CN113732066A - 适用于核电锆合金板带轧制的支持辊及辊形加工方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种适用于核电锆合金板带轧制的支持辊及辊形加工方法，支持辊的接触段(10)的直径沿支持辊的轴向自所述接触段(10)的中心向两端逐渐减小，所述接触段(10)包括：主体长度段(1)；两个变接触段(2)，分别与所述主体长度段(1)的两端连接；结构锥度段(3)；所述变接触段(2)至少包括第一变接触段(21)和第二变接触段(22)，所述第一变接触段(21)相对所述第二变接触段(22)距离所述主体长度段(1)更近，所述第一变接触段(1)的直径变化率大于所述主体长度段(1)的直径变化率，小于所述第二变接触段(22)的直径变化率。本申请能够应对超多轧制道次下使用单一变接触段时造成的辊间接触压力过大的问题。

Description

适用于核电锆合金板带轧制的支持辊及辊形加工方法

技术领域

本申请涉及板带轧制技术领域，特别涉及一种适用于核电锆合金板带轧制的支持辊及支持辊的辊形加工方法。

背景技术

核电锆合金板带的板形质量作为关键质量指标之一，其板形质量提高对于核电锆合金板带自主可控制造具有重要意义。目前，核电锆合金板带的轧制，通常采用一套轧机多套辊系实现多轧程多宽度超多道次(数十个道次)轧制，而且，常规辊形辊系配置方案下工作辊与支持辊完全接触，有害接触线大，导致工作辊发生严重挠曲变形，影响不同轧制宽度核电锆合金板带的板形质量，造成核电锆合金板带复杂轧制过程中板形调控能力不足和板形实物质量缺陷问题。

发明内容

本申请的实施例提供一种适用于核电锆合金板带轧制的支持辊及辊形加工方法，能够应对超多轧制道次下使用单一变接触段时造成的辊间接触压力过大的问题，保证轧制过程中板形质量。

本申请实施例的第一方面提供了一种适用于核电锆合金板带轧制的支持辊，支持辊的接触段的直径沿支持辊的轴向自所述接触段的中心向两端逐渐减小，所述接触段包括：主体长度段；两个变接触段，分别与所述主体长度段的两端连接；所述变接触段至少包括第一变接触段和第二变接触段，所述第一变接触段相对所述第二变接触段距离所述主体长度段更近，所述第一变接触段的直径变化率大于所述主体长度段的直径变化率，小于所述第二变接触段的直径变化率。

在一些实施例中，所述接触段还包括：两个结构锥度段，分别连接所述第二变接触段，所述结构锥度段的直径变化率大于所述第二变接触段的直径变化率。

在一些实施例中，所述接触段关于所述接触段的中心面对称，所述中心面为过所述接触段中心并垂直于所述接触段轴线的面，所述主体长度段、第一变接触段、第二变接触段和结构锥度段的母线均为以所述接触段的母线与所述中心面的交点为坐标原点的余弦函数曲线。

在一些实施例中，所述主体长度段的母线的余弦函数曲线为：

式中，x表示在X轴上的坐标，L表示接触段的轴向长度，单位均为mm；k表示支持辊辊形常规调节系数，取值范围为0～656.58mm；θ表示支持辊辊形形状常规调节角，取值范围为0～90°。

在一些实施例中，两个所述第一变接触段的母线的余弦函数曲线分别为：

式中，x表示在X轴上的坐标，单位为mm；L₁表示接触段单侧的第一变接触段、第二变接触段和结构锥度段总长度，取值范围为为

k₁表示支持辊辊形第一调节系数，取值范围为0.01～9848.67mm；θ₁表示支持辊辊形形状第一调节角，取值范围为0～90°。

在一些实施例中，两个所述第二变接触段的母线的余弦函数曲线分别为：

式中，x表示在X轴上的坐标，单位为mm；L₂表示接触段单侧的第一变接触段和结构锥度段总长度，取值范围为

k₂表示支持辊辊形第二调节系数，0.01～9848.67mm；θ₂表示支持辊辊形形状第二调节角，取值范围为0～90°。

在一些实施例中，两个所述结构锥度段的母线的余弦函数曲线分别为：

式中，x表示在X轴上的坐标，单位为mm；L₃表示接触段单侧的结构锥度段长度，取值范围为

k₃表示支持辊辊形第三调节系数，取值范围为0.5～9848.67mm；θ₃表示支持辊辊形形状第三调节角，取值范围为0～90°。

在一些实施例中，所述变接触段还包括第三变接触段，所述第三变接触段相对所述第二变接触段距离所述主体长度段更远，所述第三变接触段的直径变化率大于所述第二变接触段的直径变化率。

