鄭治龍 馮坤杰 牟凱 徐鵬 耿聰 李洪波
(1:五礦營口中板有限責(zé)任公司中厚板廠 遼寧營口 115005;2:北京科技大學(xué)機械工程學(xué)院 北京 100083)
自上世紀(jì)八十年代開始,我國熱軋生產(chǎn)線廣泛采用CVC軋機,其特點是可以利用一套軋輥滿足不同軋制規(guī)程的輥縫二次凸度控制要求,但不具備高次凸度控制能力。在軋機機型確定的情況下,輥形是板形控制最直接、最活躍的因素[1]。隨著技術(shù)水平的不斷進(jìn)步,具有不同板形控制特性的變凸度工作輥輥形相繼出現(xiàn),如LVC[2]、AVC[3]、五次CVC[4]輥形等。
某3800mm中板廠熱軋線采用粗精軋機雙機架可逆式軋制,為了獲得良好的板形質(zhì)量,精軋機除了配備壓下傾斜、工作輥彎輥技術(shù),還配備了軸向移位變凸度板形控制技術(shù),使得板形控制能力大幅提升[5]。為更充分掌握變凸度工作輥輥形的板形調(diào)控特性,發(fā)揮生產(chǎn)現(xiàn)場變凸度工作輥輥形的板形調(diào)控能力,本文將結(jié)合實際輥形函數(shù)及參數(shù),對現(xiàn)場變凸度工作輥進(jìn)行了深入研究與探討,為實現(xiàn)良好板形控制提供理論依據(jù)。
3800mm中板精軋機使用的變凸度工作輥輥形曲線如式(1)所示,不同于CVC輥形,該輥形曲線由正弦函數(shù)和線性函數(shù)疊加而成。
式中:R(x)—工作輥半徑輥形;
R0—基準(zhǔn)半徑;
A—輥形振幅;
B—輥形斜率;
C—輥形偏移量;
Φ—輪廓角;
Lref—輥身長度。
該輥形工作原理同CVC輥形基本一致,均是將軋輥原始輥形磨削成“S”形,在軋制過程中通過軸向竄動軋輥改變輥縫凸度以控制板形,如圖1所示,軋輥正竄輥使得輥縫凸度變?。卉堓佖?fù)竄輥使得凸度變大。
圖1 軸向竄輥下的輥縫示意圖
生產(chǎn)現(xiàn)場實際輥形的各輥形參數(shù)如表1所示,代入式(1)得到輥形曲線如圖2所示。
表1 輥形參數(shù)
圖2 工作輥輥形曲線
因現(xiàn)場變凸度工作輥輥形函數(shù)與CVC有所不同,其凸度控制特性也有所差異。當(dāng)工作輥竄輥量為s時,上下工作輥輥形表達(dá)式分別表示為式(2)和式(3):
式中:Ru(x,s)—竄輥量為s時的上工作輥理論輥形;
Rl(x,s)—竄輥量為s時的下工作輥理論輥形。
根據(jù)輥縫示意圖1,可得到輥縫函數(shù)表達(dá)式為[6]:
該中板廠3800mm精軋工作輥竄輥范圍為[-150mm,150mm],利用式(4)分別得到竄輥量分別為負(fù)竄輥極限-150mm、原始位置0、正竄輥極限150mm時的輥縫形狀[7]如圖3所示。可以看出,現(xiàn)場變凸度輥形形成的輥縫是一個關(guān)于x=0對稱的余弦曲線。
圖3 不同竄輥位置處的輥縫形狀
利用輥縫函數(shù)表達(dá)式(4),可計算得到竄輥量為s時的輥縫二次凸度表達(dá)式[8]為
從輥縫凸度表達(dá)式可以看出,在軋輥輥身長度Lref一定的情況下,輥縫凸度僅與輥形振幅A、輥形偏移量C、輪廓角Φ 有關(guān),輥形斜率B與凸度調(diào)控特性無關(guān)。
由式(5)和式(6)分別計算竄輥范圍[-150mm,150mm]所對應(yīng)的輥縫二次凸度控制范圍為[0.4mm,-1.0mm],輥縫四次凸度控制范圍為[-0.011mm,0.028mm],如圖4所示。可以看出,輥縫二次凸度控制能力相對較強,且以輥縫負(fù)凸度控制為主;輥縫四次凸度控制能力相對較小。
圖4 3800mm精軋機變凸度輥形凸度控制范圍
根據(jù)二次凸度與四次凸度比值求出凸度比[9]:
圖5為不同輪廓角下的凸度比,可以看出凸度比是一個關(guān)于輪廓角(0°~360°)的周期函數(shù),且凸度比為負(fù)值。在3800mm精軋機變凸度輥形輪廓角為75°的情況下,凸度比為一個定值,其Rc=-34.71,凸度比絕對值相對較大,在二次凸度范圍為主要設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)下,一定程度上解釋了輥縫四次凸度控制能力較小的原因。
圖5 不同輪廓角下凸度比變化
圖6為以二次凸度控制范圍[0.4mm,-1.0mm]為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)時,改變不同輪廓角下的四次凸度控制范圍圖,可以看出隨著輪廓角增大,四次凸度控制能力快速增加。圖7為相應(yīng)的四次輥縫,可以看出較大的輪廓角會增大輥縫在1/4處的高度,輪廓角越大則輥縫在1/4處變化越劇烈。
圖6 不同輪廓角下四次凸度控制范圍
圖7 不同輪廓角下s=0時四次輥縫形狀
以上輥縫凸度的研究均為對全輥縫的分析和計算,實際生產(chǎn)中,鋼板寬度小于全輥縫,將正負(fù)極限竄輥位置所對應(yīng)的某一鋼板寬度實際輥縫凸度作差,得到不同寬度鋼板的輥縫二次凸度控制能力[10]:
圖8為該生產(chǎn)線常軋寬度下的空載輥縫二次及四次凸度控制能力變化圖??梢钥闯霎?dāng)前變凸度輥形的二次凸度控制能力隨板寬近乎呈現(xiàn)線性變化趨勢,軋制寬度減小,凸度控制能力線性下降,在軋制寬度由3500mm變?yōu)?700mm時,二次凸度控制能力從1.06mm降至0.27mm,下降了74.4%;四次凸度控制能力從0.022mm 降至0.001mm,下降了94.2%。這在一定程度上解釋了當(dāng)前變凸度輥形對于軋制2000mm以下相對窄規(guī)格鋼板時的二次和四次凸度控制能力相對較弱的現(xiàn)象,而且在鋼板軋制寬度范圍內(nèi),該輥形基本不具備四次凸度控制能力。
圖8 3800mm軋機常軋寬度下凸度能力變化圖
(1)某3800mm生產(chǎn)線變凸度輥形與CVC輥形基本工作原理一致,均是通過軸向移位變凸度技術(shù)控制輥縫形狀以達(dá)到控制板形效果。
(2)現(xiàn)場變凸度輥形的輥縫二次凸度控制范圍為[0.4mm,-1.0mm],輥縫負(fù)凸度控制能力相對較強。
(3)現(xiàn)場變凸度輥形理論上具備輥縫四次凸度控制能力,且四次凸度控制能力主要由輪廓角決定,在現(xiàn)場輥形設(shè)計參數(shù)下,輥縫四次凸度控制能力較小。
(4)軋制寬度對現(xiàn)場變凸度輥形的凸度控制能力影響較大,當(dāng)軋制寬度由3500mm 變?yōu)?700mm時,二次凸度控制能力下降了74.4%,四次凸度控制能力下降了94.2%,嚴(yán)重限制了變凸度工作輥的板形控制效果。