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期刊导读

基于四辊板带轧机辊型设计及辊型调整探析

A Study on Roller Design and Adjustment of Four Rollers Strip Mill

张光明 ZHANG Guang-ming
(贵州师范大学职业技术学院,贵阳 550014)
(Vocational and Technical College,Guizhou Normal University,Guiyang 550014)

摘要: 本文在对轧辊辊型变化主要因素分析的基础上,指出辊型设计能够部分补偿辊缝形状因素造成的板带平直度影响。对于不同的辊型,需要不同辊型的调整方法,并通过实验测试获得接触载荷和相互弹性压扁量实测曲线,确定出合理的轧辊挠度与液压弯辊力。
Abstract: The main factors of roll changing are analyzed and the roller designed can partially compensate for the roll gap shape factors strip flatness. The different roller needs different adjustment method, and then the experimental test about contacting load and mutual elastic flattening the amount are measured and the curve is also got. After that, a reasonable hydraulic bending roll force and roll deflection are determined.
关键词: 板带轧机;辊型设计;辊型调整;
Key words: strip mill;roller design;roller adjustment
  中图分类号:TG332                                      文献标识码:A                                  文章编号:1006-4311(2013)18-0036-02

0  引言
随着四辊板带轧机轧制产品的宽度逐渐增加和厚度的逐渐减小,对轧辊辊型的合理设计和板厚的控制及板型(板带平直度)问题日益突出。对于生产板带的厂家,都非常重视控制带材厚度及平直度均匀性,轧制带材如果不均,去掉边部,损失了实际产量,因此,研究合理设计辊型及辊型调整,对提高产品精度和提高生产率都有十分重要的意义。
1  引起轧辊辊型变化的主要因素
所谓的“辊型”是指轧辊辊身的表面轮廓形状,一般用辊身中央与辊身边缘的直径差ΔD(即凸度、凹度)来表示。在轧制过程中,由于受轧制力、辊型温度和磨损等因素的影响,轧辊的辊型发生变化,导致两工作辊之间的辊型形状也相应变化,从而引起板带宽度方向的厚度偏差(横向厚度偏差),而轧制力的波动相应引起工作机座中受力零件的弹性变形(除轧辊弹性弯曲变形)的变化,因此造成板带长度方向的厚度偏差。所以,影响轧辊辊型变化的主要因素:①轧辊的弹性弯曲变形:它使辊缝中部尺寸大于边部尺寸,使成品产生凸变,当轧制力增大,变形愈大,凸度变化就更明显。②轧辊的热膨胀:由于辊间磨擦,轧制变形功转化为热量等,造成中部比端部热膨胀大,形成垫凸度。③轧辊的磨损:工作辊与轧件间、工作辊与支承辊之间摩擦造成磨损,形成凹度。④轧辊的弹性压扁:由于工作辊与支承辊之间接触产生不均匀的压扁,引起辊缝变动。⑤轧辊的原始辊型:在常温下,刚磨制出的辊型有凸、凹及圆柱形,轧辊原始辊型不同,辊缝的形状自然不同。
2  轧辊辊型的设计条件
所谓的“轧辊辊型设计”是综合考虑轧辊弹性弯曲、弹性压扁、轧辊温度和磨损对辊型的影响,正确地加工原始辊型,保证在轧制过程中得到平直的辊缝。
2.1 平直的辊缝应满足条件:
ΔDy+ΔDt-ΔDm-f1s-f1x=0(1)
式中:
ΔDy—轧辊原始辊型,凸为正,凹为负,圆柱形为零;ΔDt—温度辊型,热凸度,中部边缘高时凸为正,反之为负;ΔDm—磨损辊型,磨损凹度永为负值;f1s—上工作辊的弹性弯曲变形(挠度值取负);f1x—下工作辊的弹性弯曲变形(挠度值取负)。
轧辊原始凸度:ΔDy=f1s+f1x-ΔDt+ΔDm
由于轧辊的磨损受多种因素的影响,并且随着时间变化而发生改变,磨损值很难事先确定,在设计原始辊型时,可不考虑磨损。生产中磨损对辊型的影响可采用合理安排产品的轧制顺序、调节辊温分布、合理安排压下规程等方式进行补偿。
2.2 工作辊原始辊型的设计条件:
ΔDy=f1s+f1x-ΔDt(2)
式中f1s、f1x轧辊弹性变形与轧辊刚度及轧制力有关;轧辊ΔDt取决于轧辊的材料和辊力温度分布,ΔDt为实
测值。
