高強鋼四輥平整機彎竄結構設計分析

張賡郁 熊建成 王 泳

(中冶賽迪工程技術股份有限公司 重慶401122)

高強鋼四輥平整機彎竄結構設計分析

張賡郁①熊建成 王 泳

(中冶賽迪工程技術股份有限公司 重慶401122)

研究表明，板寬越小，工作輥之間的有害接觸區域就越長，為改善板形所需要的彎輥力就越大；對于高強窄帶鋼而言，單純通過彎輥機構已經無法得到良好的板形，彎輥和竄輥機構的綜合運用，可以較大程度上克服板形邊部減薄等問題，同時還可以均勻軋輥磨損，延長軋輥壽命，現場應用效果良好。

平整機 彎輥 竄輥 板形 高強鋼

1 引言

隨著市場競爭加劇，下游用戶對來料鋼卷的板型、表面質量及機械性能的要求越來越高，平整機逐步受到重視和廣泛的使用。特別是近年來，隨著鋼鐵行業的轉型升級，熱軋高強鋼的產量日益增多，為提高產品質量、減小平整過程中的輥耗，有必要對高強平整機彎輥、竄輥進行研究。

2 彎竄裝置對板形的影響

板形控制涉及板厚、板寬、壓下率、張力制度、速度、彎輥力、軋制力、輥徑、初始軋輥凸度、溫度、軋輥磨損等諸多因素，屬于多參量耦合條件下的復雜形變分析系統。其中，板寬相對于工作輥長度的相對大小，對板形的影響最為直接，過小的板寬和工作輥長度比值，會帶來工作輥之間較長的有害接觸，對板形控制極為不利。目前，彎輥技術已經較多的應用在平整機組上，但對于窄帶鋼和高強鋼，仍然面臨許多問題。本文就平整機在軋制不同板寬、窄帶鋼、高強鋼等方面進行分析，并根據分析結論，設計出符合工程要求的彎竄結構，應用于實際工程[2]。

2.1 彎輥力對不同板寬板形的影響分析

在平整軋制過程中，彎輥力對板形的改善是隨著板寬的改變而變化的。為了研究其規律性，取材料為Q235的帶鋼，板厚為3.8mm，寬度為800、1250、1700mm三種不同的板寬，對平整機的軋制過程進行了模擬計算。模擬中，設定平整機的工作輥直徑為520mm，工作輥長度為1800mm。圖1到圖3為三種不同板寬，分別在不同的彎輥力作用下的有載輥縫曲線(分析對象為對稱，僅顯示板寬的一半)，該有載輥縫曲線直接反應了平整機出口鋼帶的截面形狀。

圖1 軋制800mm帶鋼時的有載輥縫曲線

圖2 軋制1250mm帶鋼時的有載輥縫曲線

圖3 軋制1700mm帶鋼時的有載輥縫曲線

通過圖1可以看出，軋制寬度為800mm的帶鋼時，帶鋼寬度和工作輥長度的比值為0.44，需要施加約200kN的彎輥力，才可以得到出口形狀滿意的板形；

通過圖2可以看出，軋制寬度為1250mm的帶鋼時，帶鋼寬度和工作輥長度的比值為0.69，需要施加約115kN的彎輥力，才可以得到出口形狀滿意的板形；

通過圖3可以看出，軋制寬度為1700mm的帶鋼時，帶鋼寬度和工作輥長度的比值為0.94，需要施加約30kN的彎輥力，才可以得到出口形狀滿意的板形。

魏掏出盒“中華”，就剩一支他遞給了遲恒，又摸出半包孫主任抽的那種9塊錢的，倒出根塞嘴里點上后扔桌子，他希望對方能琢磨出他的話，別想當然地糾纏什么腐敗，傳出去難聽。

圖4 板寬和工作輥長度比值與理想彎輥力大小之間關系曲線

圖4為板寬和工作輥長度比值與理想板形所需彎輥力大小之間的關系曲線，通過曲線可以看出，彎輥力和板寬成反比例線性關系。對比不同板寬的軋件在相同的壓下量的輥形曲線可以看出，板寬不同壓下量相同的軋件有害接觸區域越長，輥形曲線沿軸線方向的位移差越大，板寬越小用于改善板形所需的彎輥力越大。

