3800mm中板軋機變凸度工作輥輥形研究①

鄭治龍 馮坤杰 牟凱 徐鵬 耿聰 李洪波

（1：五礦營口中板有限責(zé)任公司中厚板廠 遼寧營口 115005；2：北京科技大學(xué)機械工程學(xué)院 北京 100083）

1 前言

自上世紀(jì)八十年代開始，我國熱軋生產(chǎn)線廣泛采用CVC軋機，其特點是可以利用一套軋輥滿足不同軋制規(guī)程的輥縫二次凸度控制要求，但不具備高次凸度控制能力。在軋機機型確定的情況下，輥形是板形控制最直接、最活躍的因素［1］。隨著技術(shù)水平的不斷進(jìn)步，具有不同板形控制特性的變凸度工作輥輥形相繼出現(xiàn)，如LVC［2］、AVC［3］、五次CVC［4］輥形等。

某3800mm中板廠熱軋線采用粗精軋機雙機架可逆式軋制，為了獲得良好的板形質(zhì)量，精軋機除了配備壓下傾斜、工作輥彎輥技術(shù)，還配備了軸向移位變凸度板形控制技術(shù)，使得板形控制能力大幅提升［5］。為更充分掌握變凸度工作輥輥形的板形調(diào)控特性，發(fā)揮生產(chǎn)現(xiàn)場變凸度工作輥輥形的板形調(diào)控能力，本文將結(jié)合實際輥形函數(shù)及參數(shù)，對現(xiàn)場變凸度工作輥進(jìn)行了深入研究與探討，為實現(xiàn)良好板形控制提供理論依據(jù)。

2 工作原理

3800mm中板精軋機使用的變凸度工作輥輥形曲線如式（1）所示，不同于CVC輥形，該輥形曲線由正弦函數(shù)和線性函數(shù)疊加而成。

式中：R（x）—工作輥半徑輥形；

R0—基準(zhǔn)半徑；

A—輥形振幅；

B—輥形斜率；

C—輥形偏移量；

Φ—輪廓角；

Lref—輥身長度。

該輥形工作原理同CVC輥形基本一致，均是將軋輥原始輥形磨削成“S”形，在軋制過程中通過軸向竄動軋輥改變輥縫凸度以控制板形，如圖1所示，軋輥正竄輥使得輥縫凸度變?。卉堓佖?fù)竄輥使得凸度變大。

圖1 軸向竄輥下的輥縫示意圖

生產(chǎn)現(xiàn)場實際輥形的各輥形參數(shù)如表1所示，代入式（1）得到輥形曲線如圖2所示。

表1 輥形參數(shù)

圖2 工作輥輥形曲線

3 控制特性分析

因現(xiàn)場變凸度工作輥輥形函數(shù)與CVC有所不同，其凸度控制特性也有所差異。當(dāng)工作輥竄輥量為s時，上下工作輥輥形表達(dá)式分別表示為式（2）和式（3）：

式中：Ru（x，s）—竄輥量為s時的上工作輥理論輥形；

Rl（x，s）—竄輥量為s時的下工作輥理論輥形。

根據(jù)輥縫示意圖1，可得到輥縫函數(shù)表達(dá)式為［6］：

該中板廠3800mm精軋工作輥竄輥范圍為［－150mm，150mm］，利用式（4）分別得到竄輥量分別為負(fù)竄輥極限－150mm、原始位置0、正竄輥極限150mm時的輥縫形狀［7］如圖3所示。可以看出，現(xiàn)場變凸度輥形形成的輥縫是一個關(guān)于x=0對稱的余弦曲線。

圖3 不同竄輥位置處的輥縫形狀

利用輥縫函數(shù)表達(dá)式（4），可計算得到竄輥量為s時的輥縫二次凸度表達(dá)式［8］為

從輥縫凸度表達(dá)式可以看出，在軋輥輥身長度Lref一定的情況下，輥縫凸度僅與輥形振幅A、輥形偏移量C、輪廓角Φ 有關(guān)，輥形斜率B與凸度調(diào)控特性無關(guān)。