在一些实施例中，所述接触段还包括：两个结构锥度段，分别连接所述第三变接触段，所述结构锥度段的直径变化率大于所述第三变接触段的直径变化率。

本申请实施例的第二方面提供了一种适用于核电锆合金板带轧制的支持辊辊形加工方法，包括：

S1、提供原始辊；

S2、加工所述原始辊，得到前述实施例所述的支持辊；

S3、加工步骤S2得到的所述的支持辊，得到前述实施例所述的支持辊；

S4、加工步骤S3得到的所述的支持辊，得到前述实施例所述的支持辊；

S5、加工步骤S4得到的所述的支持辊，得到前述实施例所述的支持辊。

本申请的上述技术实施例具有如下有益的技术效果：

本申请支持辊辊形包括主体长度段、第一变接触段、第二变接触段和结构锥度段，在轧制宽度较窄板带时，第一变接触段发挥变接触功能，结合轧制力使辊间接触线长度与轧制宽度自适应，减少有害接触线长度和工作辊有害挠曲变形；在轧制宽度较宽板带或轧件宽度增加时，第一变接触段作为“圆弧”过渡，第二变接触段代替第一变接触段发挥变接触功能，以应对超多轧制道次下使用单一变接触段时造成的辊间接触压力过大的问题，保证轧制过程中板形质量。

名词解释：

直径变化率，指沿支持辊接触段轴向单位长度的直径变化量与单位长度的比值。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的支持辊接触面的曲线示意图；

图2是本申请实施例提供的支持辊接触面的多次余弦函数磨削示意图；

图3是本申请实施例提供的不同辊形参数的支持辊辊形曲线示意图；

图4是本申请实施例提供的支持辊与常规平辊的辊缝刚度对比示意图；

图5是本申请实施例提供的支持辊与常规平辊的弯辊调控对比示意图。

图中，10、接触段；1、主体长度段；2、变接触段；21、第一变接触段；22、第二变接触段；3、结构锥度段。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本申请进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本申请的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本申请的概念。

申请人在研究过程中发现，在板带轧制技术领域，常规辊形辊系配置方案下工作辊与支持辊完全接触，有害接触线大，导致工作辊发生严重挠曲变形，影响板形质量。这是由于工作辊与支持辊之间的接触线都存在着超出轧制宽度(带钢宽度)以外的部分,这一悬臂段的存在是造成工作辊过度挠曲及轧制力波动引起辊缝凸度不稳定的主要原因,因而这一悬臂段被称为“有害接触线”。为了减小或消除有害接触线、提高弯辊调控功效的作用，研究人员提出了变接触支持辊，现有的变接触支持辊的辊形曲线中包括一段变接触段，当用于固定宽度的轧件时，该变接触段能够减小有害接触线、提高弯辊调控功效，但是，在一套轧机适应多轧程与超多轧制道次下不同宽度的板带时，有害接触线长度也会发生变化，单一变接触段无法保证辊间有害接触线长度与轧制宽度自适应，从而在应对不同宽度的板带时导致工作辊和支持辊之间接触压力过大，影响板形质量。

基于上述原因，本实施例提供一种适用于核电锆合金板带轧制的支持辊，如图1所示，支持辊的接触段10的直径沿支持辊的轴向自所述接触段10的中心向两端逐渐减小，所述接触段10包括：主体长度段1；两个变接触段2，分别与所述主体长度段1的两端连接；所述变接触段2至少包括第一变接触段21和第二变接触段22，所述第一变接触段21相对所述第二变接触段22距离所述主体长度段1更近，所述第一变接触段21的直径变化率大于所述主体长度段1的直径变化率，小于所述第二变接触段22的直径变化率。

本实施例中，支持辊的接触面包括主体长度段1、第一变接触段21、第二变接触段22和结构锥度段3，在轧制窄板带时，第一变接触段21发挥变接触功能，结合轧制力使辊间接触线长度与轧制宽度自适应，减少有害接触线长度和工作辊有害挠曲变形；在轧制宽板带材或轧件宽度增加时，第一变接触段21作为“圆弧”过渡，第二变接触段22代替第一变接触段21发挥变接触功能，以应对超多轧制道次下使用单一变接触段时造成的辊间接触压力过大的问题，保证轧制过程中板形质量。