按照不同的板带材轧机的轧制条件,当原始辊型为圆柱形时ΔDy=0;为凸形时ΔDy>0;为凹形时ΔDy<0,同一轧机的轧辊也可有不同的辊型组合。生产中四辊轧机的辊型组合有两种方案,如图1所示的组合形式,图(a)两个工作辊凸型,两个支撑辊为圆柱型;图(b)一个工作辊凸形,两个支撑辊为圆柱型;由于磨削轧辊较为方便,当辊型设计合理时,两种配合方案都可轧出横向厚度比较均匀的板带材成品。
因此,轧辊的原始辊型不同,辊缝的形状自然不同,正确的辊型设计可以部分补偿辊缝形状因素造成的板带平直度影响。
3  辊型的调整方法及轧辊挠度与液压弯辊力的合理确定
由公式ΔDy=f1s+f1x-ΔDt(2)知,只有当工作辊的弹性弯曲变形f1s、f1x及ΔDt都很稳定时用一种原始辊型ΔDy,才能轧出横向厚度差最小的轧件。然而,生产中由于f1s、f1x是随多种因素(轧制力、轧件宽度等)变化的,此外,轧辊的磨损也需要不断补偿,因此在轧制条件变化时,很难用一种固定的原始辊型轧出横向厚度差小、板型好的轧件,所以合理调整工作辊辊型,设法补偿辊缝形状因素对板带平直度的影响。
3.1 辊型调整  ①改变原始辊型:此方法得到的原始辊型,只适应一种规格的轧件,轧辊所需数量大,并且对轧辊的磨损也无法补偿。②改变温度辊型:此方法采取沿辊身长度方向分段冷却或加热轧辊或控制辊身温度分布,改变轧辊的热凸度,这种方法设备操作简单,但是调整速度反应慢。③采用液压弯辊装置:此方法采用液压缸的工作推力,使工作辊或支承辊产生附加弯曲力,造成轧辊附加挠度,补偿原始辊型凸度,以保证最佳板型。液压弯辊装置能迅速调整辊型,但调整幅度较大,当采用计算机合理分配轧机负荷,可以有效地控制板型。图2为液压弯辊方法。
液压弯辊的方法可分为弯曲工作辊和弯曲支承辊,弯曲工作辊主要是改变工作辊与支承辊间弹性压扁量的分布。图2a所示正弯辊时,轧辊中部与边缘,边部接触负荷的差值和弹性压扁量差值减小(甚至会出现负值)而支承辊的挠度增加值不大,使工作辊挠度减小,反之负弯辊时(图2b)轧辊中部与边缘部接触负荷的差值和弹性压扁差值增加,而支承辊挠度值减少不多,使工作辊挠度增加,所以采用压弯辊时,工作辊原始辊型凸度ΔDy应小些,借助S1来减小工作辊挠度(相当于增加凸度)以保证辊缝均匀,当用负弯辊时ΔDy应取大些,借助S1来增加工作辊挠度(相当于减小凸度)以补偿多余的凸度,若同时采用正负弯辊时,便可实现较大范围的辊型调整。
根据L1680板轧机在不同的正弯辊力S1时接触载荷和相互弹性压扁量实测曲线的资料显示,用正弯辊时辊中部与边部接触负荷差值qx和弹性压扁量差值fy的变化。图3显示了该实测曲线。
弯曲支承辊采用正弯辊法(图2c所示)将弯辊力S2的作用方向与轧制力方向相同,以减小支承辊挠度。
液压弯辊装置的使用给调节轧辊辊缝形状创造了有利条件,但是也存在不利之处:①支承辊与工作辊间接触应力过大会引起支承辊辊面剥落,造成支承辊寿命降低。②弯辊力受轴承支承能力的限制;③弯辊力受轧辊辊颈疲劳应力的限制。液压弯辊装置使轧机某些部件的寿命和轧机负荷能力降低,当设计中以最大弯辊力为依据设计弯辊装置时,只有选择合理的弯辊力,才能达到辊型调整目的。
3.2 轧辊挠度与液压弯辊力的合理确定
3.2.1 轧辊挠度值的确定。根据材料力学的方法确定轧辊挠度为近似值,为了得到精确或更接近实际的轧辊挠度值,需要确定工作辊与支承辊之间的弹性压扁量,根据文克尔连续弹性基础梁横弯曲挠度的简化计算方法,可以假设工作辊与支承辊之间的单位压力р跟其弹性压扁量v成正比;即:P(x)=kv(x),k辊面接触刚度,可由近似公式确定;
k=■(3)
其中θ=■+■。
若工作辊和支承辊全为合金钢时,取E1=E2=E=2.2×
104kgf/mm2V1=V2=0.3;qm工作辊与支承辊间的平均单位压力;
k=■;qm=■;
先求解弹性压扁挠度的分布特性,根据P(x)=kv(x)求出辊向的单位压力分布P(x)再将P(x)作为给定的分布载荷施于支承辊上面,于是支承辊横弯挠度就可作为变断面简支梁的问题解算,同时考虑支承辊直径比工作辊直径大,引起切力变形的影响,当求出轧辊的挠度变化值,便可确定弯辊力。
3.2.2 液压弯辊力确定。设弯辊力作用点距工作辊辊边缘为e,即Me=Se;由计算公式可求出弯辊力,同时利用电扩张值叠伏法,便可求出精确的液压弯辊力。轧辊的挠度值及液压弯辊力为设计轧辊提供了理论依据,为调整辊型提供了必要的工艺参数。
4  结论
轧辊辊型直接影响板带平直度,对四辊板带轧机辊型设计与调整,应综合考虑轧辊辊型的原始磨削形状、热膨胀及磨损、轧辊弹性压扁、弹性弯曲等诸多因素的影响,从而实现合理的设计辊型和调整辊型,使板带的平直度的横向公差符合技术要求。
参考文献:
[1]张一中.普通四辊轧机板形控制及辊型设计[J].包钢科技,1991(2).
[2]夏兴进.四辊板带轧机的辊型设计及辊型调整[J].设计技术,2003(3).
[3]范宗荣.八辊轧机辊系配置及轧辊受力分析[J].重型机械, 1981(11).

 

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