六輥軋機(jī)的板形計(jì)算與試驗(yàn)

趙鵬飛，荊 慧

ZHAO Peng-fei1, JING Hui2,

（1. 北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，北京 100120；2. 中國航天建筑設(shè)計(jì)研究院，北京 100071）

0 引言

本文將板帶軋制三維塑性變形計(jì)算模型和輥系彈性變形計(jì)算模型結(jié)合起來，同時(shí)考慮軋輥熱凸度分布，對(duì)六輥軋機(jī)軋制帶鋼斷面形狀和板形進(jìn)行了預(yù)報(bào)。

1 板形及帶材出口斷面形狀的計(jì)算方法

板帶材的橫斷面形狀取決于軋制時(shí)輥縫的形狀，可表示為

式中 ——輥身中部設(shè)定輥縫高度

式(1)即為輥縫形狀方程，它表示了軋制時(shí)上、下輥系變形對(duì)稱情況下的厚度分布。在上下輥系變形以及輥身中點(diǎn)處的輥縫值確定以后，即可利用上式求出輥縫形狀，從而完成輥系變形的計(jì)算。再將金屬三維塑性變形模型與輥系變形模型耦合起來，可以完成軋后帶材斷面形狀及板形的計(jì)算。

1.1 板形及帶材軋后斷面形狀的理論計(jì)算與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

為驗(yàn)證帶鋼軋后斷面形狀及板形計(jì)算結(jié)果的精度及模型的合理性，在河北鋼鐵集團(tuán)衡水薄板有限責(zé)任公司的1050六輥軋機(jī)上進(jìn)行了冷軋帶鋼的試驗(yàn)研究。實(shí)測(cè)了帶鋼軋制入、出口厚度橫向分布；軋制過程中前張應(yīng)力橫向分布（以板形形式表示）；前、后總張力；軋機(jī)周圍環(huán)境溫度、軋制油溫度、入、出口帶材溫度等。

1.1.1 試驗(yàn)軋機(jī)簡介

試驗(yàn)軋機(jī)配備有板形控制系統(tǒng)(AFC)、厚度自動(dòng)控制系統(tǒng)(AGC)、熱凸度控制系統(tǒng)(ATCC)、中間輥橫移（IRS）、工作輥彎曲(WRBC)、中間輥彎曲(IRBC)以及斜楔調(diào)零裝置(STEER)。板形控制手段包括如下四種：

1）分別調(diào)整軋輥?zhàn)笥覊合铝浚▋A斜調(diào)整）；

2）彎輥裝置（工作輥彎輥、中間輥彎輥調(diào)整）；

3）空載狀態(tài)下中間輥橫移；

4）分段冷卻控制（軋輥熱凸度調(diào)整）。

1.1.2 板形檢測(cè)系統(tǒng)

試驗(yàn)軋機(jī)配備有瑞典ASEA公司的板形儀，其測(cè)量系統(tǒng)由測(cè)量輥、信號(hào)處理、圖形顯示和檢測(cè)等部分組成。板形儀測(cè)出帶材的平直度誤差，誤差信號(hào)被送到板形儀控制系統(tǒng)，通過軋輥傾斜、液壓彎輥和軋輥冷卻等手段對(duì)帶材板形進(jìn)行控制。

表1 940mm寬帶鋼的軋制工藝參數(shù)

1.1.3 理論計(jì)算與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

對(duì)1050六輥軋機(jī)軋制Y C 194卷（材質(zhì)SPHC），第一道次軋后斷面形狀和板形進(jìn)行了數(shù)值模擬。各道次軋制工藝參數(shù)如表1所示。

運(yùn)用第1節(jié)所述方法計(jì)算帶材板形及出口斷面形狀，列出第一道次計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值對(duì)比圖。其中前張力分布計(jì)算值與試驗(yàn)值對(duì)比如圖1所示；出口板厚計(jì)算值與試驗(yàn)值的對(duì)比如圖2所示。

圖1 第一道次前張力分布試驗(yàn)值與理論值比較

圖2 第一道次出口厚度分布試驗(yàn)值與理論值比較

2 工藝參數(shù)對(duì)板形及軋后斷面形狀的影響

以1050六輥軋機(jī)軋制YC194卷的第一道次為例，討論軋制載荷和彎輥力對(duì)軋機(jī)輥縫形狀及板形的影響。

2.1 軋制載荷對(duì)板形及輥縫形狀的影響

圖3 軋制載荷對(duì)前張力分布的影響

軋制載荷對(duì)板形及輥縫形狀的影響如圖3和圖4所示，可以看出，在彎輥力不變的情況下，軋制載荷不同時(shí)對(duì)帶材中部和邊部的張力有影響，而且軋后帶材斷面形狀在邊部有差異。軋制載荷越小，越容易得到好的板形以及出口板厚分布。

圖4 軋制載荷對(duì)出口厚度的影響

2.2 彎輥力對(duì)板形及輥縫形狀的影響

不同彎輥力對(duì)板形及輥縫形狀的影響情況如圖5和圖6所示，可以看出在軋制載荷一定時(shí)，施加不同的彎輥力，對(duì)帶材中部和邊部的張力有影響，軋后帶材斷面形狀在邊部差異較大。彎輥力對(duì)改善邊部減薄有利，而對(duì)于帶材中部及四分之一處的厚度影響很小。

圖5 不同彎輥力對(duì)前張力分布的影響

圖6 不同彎輥力對(duì)出口厚度的影響

3 結(jié)論

本文以河北鋼鐵集團(tuán)衡水薄板有限責(zé)任公司的1050六輥軋機(jī)為研究背景，采用流線條元法計(jì)算金屬的塑性變形，采用離散模型影響函數(shù)法計(jì)算輥系彈性變形，并考慮軋輥的熱凸度的影響，然后把二者耦合起來求解軋件前張應(yīng)力分布和出口厚度分布。

通過實(shí)測(cè)前張應(yīng)力分布值和帶材出口厚度分布值來檢驗(yàn)金屬模型與輥系變形模型的正確性，分析了軋制載荷與彎輥力對(duì)軋件前張應(yīng)力分布值和出口厚度分布值的影響。

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