正在加载图片...
第2期 张清东等：UCMW冷连轧机组各架中间辊端部辊形 .241. 平坦度控制的解耦：有利于第5机架板形平坦度控 UCMW冷带轧机原所配备的中间辊端部辊形 制时，工作辊弯辊与中间辊弯辊的控制解耦， 为圆弧曲线，辊形曲线可用如下函数形式的多项式 为定量描述两类耦合问题的耦合程度，定义如 描述： 下性能指标. R(x)=A2x2十A3x3十A4x4十A5x5十A6x6十… 1.1边降与平坦度的控制耦合度 (3) 边降与平坦度的控制耦合度是指工作辊轴向移 辊形曲线的优化方法为：假设辊形深度L,半径 位对于边降与平坦度影响的耦合程度，公式表示如 差H为定值，在由此条件所确定的区段内进行搜 下： 索，通过改变待定参数，力求搜索到所有的曲线，利 细一 (1) 用本文提出的描述指标对其进行评价，并从中找出 最优值.优化后的辊形曲线如图1所示 式中，△CW为工作辊单位轴向移位量下所引起的凸 1500 度改变量，△EDC为工作辊单位轴向移位量下所引 1200 +原圆弧银形 起的边降改变量 一新多项式辊形 900 kC值越大，说明工作辊轴向移位在控制同量边 600 降值的情况下所引起的带钢凸度变化量越大，即边 300 降与平坦度的耦合程度越强；反之，说明边降与平坦 50 100150 200 250 度的耦合程度越弱，有利于实现边降控制与平坦度 辊身坐标/mm 控制的解耦 1.2工作辊弯辊与中间辊弯辊的调控功效耦合度 图1改进前后的中间辊端部辊形曲线对比 工作辊弯辊与中间辊弯辊的调控功效耦合度是 Fig.I Comparison between the original and optimized end contours of intermediate rolls 指工作辊弯辊和中间辊弯辊对于带钢边部平坦度和 中部平坦度控制的耦合程度，公式表示如下： 2调控性能仿真分析 △CW4-BFW +ACW4-BFI kw=Cw2-BFWT△cW2-BFI (2) 2.1有限元模型 式中，△CW4-BFW为单位工作辊弯辊力作用下的 采用“辊系弹性变形和轧件塑性变形的一体化 带钢四次凸度变化量，△CW2-BFW为单位工作辊 仿真模型”，模型中轧机辊系弹性变形计算采用二 弯辊力作用下的带钢二次凸度变化量，△CW4-BFI 维变厚度有限元法8，如图2，轧辊中部网格划分较 为单位中间辊弯辊力作用下的带钢四次凸度变化 稀疏，接触区网格划分较密，单元格长度为10mm, 量，△CW2-BFI为单位中间辊弯辊力作用下的带钢 这样即可兼顾模型精度与计算效率；变形区内带钢 二次凸度变化量， 塑性变形的计算采用经典的三维差分法，单元格长 理论研究与现场实际均可发现，工作辊弯辊对 度为5mm,将基于二维变厚度有限元的辊形弹性变 带钢二次凸度和四次凸度的调控特性是同方向的， 形和基于三维差分法的轧件塑性变形，通过轧制力 而中间辊弯辊对带钢二次凸度和四次凸度的调控特 的横向分布和承载辊缝形状联合在一起，形成针对 性是反方向的，针对工作辊弯辊，△CW4-BFW与 △CW2-BFW比值的绝对值越大，表明其对带钢边 部的相对控制能力越强，反之则越弱，针对中间辊 弯辊，△CW4-BFI与△CW2-BFI比值的绝对值越 大，表明其对带钢中部的相对控制能力越强，反之则 越弱.所以，w值越大，工作辊弯辊和中间辊弯辊 的耦合关系越弱，越有利于实现工作辊弯辊和中间 辊弯辊的解耦。另外，kw值越大，表明通过两个弯 辊的配合使用，在调控相同大小的二次凸度的同时 可以带来更大的四次凸度的调控范围，即当w值 越大时两个弯辊配合使用具备更大的浪形调控范 图2二维变厚度有限元网格划分 围 Fig.2 Mesh of special two-dimension FEM with variable thickness平坦度控制的解耦；有利于第5机架板形平坦度控 制时工作辊弯辊与中间辊弯辊的控制解耦． 