CN102233357A - 一种新型的轧辊配辊方法 - Google Patents

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杨雁青
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Abstract

本发明揭示了一种新型的轧辊配辊方法，属于金属加工板带产品轧制技术领域。本范明根据轧制生产计划的编排确定合理的轧辊凸度，选择合适的轧辊；同时，本发明还涉及一种根据生产计划的编排确定轧辊磨削计划的计算方法。本发明可改善产品的板型质量精度，延长轧辊的使用寿命，提高经济效益。

Description

一种新型的轧辊配辊方法
技术领域
本发明属于金属加工板带产品轧制技术领域，涉及一种新型的轧辊配辊方法，尤其是根据轧制生产计划的编排确定合理的轧辊凸度，选择合适的轧辊；同时，本发明还涉及一种根据生产计划的编排确定轧辊磨削计划的计算方法。
背景技术
轧辊是轧制生产过程最为重要的设备之一。轧机的轧辊包括工作辊和支撑辊，在轧制生产时，工作辊和轧件相互接触，二者之间产生很大的作用力，二者之间的很大摩擦导致工作辊产生较大的磨损；同时，支撑辊和工作辊之间也存在很大的摩擦力，这样工作辊和支撑辊都会在生产中产生较大的磨损。轧辊的磨损直接影响到轧辊的辊型，直接影响产品的质量。
随着生产的不断进行，轧辊的磨损越来越大，尤其是对工作辊，磨损达到一定的限度后不能再继续使用，否则将会严重影响产品的质量。此时，工作辊和支撑辊要进行换辊，换下来的工作辊和支撑辊要进一步的磨削，磨削之后的工作辊和支撑辊才能再次使用。
轧辊的磨损主要影响因素包括轧制产品的品种，尺寸规格，轧制计划的编排，轧制时的温度，对于热轧产品影响因素还包括氧化铁皮等众多因素。其中，起决定性影响的因素是轧制的品种，尺寸规格。通常，在生产时，轧制生产的品种和规格是固定的，那么生产计划的编排对轧辊的磨损就起到决定性的作用。也就是说，生产同样的品种和尺寸规格的产品，轧制计划的编排不同，轧辊的磨损也不相同，从而轧辊的配辊也不相同。
轧辊的配辊就是要解决轧辊磨损与生产计划编排的矛盾问题，决定合理的轧辊磨削计划，即轧辊凸度和磨削曲线，获取更好的产品质量，尤其是改善轧件的板型质量。目前，国内生产厂的轧辊配辊基本上是按照经验制定。对于一些投产时间较长的生产企业，积累了一定的生产经验，可以按照经验进行配辊；对新投产的企业，往往需要1-2年时间的摸索过程，期间的产品质量存在一定的问题。国外工业发达国家，由于他们积累了很多丰富的生产经验和较严格的生产制度，配辊方法一般是按照经验制定。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提出了一种新的方法，建立了轧辊配辊（轧辊凸度）随生产计划改变而动态调整的模型，不需要经验数据就可以获得精确的轧辊凸度，选择合适的轧辊进行生产；也可以通过本方法，反过来根据既定的轧辊配辊制度制定生产计划。
轧辊的凸度确定受到很多方面的制约，如轧制的品种、尺寸规格、生产计划的编排、生产过程的温度、氧化铁皮、冷却与润滑等众多因素。轧辊的凸度决定了轧制时的负荷分配和弯辊力（如果有弯辊设备）的设定，直接影响产品的板型质量。针对既定的生产计划，选择合适的轧辊凸度对提高产品的质量和生产的稳定性有着非常重要的作用。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
