第42卷第4期2007年4月钢铁Iron and SteelVol. 42, No. 4April 20072250mm 带钢热连轧机板形调控性能改善与提高魏钢城, 张清东, 陈先霖(北京科技大学机械工程学院, 北京100083摘要:以2250mm 热连轧精轧机为对象, 通过有限元仿真, 针对末机架在轧制薄带钢时因出现工作辊端部压靠而引起的整机板形控制性能劣化问题, 进行了多种工况的定量研究, 得出轧件规格和轧制力对工作辊端部压靠的产生及压靠程度的影响, 揭示了工作辊端部压靠对轧机板形控制性能的严重负面影响。
通过比较研究轧机抵抗工作辊端部压靠的能力, 提出了采用基于变接触轧制策略的变接触支承辊初始辊形设计的技术对策, 并在投入实际生产使用后取得了明显效果。
关键词:轧辊压靠; 板形调控性能; 有限元; 热连轧机中图分类号:T G335. 11文献标识码:A 文章编号:04492749X (2007 0420046204Improvement on Shape Control Perform ance on FinishingT rain of 2250mm H ot Steel Strip MillWEI Gang 2cheng , ZHAN G Qing 2dong , CH EN Xian 2(School of Mechanical Engineering , University of Science and , 100083, China Abstract :For2250mm hot continuous rolling mill ,the to study on the work roll end contact during rolling at last stand using Finite contact deteriorates shape controling performance. The influence of strip on roll contact was obtained by calculation , and negative effect of performance was also revealed. By comparative study , varying contact 2length ( a technical countermeasure was proposed and , good effect was obtained in pro 2duction.K ey w ords :roll contact ; flatness control performace ; FEM ; hot continuous rolling mill作者简介:魏钢城(19642 , 男, 博士生, 高级工程师; E 2mail:****************;修订日期:20062102102250热连轧机是国内最宽的热带钢连轧机, 工作辊因可以使用CVC 技术使辊身长度达2550mm , 可轧带钢宽度最大为2100mm 。
投产后发现, 轧制薄规格带钢时, 工作辊弯辊的板形调控作用明显减弱, 浪形趋向复合浪, 板形控制变得困难, 导致实物板形质量下降。
而且带钢越薄, 问题越严重。
针对这一问题展开调查研究, 发现轧机在轧制薄规格带钢时上下工作辊端部发生压靠接触是主要原因。
在宽带钢轧制过程中, 轧辊的挠曲变形和表面接触压扁变形[1]使轧机上下工作辊围成的辊缝开度不均匀, 越靠近端部辊缝开度越小。
随着带钢厚度的减小或轧辊挠度的增大, 轧机上下工作辊可能相互接触。
这一接触首先发生在端部并随着压靠程度的加重不断向中部区域扩展。
轧辊压靠造成的辊间接触力作为无效轧制力既会改变总轧制力和辊系的受力状态, 也会改变辊系的变形[2]。
在铝箔轧制中, 辊端压靠可以是一种稳定轧制的手段[3], 但在薄宽带钢轧制中辊端压靠是板形控制的消极影响因素。
1工作辊端部压靠过程有限元仿真1. 1辊端压靠的描述采用压靠区域和压靠力2个指标来描述工作辊端部压靠的程度, 压靠区域为轧机上下工作辊发生相互接触区域的轴向长度; 压靠力为轧机上下工作辊相互接触区域内的相互作用力。
压靠区域越长、压靠力越大表明轧机压靠程度越严重。
1. 2建模及工况确定(1 有限元模型为研究轧辊压靠问题, 以2250热连轧机组的末架轧机为建模对象, 利用ANS YS 有限元软件建立轧制过程仿真模型[4]。
本模型用杆单元反应轧件的实体存在, 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成线性关系[5]。
(2 计算工况在轧机设备参数、弯辊力和辊形都确定的前提第4期魏钢城等:2250mm 带钢热连轧机板形调控性能改善与提高下, 轧件厚度、轧件宽度和轧制力是决定轧机辊缝形状的主要因素。
因此, 确定表1所示仿真计算工况。
选择轧机的各个板形调控机构设定值为零, 作为分析比较轧机辊端压靠发生的可能性和压靠程度以及各相关因素的影响的共同条件。
在分析辊端压靠对弯辊力的板形调控功效的影响时, 则只考虑弯辊力变化对辊缝凸度的调节, 而不考虑工作辊辊形。
1. 3仿真结果分析(1 带钢宽度对辊端压靠的影响(表2由计算结果可知, 在轧件厚度和单位宽度轧制力一定时, 随轧件宽度的减小, 压靠区域长度和压靠力都从无到有且不断增大。
据此推论:对于每一种确定的轧件厚度和单位宽度轧制力, 此轧机都可能存在一个发生辊端压靠的临界宽度值, 当轧件宽度小于这一临界值时将发生压靠, 且轧件宽度越小压靠程度越严重。