为定量描述两类耦合问题的耦合程度定义如 下性能指标． 1∙1 边降与平坦度的控制耦合度 边降与平坦度的控制耦合度是指工作辊轴向移 位对于边降与平坦度影响的耦合程度公式表示如 下： kEC＝ ΔCW ΔEDC （1） 式中ΔCW 为工作辊单位轴向移位量下所引起的凸 度改变量ΔEDC 为工作辊单位轴向移位量下所引 起的边降改变量． kEC值越大说明工作辊轴向移位在控制同量边 降值的情况下所引起的带钢凸度变化量越大即边 降与平坦度的耦合程度越强；反之说明边降与平坦 度的耦合程度越弱有利于实现边降控制与平坦度 控制的解耦． 1∙2 工作辊弯辊与中间辊弯辊的调控功效耦合度 工作辊弯辊与中间辊弯辊的调控功效耦合度是 指工作辊弯辊和中间辊弯辊对于带钢边部平坦度和 中部平坦度控制的耦合程度公式表示如下： kIW＝ ΔCW4—BFW ΔCW2—BFW ＋ ΔCW4—BFI ΔCW2—BFI （2） 式中ΔCW4—BFW 为单位工作辊弯辊力作用下的 带钢四次凸度变化量ΔCW2—BFW 为单位工作辊 弯辊力作用下的带钢二次凸度变化量ΔCW4—BFI 为单位中间辊弯辊力作用下的带钢四次凸度变化 量ΔCW2—BFI 为单位中间辊弯辊力作用下的带钢 二次凸度变化量． 理论研究与现场实际均可发现工作辊弯辊对 带钢二次凸度和四次凸度的调控特性是同方向的 而中间辊弯辊对带钢二次凸度和四次凸度的调控特 性是反方向的．针对工作辊弯辊ΔCW4—BFW 与 ΔCW2—BFW 比值的绝对值越大表明其对带钢边 部的相对控制能力越强反之则越弱．针对中间辊 弯辊ΔCW4—BFI 与 ΔCW2—BFI 比值的绝对值越 大表明其对带钢中部的相对控制能力越强反之则 越弱．所以kIW值越大工作辊弯辊和中间辊弯辊 的耦合关系越弱越有利于实现工作辊弯辊和中间 辊弯辊的解耦．另外kIW值越大表明通过两个弯 辊的配合使用在调控相同大小的二次凸度的同时 可以带来更大的四次凸度的调控范围即当 kIW值 越大时两个弯辊配合使用具备更大的浪形调控范 围． UCMW 冷带轧机原所配备的中间辊端部辊形 为圆弧曲线辊形曲线可用如下函数形式的多项式 描述： R（ x）＝ A2x2＋ A3x3＋ A4x4＋ A5x5＋ A6x6＋… （3） 辊形曲线的优化方法为：假设辊形深度 L半径 差 H 为定值在由此条件所确定的区段内进行搜 索通过改变待定参数力求搜索到所有的曲线利 用本文提出的描述指标对其进行评价并从中找出 最优值．优化后的辊形曲线如图1所示． 图1 改进前后的中间辊端部辊形曲线对比 Fig．1 Comparison between the original and optimized end contours of intermediate rolls 2 调控性能仿真分析 图2 二维变厚度有限元网格划分 Fig．2 Mesh of special two-dimension FEM with variable thickness 2∙1 有限元模型 采用“辊系弹性变形和轧件塑性变形的一体化 仿真模型”．模型中轧机辊系弹性变形计算采用二 维变厚度有限元法［8］如图2轧辊中部网格划分较 稀疏接触区网格划分较密单元格长度为10mm 这样即可兼顾模型精度与计算效率；变形区内带钢 塑性变形的计算采用经典的三维差分法单元格长 度为5mm将基于二维变厚度有限元的辊形弹性变 形和基于三维差分法的轧件塑性变形通过轧制力 的横向分布和承载辊缝形状联合在一起形成针对 第2期 张清东等： UCMW 冷连轧机组各架中间辊端部辊形 ·241·