极薄带钢轧制时辊端压靠量及其板形问题的研究-新.doc

极薄带钢平整轧制过程辊端压靠问题研究白振华 蒋岳峰（燕山大学机械工程学院 秦皇岛 066004） （宝钢益昌薄板有限公司 上海 200941）李兴东 郭志刚（燕山大学机械工程学院 秦皇岛 066004） （宝钢益昌薄板有限公司 上海 200941）陈凤坡 连家创 （燕山大学机械工程学院 秦皇岛 066004）摘要：针对薄窄料平整轧制过程中易出现的辊端压靠现象，探索出了一套简单、实用、反映真实轧制状态的压靠测量方法，建立了一套极薄带钢平整轧制时压靠量、压靠宽度、轧制压力以及板形计算数学模型，通过现场试验验证了模型的准确性，并最终将该模型投入到现场弯辊力与轧制压力的实际设定，取得了良好的使用效果。关键词：压靠 轧制压力 板形 弯辊力中图分类号：TG33310 前言宝钢益昌薄板有限公司精整线1220平整机组在生产中发现，轧制薄窄料时，经常出现设定轧制压力下实际延伸率远低于设定值的情况，有时表现为轧制压力随着延伸率的增大而异常增大。此时即使采用考虑轧辊和轧件弹性变形的轧制压力计算公式1,2，所得出的轧制压力计算值也总远小于实测值。实际上，在该轧制过程中已经发生了工作辊间的辊端压靠现象。显然，当平整轧制过程中出现辊端压靠问题时，如果仍采用原有的轧制压力模型与板形模型来设定轧制压力与弯辊力，带材的实际延伸率与板形将达不到目标值，会造成带材性能与板形的缺陷，从而影响产品质量。为此，通过大量的现场试验和理论研究，探索出了一套实用的辊端压靠测量方法，建立了一套极薄带钢平整轧制时压靠量、压靠宽度、轧制压力以及板形计算数学模型，并将其应用于指导宝钢益昌薄板有限公司1220平整机的生产实践，取得了良好的效果。1 辊端压靠现象简介及其测量方法研究所谓的压靠，就是指极薄带材在轧制过程中，工作辊在板宽以外出现的相互接触压扁的现象（如图1）。图1 极薄带材轧制时辊端压靠示意图L工作辊辊身长 By 压靠宽度 B带宽以往，人们在研究压靠问题时，往往采用压靠试纸通过静压试验来进行研究，这种方法虽然可以得出一些结论，但只能代表静压时的情况，并不能反映实际轧制过程的压靠问题，而且其试验过程较为繁琐。为了直观地证明轧制过程中辊端压靠现象的存在，同时定量测量出压靠宽度的数值，现场可以采用如下简单的试验方法：准备好典型规格的极薄带材（益昌1220平整机在压靠试验时所采用带材的规格为0.19727mm），设其宽度为。将平整机下工作辊（或上工作辊）两端辊面涂上印油，如图2所示。对试验带材进行正常轧制，待轧制完毕后，观察上工作辊（或下工作辊）边部是否粘有印油。如果粘上印油，则说明轧辊边部已经发生了压靠现象，上工作辊上印油的长度就是压靠宽度；反之，如果没有粘上印油，则说明该轧制过程没有辊端压靠现象的发生。 图2 试验工作辊示意图需要说明的是，之所以选择印油作为试验材料，是因为印油具有以下优点：不易挥发，对于钢质材料粘附性好。无污染，不会对环境造成危害。易清除，试验过后，只需用抹布轻檫附着印油的轧辊表面，即可完全消除。2 辊端压靠量、压靠宽度、轧制压力以及板形模型的建立经过分析可以知道，即便发生辊端压靠现象，在板宽以内，金属变形模型依然成立，根据相关参考文献3，4，带材的前后张力，分别可用式（1）和式（2）的函数表示 （1） （2）式中：带材出口厚度横向分布值带材来料的厚度横向分布值表示来料板形的长度横向分布值带材的宽度平均后张力平均前张力不同的是，如果考虑辊端压靠现象，在辊系受力模型中，工作辊在板宽以外应该多一个附加的压应力，如图3所示。为了方便分析，可以把工作辊在板宽以内和板宽以外的受力统一用来表示，只是在板宽以外不发生压靠的部位而已。图3 考虑辊端压靠时辊系受力分析图对于考虑辊端压靠时的辊系弹性变形的计算依然采用分段离散法，如图3所示。把、（辊间压力）都分成段，带材宽度分为段，每段。段内压力分别用集中力和代替，则工作辊垂直方向的弯曲挠度方程可表示为 （3）式中是j段载荷引起i段工作辊挠度的影响函数，它是和的函数0 （4）L/2 式中 工作辊的平均直径弯辊力对j段挠度的影响函数，其表达式为 0L/2（5）同样的，支承辊垂直方向的弯曲挠度方程为 （6）式中同，只是将改成（支承辊平均直径），同样同，只是将改成；考虑到轧辊和轧件弹性变形时轧制压力的计算值工作辊与支承辊变形协调方程（7）式中 工作辊与支承辊在第段考虑辊型因素的实际直径 工作辊与支撑辊辊间压扁系数，根据参考文献3，其表达式为 （8）将式（3）和（4）代入式（5）并整理之得 （9）式中 由于式（7）对恒能满足，因此共有个方程式，还需要有一个力的平衡方程式，即 （10）这样，共有n个方程式，可求得n个的未知数。求出以后就可以计算出，然后按下式计算出 （11）式中 工作辊与轧件间的压扁系数，根据文献3，其表达式为 （12） （13）式中 工作辊与工作辊之间的压扁系数，根据文献3，其表达式与式（8）相似 绝对变形量应该注意的是，此时表示的是一个广义的辊缝的概念。在带宽以内，表示带材的出口厚度分布情况；在压靠部分，是一个负值，其绝对值表示压靠量的大小；在带宽以外的非压靠部分，表示视在的工作辊辊缝。这样，根据以上分析，当时，存在如下关系： （14） 显然，如果从第点开始存在，那么就意味着从第点开始出现辊间压靠，压靠宽度满足 （15）而辊端压靠量可以用下式来表示： （16）此时，实际轧制压力可以用式（17）来表示： （17）最后，联立式（1）（17），采用如图4所示计算框图，即可求得发生辊端压靠时带材的板形、压靠宽度、辊端压靠量、实际轧制压力。