CN102836878B - 一种超宽板带六辊冷轧机机型 - Google Patents

Abstract

本发明为一种超宽板带六辊冷轧机机型，当轧制较宽板带时，中间辊采用变凸度辊形，通过中间辊的轴向窜动连续改变辊缝凸度，能够满足宽板带和超宽板带凸度控制的需求；当轧制较窄板带时，中间辊更换为非对称阶梯辊，辊身长度范围内按直径不同分为三段，阶梯辊中部有效工作段采用常规凸度辊形，根据所轧板带宽度进行中间辊窜辊，以减小轧辊之间的有害接触区，有效提高辊缝横向刚度及弯辊力的调控功效，两侧阶梯段非对称长度设计，增大了可轧板带宽度范围，是对称阶梯辊可轧宽度范围的2倍。本发明通过中间辊的变换以实现变凸度轧机和高刚度辊缝轧机的混合机型，能利用一套轧机，实现了较大宽度规格跨度的高质量板带轧制。

Description

一种超宽板带六辊冷轧机机型

技术领域

本发明涉及一种用于板带冷轧过程的六辊冷轧机机型。

背景技术

目前在板带轧制领域被广泛应用的六辊冷轧机机型主要包括：西马克公司的六辊CVC机型及日本日立公司的HC机型。

（1）六辊CVC机型

20世纪70年代末，德国西马克公司（SMS）率先开发出连续可变凸度（Continuously Variable Crown——CVC）辊形，并应用于四辊轧机，取得了较大的成功。经过30余年的研究与发展，CVC辊形已成为板带轧制领域最主要的板形控制手段之一，而中间辊采用CVC辊形的六辊轧机也已成为六辊冷轧机的最主要机型配置之一。

四辊CVC轧机均采用CVC工作辊辊形，文献1（曹建国，张杰，陈先霖，等.1700冷连轧机连续变凸度辊形的研究.北京科技大学学报，2003，25(suppl)：1-3）报道，CVC辊形曲线半径函数方程为（如图1所示）：

y(x)=R₀+a₁x+a₂x²+a₃x³

式中y：轧辊半径，mm；

x：辊身坐标，mm；

R₀：轧辊初始半径，mm；

a₁：辊形系数，无量纲；

a₂：辊形系数，mm^-1；

a₃：辊形系数，mm^-2。

采用CVC辊形的轧机，可通过上下反对称布置的一套CVC轧辊之间的相对轴向移动连续改变辊缝凸度，以实现对板形的控制（如图2所示）。当CVC辊轴向窜移量为正时，辊缝变小，如同正凸度轧辊可实现对板带的负凸度控制；当CVC辊轴向窜移量为负时，空载辊缝变大，如同负凸度轧辊可实现对板带的正凸度控制。所以，CVC辊形的特点为可以利用一套轧辊满足不同轧制规程的凸度控制要求。

六辊CVC轧机中间辊采用CVC辊形曲线，其机型如图3所示（图中箭头方向表示中间辊正窜辊方向），板形控制原理与四辊CVC轧机相似，利用中间辊CVC辊形的轴向移动改变辊缝。由图3可以看出，六辊轧机的中间辊长度大于工作辊，它们之间的关系为：

L_m=L_w+2s_m

式中L_m：中间辊辊身长度，mm；

L_w：工作辊辊身长度，mm；

s_m：正、负窜辊的极限值，mm。

因此，中间辊在窜辊过程中，不论中间辊如何窜辊，均为工作辊和中间辊辊间全接触，“有害接触区”及其造成的挠曲一直存在，因此辊缝横向刚度基本保持不变。另一方面，根据文献2（李洪波，张杰，曹建国，等.先进变凸度工作辊辊形及其控制特性.北京科技大学学报，2011，33(11)：1402-1405）报道，CVC的变凸度能力与板带宽度B的平方成正比，随着板带宽度下降，CVC凸度调控能力下降较快，这一特性使CVC辊形应用在宽板带轧机尤其是超宽板带轧机时表现出了对窄板带凸度控制能力的不足。

（2）HC机型

文献3（吴观佳.HC轧机的研究及应用概况.武汉钢铁学院学报，1993，16(3)：238-249）报道，高性能板形控制（High Crown——HC）轧机是20世纪70年代日本日立公司开发的一种板带轧机板形控制技术，它是在四辊轧机工作辊与支持辊之间增加了具有轴向窜辊功能的中间辊所组成，具体机型如图4所示（图中箭头方向表示中间辊窜辊方向），可以看出，HC轧机中间辊长度与工作辊长度相同，通过中间辊的轴向移动来有效减少和消除“有害接触区”，使辊缝刚度增大，保证在轧制条件（如来料板形、轧制品种规格、轧制压力等）变化时辊缝的形状和尺寸保持稳定，配合工作辊弯辊以轧制出具有良好板形的产品。

