艾 昊 馬正強(qiáng)

(武漢鋼鐵股份有限公司 硅鋼事業(yè)部 湖北 武漢：430083)

20輥軋機(jī)一中間輥錐度輥型在軋制過程中的作用及磨損研究

艾 昊 馬正強(qiáng)

(武漢鋼鐵股份有限公司 硅鋼事業(yè)部 湖北 武漢：430083)

良好的板形對高磁感取向硅鋼十分重要，森吉米爾軋機(jī)的一中間輥錐度輥型對2號浪、邊浪等鋼帶邊部板形有重要影響。分析研究了一中間輥錐度在軋制過程中的竄輥位置與輥型對板形的影響過程，計(jì)算出最佳竄輥位置；同時分析了一中間錐度輥型在軋制過程中的磨損規(guī)律，以控制HiB鋼帶邊部良好板形為目標(biāo)，對一中間輥錐度輥型進(jìn)行優(yōu)化。

高磁感取向硅鋼；一中間輥；板形；森吉米爾軋機(jī)

板形是高磁感取向硅鋼(HiB鋼)的關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)之一。HiB鋼的板形質(zhì)量直接影響變壓器鐵芯的疊裝系數(shù)和噪音等指標(biāo)，但由于HiB鋼的時效軋制條件復(fù)雜、軋制過程困難，且以0.27mm和0.23mm等極薄規(guī)格產(chǎn)品為主，軋制產(chǎn)品的板形合格率較低；此外，HiB鋼生產(chǎn)工藝路線長，干擾因素多，容易出現(xiàn)瓢曲、起皺、單邊浪等板形缺陷，成品板形改判率較高。

盡管新型森吉米爾軋機(jī)板形自動控制系統(tǒng)比較完善，但由于原設(shè)計(jì)采用的一中間輥型為單錐度斜率，軋制產(chǎn)品的2號浪、邊浪嚴(yán)重；為了解決這個問題，研究者對傳統(tǒng)的單錐度輥型進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，用多錐度輥型代替單錐度，但仍存在竄輥過程中磨損較快，輥型維持時間短，一中間輥在線使用周期相應(yīng)縮短，帶來頻繁換輥、軋機(jī)作業(yè)率較低的問題。為了能夠提高HiB鋼帶邊部板形質(zhì)量，不僅需要分析研究一中間輥錐度輥型在軋制過程中的工作原理，以及一中間輥竄輥位置對板形的影響。同時還應(yīng)對一中間輥錐度輥型的特點(diǎn)及磨損狀態(tài)進(jìn)行研究。

1 一中間輥錐度輥型的工作原理

1.1 一中間輥軸向竄輥對邊部板形的影響

森吉米爾軋機(jī)的一中間輥通常為單側(cè)錐度輥型，一般上一中間輥的錐度在工作側(cè)，下一中間輥的錐度在傳動側(cè)，且錐度的長度、斜率均相同(見圖1)。一中間輥通過軸向竄輥，進(jìn)行邊部板形控制；同時可以減小邊緣降，控制橫向厚差；還可以防止HiB鋼帶邊部產(chǎn)生裂口，造成斷帶。

一中間輥錐度長度和竄輥行程的綜合作用結(jié)果，用有效平面量(公式1)來表示。由于新型森吉米爾軋機(jī)的上、下一中間輥竄輥分別由單獨(dú)的油缸控制，因此鋼帶兩邊的板形可以獨(dú)立控制。上、下一中間輥的有效平面量分別指的是上、下一中間輥的錐度部分相對軋機(jī)中心線的長度。

圖1 一中間輥錐度及竄輥示意圖

新型森吉米爾軋機(jī)的一中間輥輥身長度為1500mm，竄輥行程為0～170mm，其有效平面量的計(jì)算公式如下：

Ftop= (835-Ttop) -Ltop

Fbot= (835-Tbot) -Lbot

F=Ftop+Fbot=(835-Ttop) -Ltop+ (835-Tbot) -Lbot=835×2- (Ttop+Tbot) - (Ltop+Lbot)

(1)

如果Ttop=Tbot，Ltop=Lbot，則

F=(835-T)×2-2L

(2)

