基于工作輥輥形優化的RCM軋機同板差控制技術

薛登峰

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司冷軋總廠，安徽馬鞍山 243000）

前言

六輥單機架可逆軋機主要軋制硅鋼產品，板形是無取向硅鋼非常關鍵的一項質量指標，而板形控制中重要的一項內容是橫向同板差，橫向同板差控制水平的高低直接影響疊片的沖壓效率及轉子、定子的磁性能，對電機的電流損耗、工作效率等使用性能提高有重大影響。隨著高效節能產品需求以及電機產品高效化的發展趨勢，對硅鋼橫向同板差控制水平提出了更高的要求[1]，因此，需要對六輥單機架軋機軋制鋼卷尺寸精度進行優化。

1 邊部減薄定義

邊部減薄（Edge Drop）可定義為在軋制過程中距離帶鋼邊部一定尺寸的區域內，帶鋼在厚度方向上的減少量。邊部減薄又常被稱為邊緣降、邊降等。

帶鋼橫向斷面的形狀雖然不是規則的，但均可分為以下幾個區域：中心區、邊部減薄區、驟減區（圖1）。帶鋼橫斷面被劃分為上述三個區域后，可更清晰地分析出不同因素對帶鋼橫斷面三個區域形狀的影響。一般在距邊部約5～25 mm 處區域稱為驟減區，在距邊部約25～100 mm 處為邊部減薄區，約距一側邊部的100 mm 到另一側邊部的100 mm為中心區。

圖1 帶鋼橫向斷面形狀分區

邊降可分為三個類型：DS側邊降、WS側邊降和平均邊降。

DS側邊降定義為：

式中:hj′——DS側邊部減薄區的厚度；

hi′——DS側驟減區的厚度；

WS側邊降定義為：

式中：hj′′——WS側邊部減薄區的厚度；

hi′′——WS側驟減區的厚度。

平均邊降定義為：

軋制帶鋼兩側邊部減薄的差異，既與熱卷楔度有關，也與軋輥的不對稱分布有關，同時因輥縫傾斜導致兩側張力偏差也可能會產生兩側邊部減薄差異。邊部減薄缺陷對硅鋼的產品質量有著極大影響，如使用邊部減薄的硅鋼帶鋼生產電機會因尺寸差異導致產品導磁性不均勻，從而降低電機的工作效能；帶有邊部減薄的冷軋板沖壓時會因尺寸差異導致材料成型性能減弱。因此，必須提高邊部減薄控制水平。

2 邊部減薄的主要影響因素

(1)由于工作輥在軋制過程中與軋件接觸時會發生彈性變形，根據受力分析，在軋件邊部區域工作輥受到壓應力遠大于中部區域，因此軋件在邊部區域產生變形更大，厚度更薄，產生了邊降，如圖2所示。

圖2 帶鋼軋制變形示意圖

(2)因為自由表面的影響，帶鋼不同區域的金屬流動規律不同。邊部金屬與內部金屬相比因其一側無側向阻力，所以邊部金屬不僅在縱向產生流動，還在橫向上發生明顯流動，使帶鋼在邊部區域內的軋制力降低，軋輥彈性變形增大，使金屬發生邊降。

(3)對于普通的軋機，在與帶鋼無接觸的區域，支撐輥和工作輥之間存在不良接觸區，使軋輥發生多余的彎曲，這也是導致軋件邊部減薄的原因。

(4)如果在生產過程中使用的原始輥形為凹輥形，則軋制中對應的輥縫為凸輥縫，邊部金屬受到較大的壓應力，導致軋件邊部厚度發生減薄。

3 邊部減薄改善措施

針對冷軋過程中帶鋼因邊部軋輥撓曲變形導致的帶鋼邊部減薄，為彌補帶鋼邊部產生邊降，采用凸度輥軋制帶鋼，設計MEVCG 工作輥輥型[2]：包含斜線段、曲線段、平直段、曲線段、斜線段，其中曲線段為輥型有效作用段。通過曲線段與帶鋼邊部接觸時，曲線部分軋輥直徑減小，帶鋼邊部受壓應力減少，邊部變形量減少，邊降現象削弱,見圖3。

如圖3所示。系數B 為常數，數值取值0.1～0.5；Hb為工作輥總錐度，Ha為工作輥有效錐度，Lb為工作輥錐度開始作用點距軋輥邊部距離，La 為工作輥有效作用長度，Lc為平直長度；其中Ha及La分別被稱為輥型凸度及輥型插入量，此兩項依據邊降效果及軋制穩定性進行調整。

圖3 輥形設計曲線

式中：M——帶鋼寬度；

S——軋輥輥身長度。

與傳統設計三角函數輥型對比，3 次函數輥型在輥型有效作用曲線段與平直段連接處切線連接（圖4），軋輥在磨削過程中砂輪過渡更加平滑，不易在連接處因輥徑變化出現刀花印等缺陷，極大降低了軋輥磨削難度且軋制過程中板形1/4 浪形減小，軋制更加平穩。

圖4 不同輥形曲線有效作業區域對比

在某臺六輥單機架軋機上應用設計輥型進行試驗，保持相同插入量，選取熱卷凸度相當，鋼種規格相同鋼卷，對比不同輥型凸度下對帶鋼邊部減薄作用的影響，見表1。

從表1可以看到，隨著輥型凸度增大，軋制帶鋼同板差控制水平提高，凸度越大，對帶鋼邊部減薄抑制作用越明顯。

表1 相同插入量不同輥型凸度軋制同板差對比

繼續保持相同輥型凸度，選取熱卷凸度相當，鋼種規格相同鋼卷，研究不同設計插入量對生產帶鋼同板差的影響，見表2。

從表2可以看到，隨著輥型插入量的增大，軋制帶鋼平均同板差控制水平先增加后基本保持不變，即插入量超出120 mm 后帶鋼軋制邊降控制水平基本相當。

表2 相同輥型凸度不同插入量軋制同板差對比

4 結論

為減少軋制邊降，分段設計三次函數輥型，同時結合軋制實際找出最優插入量及輥型有效凸度，提高帶鋼橫向同板差控制水平。對比未使用輥型軋制帶鋼，使用三次函數輥型軋制帶鋼平均同板差提高約4.5 μm，效果明顯。