首先根据生产计划，按照生产的产品的品种、规格尺寸以及性能要求，确定生产的轧制规程，根据轧制规程确定轧机的总轧制力和总轧制里程，根据轧制的尺寸规格获取沿轧辊宽度方向上的总轧制力和总轧制里程，然后计算沿轧辊宽度方向上各个点的磨损。对没有弯辊设备的轧机，可以计算出全部计划轧制完成时轧辊的磨损量，按照此磨损量和成品的要求确定轧辊的初始配辊凸度，选择合适的轧辊；对有弯辊设备的轧机，根据弯辊力的最大值以及轧制完成时轧辊的磨损量可以计算出轧辊的凸度值，从而获取轧辊的配辊凸度值，进而选择合适的轧辊进行本计划周期内的轧制生产。
轧制规程的确定是生产控制时的关键技术之一。轧制规程要根据生产的品种、规格尺寸以及性能要求确定。轧制规程主要的设定控制项目包括：轧制压力，轧制力矩，辊缝设定，压下量设定等，对于有弯辊设备的轧机，还需要设定弯辊力。通过各道次的压下量以及初始的规格尺寸可以计算轧制的板带材的总长度。轧制规程的计算方法可以按照简化的二次型规划方法获得，也可以通过其它计算方法获得，甚至通过经验方法获得。
轧辊的磨损计算方法是一个比较复杂的过程。一方面，轧辊的磨损和轧辊的材质有很大的关系，另一方面轧辊的磨损和轧制品种、规格、计划编排、轧制时的温度、氧化铁皮、轧制润滑等密切相关。其中有些因素是难以精确测定的，比如氧化铁皮、轧制润滑的影响等。轧辊磨损沿着辊身的宽度方向呈凹形曲线，即在轧辊辊身上沿长度方向不同的点磨损量不同。轧辊磨损的方程表示如下：
Figure 201110064955X100002DEST_PATH_IMAGE001
            (1)
其中：
B：轧件宽度；
F：轧制压力；
L：轧制里程。
针对不同的生产企业，可以按照统计的方法获得轧辊的磨损曲线，也可以按照理论修正的方法获得轧辊的磨损曲线。
   现代轧机上很多采用了液压弯辊设备，该设备对于改善轧辊磨损造成板型缺陷有很大的弥补作用。生产中，需要为弯辊设备提供弯辊力设定，其计算方法如（2）所示:
Figure 771710DEST_PATH_IMAGE002
   (2)
式（2）中：
K：系数，取0.5；
PZ：轧制力，单位kg;
△D1：上下工作辊凸度总和，等于工作辊的原始凸度
Figure 201110064955X100002DEST_PATH_IMAGE003
、热凸度
Figure 220008DEST_PATH_IMAGE004
、及磨损凸度
Figure 201110064955X100002DEST_PATH_IMAGE005
的代数和：
Figure 530904DEST_PATH_IMAGE006
 (3)
△D2：上下支撑辊凸度总和 ，等于支撑辊的原始凸度
Figure 201110064955X100002DEST_PATH_IMAGE007
、热凸度
Figure 457272DEST_PATH_IMAGE008
、及磨损凸度的代数和：
Figure 802803DEST_PATH_IMAGE010
(4)
   轧制生产过程中，支撑辊的换辊周期比较长；在工作辊的一个换辊周期内，支撑辊的凸度变化非常小，一般不超过0.1mm，且变化过程非常缓慢；因此在考虑工作辊配辊时，可以按照支撑辊的原始凸度进行计算。
   由（2）、（3）、（4）可以计算出实际的工作辊原始轧辊凸度：
    (5)
式（2）、（3）、（4）、（5）中各系数可按下列公式计算：
 
