彎輥力和軋制力對輥縫形狀影響分析

吳安民

(中冶京誠工程技術有限公司 北京100176)

彎輥力和軋制力對輥縫形狀影響分析

吳安民①

(中冶京誠工程技術有限公司 北京100176)

采用有限元法建立1500四輥平整機輥系變形模型，計算出彎輥力和軋制力變化對軋輥輥縫形狀的影響。結果表明，工作輥彎輥和軋制力都能對輥縫形狀有影響，工作輥彎輥對輥縫形狀成正比變化，軋制力對輥縫形狀成反比變化。

平整機 彎輥力 輥縫

1 引言

對于4輥平整機而言，其板形主要調節手段有彎輥、軋制力和壓下傾斜三種手段，三種手段的調節都能在一定程度上對板形進行有效控制，而采用有限元對平整機軋制過程的仿真也就是獲得其三種調節手段下對輥系變形和軋件變形的影響手段之一。本文以1500mm平整機為研究對象，分析了工作輥彎輥力和軋制力變化對輥縫形狀的影響，可為生產實踐提供一定的參考。

2 軋機輥系計算模型

平整機輥系包括支撐輥、工作輥。由于上、下輥系是反對稱的，所以只考慮上半部分輥系，如圖1。

上半部分輥系的彈性變形有限元模型如圖2所示，軋輥內部的網格稀疏劃分，軋輥表層及輥間接觸區域劃分的比較細。

圖1 平整機輥系的力學簡化模型

運用所建有限元模型，通過對各種軋制條件下2個板形控制手段(工作輥彎輥FW、軋制力FR)調節行為的仿真計算，得出承載輥縫形狀變化沿帶鋼寬度的分布圖，以此來表觀各控制機構板形調控功效的特性。

圖2 平整機輥系的有限元模型

3 彎輥力對輥縫形狀影響分析

為了定量分析不同彎輥力對平整機輥縫形狀的影響，平均軋制力q=2kN/mm；支撐輥直徑DB=750mm；支承輥對工作輥的平均支撐力P(x),kN/mm；工作輥直徑Dw=400mm;支撐輥和工作輥輥身長度為1500mm;帶鋼寬度B=1148mm；工作輥彎輥力FW=-200kN，0kN,200kN，結果如圖3所示。

圖3 不同彎輥力下輥縫形狀

板帶軋機的兩個工作輥之間形成了一條狹長的輥縫，輥縫的開口高度隨著輥身長度方向的輪廓變化而變化，引入函數f(x)，稱之為輥縫函數。承載輥縫形成于輥系受載荷作用時的工作輥輥形曲線，以及上下工作輥的相對位置。考慮到帶鋼截面基本上是對稱的，在一般情況下，承載輥縫可用4次多項式來表示

f(x)=a0+a2x2+a4x4，x∈[-1，+1]

(1)

式中a0，a2，a4—常數。

描述板廓或輥縫的形狀，由圖3可以看出在不同彎輥力下，在相同x范圍內計算出的a0,a2,a4不同。理論上越高次凸度反應輥縫變化越接近，為了簡化計算，本文采用二次凸度，定義二次凸度CW2，以描述承載輥縫的形狀，CW2和輥縫成正比，能夠近似反應輥縫形狀。不同彎輥力下CW2計算結果見圖4。

CW2=-(a2+a4)

(2)

圖4 不同彎輥力下輥縫凸度

從圖4中三種彎輥力下對應的承載輥縫曲線變化可以看出，當工作輥彎輥力從負彎輥力-200kN到0彎輥，再到正彎輥200kN變化時，二次凸度變化明顯，即彎輥力對板形的影響是通過軋輥軸承座施加的附加力矩，使軋輥彎曲變形實現的，其影響力對邊部較為明顯，對中部影響有限，越靠近彎輥力作用點則效果越好。由此可見，彎輥力是控制板形凸度進而調控板形的主要手段，其控制效果尤其是對邊浪板形缺陷的控制效果明顯。

4 軋制力對輥縫形狀影響分析

為了定量分析不同軋制力對平整機輥縫形狀的影響，平均軋制力q=1,2,3,4kN/mm；支撐輥直徑DB=750mm；工作輥直徑Dw=400mm; 支撐輥和工作輥輥身長度為1500mm;帶鋼寬度B=1148mm; 工作輥彎輥力FW=0kN，結果如圖5所示。

圖5 不同軋制力下輥縫形狀

從圖5軋制力對承載輥縫曲線的影響可以看出，在其他工況條件相同的情況下，在4種不同單位軋制力，q=1kN/mm，q=2kN/mm，q=3kN/mm，q=4kN/mm的軋制條件下，隨著單位板寬軋制力的增加軋縫凸度明顯趨于增大，所形成的帶鋼凸度明顯增加，這也是為什么在加大軋制力情況下常會出現帶鋼邊浪。

同樣分析可以得出一系列承載輥縫二次凸度CW2圖(見圖6)，并可以看出軋制力的改變對承載輥縫二次凸度CW2的影響關系。

圖6 不同軋制力下輥縫凸度

從圖6中四種軋制力下對應的承載輥縫曲線變化可以看出，當單位軋制力從1kN/mm到4kN/mm變化時，二次凸度變化明顯，一味增大軋制力最終會導致軋輥凸度增加，使帶鋼容易出現邊浪。

5 結論

通過以上采用有限元方法分析彎輥力和軋制力對輥縫形狀的影響，可以得出以下結論：

1)彎輥力變化與輥縫凸度變化成反比，其影響力對邊部較為明顯，對中部影響有限，越靠近彎輥力作用點則效果越好。彎輥力是控制板形凸度進而調控板形的主要手段，其控制效果尤其是對邊浪板形缺陷的控制效果明顯。

2)軋制力變化與輥縫凸度變化成正比，隨著帶鋼軋制力的增加軋縫凸度明顯趨于增大，所形成的帶鋼凸度明顯增加，軋制時帶鋼易出現邊浪。

3)為了得到好的板形，要合理選擇彎輥力和軋制力的比例關系。

4)采用有限元方法模擬軋制過程具有假設少、實用方便的優點，而且可以對軋制過程進行可視化重現，在工程中得到廣泛應用。

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Impact Analysis of the Bending and Rolling Force on the Shape of Roll Gap

Wu Anmin

(Capital Engineering & Research Incorporation Limited, Beijing 100176)

Roll deformation model of 1500mm 4-roll skin pass mill was simulated by finite element method. With this model, the effect of the bending and rolling force on the shape of roll gap was calculated. The results show that work roll bending and the rolling force both have influences on the shape of roll gap, work roll bending force has direct proportion influences on the shape of roll gap and the rolling force has inverse proportion influences on the shape of roll gap.

Skin pass mill Bending force Roll gap

吳安民，男，1979年出生，畢業于燕山大學，碩士，高級工程師，主要從事軋鋼生產線設計及研究工作

TG334.9+4

A

10.3969/j.issn.1001-1269.2015.04.010

2015-03-05)