1700 mm薄板热轧窜辊的辊间磨损控制优化研究.pdf
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1、第21卷第4期2023年8月Vol.21 No.4Aug.2023中 国 工 程 机 械 学 报CHINESE JOURNAL OF CONSTRUCTION MACHINERY1 700 mm薄板热轧窜辊的辊间磨损控制优化研究杜金凤1,张强2,王建国3(1.新乡职业技术学院 数控技术学院,河南 新乡 453000;2.河南理工大学 机械工程学院,河南 焦作 454000;3.河南德力新能源汽车有限公司,河南 安阳 455100)摘要:为了提高1 700 mm薄板热轧成形质量,开发了一种可以对磨损性能进行控制的方案,并对具有不同耐磨性能的辊间磨损进行控制优化。通过应用耐磨修形工作辊和变接触支持
2、辊来减小辊间接触压力峰值,采用新辊形组合方式时可以使轧机获得更强抗干扰能力,达到更均匀的磨损状态,从而提高了板形的质量稳定性。实验验证表明:引入磨损控制策略后,减少了“猫耳”数量并提升了箱体的均匀性。优化策略后工作辊磨损量发生了明显降低,同时轧制长度增加了近39%,工作辊操作侧、工作辊传动侧、工作辊边侧与操作侧的猫耳高度差依次减小了23%、64%与65%。结果表明:基于辊形优化1 700 mm薄板热轧窜辊策略具有很好的应用效果。关键词:热轧;辊形设计;磨损;窜辊策略中图分类号:TH 137 文献标志码:A 文章编号:1672-5581(2023)04-0338-05Optimization o
3、f inter-roll wear control of 1 700 mm sheet hot rolling channeling rollDU Jinfeng1,ZHANG Qiang2,WANG Jianguo3(1.Intelligent Manufacturing College,Xinxiang Vocational and Technical College,Xinxiang 453000,Henan,China;2.College of Numerical Control Technology,Henan Polytechnic University,Zhengzhou 454
4、000,Henan,China;3.Henan Deli New Energy Automobile Co.,Ltd.,Anyang 455100,Henan,China)Abstract:In order to improve the forming quality of 1 700 mm thin sheet hot rolling,a scheme to control the wear performance was developed,and the wear control between rollers with different wear properties was opt
5、imized.By using wear-resistant repair work roll and variable contact support roll to reduce the peak of contact pressure between rolls,the new combination of roll shapes can make the rolling mill obtain stronger anti-interference ability and achieve more uniform wear state,thus improving the quality
6、 stability of the shape.The experimental results show that the number of“cat ears”is reduced and the uniformity of the box is improved after the wear control strategy is introduced.After the optimization strategy,the wear of the work roll is obviously reduced,the rolling length is increased by nearl
7、y 39%,and the cat ear height difference between the work roll operating side,the work roll driving side,the work roll edge side and the operation side is reduced by 23%,64%and 65%respectively.The results show that the rolling channeling strategy based on roll shape optimization of 1 700 mm thin shee