式中：Ftop，Ttop，Ltop為上一中間輥的有效平面量、錐度長度、行程，mm；

Fbot，Tbot，Lbot為下一中間輥的有效平面量、錐度長度、行程，mm；

F，T，L，S為一中間輥的總有效平面量、錐度長度、行程、竄輥量，L=170-S，mm。

在HiB鋼冷軋過程中，隨著軋制道次數(shù)增加，一中間輥竄輥行程會逐漸增加，有效平面量會逐漸減小，在成品道次軋制時，1#和7#ASU將會增大，減小ASU輥的整體凸度以彌補(bǔ)一中間輥有效平面長度的減??；但輥系凸度的減小，會造成軋制壓力沿帶鋼橫向分布不均勻，帶鋼邊緣軋制壓力大，使一中間輥錐角過渡處接觸壓力增大，反映在帶鋼上則形成了2號浪，同時還有邊浪；帶鋼中部軋制壓力較邊緣部分要小，這樣會造成帶鋼中部延伸減小。

1.2 一中間輥錐度長度對邊部板形的影響

根據(jù)公式(2)計(jì)算軋制過程中有效平面量的變化以及錐角作用在帶鋼上的位置，從而定量分析一中間竄輥行程對板形的影響。以1080mm寬幅的鋼帶為例，并假設(shè)帶鋼無跑偏，Ttop=Tbot，Ltop=Lbot，根據(jù)公式(2)，當(dāng)Smax=170mm，Lmin=170-Smax=0mm時，一中間輥有效平面量最大；同理，當(dāng)Smin=0mm，Lmax=170-Smin=170mm時，一中間輥有效平面量最小。

生產(chǎn)實(shí)踐表明，一中間輥錐度拐角與鋼帶邊部距離t在55～225mm范圍內(nèi)，t較大時，會形成嚴(yán)重2號浪；t較小時，會形成大邊浪。因此，t應(yīng)控制在最佳值范圍內(nèi)，一中間輥有效平面量要適中。實(shí)際生產(chǎn)中，一中間輥的竄輥量一般在130mm，行程為40mm，由此計(jì)算一中間輥有效平面量F及錐度拐角距帶鋼邊部的距離t。當(dāng)t控制在70～80mm，鋼帶邊部板形良好。如果一中間輥的有效平面量增大時，板形將發(fā)生較大改善，此時帶鋼邊部由一中間輥控制，一中間輥錐度拐角處接觸壓力減小，2號浪減輕；同時，1#和7#ASU減小，增大輥系的凸度，軋制壓力沿帶鋼寬度方向均勻分布并延伸均勻，板形得到改善。

但是，軋制過程中，隨著錐度拐角的磨損，錐度長度T相對在增加，有效平面量F在減小，需要增加一中間輥竄輥量S來彌補(bǔ)F減小，S將局限在130～170mm范圍內(nèi)工作，將接近一中間輥行程最小極限，調(diào)整量很小。在無法滿足竄輥需求時，只能換新一中間輥，縮短了一中間輥使用周期。

圖2為AS-U Roll系統(tǒng)森吉米爾軋機(jī)軋制過程中，第一中間輥錐度長度、竄輥量和錐度斜率對鋼帶邊部減薄控制的影響[1]。試驗(yàn)過程中采用的基本參數(shù)為ASU-Roll，位置50-50-50-50-50-50-50，鋼帶入口厚度2.0mm，出口厚度1.4mm，一中間輥竄輥量88.5 mm，鋼帶寬度1035mm，后張力120MPa，前張力140MPa。圖2(a)可見，錐度斜率2.0‰時，隨著一中間輥錐度長度的增加，鋼帶邊部減薄減少。但竄輥量大于132.7mm時，鋼帶邊部減薄量均較大且基本穩(wěn)定，對減小減薄量作用不大；而錐度長度大于260mm時，鋼帶邊部減薄量迅速減小?？梢姡恢虚g輥錐度長度和竄輥量對鋼帶邊部減薄量的影響存在綜合交互影響，并且具有最佳匹配值。一中間輥錐度長度和竄輥量對邊部板形具有相似的影響。

