CN101920265B - 六辊冷轧机中间辊窜辊工艺优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于冷轧带钢生产过程中，六辊冷轧机中间辊窜辊工艺优化方法，通过对全连续冷轧动态变规格过程中间辊窜辊位置的优化设定，减少频繁窜辊，减少磨损和轴向力对轧辊及轴承等设备不良影响。在使用中间辊窜辊时，通过对不同窜辊速度条件下轧制负荷和轴向力的理论分析，建立中间辊窜辊速度模型，减少中间辊窜辊时轴向力的影响。通过上述工艺与控制优化方法，可以在提高冷轧带钢板形质量控制的基础上，减少轧辊、轴承等设备磨损，提高六辊冷轧机生产功效。

Description

六辊冷轧机中间辊窜辊工艺优化方法

技术领域

本发明涉及轧钢领域，特别适用于六辊轧机冷轧带钢生产与板形控制。

背景技术

当前，冷轧带钢生产广泛使用六辊冷轧机。六辊冷轧机最基本特征是通过中间辊窜辊方式，通过连续变凸度曲线设计，或者通过减少轧辊间有害弯矩来提高冷轧机对带钢轧制过程中板形控制的调节能力，进而提高冷轧带钢的板形质量。

事物往往具有二面性。六辊冷轧机最大优点是通过中间辊窜辊提高冷轧带钢板形控制能力。但同时，由于带钢轧制时采用前后两卷焊接后连续无头轧制，中间辊窜辊时，通过液压缸移动中间辊是在很大的轧制负荷条件下进行的。此时，轧辊受到较大的磨损与轴向力作用，将对带钢表面质量与设备寿命造成不良影响。因此，如何减少中间辊窜辊时轴向力与磨损的影响，是更好发挥六辊冷轧机带钢板形控制的前提。

为了提高六辊冷轧机板形控制效果，减少轴向力、轧辊磨损等影响机械设备安全和带钢表面质量因素，有必要对六辊冷轧机中间辊使用工作状态进行分析与优化。

发明内容

本发明的目的是提供一种六辊冷轧机中间辊窜辊工艺优化方法，针对六辊冷轧机冷轧带钢生产与板形控制的特点，通过对中间辊窜辊速度、轧制速度、轧制力与中间辊窜辊所受的轴向力的分析，采用轧钢工艺控制技术、计算机控制模型技术来确定全连续冷轧生产过程中，六辊冷轧机中间辊窜辊的工艺条件和中间辊窜辊的速度控制模型。其主要目的是减少轧辊在窜动过程中所受的轴向力，减少轧辊磨损，在提高冷轧带钢板形质量基础上，提高设备的使用寿命。

为实现上述目的，本发明的技术方案叙述如下：

全连续冷连轧生产过程中，采用前后两卷带钢焊接起来连续轧制方式。因此，前后两卷带钢的宽度可能存在一定的差异，如图1所示。如果前后两卷带钢宽度规格有较大变化，为了保证六辊冷轧机板形控制效果，需要根据带钢宽度的变化修改中间辊的窜辊量，计算模型如式1。

S_i＝(L-B)/2-Δ-δ

实际生产过程中，多数情况下，前后卷带钢的宽度规格并没有太大变化。但由于冷轧生产来料宽度，以及酸洗线切边量的差异，会造成前后卷带钢的宽度有少许变化。按照正常控制程序，则需要中间辊根据前后卷带钢这一较小的差异重新进行中间辊窜辊量的计算，并通过中间辊窜辊液压缸推动轧辊进行窜动。

而事实上，如果前后两卷带钢宽度的变化量较小，通过式1计算出来的中间辊窜辊位置的变化较小，则从板形控制效果角度分析，没有必要进行高频率的中间辊实际窜动。因为高频率的中间辊窜动会产生较大的磨损与轴向力，对轧辊表面和设备寿命带来不利的影响。

为此，确定中间辊窜辊工艺优化条件为：

B₁≠B₂        (1)

如图1所示，前后卷带钢由宽变窄时：|S₁-S₂|≥50，且B₁＞B₂      (2)

如图2所示，前后卷带钢由窄变宽时：|S₁-S₂|≥30，且B₁＜B₂      (3)