由式（5）和式（6）分別計算竄輥范圍［－150mm，150mm］所對應(yīng)的輥縫二次凸度控制范圍為［0.4mm，－1.0mm］，輥縫四次凸度控制范圍為［－0.011mm，0.028mm］，如圖4所示。可以看出，輥縫二次凸度控制能力相對較強，且以輥縫負(fù)凸度控制為主；輥縫四次凸度控制能力相對較小。

圖4 3800mm精軋機變凸度輥形凸度控制范圍

根據(jù)二次凸度與四次凸度比值求出凸度比［9］：

圖5為不同輪廓角下的凸度比，可以看出凸度比是一個關(guān)于輪廓角（0°～360°）的周期函數(shù)，且凸度比為負(fù)值。在3800mm精軋機變凸度輥形輪廓角為75°的情況下，凸度比為一個定值，其Rc=－34.71，凸度比絕對值相對較大，在二次凸度范圍為主要設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)下，一定程度上解釋了輥縫四次凸度控制能力較小的原因。

圖5 不同輪廓角下凸度比變化

圖6為以二次凸度控制范圍［0.4mm，－1.0mm］為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)時，改變不同輪廓角下的四次凸度控制范圍圖，可以看出隨著輪廓角增大，四次凸度控制能力快速增加。圖7為相應(yīng)的四次輥縫，可以看出較大的輪廓角會增大輥縫在1／4處的高度，輪廓角越大則輥縫在1／4處變化越劇烈。

圖6 不同輪廓角下四次凸度控制范圍

圖7 不同輪廓角下s＝0時四次輥縫形狀

4 凸度控制能力

以上輥縫凸度的研究均為對全輥縫的分析和計算，實際生產(chǎn)中，鋼板寬度小于全輥縫，將正負(fù)極限竄輥位置所對應(yīng)的某一鋼板寬度實際輥縫凸度作差，得到不同寬度鋼板的輥縫二次凸度控制能力［10］：

圖8為該生產(chǎn)線常軋寬度下的空載輥縫二次及四次凸度控制能力變化圖?？梢钥闯霎?dāng)前變凸度輥形的二次凸度控制能力隨板寬近乎呈現(xiàn)線性變化趨勢，軋制寬度減小，凸度控制能力線性下降，在軋制寬度由3500mm變?yōu)?700mm時，二次凸度控制能力從1.06mm降至0.27mm，下降了74.4%；四次凸度控制能力從0.022mm 降至0.001mm，下降了94.2%。這在一定程度上解釋了當(dāng)前變凸度輥形對于軋制2000mm以下相對窄規(guī)格鋼板時的二次和四次凸度控制能力相對較弱的現(xiàn)象，而且在鋼板軋制寬度范圍內(nèi)，該輥形基本不具備四次凸度控制能力。

圖8 3800mm軋機常軋寬度下凸度能力變化圖

5 結(jié)論

（1）某3800mm生產(chǎn)線變凸度輥形與CVC輥形基本工作原理一致，均是通過軸向移位變凸度技術(shù)控制輥縫形狀以達(dá)到控制板形效果。

（2）現(xiàn)場變凸度輥形的輥縫二次凸度控制范圍為［0.4mm，－1.0mm］，輥縫負(fù)凸度控制能力相對較強。

（3）現(xiàn)場變凸度輥形理論上具備輥縫四次凸度控制能力，且四次凸度控制能力主要由輪廓角決定，在現(xiàn)場輥形設(shè)計參數(shù)下，輥縫四次凸度控制能力較小。

（4）軋制寬度對現(xiàn)場變凸度輥形的凸度控制能力影響較大，當(dāng)軋制寬度由3500mm 變?yōu)?700mm時，二次凸度控制能力下降了74.4%，四次凸度控制能力下降了94.2%，嚴(yán)重限制了變凸度工作輥的板形控制效果。