之后在HC轧机的基础上，先后开发了HCMW（在HC轧机基础上增加了工作辊窜辊）、UCM（在HC轧机基础上增加了中间辊弯辊）、UCMW（在UCM轧机基础上增加了工作辊窜辊）等六辊轧机，并在板带轧制行业进行推广，目前UCM及UCMW轧机应用十分广泛，是六辊冷轧机的另一主要机型配置。

中间辊窜辊是HC系列六辊轧机的主要板形控制手段之一，因此在实际生产中，中间辊的位置或其移动量是非常重要的一个参量，通常板带边部与中间辊辊身端部的相对位置用δ表示。如图5所示，当轧制宽度为B的板带时，有：

$s=\frac{L_m}{2}-\frac{B}{2}-\mathrm{\δ}$

式中B：轧制板带宽度，mm；

s：板带宽度为B时的窜辊位置，mm；

δ：板带边部与中间辊辊身端部的相对位置，mm。

一般在轧制过程中，根据板形控制要求取δ=0，或很小（如±10mm）。当δ=0时，有：

B=L_m-2s

此时，对正负窜辊能力为s_m的轧机，其理论最大可轧宽度范围为[L_m-2s_m，L_m]，可见窜辊行程即决定了轧机的可轧宽度跨度2s_m。因此，HC轧机很少用于超宽板带轧机（最大轧制宽度大于2000mm的轧机），主要是受窜辊行程的限制，不能够轧制较大宽度跨度的板带。

发明内容

本发明的目的是在综合分析CVC轧机和HC轧机特点的基础上，综合CVC轧机对宽板带和超宽板带的较强凸度控制能力，以及HC轧机高刚度辊缝的优势，提供一种能够适用于轧制较大宽度规格跨度，最大轧制宽度大于2000mm的超宽板带六辊冷轧机机型。

轧机采用正负两个方向窜辊，在窜辊极限值为s_m的情况下，中间辊与工作辊之间的辊身长度关系为：

L_m=L_w+2s_m

式中L_m：中间辊辊身长度，mm；

L_w：工作辊辊身长度，mm；

s_m：轧机中间辊正、负窜辊的极限值，mm。

对轧机可轧宽度范围内[B_min，B_max]的板带（其中B_min和B_max分别为设计的最小和最大可轧宽度），中间辊均可采用变凸度辊形，此时，中间辊辊形表示为：

y(x)=R₀+a₁x+a₂x²+a₃x³+a₄x⁴+a₅x⁵

式中y：轧辊半径，mm；

x：辊身坐标，mm；

R₀：轧辊初始半径，mm；

a₁：辊形系数，无量纲；

a₂：辊形系数，mm^-1；

a₃：辊形系数，mm^-2；

a₄：辊形系数，mm^-3；

a₅：辊形系数，mm^-4。

但中间辊采用变凸度辊时，一般适用于轧制宽度相对较大的板带，即板带宽度B_min+4s_m＜B≤B_max时，以充分发挥变凸度轧机对较宽板带的板形调控能力。

当轧制较窄的板带时，即板带宽度B_min≤B≤B_min+4s_m时，中间辊可采用非对称阶梯辊，辊身长度范围内按直径不同分为三段，轧辊窜动负方向侧阶梯段、中部有效工作段和轧辊窜动正方向侧阶梯段（如图6所示），三段间的直径关系为：

D_m1=D_m3=D_m2-ΔD

式中D_m1：轧辊窜动负方向侧阶梯段直径，mm；

D_m2：轧辊中部有效工作段直径，mm；

D_m3：轧辊窜动正方向侧阶梯段直径，mm；

ΔD：轧辊阶梯段辊径差，mm，

三段间的长度关系为：

$\left\{\begin{array}{c}{L}_{m1}+L_{m2}+L_{m3}=L_m\\ L_{m2}=B_{\min }+{4s}_m\\ L_{m1}-L_{m3}={2s}_m\end{array}\right.$