為了獲得良好板形，有效平面量初始設(shè)定值約為板寬80%。因此，一中間輥竄輥量S在80～90mm時，一中間有效平面量與鋼帶寬度匹配良好，板形良好。

2 一中間錐度輥型的作用方式及磨損規(guī)律

2.1 單錐度一中間輥型在軋制中存在的不足

在板形控制中，一中間涉及的板形控制區(qū)域包括邊部及邊部過渡區(qū)域。前者通過控制邊部板形保證軋制過程的穩(wěn)定，確保不因?yàn)檫叢窟^延伸、延伸不足導(dǎo)致斷帶；后者則會影響板形的質(zhì)量，決定鋼帶是否會出現(xiàn)無法消除的高次板形缺陷。

當(dāng)竄輥量小于132.7mm時，圖2(b)、(c)顯示邊部減薄量隨竄輥量的減小而減小，錐度斜率越大，減薄量越小。因此，為了有效控制邊部板形，一中間的錐度斜率一般大于3.0‰。這種大斜率單錐度一中間輥在軋制過程中，有效平面量較小，錐度拐角處接觸應(yīng)力很大，不僅在鋼帶邊部過渡區(qū)域出現(xiàn)無法消除的2號浪和大邊浪等高次浪型，而且一中間輥錐度磨損較快，且程度較重，單次使用磨損量通常在2‰以上。

研究表明，工作輥與一中間輥的輥間接觸應(yīng)力在除錐度開始的極小區(qū)域外均有所減小，錐度開始段的極小區(qū)域內(nèi)接觸應(yīng)力增加區(qū)域約在60mm以內(nèi)(圖3)。如果要減小錐度拐角處的輥間接觸應(yīng)力，就必須減小一中間輥的錐度斜率，使錐度拐角輕緩，輥間接觸應(yīng)力減小，但同時會減弱一中間輥對鋼帶邊部板形的控制能力。

圖2 一中間輥錐度長度、竄輥量、錐度斜率和工作輥直徑對鋼帶邊降的影響

因此，要提高板形質(zhì)量，就必須要降低60mm區(qū)域內(nèi)的接觸應(yīng)力。一方面，接觸應(yīng)力的降低，能夠有效的降低接觸區(qū)域應(yīng)力集中導(dǎo)致的過渡區(qū)域板形缺陷，避免出現(xiàn)無法消除的高次浪型；另一方面，降低接觸應(yīng)力，也能夠在材質(zhì)硬度不進(jìn)行明顯變化的前提下，減少磨損，提高一中間在使用過程中的輥型保持能力，確保產(chǎn)品板形質(zhì)量的穩(wěn)定。

圖3 一中間輥單斜率錐度輥型拐角處接觸應(yīng)力分布示意圖(單位，mm)

圖4 一中間輥雙斜率錐度輥型示意圖(單位：mm)

2.2 雙斜率錐度一中間輥型對板形的影響

為了克服單斜率錐度一中間輥錐度拐角處應(yīng)力集中的不足，有效保證一中間輥對鋼帶邊部板形的控制能力，延長一中間輥使用周期，就需要對一中間輥錐度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，將原來單錐度輥型改為兩段式雙錐度輥型，一中間輥輥體的端部由外到內(nèi)依次設(shè)有第Ⅰ錐度和第Ⅱ錐度(圖4)。其改進(jìn)的基本思路是，通過將傳統(tǒng)的單錐度改為(I+II)兩段錐度，利用第Ⅰ錐度進(jìn)行邊部板形控制，利用第Ⅱ錐度完成邊部過渡區(qū)域板形的控制，從而通過分段的形式規(guī)避單錐度輥型在軋制過程中，對邊部控制能力與板形質(zhì)量之間的矛盾。

這種兩段式不同斜率錐度的輥型可增加錐度長度和段數(shù)，并減小了各段的錐度拐角，使其過渡更平滑，增強(qiáng)竄輥的調(diào)節(jié)效果。這種輥型不但能減小錐度拐角處的輥間接觸應(yīng)力集中，還可消除輥系邊部的急劇彈性壓扁、彈性變形，不僅保留了第Ⅰ錐度的大斜率，而且提高了軋制板形質(zhì)量，鋼帶邊部不會出現(xiàn)高次浪形。

優(yōu)化后的輥型設(shè)計(jì)參數(shù)為第Ⅰ錐度與第Ⅱ錐度長度之比為6∶4，總長度隨板寬增加而增加。該雙錐度斜率一中間輥型比單錐度輥型生產(chǎn)的產(chǎn)品實(shí)物板形質(zhì)量大幅提升，從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，在同樣的配輥條件下，對常規(guī)品種軋制的9I板形合格率能夠從原來的80%以下提高到95%以上；而且隨著9I合格率的提升，其板形讓步率也能得到有效控制。如圖5顯示，在一定區(qū)域范圍內(nèi)，隨著9I板形合格率的升高，成品板形讓步率呈下降的趨勢。