进一步地，所述接触段10还包括：两个结构锥度段3，分别连接所述第二变接触段22，所述结构锥度段3的直径变化率大于所述第二变接触段22的直径变化率。

在一些实施例中，所述接触段10关于所述接触段10的中心面对称，所述中心面为过所述接触段10中心并垂直于所述接触段10轴线的面，所述主体长度段1、第一变接触段21、第二变接触段22和结构锥度段3的母线均为以所述接触段10的母线与所述中心面的交点为坐标原点的余弦函数曲线。其中：

所述主体长度段的母线的余弦函数曲线为：

式中，x表示在X轴上的坐标，L表示接触段的轴向长度，单位均为mm；k表示支持辊辊形常规调节系数，取值范围为0～656.58mm；θ表示支持辊辊形形状常规调节角，取值范围为0～90°。

两个所述第一变接触段的母线的余弦函数曲线分别为：

式中，x表示在X轴上的坐标，单位为mm；L₁表示接触段单侧的第一变接触段、第二变接触段和结构锥度段总长度，取值范围为为

k₁表示支持辊辊形第一调节系数，取值范围为0.01～9848.67mm；θ₁表示支持辊辊形形状第一调节角，取值范围为0～90°。

两个所述第二变接触段的母线的余弦函数曲线分别为：

式中，x表示在X轴上的坐标，单位为mm；L₂表示接触段单侧的第一变接触段和结构锥度段总长度，取值范围为

k₂表示支持辊辊形第二调节系数，0.01～9848.67mm；θ₂表示支持辊辊形形状第二调节角，取值范围为0～90°。

两个所述结构锥度段的母线的余弦函数曲线分别为：

式中，x表示在X轴上的坐标，单位为mm；L₃表示接触段单侧的结构锥度段长度，取值范围为

k₃表示支持辊辊形第三调节系数，取值范围为0.5～9848.67mm；θ₃表示支持辊辊形形状第三调节角，取值范围为0～90°。

在一些实施例中，所述变接触段10还包括第三变接触段，所述第三变接触段相对所述第二变接触段22距离所述主体长度段1更远，所述第三变接触段的直径变化率大于所述第二变接触段22的直径变化率。

本实施例中，在前述实施例两个变接触段的基础上新增了第三变接触段，基于不同变接触段对辊间接触线长度与轧制宽度自适应能力，第三变接触段能够在轧制宽板带材或轧件宽度增加时，代替第二变接触段22发挥变接触功能。

进一步地，所述接触段10还包括：两个结构锥度段3，分别连接所述第三变接触段，所述结构锥度段3的直径变化率大于所述第三变接触段的直径变化率。

本申请实施例的第二方面提供了一种适用于核电锆合金板带轧制的支持辊辊形加工方法，包括：

S1、提供原始辊；

S2、加工所述原始辊，得到前述实施例所述的支持辊，支持辊上形成有主体长度段1；

S3、加工步骤S2得到的所述的支持辊，得到前述实施例所述的支持辊，支持辊上形成有第一变接触段21；

S4、加工步骤S3得到的所述的支持辊，得到前述实施例所述的支持辊，支持辊上形成有第二变接触段22。

S5、加工步骤S4得到的所述的支持辊，得到前述实施例所述的支持辊，支持辊上形成有结构锥度段3。

在其他实施例中，可以加工所述原始辊并在所述原始辊上同时形成所述主体长度段1、第一变接触段21、第二变接触段22和结构锥度段3，还可以以其他顺序形成所述主体长度段1、第一变接触段21、第二变接触段22和结构锥度段3。

下面，以核电锆合金板带材750mm单机架可逆轧机机组为例对本实施例方案进行说明。

支持辊的主体长度段对称于辊身中点。当θ＝0°时，辊形为平辊，此时系数k的选择已失去意义；当1°≤θ≤90°时，辊身曲线中部为凸度辊。在θ确定的情况下，可通过系数k调整曲线凸度值C，他们之间的关系为：