式中L_m1：轧辊窜动负方向侧阶梯段长度，mm；

L_m2：轧辊中部有效工作段长度，mm；

L_m3：轧辊窜动正方向侧阶梯段长度，mm；

L_m：中间辊辊身长度，mm；

s_m：轧机中间辊正、负窜辊的极限值，mm；

B_min：轧机设计最小可轧宽度，mm。

中间辊窜辊仍是该机型的主要板形控制手段之一，在实际生产中通常板带端部与中间辊有效工作段端部的相对位置用δ表示。轧辊窜辊位置s与板带宽度之间的关系为：

$s=\frac{1}{2}{L}_{m2}-\frac{1}{2}B-s_m-\mathrm{\δ}$

式中s：板带宽度为B时的窜辊位置，mm；

B：轧制板带宽度，mm；

δ：板带端部与中间辊有效工作段端部的相对位置，mm。

一般在轧制过程中，根据板形控制要求取δ=0，或很小（如±10mm）。当δ=0时，有：

$s=\frac{1}{2}{L}_{m2}-\frac{1}{2}B-s_m$

因此

B=L_m2-2s_m-2s

窜辊范围为[-s_m,s_m]，所以当中间辊采用非对称阶梯辊时，轧机的可轧宽度范围为[L_m2-4s_m，L_m2]，亦即[B_min，B_min+4s_m]，即实现了4s_m的宽度规格跨度，是HC轧机2s_m宽度规格跨度的2倍，同样也是对称阶梯辊宽度规格跨度的2倍。

当中间辊采用非对称阶梯辊时，可明显减小轧辊之间的有害接触区，有效提高辊缝横向刚度及弯辊力的调控功效。

本发明的优点

本发明在完全消化现有主流六辊冷轧机机型的基础上，开发了一种能够适用于轧制较大宽度规格跨度，最大轧制宽度大于2000mm的超宽板带六辊冷轧机机型，其优点主要有：

（1）在生产过程中可根据实际板形控制的需要选择不同的中间辊，本发明与现有六辊冷轧机机型相比，既满足了较宽板带，即B_min+4s_m＜B≤B_max的板带生产时的凸度控制需求，又满足了较窄板带，即B_min≤B≤B_min+4s_m的板带生产时高刚度辊缝的需求，能够利用一套轧机，实现较大宽度规格跨度的高质量板带轧制；

（2）当轧制较宽板带，即B_min+4s_m<B≤B_max时，中间辊采用变凸度辊形，通过中间辊的轴向窜动连续改变辊缝凸度，能够满足板带凸度控制的需求；

（3）当轧制较窄板带，即B_min≤B≤B_min+4s_m时，中间辊可采用非对称阶梯辊，阶梯辊中部有效工作段采用常规凸度辊形，并根据所轧板带宽度进行中间辊窜辊，以减小轧辊之间的有害接触区，能有效提高辊缝横向刚度及弯辊力的调控功效，通过中间辊的非对称设计，可增大该机型下的可轧宽度规格跨度至4s_m，是HC轧机2s_m宽度规格跨度的2倍，同样也是对称阶梯辊宽度规格跨度的2倍。

附图说明

图1为变凸度辊形示意图；

图2为变凸度板形控制技术的工作原理；

图3为六辊变凸度轧机机型示意图；

图4为六辊HC轧机机型示意图；

图5为六辊HC轧机窜辊位置示意图；

图6为本发明机型中的非对称阶梯中间辊示意图；

图7为本发明机型当中间辊采用非对称阶梯辊的示意图；

图中：1.支持辊，2.变凸度中间辊，3.工作辊，4.带钢，5.常规辊形中间辊，6.中间辊轧辊窜动负方向侧阶梯段，7.中间辊中部有效工作段，8.中间辊轧辊窜动正方向侧阶梯段。

具体实施方式

某3000mm轧机，已知支持辊辊身长度L_B=3000mm，直径D_B=1500mm；中间辊辊身长度L_m=3400mm，直径D_m=700mm；工作辊辊身长度L_w=3000mm，直径D_w=600mm；轧机正、负窜辊的极限值s_m=200mm；轧机最大最小可轧宽度分别为B_max=2800mm，B_min=1200mm。

在可轧宽度范围内，中间辊均可采用变凸度辊形，辊形曲线可设计为：

_y(x)=R₀+a₁x+a₂x²+a₃x³+a₄x⁴+a₅x⁵

其中，辊形参数为a₁=1.03916×10^-3，a₂=2.80064×10^-8mm^-1，a₃=-5.53883×10^-10mm^-2，a₄=2.28624×10^-13mm^-3，a₅=-2.54026×10^-17mm^-4。具体机型配置如图3所示，该配置可轧制1200mm～2800mm的板带，但根据板形控制需要，主要用于轧制2000mm以上宽度的板带。

对2000mm以下宽度板带，中间辊可选用非对称阶梯辊。根据轧机尺寸、产品大纲和窜辊极限，取ΔD=140mm，根据公式：

D_m1=D_m3=D_m2-ΔD

和

$\left\{\begin{array}{c}{L}_{m1}+L_{m2}+L_{m3}=L_m\\ L_{m2}=B_{\min }+{4s}_m\\ L_{m1}-L_{m3}={2s}_m\end{array}\right.$