式中：S_i为中间辊横移量，单位mm；L为中间辊辊面长度，单位mm；B为带钢宽度，单位mm；Δ为带钢边部距中间辊端部的距离，Δ为25mm常数值；δ为中间辊倒角宽度；B₁为前一卷带钢宽度；B₂为后一卷带钢宽度；S₁为前一卷带钢轧制时中间辊窜辊位置；S₂为后一卷带钢轧制时中间辊窜辊位置。

中间辊窜辊只有在前后卷带钢宽度变化，并且同时满足条件(1)、(2)或(1)、(3)的前提下，通过液压缸进行中间辊窜动，否则中间辊不窜动。

如果前后卷带钢宽度及中间辊窜辊变化满足条件时，液压缸将推动中间辊进行窜动。此时，中间辊窜动速度需要进行确定。根据理论计算可知，中间辊速度大小与中间辊在窜动过程中所受的轴向阻力有密切的联系。过大的窜辊速度会产生很大的轴向力，这将对轧辊和轴承等设备造成伤害。如果窜辊速度过小，则动态变规格时间会延长，在变规格过程中，带钢的板形控制质量将受到影响。因此，确定合理的中间辊窜辊速度对带钢板形质量和轧机设备都有重要意义。

正常轧制模式下，随着中间辊横移速度的增加，横移阻力会不断增加，为了不损伤辊面，除了增大辊间的乳液润滑，还需要合理确定中间辊的横移速度。根据理论分析可知，横移阻力受轧制压力和移辊速比v_F/v_R的影响，因此可以通过分析三者之间的关系来确定横移速度。如图3所示为两组不同速比下横移阻力测试数据与计算值，当速比为定值时，横移阻力与轧制力基本成线性关系，随着速比的增大，两者线性关系的斜率也逐渐增大。图4为根据中间辊横移阻力表达式计算出来的轧制力恒定时横移阻力与速比的关系。速比较小时，横移阻力与速比近似成线性关系。

由图3、图4及相关横移阻力理论分析可知，当移辊速比较小时，横移阻力与速比近似成线性关系，而横移阻力又与轧制压力近似成线性关系，因此可以在相应的线性区间内将速比v_F/v_R作为轧制力的线性函数来设定中间辊横移速度，通过数值计算和对设备实际运行情况分析确定中间辊的横移速度模型及其适用区间，如图5所示。

当辊缝打开时，辊间压力较小，中间辊横移阻力也较小，横移速度可以不考虑轧制力因素，只设为轧辊线速度的函数，并根据轧辊线速度通过斜坡函数进行调节。穿带后，中间辊的横移速度不仅要考虑轧制速度，还要考虑轧制力的因素。当轧制力较大时，必须降低中间辊的横移速度。

在速比v_F/v_R与横移阻力对应的线性区间内，在任意二个轧制状态下，相应的速比v_F/v_R和轧制力对应的区间范围分别为[v_F1/v_R1，v_F2/v_R2]和[P₁，P₂]。在此线性区间内，横移速度设定为：

$v_F=[\frac{v_{F2}/v_{R2}-v_{F1}/v_{R1}}{P_2-P_1}\·\left({P-P}_1\right)+\frac{v_{F1}}{v_{R1}}]\·v_R$ (P₁≤P≤P₂)

式中：二个不同轧制状态下中间辊横移速度分别为v_F1，v_F2；二个不同轧制状态下中间辊旋转线速度为v_R1，v_R2；v_F1/v_R1和v_F2/v_R2分别为0.0005和0.00025，P₁，P₂分别为2000KN和10000KN。

根据冷轧机的轧制工艺和设备参数，正常轧制操作基本处于该线性区间范围内。在线性区域范围外，横移速度按照下式设定为轧制速度的函数：

$v_F=\left\{\begin{array}{cc}\frac{v_{F1}}{v_{R1}}\·v_R& (P\≤P_1)\\ \frac{v_{F2}}{v_{R2}}\·v_R& (P\≥P_2)\end{array}\right.$

当轧制力小于20KN时，认为辊缝处于打开状态，此时中间辊的横移速度设定为：

v_F＝v_R/500   (P≤P₀)

