冷連軋機的噴水冷卻參數對熱輥型影響的研究

于鳳琴，杜鳳山，張國良

(燕山大學國家冷軋板帶裝備及工藝工程技術研究中心，河北 秦皇島 066004)

0 前言

軋輥的熱凸度是影響成品帶材板形質量的重要因素之一，隨著板形控制技術的不斷發展，對影響冷軋板形控制的軋輥熱變形研究已越來越受到重視。由于，受到軋輥熱變形時間長及熱輥型影響因素多等特點，很難創建適應各種軋制條件的統一模型，熱變形計算也很難達到令人滿意的程度，準確預測冷軋過程中軋輥的熱變形便成為冷軋板形控制技術中的難點［1-2］。

研究軋制過程中軋輥熱變形的變化規律，準確預報軋輥動態熱凸度，分析軋制過程中各種因素對軋輥熱輥型的影響，不僅對板形控制有重要意義，并且為企業節能減排和提高經濟效益提供了更大的開發空間。

熱輥型反映了噴水冷卻系統對軋輥熱輥型的控制能力［3］。影響軋輥熱輥型的噴水梁參數有水流密度、水壓、水溫、噴射角度和噴射距離等。本文以某廠1 700 mm五機架冷連軋機軋制參數為計算實例，研究各參數對軋輥熱輥型的影響。

1 控制參數確定

熱輥型調控系數是反映噴水冷卻對軋輥熱輥型控制效果的一個重要參數。定義為單一變量下，各冷卻參數變化時軋輥達到穩態時軋輥表面節點徑向位移的極限值即稱之為熱輥型調控系數，可用(1)式表示

式中，ΔD(i)為噴水梁對軋輥表面第i段的熱輥型調控系數;ΔDmax(i)為軋輥第i段表面節點徑向位移極大值，mm;ΔDmin為軋輥第i段表面節點徑向位移極小值，mm。

反映噴水冷卻系統對軋輥熱輥型控制能力的重要參數之一是熱輥型控效因子，該參數直接反映了各冷卻變量對軋輥熱輥型的控制效果。在公式(1)中，各冷卻變量變化一個單位時，軋輥在達到穩態時輥身表面各節點徑向位移的變化量，即為熱輥型控效因子，表示為公式(2)

式中，EΔDi(j)為噴水梁第i個參數對輥面第j段的控效因子，mm;ΔVC(j)為第j段輥面節點徑向位移變化量，mm;δEi為噴水梁第i個參數的單位調節量。

2 軋機參數

現以某廠1700五機架冷連軋機的軋機參數為計算依據，帶材材質為CQ鋼，且只計算本軋機的前四架機架的噴水冷卻，不考慮分段冷卻對軋輥熱輥型的影響。軋制過程所涉及的軋機本體以及帶材的參數如表1所示，并以此表中的數據為基礎，通過改變不同的噴水冷卻參量數值來研究冷軋過程中噴水梁對工作輥熱輥型的控制效果。

表1 軋機及帶材參數Tab.1 Parameters of rolling mill and steel strip

參數名稱 數值軋輥軸向格距/s 0.01/m 0.025軋輥徑向格距/m 0.5×10－2計算時間間隔

根據單一變量的原則，依次得出上述參量對軋輥熱輥型的調控范圍，各個參數變化范圍及單位量如表2所示。

表2 參數變化范圍Tab.2 Ranges of parameters

3 各參數對熱輥型的影響

利用表1的軋機參數和帶材參數，采用一個單位量的方式，分別計算出水流密度、水壓、噴射距離、噴射角度和水溫對熱輥型的影響。

從圖1、2中可以看出，隨著水流密度和水壓的增加，控效因子的值在增大，說明噴水梁中水流密度和水壓控制軋輥熱膨脹的能力在增強。從圖1、2中也可看出，隨著水流密度和水壓的增加，控效因子值的增加程度越來越小，當水流密度為1 500 L/(s·m2)和水壓增加達到2 MPa時，控效因子的值幾乎不再增加，說明如果再增加水流密度和水壓，噴水梁對軋輥熱膨脹的控制效果也不會再增加了，達到了熱輥型控制的飽和程度。

由圖3、4可知，隨著噴射距離和噴射角度的增大，控效因子的值在減小，并且減小的趨勢越來越大，當噴射距離為0.35 m和噴射角度達到50°時，控效因子的值達到最小。在實際生產中根據實際工況選擇最優的噴射距離和噴射角度，達到最佳的控制效果。

圖1 水流密度ρf對熱輥型影響Fig.1 Influence of water flow density on heated roller shape

圖2 水壓P對熱輥型影響Fig.2 Influence of water pressure on heated roller shape

圖3 噴射距離ds對熱輥型影響Fig.3 Influence of spray distance on heated roller shape

圖4 噴射角度α對熱輥型影響Fig.4 Influence of spray angle on heated roller shape

圖5 水溫T對熱輥型影響Fig.5 Influence of water temperature on heated roller shape

由圖5可知，冷卻水溫度對軋輥熱膨脹的影響。冷卻水溫度越低軋輥的熱膨脹控制能力越強，隨著水溫的升高，其控制能力在減弱。當溫度變化一個單位量時，控效因子的增加是相同的，說明輥面上任一位置的控效因子為冷卻水溫度的線性函數。當冷卻水溫度較高時，軋輥邊部的控效因子出現了負值，說明冷卻水并沒有控制軋輥的膨脹，反而加強了膨脹的趨勢，這就為輥型控制帶來了新的思路。

4 結論

本文通過對某廠1 700 mm冷連軋機進行噴水冷卻系統參數分析計算，得到了噴水梁中各個參數對軋輥熱輥型的調控系數和各個參數在控制軋輥熱輥型方面的能力即控效因子，以及各個參數在控制熱輥型方面的飽和控制點和極限值。從圖1～5可以看出，噴水冷卻參數中噴射距離、噴射角度對軋輥熱輥型的影響比較大。這個結論對于軋輥的噴水冷卻控制板形方面起到指導作用，在控制熱輥型方面也有一定的實際應用價值，特別是在確定各種噴水冷卻參數的調節范圍，優化噴水效果等方面起到更好的控制軋輥熱輥型的作用。

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