.72 北京科技大学学报 第30卷 称二次板形缺陷、对称高次板形缺陷和非对称板形 (7)压块力PAD(i):主要针对板形调控功效的 缺陷；又能针对不同的板宽消除辊间“有害接触区”， 仿真，取每个压块力分别为3000和3500kN 从而增大辊缝横刚度，使辊缝在轧制力变动时保持 (8)DSR压块压力分布形式：针对DSR轧机的 相对稳定，因此，DSR技术可以使轧机分别实现柔 整体板形控制能力的仿真，设定三种典型分布形式， 性辊缝控制策略和刚性辊缝控制策略[可]， 中部集中分布（记为PAD1)、平均分布（记为 PAD2)、边部集中分布（记为PAD3) 2全辊系有限元模型的建立与计算工况的 确定 3板形控制性能仿真 为了研究该DSR轧机特殊的板形控制性能，利 轧机的板形控制性能源于轧机所装备的各项板 用有限元分析软件ANSYS建立了全辊系有限元力 形控制技术的板形调控功效以及这些板形控制技术 学仿真模型.图2为DSR全辊系力学模型的有限 的组合使用，通过设计工况的仿真结果分析，得到 元网格划分，本模型结合了有限元和弹性基础梁模 了板形控制性能评价指标如下[] 型的特点，用杆单元反映轧件的实体存在，以杆单元 (1)板形调控功效：某种板形技术的单位调节 的刚度来反映轧件的等效压缩刚度，将轧制力与轧 量下（如100kN弯辊力、100kN压块压力），轧机承 件厚度减薄量简化处理为线性关系[可]. 载辊缝形状在沿带钢宽度方向上各处的变化量 (2)承载辊缝凸度调节域：指轧机各板形控制 技术共同作用下所能提供的承载辊缝二次凸度 CW2及四次凸度CW4的最大变化范围2(CW2, CW4) (3)辊缝横向刚度：辊缝二次凸度抵抗轧制力 波动干扰的能力 (4)辊间接触压力平均幅值：辊间接触长度内 接触压力的平均值 (5)辊间接触压力分布不均匀度：沿接触长度 方向辊间接触压力的最大值与其平均值的比值 3.1板形调控功效 图3为承载辊缝在M00、M1、M3压块(500kN 图2有限元模型网格划分 的调节量)和弯辊力FB(100kN的调节量)作用下 Fig.2 Gridding for the finite element model of rolls 的上下轮廓调控功效曲线 根据现场工艺参数，有限元模型的计算工况确 由图3可知：板形的调控功效曲线需用高次多 项式才能描述；上轮廓调控功效变化比下轮廓显著， 定考虑了以下因素： 弯辊力调控功效最为显著；上轮廓的调控功效曲线 (1)辊径取最大、最小值.工作辊直径Dw取 要比下轮廓的调控功效曲线变化剧烈.说明DSR 615和550mm,支持辊直径D.取1570和1490 辊系中弯辊调节对上轮廓的影响要比对下轮廓的影 mm 响显著得多 (2)板宽B分别取910,1330和1750mm, (3)平均单位轧制力g,取两个极限值6.5和 3.2承载辊缝凸度调节域 9.5kN'mm1 从图4可知，在同一坐标系下，承载辊缝的上下 轮廓凸度调节域沿压块分布路径（边部集中分布→ (4)工作辊、下支持辊初始辊形均为平辊，Cw= 平均分布中部集中分布)的方向大体相同，多数 0mm,C8=0mm 轧机的辊系是一个垂直对称的结构，在某调节机构 (5)轧件等效刚度Q1分别取6.8×101和6.8× 的作用下，其承载辊缝凸度调节路径的方向是相反 105 kN.mm1 的，即承载辊缝上下轮廓凸度符号在同一坐标系下 (6)针对板形调控功效的仿真，弯辊力FB取0 是相反的.因此DSR轧机辊系的垂直不对称极 和100kN;针对板形控制性能的仿真，弯辊力FB取 大地影响了辊缝整体的形状和幅值.其次，弯辊力 500,0和-600kN. 变化所引起的承载辊缝上下轮廓凸度调节域范围的称二次板形缺陷、对称高次板形缺陷和非对称板形 缺陷；又能针对不同的板宽消除辊间“有害接触区”‚ 从而增大辊缝横刚度‚使辊缝在轧制力变动时保持 相对稳定．