圖5 9I板形合格率與成品板形讓步率的關(guān)系曲線圖(單位，%)

2.3 雙斜率錐度一中間輥型磨損過程分析

為了確認(rèn)改進(jìn)后雙錐度一中間輥的作用效果，對使用后的雙錐度一中間輥輥型磨損情況進(jìn)行測量分析。由圖6可見，1～8測量位置為錐度輥型，上一中間輥的錐度變化很小，說明磨損程度很小；而下一中間輥的錐度變化較大，說明磨損程度較大。由此可見，一中間輥的下輥更容易發(fā)生磨損。但與單錐度輥型相比，輥型的整體錐度變化不大。

圖6 一中間輥錐度輥型在軋制過程中的磨損分布

另外，一中間輥錐度磨損呈現(xiàn)不均勻分布，特別是在錐度變化位置的周圍，發(fā)生局部較其他位置更嚴(yán)重的磨損，最大磨損量為0.8‰，為其他位置磨損量的2.7倍，說明在該位置仍存在一定程度應(yīng)力的集中；但比單錐度輥型磨損的程度大幅降低。

此外，磨損程度隨一中間輥直徑的逐漸減小，向錐度斜率位置周圍擴(kuò)展并加劇。因此，為了保持一中間輥型在軋制過程中較小磨損，應(yīng)在配輥時，上輥選較小直徑軋輥，下輥選直徑較大軋輥，以確保錐度長度T在軋制過程中相對穩(wěn)定，一中間輥使用周期延長。

4 結(jié)論

(1)一中間輥錐度長度和竄輥量對鋼帶邊部減薄量的影響存在綜合交互影響，并且具有最佳匹配值。一中間輥竄輥量S在80～90mm時，一中間有效平面量與鋼帶寬度匹配良好，板形良好。

(2)兩段式不同斜率錐度的輥型減小了各段的錐度拐角，使其過渡更平滑，增強(qiáng)竄輥的調(diào)節(jié)效果。這種輥型不但能減小錐度拐角處的輥間接觸應(yīng)力集中，還可消除輥系邊部的急劇彈性壓扁、彈性變形，不僅保留了第Ⅰ錐度的大斜率，而且提高了軋制板形質(zhì)量，鋼帶邊部不會出現(xiàn)高次浪形。

(3)雙錐度一中間輥輥型磨損情況，下一中間輥更容易發(fā)生磨損。但與單錐度輥型相比，輥型的整體錐度變化不大；一中間輥錐度磨損呈現(xiàn)不均勻分布，特別是在錐度斜率變化位置的周圍，發(fā)生局部較其他位置更嚴(yán)重的磨損；磨損程度隨一中間輥直徑的逐漸減小，向錐度斜率位置周圍擴(kuò)展并加劇。

[1] 馬昊，喻海良，徐繼山.森吉米爾軋機(jī)軋件板形與邊部減薄預(yù)報(bào)研究[J].鋼鐵研究，2009，37(4)：11-14.

(責(zé)任編輯：李文英)

Research on Role and Wear of 1st IMR of Sendzimir Mill during Rolling Process

AI Hao MA Zhengqiang

(Silicon Steel Division of WISCO Ltd., Wuhan 430083, Hubei)

The good shape of the plate is very important for the high magnetic orientation silicon steel, and the taper roller of the 1st IMR of the Sendzimir mill is significant for the shape of the steel strip, such as wave. The 1st IMR taper in the rolling process of channeling rollers and shape of plate shape is analyzed in the paper to calculate the optimum shifting and position. At the same time, the wear law of the 1st IMR taper in the rolling process is explored to control good shapes of HiB steel strip edge and optimize the intermediate the 1st IMR taper.

high magnetic oriented silicon steel; 1st IMR; shape; Sendzimir Mill

2015-05-10

2015-05-15

艾 昊(1982～)，男，碩士，工程師.E-mail:aihao1982@icloud.com

TG333.7

A

1671-3524(2015)02-0041-04