可设计中间辊阶梯段尺寸分别为D_m1=D_m3=560mm，D_m2=700mm，L_m1=900mm，L_m2=2000mm，L_m3=500mm，具体机型配置如图7所示。

在该机型配置下，轧辊窜辊位置s与板带宽度之间的关系为：

$s=800-\frac{1}{2}B-\mathrm{\&delta;}$

式中s：板带宽度为B时的窜辊位置，mm；

B：轧制板带宽度，mm；

δ：板带端部与中间辊有效工作段端部的相对位置，mm。

当δ=0时，有

B=1600-2s

因窜辊范围为[-200mm,200mm]，此时，可轧板带宽度范围为[1200mm,2000mm]。在此宽度范围内，轧辊窜辊位置s与板带宽度之间的关系为

$s=800-\frac{1}{2}B$

当轧制1200mm板带时，轧辊窜辊位置为200mm；当轧制1600mm板带时，轧辊窜辊位置为0mm；当轧制2000mm板带时，轧辊窜辊位置为-200mm。

当δ=10mm时，有

B=1580-2s

此时，可轧板带宽度范围为[1180mm,1980mm]，因轧机设计可轧宽度范围为[1200mm,2800mm]，因此实际可轧宽度为[1200mm,1980mm]。在此宽度范围内，轧辊窜辊位置s与板带宽度之间的关系为

$s=790-\frac{1}{2}B$

当轧制1200mm板带时，轧辊窜辊位置为190mm；当轧制1580mm板带时，轧辊窜辊位置为0mm；当轧制1980mm板带时，轧辊窜辊位置为-200mm。

当δ=-10mm时，有

B=1620-2s

此时，可轧板带宽度范围为[1220mm,2020mm]。在此宽度范围内，轧辊窜辊位置s与板带宽度之间的关系为

$s=810-\frac{1}{2}B$

当轧制1220mm板带时，轧辊窜辊位置为200mm；当轧制1620mm板带时，轧辊窜辊位置为0mm；当轧制2020mm板带时，轧辊窜辊位置为-200mm。

Claims (2)

1.一种最大轧制宽度大于2000mm的超宽板带六辊冷轧机机型，轧机采用正负两个方向窜辊，在窜辊极限值为                                                

的情况下，中间辊与工作辊之间的辊身长度关系为：

式中

：中间辊辊身长度，mm；

：工作辊辊身长度，mm；

：轧机中间辊正、负窜辊的极限值，mm；

其特征在于当轧制较宽板带时，即板带宽度

时，其中

为轧机设计最小可轧宽度，

为轧机设计最大可轧宽度，中间辊采用变凸度辊形，辊形公式为：

式中

：轧辊半径，mm；

：辊身坐标，mm；

：轧辊初始半径，mm；

：辊形系数，无量纲；

：辊形系数，mm^-1；

：辊形系数，mm^-2；

：辊形系数，mm^-3；

：辊形系数，mm^-4，

通过变凸度辊形中间辊的轴向窜动连续改变辊缝凸度，能够满足较宽板带凸度控制的需求；

当轧制较窄板带时，即板带宽度时，中间辊更换为非对称阶梯辊，辊身长度范围内按直径不同分为三段，轧辊窜动负方向侧阶梯段、中部有效工作段和轧辊窜动正方向侧阶梯段，三段间的直径关系为：

式中

：轧辊窜动负方向侧阶梯段直径，mm；

：轧辊中部有效工作段直径，mm；

：轧辊窜动正方向侧阶梯段直径，mm；

：轧辊阶梯段辊径差，mm，

三段间的长度关系为：

式中

：轧辊窜动负方向侧阶梯段长度，mm；

：轧辊中部有效工作段长度，mm；

：轧辊窜动正方向侧阶梯段长度，mm；

：中间辊辊身长度，mm；

：轧机中间辊正、负窜辊的极限值，mm；

：轧机设计最小可轧宽度，mm，

三段中的阶梯辊中部有效工作段采用常规凸度辊形，其他两段为平辊，根据所轧板带宽度进行中间辊窜辊，以减小轧辊之间的有害接触区，有效提高辊缝横向刚度及弯辊力的调控功效，两侧阶梯段非对称长度设计，明显增大了可轧板带宽度范围，是对称阶梯辊可轧宽度范围的2倍。

2.如权利要求1所述的一种最大轧制宽度大于2000mm的超宽板带六辊冷轧机机型，其特征在于当中间辊采用非对称阶梯辊时，轧辊窜辊位置

与板带宽度

之间的关系为：

式中

：板带宽度为

时的窜辊位置，mm；

：轧制板带宽度，mm；

：板带端部与中间辊有效工作段端部的相对位置，mm。

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