中板轧机板形控制性能的研究

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摘要：随着社会的发展与进步，重视中板轧机板形控制性能对于现实生活具有重要的意义。本文主要介绍中板轧机板形控制性能的研究的有关内容。

关键词：中板轧机；板形；辊缝；控制；性能；研究 ；辊形；

中图分类号： TG333 文献标识码： A 文章编号：

引言

板形精度正在成为中厚钢板的一项重要质量指标和决定其市场竞争力的重要因素。然而目前国内中板轧机的板形控制技术和装备水平普遍较低, 都不具备弯辊技术, 更没有CVC、HC、PC 等新一代板形技术, 板形控制只能依靠轧制力调整( 压下负荷分) 、工作辊和支持辊初始辊形设计等手段, 在此类传统中板轧机上控制板形是相对较为困难的。因此,利用和开发现有手段, 深入研究中板轧机的板形控制性能成为当务之急。

一、分析方法

板形控制的核心是辊缝控制, 承载辊缝形状决定了轧件的断面形状。研究板形的控制性能, 必须建立一个有效的轧机辊系变形计算模型, 只有从本质上充分地研究轧机的辊系变形, 才能准确地预测一定工艺条件下的轧件成品的断面分布、张应力分布和板的凸度与平坦度, 才能找出各种扰动因素及控制因素对板形的影响规律, 从而为确定合理的工艺参数及研究改善与控制板形的方法等提供可靠的理论依据。轧机辊系变形的仿真计算主要采用解析法和数值计算法。解析法主要有简支梁法、弹性基础梁法等; 数值计算法主要有影响系数法、有限单元法和边界元法等。如图1所示为中板轧机辊系的有限元模型。

图 1中板轧机辊系的有限元模型

二、辊缝刚度特性分析

采用平辊形和PMR3 的支持辊分别与+ 0.1mm/Dia 余弦凸度和实测磨损一0.6mm 辊形的工作辊配对时, 板宽为1600 mm、2200mm状态下的仿真计算。结果可看到工作辊磨损后, 随着单位宽度轧制力增大, 对板宽大于磨损辊形“箱底”宽度(实测为1800 mm )的钢板, 其板凸度加速增大, 反之则影响不大。相同条件下PMR3与平辊形支持辊相比能明显降低板凸度。轧制力是影响钢板凸度的主要因素之一, 轧制力增大就会加大辊系的挠度, 导致钢板凸度增大。钢板凸度一般与轧制力成正比。平辊形 和PMR3 的支持辊分别与+ 0. 1 mm/ Dia 余弦凸度和实测磨损- 0. 6 mm 辊形的工作辊配对时, 板宽为1600 mm、2 200 mm 状态下的仿真计算结果。工作辊磨损后, 随着单位宽度轧制力增大, 对板宽大于磨损辊形“箱底”宽度( 实测为1800 mm) 的钢板, 其板凸度加速增大, 反之则影响不大。另外, 相同条件下, PMR3 与平辊形支持辊相比能明显降低板凸度。

三、辊形，板宽和板凸度的关系

工作辊进行凸度补偿, 是最常见的改善板形的方法, 一则能有效改善空载辊缝形状, 二能改善工作辊与支持辊之间的接触状况。当采用凸工作辊时, 辊缝形状边部比中部高, 使得板凸度减小。支持辊凸度仅能调整工作辊与支持辊之间的接触状况, 不直接对空载辊缝的形状起作用, 具有一定凸度的支持辊比具有相同凸度的工作辊对板凸度的影响要小一些, 因此, 传统上对支持辊辊形对板凸度的影响问题, 研究和运用得比较少。其实, 通过设计出具有特殊辊廓曲线及相应凸度的支持辊辊形, 可以消除或减小辊间有害接触区的影响, 减小辊缝区的挠曲变形, 达到降低辊缝凸度的效果, 另外支持辊使用周期比较长, 发挥作用也相应更长。仿真计算结果也证实这一观点。热辊形对板凸度的影响类似于初始工作辊或支持辊辊形对板凸度的影响。

