3800mm中板軋機變凸度工作輥輥形研究①

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任公司中厚板廠 遼寧營口 115005；2：北京科技大學機械工程學院 北京 100083）

1 前言

自上世紀八十年代開始，我國熱軋生產線廣泛采用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］。隨著技術水平的不斷進步，具有不同板形控制特性的變凸度工作輥輥形相繼出現，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量，精軋機除了配備壓下傾斜、工作輥彎輥技術，還配備了軸向移位變凸度板形控制技術，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控特性，發揮生產現場變凸度工作輥輥形的板形調控能力，本文將結合實際輥形函數及參數，對現場變凸度工作輥進行了深入研究與探討，為實現良好板形控制提供理論依據。

2 工作原理

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和線性函數疊加而成。

式中：R（x）—工作輥半徑輥形；

R0—基準半徑；

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小；軋輥負竄輥使得凸度變大。

圖1 軸向竄輥下的輥縫示意圖

生產現場實際輥形的各輥形參數如表1所示，代入式（1）得到輥形曲線如圖2所示。

表1 輥形參數

圖2 工作輥輥形曲線

3 控制特性分析

因現場變凸度工作輥輥形函數與CVC有所不同，其凸度控制特性也有所差異。當工作輥竄輥量為s時，上下工作輥輥形表達式分別表示為式（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。

根據輥縫示意圖1，可得到輥縫函數表達式為［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，現場變凸度輥形形成的輥縫是一個關于x=0對稱的余弦曲線。

圖3 不同竄輥位置處的輥縫形狀

利用輥縫函數表達式（4），可計算得到竄輥量為s時的輥縫二次凸度表達式［8］為

從輥縫凸度表達式可以看出，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，輥形斜率B與凸度調控特性無關。

由式（5）和式（6）分別計算竄輥范圍［－150mm，150mm］所對應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于輪廓角（0°～360°）的周期函數，且凸度比為負值。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計標準下，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］為設計標準時，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

4 凸度控制能力

以上輥縫凸度的研究均為對全輥縫的分析和計算，實際生產中，鋼板寬度小于全輥縫，將正負極限竄輥位置所對應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。可以看出當前變凸度輥形的二次凸度控制能力隨板寬近乎呈現線性變化趨勢，軋制寬度減小，凸度控制能力線性下降，在軋制寬度由3500mm變為1700mm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前變凸度輥形對于軋制2000mm以下相對窄規格鋼板時的二次和四次凸度控制能力相對較弱的現象，而且在鋼板軋制寬度范圍內，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

5 結論

（1）某3800mm生產線變凸度輥形與CVC輥形基本工作原理一致，均是通過軸向移位變凸度技術控制輥縫形狀以達到控制板形效果。

（2）現場變凸度輥形的輥縫二次凸度控制范圍為［0.4mm，－1.0mm］，輥縫負凸度控制能力相對較強。

（3）現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，在現場輥形設計參數下，輥縫四次凸度控制能力較小。

（4）軋制寬度對現場變凸度輥形的凸度控制能力影響較大，當軋制寬度由3500mm 變為1700mm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%，嚴重限制了變凸度工作輥的板形控制效果。