8、t hot rolling has a good application effect.Key words:hot tandem rolling;roller shape design;wear and tear;roll shifting strategy;experiment 轧钢机属于钢材加工的一个重要设备,而轧辊则是该设备的最关键结构,对于轧钢压力与平面平整度控制都起到了决定性影响。由于轧辊会跟板材发生接触,在长期使用过程中会不断受到磨损破基金项目:国家自然科学基金资助项目(51905496)作者简介:杜金凤(1982),女,讲师,硕士。E-mail:第4期杜金凤,等:1 700 mm
9、薄板热轧窜辊的辊间磨损控制优化研究坏,因此轧辊也成了轧钢工序中的一个常耗部件1-3。进行钢板热轧处理的时候,轧辊受到热应力与摩擦综合作用,表层组织被不断磨损,随着磨损程度的加剧,辊耗持续积累,引起轧辊外形尺寸与辊缝结构的改变,轧件断面外形也因此受到显著影响,无法保证获得良好的板形质量,有效降低工作辊的磨损程度4-5。进行带钢热轧的过程中,板型结构受到轧辊磨损程度的直接影响6。对热轧机测试发现,通常会在轧辊接触区域先发生磨损,此外对于温度会发生快速下降的边缘部分或者缺乏良好流动性的轧辊边部区域也会受到明显磨损7-8。当辊间各部位接触压力发生变化或沿辊身长度形成不均匀分布的状态时都会引起轧辊发生不
10、均匀磨损的结果,为降低工作辊磨损程度,需优化调整工作辊与支持辊形匹配度,提升辊间接触压力均匀性并设置更优的辊缝轮廓9。对边部经过修形处理的工作辊具备更强耐磨性能,有效降低边部下降幅度并减小带钢的凸度,确保工作辊形成更均匀的磨损状态。采用与工作辊修形方式相近的方式,为支持辊设置变接触的辊形10-11。为增强工作辊耐磨性能,已有许多钢材厂选择新的材质制造工作辊,包括选择具备优异耐磨性的高速钢,通过热处理提升高速钢轧辊耐疲劳性能,由此实现显著降低轧辊磨损程度的效果,同时获得更优的磨损辊形12。但由于1 700 mm薄板热轧速度不断变快,为获得更长换辊周期,本文设计了一种可以对磨损性能进行控制的方案,
11、由此制得具有不同耐磨性能的热轧工作辊。本文设计的1 700 mm薄板热轧工作辊磨损控制方案已应用于1 700 mm热轧产线上。1 辊形优化 1.1工作辊的辊形设计为调节 1 700 mm 薄板热轧机的工作辊抗磨效果,对其边部区域进行修形,可以看到整个辊形存在曲线过渡段、中部凸度段以及边部轮廓段共3部分,将辊形设置为对称结构,同时在中部凸度段与边部段之间设置了平滑过渡连接线,针对边部曲线设置了特殊辊形结构,从而达到控制热轧带钢边部结构并降低磨损程度的效果。图1给出了对各辊形进行比较的结果。工作辊曲线表达式如下:y(x)=bx2+cx+d,-L/2x-L0ax2,-L0 xL0bx2-cx+d,L
12、0 xL/2(1)式中:y(x)为计算轧辊的辊形半径的函数;L为工作辊的辊身长度;x 为轧辊坐标;Bmin为最小带钢宽度;L0为设置的临界值,计算式为L1=Bmin/2-e1,e1取值为20 mm;ad为二次曲线辊形参数。1.2支持辊的辊形设计为改善钢材轧板效果,越来越多轧机开始采用变接触支持辊的辊形,能够明显降低支持辊与工作辊之间形成的“有害接触面积”,从而促进轧机板形调控性能的显著改善,增强轧机抵抗板形干扰的性能,使轧机可以更有效适应不同的轧制力、来料差异和厚度偏差情况,得到稳定的轧板外形尺寸。为改善1 700 mm热轧机工作辊磨损状态,构建的高次辊形曲线变接触支持辊,具体辊形结构如图 2
13、 所示。变接触支持辊的辊形曲线表达式如下:f(x)=a1x+a2x2+a3x3+a4x4+a5x5(2)图1工作辊的辊形Fig.1The shape of work roll图2支持辊的辊形Fig.2The shape of the supporting roller339第21卷中 国 工 程 机 械 学 报2 辊间接触压力分析 为对比本文设计的支持辊与工作辊的辊形相对于原辊形差异性,采用二维变厚度模型开展仿真测试,并分析不同类型辊形的性能特点。本次实验选择1 700 mm薄板热轧F5机架作为测试对象,表1给出了耐磨修形辊的各项参数。测试条件:带钢宽度为 850 mm;弯辊力为550 kN;
14、窜辊量为0;单位宽度轧制力为6.5 kN/mm与9.5 kN/mm,得到如图3所示的辊间接触压力。表2为辊间接触压力分布。采用变接触支持辊使辊间接触压力的峰值降低13.0%,同时耐磨修形工作辊降低17.3%,实现压力不均匀性依次减小72.6%与74.8%。通过应用耐磨修形工作辊和变接触支持辊来减小辊间接触压力峰值,从而改善辊间接触压力均匀性。由于热轧期间,当来料类型、温度厚度、断面轮廓发生改变时,实际轧制效果也存在明显差异,造成工作辊磨损速率加快,确保获得更优的板形质量。图4给出了承载辊缝刚度结果。由图4可知,相比较旧辊形配置,新辊形配置的承载辊缝2次凸度明显增加,将进一步促进了轧机抗干扰性的
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