因此‚DSR 技术可以使轧机分别实现柔 性辊缝控制策略和刚性辊缝控制策略［4—5］． 2 全辊系有限元模型的建立与计算工况的 确定 为了研究该 DSR 轧机特殊的板形控制性能‚利 用有限元分析软件 ANSYS 建立了全辊系有限元力 学仿真模型．图2为 DSR 全辊系力学模型的有限 元网格划分．本模型结合了有限元和弹性基础梁模 型的特点‚用杆单元反映轧件的实体存在‚以杆单元 的刚度来反映轧件的等效压缩刚度‚将轧制力与轧 件厚度减薄量简化处理为线性关系［6］． 图2 有限元模型网格划分 Fig．2 Gridding for the finite element model of rolls 根据现场工艺参数‚有限元模型的计算工况确 定考虑了以下因素： （1） 辊径取最大、最小值．工作辊直径 DW 取 615和550mm‚支持辊直径 DB 取1570和1490 mm． （2） 板宽 B 分别取910‚1330和1750mm． （3） 平均单位轧制力 q‚取两个极限值6∙5和 9∙5kN·mm —1． （4） 工作辊、下支持辊初始辊形均为平辊‚CW＝ 0mm‚CB＝0mm． （5） 轧件等效刚度 Q1 分别取6∙8×104 和6∙8× 105 kN·mm —1． （6） 针对板形调控功效的仿真‚弯辊力 FB 取0 和100kN；针对板形控制性能的仿真‚弯辊力 FB 取 500‚0和—600kN． （7） 压块力 PAD（ i）：主要针对板形调控功效的 仿真‚取每个压块力分别为3000和3500kN． （8） DSR 压块压力分布形式：针对 DSR 轧机的 整体板形控制能力的仿真‚设定三种典型分布形式‚ 中部 集 中 分 布 （记 为 PAD1）、平 均 分 布 （记 为 PAD2）、边部集中分布（记为 PAD3）． 3 板形控制性能仿真 轧机的板形控制性能源于轧机所装备的各项板 形控制技术的板形调控功效以及这些板形控制技术 的组合使用．通过设计工况的仿真结果分析‚得到 了板形控制性能评价指标如下［6—8］． （1） 板形调控功效：某种板形技术的单位调节 量下（如100kN 弯辊力、100kN 压块压力）‚轧机承 载辊缝形状在沿带钢宽度方向上各处的变化量． （2） 承载辊缝凸度调节域：指轧机各板形控制 技术共同作用下所能提供的承载辊缝二次凸度 CW2 及四次凸度 CW4 的最大变化范围 Ω（CW2‚ CW4）． （3） 辊缝横向刚度：辊缝二次凸度抵抗轧制力 波动干扰的能力． （4） 辊间接触压力平均幅值：辊间接触长度内 接触压力的平均值． （5） 辊间接触压力分布不均匀度：沿接触长度 方向辊间接触压力的最大值与其平均值的比值． 3∙1 板形调控功效 图3为承载辊缝在 MO0、M1、M3压块（500kN 的调节量）和弯辊力 FB （100kN 的调节量）作用下 的上下轮廓调控功效曲线． 由图3可知：板形的调控功效曲线需用高次多 项式才能描述；上轮廓调控功效变化比下轮廓显著‚ 弯辊力调控功效最为显著；上轮廓的调控功效曲线 要比下轮廓的调控功效曲线变化剧烈．说明 DSR 辊系中弯辊调节对上轮廓的影响要比对下轮廓的影 响显著得多． 3∙2 承载辊缝凸度调节域 从图4可知‚在同一坐标系下‚承载辊缝的上下 轮廓凸度调节域沿压块分布路径（边部集中分布→ 平均分布→中部集中分布）的方向大体相同．多数 轧机的辊系是一个垂直对称的结构‚在某调节机构 的作用下‚其承载辊缝凸度调节路径的方向是相反 的‚即承载辊缝上下轮廓凸度符号在同一坐标系下 是相反的［2］．因此 DSR 轧机辊系的垂直不对称极 大地影响了辊缝整体的形状和幅值．其次‚弯辊力 变化所引起的承载辊缝上下轮廓凸度调节域范围的 ·72· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