(2 带钢厚度对辊端压靠的影响(表3由计算结果可知, 力一定时, 随轧件厚度的减小, , 此轧机都可能, 当轧件厚度小于这一临界值时将发生压靠, 且轧件厚度越小压靠程度越严重。
(3 轧制力对辊端压靠的影响(表4由计算结果可知, 在轧件厚度和宽度一定时, 随单位宽度轧制力的增大, 压靠区域长度和压靠力都表1不同因素组合下的工况表T able 1T able of operation modes for calculation (equivalentstiffness is 6. 4×105MP a项目数据轧辊初始辊形平辊、VCR 辊形轧件出口厚度/mm 3、2. 4、1. 5轧件宽度/mm 700、850、1050、1250、1450、1650、1850单位轧制力/kN 13.5、21. 2弯辊力/kN±1500、0、±750注:轧件等效刚度为6. 4×105MPa 。
表2带钢宽度对辊端压靠的影响T able 2 E ffect of strip width on roll contact 带宽/mm辊端压靠应力/MPa压靠长度/mm700411. 06>1001050394. 781001450表3带钢厚度对辊端压靠的影响T able 3 E ffect of strip thickness on roll contact板厚/mm辊端压靠应力/MPa压靠长度/mm1. 2881. 285001. 5394. 781003. 0表4单位宽度轧制力对辊端压靠的影响T able 4 E ffect of rolling force on roll contact 单位宽度轧制力/-1辊端压靠应力/MPa压靠长度/mm13. 50021. 2394. 7810027. 41122. 30500从无到有且不断增大。
据此可以推论:对于每一种确定的轧件厚度和宽度, 此轧机都可能存在一个发, 当单位宽度, 且单位。
从上面的分析可以看出, 轧件厚度、宽度、轧制力3个因素在带钢轧制过程中对轧辊压靠的作用规律存在耦合关系。
因此, 对于2250轧机在正常的轧制工况, 包括正常的轧制力大小和生产大纲所规定的带钢规格条件下, 对应每种轧制宽度, 都可以计算出一个压靠临界厚度, 并且据此把全部规格分为存在压靠和不存在压靠区域的2个部分, 见图1。
图1进一步给出了正常轧制时将会出现辊端压靠的带钢规格。
在轧制这些规格时, 弯辊力的板形控制作用下降, 实物板形质量也较差。
图1的结果是在未考虑支承辊和工作辊在服役后期的明显负凸度磨损辊形(一般分别可达1. 5mm/直径和0. 2mm/直径以及当工作辊不磨削CVC 曲线时的负凸度初始辊形(一般0. 05～0. 15mm/直径的条件下得出的, 否则, 图中的压靠与非压靠的分界线会向上平移1mm 左右。
(5 辊端压靠对轧机板形控制性能的影响当轧制工况满足发生辊端压靠的条件、轧机存在辊端压靠时, 压靠力将作为无效轧制力, 改变辊系的受力状态、大小以及相应变形, 进而改变轧机的板形控制性能。
图2和图3分别为2550热轧精轧机在轧件规格为h =1. 5mm 、B =1050mm , 单位宽度轧制力为21. 2kN/mm 的条件下(此轧制条件下轧辊发生压靠 , 弯辊力的板形调控功效曲线图和对二次及四次・74・钢铁第42卷(a 单位宽度轧制力13kN/mm ; (b 单位宽度扎制力21kN/mm图1各种轧制宽度下对应的压靠临界厚度Fig. 1Critical strip thickness for roll contact with different strip width图2弯辊力调控功效曲线Fig. 2Shape control eff iciency of bending force凸度的调节能力曲线图。
从图可以看出, 弯辊力的板形调控功效曲线和对二次和四次凸度的调节能力曲线有明显转折点, 负弯辊调控能力明显弱于正弯辊。
2抑制辊端压靠的对策及现场应用2. 1VCR 辊形优化辊端压靠发生的根本原因是辊间有害接触区导致的工作辊在非轧制区域的过度挠曲变形。
因此, 基于实现辊间变接触轧制的思想, 应用变接触辊形设计理论和方法, 设计一种VCR 支承辊初始辊形[6], 用以消除辊间有害接触区, 并避免在轧制过程中发生工作辊端部压靠。
从有限元计算结果来看, 采用VCR 支承辊辊形技术后, 轧机现有的轧制规格都已处于非压靠区域中, 彻底避免了轧辊压靠现象。
在采用以上设计的VCR 支承辊辊形的条件下, 仿真计算轧件规格为h =1.5mm 、B =1050mm , 单位宽度轧制力为21. 2kN/mm 的工况条件下的弯辊力的板形调控功效和对二次和四次凸度的调控能力, 如图4、5所示, 与图2明显不同。
(a 二次凸度; (b 四次凸度图3弯辊力对二次和四次凸度的调控能力Fig. 3Control eff iciency of bending force for p araboliccrow n and qu artic crow n图4VCR 辊形下的弯辊调控功效曲线Fig. 4Sh ape control eff iciency of bending forcewith V CR b ackup rolls・84・第4期魏钢城等:2250mm带钢热连轧机板形调控性能改善与提高(a 二次凸度; (b 四次凸度图5V CR 辊形下的弯辊力对二次和四次凸度的调控能力Fig. 5Control eff iciency of bending force for CW2and CW4with VCR b ackup rolls2. 2现场应用将该套VCR 支承辊辊形投入生产应用后, 各种规格轧制中的工作辊端部压靠现象被消除, 轧机的板形调控性能得到改善, 弯辊力调控能力得到显著提高, 实物板形质量也明显改善。