2.2 彎輥力對高強窄帶鋼板形的影響分析

對于極限規格，比如高強度窄帶鋼，彎輥力對板形的影響是否仍然如前所述這么有效，仍然需要進一步研究。模擬中，取帶鋼厚度1.2mm，寬度800mm，屈服強度700MPa，設定壓下量0.6mm，并設定平整機的工作輥直徑為520mm，工作輥長度為2300mm，彎輥力分別選取0kN、200kN、400kN、600kN，得出在不同彎輥力作用下的有載輥縫結果分布如圖5所示。

圖5 高強窄帶鋼對彎輥力的影響曲線

從圖5的有限元分析結果看出，對于平整帶鋼屈服極限在700MPa、帶鋼寬度在800mm的窄帶鋼，僅通過施加彎輥力很難獲得較好輥縫形狀和良好的板形。彎輥力的施加，基本沒有改變有載輥縫在軋制板帶區域的形狀，可能的原因就是相較于軋制對象的高強度和窄寬度而言，彎輥力顯得的太小，但是如果繼續增大彎輥力，雖然理論上可能行得通，但是對設備設計而言，是不現實的。大范圍的調整彎輥力，不但增加了軋制過程的不穩定，同時，彎輥力經常處于較高的狀態，會嚴重大幅度降低工作輥軸承的使用壽命[3-4]，因此，通過繼續增大彎輥力來解決高強度窄帶鋼的板形問題，無法應用于工程實踐。

可見，對于寬機組平整軋制，彎輥力對平整窄帶鋼的作用很不明顯，需要開發新的技術來解決或者改善寬機組平整軋制高強度窄帶鋼的問題。

2.3 竄輥裝置對板形的影響分析

圖6為平整機工作輥豎直方向撓度變形示意圖，通過圖6得知，工作輥左右兩端被軸承座約束，剛性較好，而工作輥中部，離軸承座相對較遠，剛性較差，而且上輥剛性最差的區域和下輥剛性最差的區域正對，從而加劇了板形邊部減薄的程度。前面的分析通過對工作輥施加彎輥力，使得工作輥反彎來克服圖6所示的工作輥中間撓度較差的問題。但對于相對窄的帶材，特別是高強度鋼材，彎輥力的影響明顯減弱。通過竄動工作輥的軸向位置，使得上下工作輥剛性最差的部位錯開，形成剛性互補的效果，從而可以進一步改善高強窄帶鋼的板形。對平整機的竄輥效果進行分析，通過模擬分析工作輥的橫移量對有載輥縫的影響即對帶材斷面形狀的影響規律，以及分析研究工作輥橫移量和彎輥力共同作用下的有載輥縫形狀規律。

圖6 平整機工作輥撓度示意圖

圖7 工作輥軸向竄動對板形的影響曲線(無彎輥力)

圖7所示分析前提為：工作輥輥身長2300mm、直徑520mm，輥身均為平輥，計算的帶鋼寬度830，厚度3.8mm，帶鋼材料的屈服極限為700MPa。

由圖7和圖8可見，隨著工作輥橫移量的增大，使板帶距單側工作輥端部的距離明顯減少，軋輥間的有害接觸區域減少，所以對板帶邊部減薄影響明顯減少。從圖中亦可以看出，工作輥竄動300mm時，輥縫曲線形狀最好。圖9為模擬工作輥竄動300mm，并施加200kN彎輥力情況下的輥縫形狀分布，從輥縫結果分布看，由于移動量增大，輥縫一端有明顯的消除邊部減薄趨勢，彎輥力200kN時可以得到較好的輥縫曲線。

圖8 工作輥軸向竄動對板形的影響曲線(無彎輥力)

圖9 竄輥300mm、加載200kN彎輥力時的輥縫曲線

綜上可見，在平整極限規格品種，工作輥竄動配合彎輥對寬機組平整機平整軋制較窄帶鋼對板形曲線的影響明顯，隨著工作輥竄動量的增大，板帶凸度及邊部減薄有明顯改善，但隨著橫移量增加輥縫曲線傾斜程度增加[5]。配合彎輥力移動量300mm和400mm都能對輥縫曲線作出適當改善，但均不能獲得較理想曲線，移動量400mm輥縫曲線傾斜嚴重，且移動量太大對設備結構不太有利。目前平整機主要還是采用平輥軋制，故竄輥的運用除了可以提高部分規格鋼種的板形外，更多的目的還是均勻軋輥磨損，延長軋輥壽命。