式中：P₀为辊缝打开时的轧制力，值为20KN。

附图说明

图1是冷连轧动态变规格带钢宽度变化的由宽变窄的示意图；

图2是冷连轧动态变规格带钢宽度变化的由窄变宽的示意图；

图3是横移阻力与轧制力的关系曲线；

图4是横移阻力与速比的关系曲线；

图5是中间辊横移速度模型曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

基于本专利得到的六辊冷轧机中间辊窜辊模型用于某1500冷连轧机组生产。轧机设备参数如表1：

表1 1500mm冷轧机设备参数

实施例1 前一卷带钢宽度为1020mm，后一卷带钢宽度为1000mm。根据窜辊模型式(1)可知，前一卷带钢轧制时中间辊窜辊位置为220mm，后一卷带钢轧制时中间辊窜辊位置为230mm。由中间辊窜辊条件式(2)确定，前后卷带钢变规格时中间辊不窜动。

实施例2 前一卷带钢宽度为1020，后一卷带钢宽度为900mm。根据窜辊模型式(1)可知，前一卷带钢轧制时中间辊窜辊位置为220mm，后一卷带钢轧制时中间辊窜辊位置为280mm。由中间辊窜辊条件式(2)确定，前后卷带钢变规格时中间辊窜动。

此时，若轧制力为9000KN，轧制速度为15m/s，此时根据中间辊窜辊速度计算模型式(5)可计算得到中间辊窜辊速度为4.2m/s。

此时，若轧制力为12000KN，轧制速度为15m/s，此时根据中间辊窜辊速度计算模型式(6)可计算得到中间辊窜辊速度为3.75m/s。

Claims (1)

1.六辊冷轧机中间辊窜辊工艺优化方法，其特征在于，通过建立动态变规格过程中窜辊条件及窜辊速度模型，减少轧辊在窜动过程中所受的轴向力的影响；

中间辊窜辊只有在前后卷带钢宽度变化，并且同时满足条件(1)、(2)或(1)、(3)的前提下，通过液压缸进行中间辊窜动，否则中间辊不窜动，窜辊条件表达式如下：

B₁≠B₂        (1)

|S₁-S₂|≥50，且B₁＞B₂      (2)

|S₁-S₂|≥30，且B₁＜B₂      (3)

S₁，S₂由下式计算

S_i＝(L-B)/2-Δ-δ          (4)

式中：S_i为中间辊横移量，单位mm；L为中间辊辊面长度，B为带钢宽度，单位mm；Δ为带钢边部距中间辊端部的距离，Δ为25mm常数值；δ为中间辊倒角宽度；B₁为前一卷带钢宽度；B₂为后一卷带钢宽度；S₁为前一卷带钢轧制时中间辊窜辊位置；S₂为后一卷带钢轧制时中间辊窜辊位置；

在满足六辊冷轧机中间辊窜辊条件下，建立中间辊窜辊速度控制模型；冷轧过程中，前后卷带钢焊接后进行连续轧制，六辊冷轧机中间辊横移过程中，中间辊的横移速度不仅要考虑轧制速度，还要考虑轧制力的因素；当轧制力较大时，必须降低中间辊的横移速度，否则轧辊会由于过大的轴向力而造成辊面的磨损，影响轧辊的寿命；

设中间辊横移速度为v_F，中间辊旋转线速度为v_R，在v_F/v_R与横移阻力对应的线性区间内，相应的速比v_F/v_R和轧制力对应的区间范围分别为[v_F1/v_R1，v_F2/v_R2]和[P₁，P₂]；在此线性区间内，横移速度设定为：

$v_F=[\frac{v_{F2}/v_{R2}-v_{F1}/v_{R1}}{P_2-P_1}\·\left({P-P}_1\right)+\frac{v_{F1}}{v_{R1}}]\·v_R$ (P₁≤P≤P₂)          (5)

式中：v_F1/v_R1和v_F2/v_R2分别为0.0005和0.00025，P₁，P₂分别为2000KN和10000KN；

根据冷轧机轧制工艺和设备参数，正常轧制操作基本处于该线性区间范围内，在线性区域范围外，横移速度按照下式设定为轧制速度的函数：

$v_F=\left\{\begin{array}{cc}\frac{v_{F1}}{v_{R1}}\·v_R& (P\≤P_1)\\ \frac{v_{F2}}{v_{R2}}\·v_R& (P\≥P_2)\end{array}\right.---\left(6\right)$

当轧制力小于20KN时，认为辊缝处于打开状态，此时中间辊的横移速度设定为：

v_F＝v_R/500      (P≤P₀)       (7)

式中：P₀为辊缝打开时的轧制力，值为20KN。

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