图4 计算框图3相关模型在现场试验及应用结果简介为了验证第2节所介绍的相关模型的准确性，特以宝钢益昌1220双机架平整机组第一机架为例，选择规格为0.19727mm的产品做压靠试验（相关试验设备及工艺参数如表1所示），测出压靠宽度、实际轧制压力以及带材的板形情况(需要说明的是，由于该平整机没有板形仪，所以在测量板形时采用分割法，即将带材沿宽度方向裁成小条，然后通过测量每条的长度反推出板形值)，并通过模型模拟出对应的轧制工艺参数，结果如表2、图5所示。表1 压靠试验设备及工艺参数参数名称数 值带材规格（mmmm）0.19727屈服/抗拉强度/MPa310/410平均前张力T1/MPa108平均后张力T0/MPa80弯辊力FS/kN50断面伸长率/%*0.25，0.5，0.7，0.9，1.0,工作辊直径DW/mm460工作辊凸度DW/mm0.08支承辊直径Db/mm1139支承辊凸度Db/mm0工作辊辊身长LW/mm1219支承辊辊身长Lb/mm1219工作辊压下螺丝中心距lw/mm2057支承辊压下螺丝中心距lb/mm2057注：*试验过程中，设定延伸率从大到小，分成4个等级，以得出同一规格产品不同延伸率下的压靠情况。表2 压靠试验结果与模型计算结果对比断面伸长率/%0.250.50.70.9压靠宽度By/mm实测值022110152计算值017.4102.5160.3轧制压力FP/kN实测值180341460720计算值P192286320400计算值P0192325472701图5 辊端压靠时板形实测值与计算值对比（=0.9%）显然，通过表2可以看出，在设定断面伸长率为0.25%时，平整轧制过程没有辊端压靠现象的发生（此时，压靠宽度为0）；当断面伸长率增大到0.5%时，开始出现辊端压靠现象；而后，随着断面伸长率的继续增大，辊端压靠越来越严重。同时，通过表2和图5可以清楚地看出，采用第2节所介绍的相关模型所得出的压靠宽度、轧制压力以及板形的计算值与实测值相当吻合，能够满足工程上的精度要求。目前，该模型已经应用于上海宝钢益昌薄板有限公司双机架平整机的弯辊力与轧制压力的设定，使用效果良好，为该厂取得了较大的经济效益。4 结论 针对现场薄窄带材平整轧制过程中易出现辊端压靠，影响弯辊力与轧制压力的设定精度，最终影响产品质量的问题。通过大量的现场试验与理论研究，提出了一套辊端压靠量、压靠宽度、轧制压力及板形的计算模型，并在试验验证了该模型准确性的基础上，将其投入到现场的实际应用，取得了良好的经济效益。参 考 文 献1 连家创冷轧薄板轧制压力和极限最小厚度的计算重型机械，1979，(2，3)：2037，21342曹鸿德 塑性变形力学基础与轧制原理北京：机械工业出版社，19813连家创，刘宏民板厚板形控制北京：兵器工业出版社，19954连家创，段振勇轧件宽展量的研究钢铁1984，(11)：2225RESEARCH OF THE KISS BETWEEN ROLLER ENDS IN SKIN ROLLING PROCESS OF SUPER THIN STRIPBai Zhenhua(Mechanical college of YanShan University QinHuangdao 066004) Jiang Yuefeng(YiChang Sheet Co.Ltd of BaoSteel ShangHai 200941 ) Li Xingdong (Mechanical college of YanShan University, QinHuangdao 066004) Guo Zhigang (YiChang Sheet Co.Ltd of BaoSteel ShangHai 200941 )CHEN Fengpo LIAN Jiachuang(Mechanical college of YanShan University, QinHuangdao 066004)Abstract: Against the phenomenon that the kiss between roller ends easily occurs in the skin rolling of thin-narrow strip, a set of simple, practical kiss measuring method which reflecting true rolling condition is explored, and a set of mathematical model about kiss quantity, width of the kiss, rolling pressure and shape in the skin rolling of super thin strip is established. By field experiments the accuracy of this model is validated. In the final this model is applied to the practical set of field bending-roller force and rollin