3 平整機彎竄機構設計

工作輥竄輥及彎輥裝置鑲嵌在平整機牌坊窗口內，在傳動側的彎輥缸以及竄輥缸缸體集成在一個彎竄集成塊上，竄輥缸活塞通過E型塊固定安裝在牌坊上，在操作側的正、負彎輥缸集成在一個彎輥集成塊上，無竄輥缸；傳動側和操作側的集成塊，通過軌道連接在一起，組成工作輥的彎竄裝置。彎輥活塞在液壓作用下可豎直方向伸出，使正負彎輥力加載在工作輥軸承座上，工作輥可以豎直方向運動，實現正負彎輥功能。竄輥活塞在液壓作用下，驅動整個彎竄塊軸向竄動，工作輥也隨之軸向竄動，實現竄輥功能，竄輥量為300mm。該結構的彎竄裝置，由于工作輥隨彎竄塊一起軸向竄動，可保證竄輥過程中，彎輥力始終加載在工作輥軸承中心線上，利于軸承使用壽命；由于彎輥和竄輥集成在一個塊體內，使得結構更緊湊。

圖10 彎竄機構操作側示意圖

1-軌道; 2-操作側牌坊; 3-工作輥鎖緊裝置; 4-彎輥塊; 5-E型塊; 6-傳動側牌坊

圖11 彎竄機構傳動側示意圖

1-E型塊; 2-彎竄塊; 3-竄輥缸活塞; 4-彎輥缸活塞; 5-軌道

3 結論

1)對于鋼種屈服強度不是很高，平整機工作輥長度和板帶寬度的比值較大的品種進行軋制，彎輥技術可以很好的解決板形邊部減薄問題，目前已經大量應用在公司開發的平整機組中。

2)對于寬機組平整軋制，彎輥力對平整寬帶鋼時影響非常顯著，而對窄帶鋼的影響作用不是很明顯，需要配合竄輥來改善。竄輥配合彎輥對寬機組平整機平整軋制較窄帶鋼對板形曲線的影響明顯， 隨著竄輥量的增大對板帶邊部減薄明顯減少，所以從改善板形而言，對于帶鋼寬度變化范圍較大的寬機組平整軋制，需要彎輥+竄輥來增強板形控制能力。移動量300mm和400mm都能對輥縫曲線作出適當改善，但均不能獲得較理想曲線，移動量400mm輥縫曲線傾斜嚴重，且移動量太大對設備結構不利。

表1 帶有彎竄功能的平整機應用效果對比表

3)通過表1對比得知，利用竄輥技術，不但能夠消除板寬以外的軋輥間有害部分，調節橫向厚度差，進而控制鋼板的邊部減薄、改善板形，同時還有利于改善軋輥磨損，提高軋輥壽命。

[1]李曉燕，張杰，陳先霖等.冷軋平整機板形問題的特點及對策[J].鋼鐵,2003,Vol.38(12)：26-33.

[2]連家創，劉宏民.板厚板形控制[M].北京：兵器工業出版社，1995:63-70.

[3]許煥賓，張杰，李洪波等.變接觸軋制技術在超寬熱軋平整機上的應用[J].第七屆中國鋼鐵年會論文集,2009：3-15.

[4]何安瑞.寬帶鋼熱連軋機組輥形的研究[D].北京科技大學博士學位論文,2000.3.

[5]李學通，吳志賀，杜鳳山等.四輥平整機軋制過程輥系變形有限元分析[J].塑性工程學報,2008,Vol.15(2)：126-130.

Bending and Channeling Roll Structure Analysis of 4 High Temper Mill for High-Strength Steel

Zhang Gengyu Xiong Jiancheng Wang Yong

(CISDI Engineering Co., Ltd, Chongqing 401122)

Study was shown, the plate width is smaller, the harmful contact area is the longer between work roll, the bending force needed greater to improve the flatness. For the high-strength ribbon steels, simply by bending roll has been unable to get a good flatness, and the integrated using the mechanism of channeling roll and bending roll can best overcome the problem of the thickness reduce for the edge of ribbon steel and other issues, such as can even wear of the roll and extend roll life, the application effect was the best good.

Temper mill Bending roll Channeling roll Flatness High-strength steel

張賡郁，男，1981年出生，2006年畢業于西安交通大學機械工程及自動化專業，碩士，工程師，現主要從事平整機組的設計開發工作

TG333.2

A

10.3969/j.issn.1001-1269.2015.02.004

2015-01-13)