用的调节方法就是进行轧辊倾斜和分 段冷却调整． 轧辊倾斜虽然在一定程度上能够控制 非对称板形，但也同时不可避免地带来板形的瞬间 波动，调节不当不但非对称板形缺陷无法消除，还会 导致其他板形缺陷的产生甚至断带． 因此研制新型 的非对称板形缺陷调控手段对于提高板形质量具有 重要的实际应用意义． 1 工作辊非对称弯辊基本原理和系统实现 实际轧制过程中，入口原料的横向厚度几何尺 寸的分布不均、材料的局部组织性能差异以及轧机 双侧压上系统特性不同，必然导致轧机两侧的轧制 力不同，从而轧制变形区的单位宽度轧制力分布沿 轧辊中心平面不对称分布，因此成品带材的厚度和 出口带钢的张应力分布也不是左右对称的． 由于在 理论分析计算中无法考虑上述未知因素的影响，所 以辊系弹性变形和轧件塑性变形都是以对称变形为 基础进行理论分析和计算． 工作辊弯辊的目的就是补偿轧制力引起的轧辊 对称凸度变化，是靠辊端液压缸产生推力，作用在轧 辊辊径上，使轧辊产生附加弯曲，瞬时地改变轧辊的 有效挠度，从而改变轧机承载辊缝的形状和轧后带 材的横向张力分布，实现板形控制，如图 1( a) 所示， 图中 FI为中间辊弯辊力，FW为工作辊弯辊力． 从理论上讲，轧机的板形调控手段越多，板形控 制效果越好． 一种机型拥有调控执行机构数目越 多，该机型的板形调控能力越强，无疑动态板形辊轧 机 ( dynamic shape roller，DSR) 具有最优越的板形 调控能力，但其高额的设备成本和复杂的维修令人 望而却步［4］． 对于高凸度 ( high crown，HC) 、万能 凸度 ( universal crown，UC) 、连续可变凸度 ( contin￾uously variable crown，CVC) 和普通四辊等主流的轧 机机型，要想提高板形质量，降低非对称板形缺陷数 量，切实有效的途径是增加板形调控机构的数量，对工 作辊双侧弯辊力进行差动调节，如图1( b) 所示，FWD为 传动侧工作辊弯辊力，FWO为操作侧工作辊弯辊力． 图 1 UC 轧机的弯辊系统 . ( a) 工作辊对称弯辊; ( b) 工作辊非对称弯辊 Fig． 1 Bending system of a UC mill: ( a) symmetrical bending of work rolls; ( b) asymmetrical bending of work rolls 冷轧机常用机型的弯辊调控机构包括工作辊弯 辊和中间辊弯辊，工作辊弯辊调控执行机构为一个， 如图 2 所示． 若将工作辊弯辊调控机构进行拆分， 工作辊传动侧( drive side，DS) 采用一套控制系统， 而操作侧( operation side，OS) 采用另一套控制系 统，这样工作辊弯辊板形调控机构由一个增加到两 个( 图 3) ，工作辊传动侧和操作侧的弯辊分开进行 单独控制既可以实现对称控制，也可以实现非对称 控制． 如图 1( b) 所示: 当 FWO = FWD时，即通常所说的 工作辊弯辊，工作辊产生的附加弹性弯曲变形沿轧 制中心线对称，对单侧板形缺陷进行弯辊调节时，对 侧的弯辊力亦要进行同步调节，进而有可能导致对 侧板形缺陷的发生; 而当 FWO≠FWD，即工作辊两端 ·185·