板材轧制中, 在单位板宽轧制力q 一定时, 随着板宽B 增大, 轧制压力p 增加, 辊系变形加大, 这样板凸度随之增加; 但另一方面, 随着板宽B 的增加,工作辊与支持辊之间有害接触区及有害弯矩减小,辊系变形也减小, 这样板凸度相应减小。传统状态为平辊形支持辊与+ 0. 1mm/ Dia 余弦凸度工作辊配对, 研制状态指的是PMR3 支持辊与PWR20 工作辊配对。可看出存在一个临界板宽Bm( 传统状态为2 400 mm, 研制状态为2 200 mm) , 当B < B m 时, 随着板宽B 增大, 板凸度随之增大; 当B> B m 时, 随着板宽B 增加, 板凸度却减小, 这与 实测结果相一致。图 2(b)为轧制力恒为 20M N时, 板宽与板凸度的关系曲线, 研制状态的临界最大板凸度相应比传统状态的降低27 %。从图 2 中还可以看到, 研制状态比传统状态有明显降低板凸度作用。

图2板宽对钢板凸度的影响

四、辊间压力分析

中板生产中, 辊形配置、轧制负荷分配、轧制单位安排等板形控制手段以及不均匀磨损的影响, 引起轧辊辊间压力分布不均匀, 这影响着轧辊的变形及其强度等, 由此引发轧辊剥落, 降低轧辊服役寿命, 同时也增加了板形控制的变动因素, 影响板形控制效果。因此, 有必要分析不同辊形、不同板宽等工况下的辊间压力分布情况, 为辊形优化设计及配置提供理论依据。

从图中可以看到使用 PMR3 支持辊比平辊形时辊间压力分布要均匀, 特别在工作辊磨损状态时尤为突出。工作辊磨损严重时, 此时采用常规平辊形支持辊配对, 辊身中部压力较低, 两端出现压力尖峰, 辊间压力分布极不均匀, 轧辊易剥落。而此时采用 PMR 新辊形配对, 辊间压力分布比较均匀, 起到了增强并稳定板形控制的效果。

图3两种支持辊与工作辊接触压力分布状态的对比

五、效果分析

( 1) 有效地降低了钢板凸度, 对提高轧机板形控制性能和改善板形的质量起到积极作用。如表1所示为宽 2m以上厚 12mm以下钢板板形测量数据表。

表1宽 2m以上厚 12mm以下钢板板形测量数据表

(2) 支持辊的磨损性能得到初步改善, 支持辊的使用周期明显延长, 由原来的一个服役期轧7 万多吨钢换辊, 现在可以轧制到11 多万吨钢换辊。单位吨钢轧辊中部磨损量: 实验前平均0. 009 2 Lm,PMR1 实验平均为0. 005 4 Lm, PMR2 实验平均为0. 0052 Lm, PMR3 实验平均为0. 0064 Lm。

( 3) 避免了支持辊的局部剥落, 采用PMR 技术后, 支持辊辊面磨损趋于均匀、对称, 使辊形在整个服役期内基本保持稳定。特别是当工作辊出现较大磨损后, 能消除辊身两端的接触压力尖峰, 防止了支持辊局部剥落的发生, 采用PMR 支持辊至今, 其正常使用下的支持辊没有再出现过局部剥落现象。而在此之前, 支1、支2 轧辊曾发生过大块剥落。

运用变厚度平面有限元方法建立的针对2800 中板轧机的辊系变形仿真模型, 所计算的结果与实测值相接近, 并且与实测结果相一致, 说明此计算模型可行有效。 辊形直接影响辊缝形状及其控制性能, 而且通过磨辊就能实现新的辊廓曲线, 因此辊形是板形控制诸因素中最直接、最活跃也是最经济的要素。理论与实验证明, 研制的PMR 支持辊比传统平支持辊有明显降低板凸度和改善辊间压力分布的作用。 根据上述轧制力、辊形及钢板宽度等对钢板凸度影响关系的分析, 可以看到依靠轧制力合理调整( 压下负荷分配) 、工作辊和支持辊初始辊形优化设计及配置、板宽顺序合理安排( 轧制单位安排)等手段, 仍然能有效地进行中板的板形控制。

结束语

变厚度平面有限元计算模型可行有效。研制的PMR 支持辊比传统的平支持辊有明显降低板凸度和改善辊间压力分布的作用。通过依靠轧制力合理调整(压下负荷分配)、优化设计及配置工作辊和支持辊初始辊形、合理安排板宽顺序(轧制单位安排)等手段,仍然能有效地进行中板的板形控制。

参考文献

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