Figure 954615DEST_PATH_IMAGE014
Figure 153515DEST_PATH_IMAGE016
Figure DEST_PATH_IMAGE017
 
Figure 201110064955X100002DEST_PATH_IMAGE019
Figure 201110064955X100002DEST_PATH_IMAGE021
Figure 201110064955X100002DEST_PATH_IMAGE023
Figure 201110064955X100002DEST_PATH_IMAGE025
Figure 201110064955X100002DEST_PATH_IMAGE027
Figure 201110064955X100002DEST_PATH_IMAGE029
Figure 201110064955X100002DEST_PATH_IMAGE031
Figure 201110064955X100002DEST_PATH_IMAGE033
Figure 201110064955X100002DEST_PATH_IMAGE035
Figure 201110064955X100002DEST_PATH_IMAGE039
Figure 201110064955X100002DEST_PATH_IMAGE041
Figure DEST_PATH_IMAGE043
Figure DEST_PATH_IMAGE045
Figure DEST_PATH_IMAGE047
Figure DEST_PATH_IMAGE051
Figure DEST_PATH_IMAGE053
Figure DEST_PATH_IMAGE055
Figure DEST_PATH_IMAGE057
Figure DEST_PATH_IMAGE059
Figure DEST_PATH_IMAGE061
Figure DEST_PATH_IMAGE063
Figure DEST_PATH_IMAGE065
Figure DEST_PATH_IMAGE067
Figure DEST_PATH_IMAGE069
Figure DEST_PATH_IMAGE071
Figure DEST_PATH_IMAGE073
Figure DEST_PATH_IMAGE075
Figure DEST_PATH_IMAGE079
Figure DEST_PATH_IMAGE081
上述公式中：
b：轧件宽度，mm；
h：出口带材厚度，mm；
H：进口带材厚度，mm；
△h：带材的绝对压下量，mm；
l： 工作辊过渡中心线间距离，mm；
l1：支承辊过渡中心线距离，mm；
l2：支承辊辊颈中心线距离，mm；
L：轧辊辊身长度，mm；
R：工作辊半径，mm；
D1、D2：工作辊、支承辊的辊身直径，mm；
lc：考虑轧辊弹性压扁后的接触弧长，mm；
E1、E2：工作辊、支承辊的弹性模量，kg/mm2；
G1、G2：工作辊、支承辊的剪切模量，kg/mm2；
v1、v2 ：工作辊、支承辊材料的波桑比；
kc：截面形状系数，对于圆截面取1.11；
q′：带材单位宽度上的轧制压力，kg/mm；
PP：变形区平均单位压力，kg/mm2；
kL：强制屈服极限，kg；
ozd：由调用函数给出的变形抗力值，kg。
在（5）式中还需要计算工作辊的热膨胀。工作辊的热膨胀是指随着生产的不断进行，轧辊因受热而发生的膨胀。热膨胀有专门的模型进行计算，应用中采用下式计算轧辊热膨胀凸度值：
Figure 884711DEST_PATH_IMAGE086
      (6)
式（6）中： 
y(t):轧辊热凸度动态值；
δ:轧制节奏参数，换辊周期；
a，C:回归计算参数；
t:时间变量。
本发明的有益之处在于：无须积累长期的生产数据，就能利用轧辊辊系参数、轧制力学参数和生产计划计算出最优的配辊计划和轧辊磨削计划，改善了产品的板型质量精度,延长了轧辊的使用寿命，创造了可观的经济效益。
附图说明
图1为一种新型的轧辊配辊方法***结构示意图。
图2为轧辊辊系参数说明图。
图3为计算得到的轧辊磨削计划。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的应用实施例。
实施例一
请参阅图1，本发明在某钢厂4000mm轧机应用于生产控制的***组成示意图。主要包括以下几部分：轧制力学参数、轧辊辊系参数、生产计划模块、数据接口、轧制规程计算模块、总轧制力和轧制里程计算模块、沿宽度方向总轧制力和轧制里程计算模块、轧辊磨损计算模块、轧辊热膨胀计算模块、中间参数计算模块、轧辊凸度计算模块、轧辊配辊计划、轧辊磨削计划等。
轧机辊系参数如图2所示。工作辊辊系的尺寸和材质在该厚板厂是固定的。支撑辊一般是4周更换一次，工作辊按照工作周期，每日更换一次。支撑辊的初始凸度是固定数值，为0.5mm。
根据轧辊辊系参数、轧制力学参数、生产计划模块、轧制规程计算模块计算出每一块钢板的轧制规程表，然后计算出总的轧制压力和总的轧制里程，之后按照本轧制计划的宽度要求，计算出宽度方向各点的总轧制压力和轧制里程，根据这些数据，代入轧辊磨损计算模块，获得轧辊磨损数值，然后结合中间参数计算模块、轧辊热膨胀计算模块，根据轧辊凸度新的轧辊凸度计算方法获得轧辊配辊凸度，从而获得轧辊的配辊计划，并进一步生成轧辊的磨削计划。
图3是在根据3个生产计划计算得到的相应的轧辊磨削计划。

Claims (11)

1.一种新型的轧辊配辊方法，根据生产计划的编排确定配辊计划和轧辊磨削计划；其特征在于，所述方法包括轧制力学参数、轧辊辊系参数、生产计划模块、数据接口、轧制规程计算模块、总轧制力和轧制里程计算模块、沿宽度方向总轧制力和轧制里程计算模块、轧辊磨损计算模块、轧辊热膨胀计算模块、中间参数计算模块、轧辊凸度计算模块、轧辊配辊计划、轧辊磨削计划：
 所述轧制力学参数包括轧制必要的力学参数；
所述轧辊辊系参数包括轧辊辊系的尺寸、材质信息；
所述数据接口用于从外部获得计算配辊计划和轧辊磨削计划所需的各种数据；
所述轧制规程计算模块，用于计算单块板坯的轧制规程；
所述总轧制力和轧制里程计算模块，根据单块板坯的轧制规程，统计整个生产计划的总轧制力和轧制里程；
所述沿宽度方向总轧制力和轧制里程计算模块，根据单块板坯的轧制规程，沿轧辊宽度方向统计轧辊上各点的总轧制力和轧制里程；
所述轧辊磨损计算模块，根据沿宽度方向总轧制力和轧制里程，计算出轧辊上各点的磨损量；
所述轧辊热膨胀计算模块，根据热膨胀计算公式，计算出轧辊在不同时刻的热膨胀；
所述中间参数计算模块，用于计算各种中间参数；
所述轧辊凸度计算模块，根据轧辊的磨损、热膨胀、中间参数，计算轧辊的凸度；
所述轧辊配辊计划，根据轧辊的凸度选择适当的轧辊；
所述轧辊磨削计划，根据配辊计划所选的轧辊及轧辊的计算凸度，制定轧辊的磨削曲线。
2.根据权利要求1所述的轧辊配辊方法，其特征在于：轧制力学参数对于特定工厂是固定的。
3.根据权利要求1所述的轧辊配辊方法，其特征在于：轧辊辊系参数对于特定的轧辊，其轧辊直径在生产过程中是逐步减小的。
4.根据权利要求1所述的轧辊配辊方法，其特征在于：规程计算模块计算出的轧制规程与用于实际生产的轧制规程采用了同样的算法，保证了轧制力和轧制里程的精度。
5.根据权利要求1所述的轧辊配辊方法，其特征在于：轧辊磨损计算模块综合考虑了轧制力和轧制里程对磨损的影响，同时也考虑了不同板宽对磨损的影响。
6.根据权利要求1所述的轧辊配辊方法，其特征在于：轧辊热膨胀计算模块考虑了轧机在生产出现异常并停机时轧辊逐步冷却对热膨胀的影响。
7.根据权利要求1所述的轧辊配辊方法，其特征在于：中间参数计算模块既可以用于包含弯辊设备的轧机，也可以用于不包含弯辊设备的轧机。
8.根据权利要求1所述的轧辊配辊方法，其特征在于：轧辊凸度计算模块的计算结果是沿轧辊宽度方向的凸度曲线。
9.根据权利要求1所述的轧辊配辊方法，其特征在于：轧辊配辊计划中，会综合考虑轧辊的使用寿命和凸度要求。
10.根据权利要求1所述的轧辊配辊方法，其特征在于：轧辊磨削计划中，可根据轧辊中央位置的凸度计算磨削曲线。
11.根据权利要求1至10的任意一项所述轧辊配辊方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤A：根据轧辊辊系的设备情况建模，确定轧辊力学参数和轧辊辊系参数；
步骤B：根据生产计划和轧辊力学参数、轧辊辊系参数计算每块板坯的轧制规程；
步骤C：根据每块板坯的轧制规程统计总轧制力和轧制里程；
步骤D：根据每块板坯的宽度，统计轧辊沿宽度方向上各点的总轧制力和轧制里程；
步骤E：计算轧辊的磨损曲线；
步骤F：根据生产计划，计算轧辊的热膨胀；
步骤G：根据轧辊力学参数、轧辊辊系参数和生产计划，计算轧辊的中间参数；
步骤H：根据轧辊的磨损、热膨胀及中间参数，计算轧辊的凸度曲线；
步骤I：根据轧辊的凸度曲线选择适当的轧辊；
步骤J：为选中的轧辊制定磨削计划。
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