当θ＝90°时，由曲线凸度C∈[0mm，0.1mm]，得出k∈[0，0.1]；当θ＝1°时，由曲线凸度C∈[0mm，0.1mm]，得出k∈[0，656.58]。

第一变接触段为关于辊身中点对称的两段曲线，在轧制窄轧件时具有变接触的调控功效，轧制宽轧件时，充当“圆弧”作用，降低辊间接触压力不均匀程度。当θ₁＝0°时，变接触段为平辊；当1°≤θ₁≤90°时，变接触段为曲线，并可通过调整θ₁的大小，调整曲线的形状。在θ₁确定后，通过系数k₁调整曲线深度h₁，它们之间的关系为：

当θ₁＝90°时，由曲线深度h₁∈[0.01mm，1.5mm]，得出k₁∈[0.01，1.5]；当θ₁＝1°时，由曲线深度h₁∈[0.01mm，1.5mm]，得出k₁∈[65.66，9848.67]。

第二变接触段同样为关于辊身中点对称的两段曲线，在轧制宽轧件时充当变接触段。当θ₂＝0°时，第二变接触段为平辊；当1°≤θ₃≤90°时，第二变接触段为曲线，并可通过调整θ₂的大小，调整第二变接触段形状。在θ₂确定后，通过系数k₂调整第二变接触段深度h₂，它们之间的关系为：

当θ₂＝90°时，由曲线深度h₂∈[0.01mm，1.5mm]，得出k₂∈[0.01，1.5]；当θ₂＝1°时，由曲线深度h₂∈[0.01mm，1.5mm]，得出k₂∈[65.66，9848.67]。

结构锥度段同样为关于辊身中点对称的两段曲线，在轧制宽轧件时充当结构锥度段。当θ₃＝0°时，结构锥度段为平辊；当1°≤≤90°时，结构锥度段为曲线，并可通过调整θ₃的大小，调整结构锥度段的形状。在θ₃确定后，通过系数θ₃调整结构锥度段深度h₃，它们之间的关系为：

当θ₃＝90°时，由结构锥度段深度h₃∈[0.5mm，1.5mm]，得出k₃∈[0.5，1.5]；当θ₃＝1°时，由结构锥度段深度h₃∈[0.5mm，1.5mm]，得出k₃∈[3282.89，9848.67]。

实施例1:

通过表1选择的核电锆合金的支持辊辊形系数设计出辊形曲线1，如图3所示，可以看出，当所有辊形形状角取0°时，辊形即为常规平辊。

表1支持辊辊形曲线1对应的系数

实施例2:

通过表2选择的核电锆合金的支持辊辊形系数设计出辊形曲线2，如图3所示，可以看出，支持辊辊形具有变接触特性，最大辊径差在0.22mm左右，一般适用于多轧制道次单机架可逆轧机轧制力较小的情形。

表2支持辊辊形曲线2对应的系数

实施例3:

通过表3选择的核电锆合金的支持辊辊形系数设计出辊形曲线3，如图3所示，可以看出，支持辊辊形具有变接触特性，最大辊径差在0.91mm左右，一般适用于多轧制道次单机架可逆轧机后续道次的场合。

表3支持辊辊形曲线3对应的系数

实施例4:

通过表4选择的核电锆合金的支持辊辊形系数设计出辊形曲线4，如图3所示，可以看出，支持辊辊形具有变接触特性，最大辊径差在1.3mm左右，一般适用于多轧制道次单机架可逆轧机前道次的场合。

表4支持辊辊形曲线4对应的系数

实施例5:

通过表5选择的核电锆合金的支持辊辊形系数设计出辊形曲线5，如图3所示，可以看出，支持辊辊形具有明显的变接触特性，辊形曲线变接触段和倒角段深度均较大，最大辊径差达到2.8mm左右，一般适用于多轧制道次单机架可逆轧机轧制力较大的场合。

表5支持辊辊形曲线5对应的系数

实施例6:

由实施例1～实施例5可以看出，当所有支持辊辊形形状角取0时，支持辊辊形即为常规平辊。当支持辊辊形形状角不为零时，支持辊辊形具有变接触特性，只是辊形形状有所不同。不同的支持辊辊形适用于不同的轧机配合不同的工作辊辊形和不同的轧制力状况，对于适用于核电锆合金板带多道次轧制的单机架可逆轧机，通过优化辊形系数(如表6)，设计的适用于核电锆合金的支持辊辊形出辊形曲线如图1所示。

表6优化支持辊辊形曲线对应的系数

如图4所示，以多轧程多道次的核电锆合金为例进行有限元仿真分析，结果表明，如表7所示，在轧制过程中横向刚度逐渐增大，但新方案下的变接触支持辊比常规平辊的横向刚度(单位辊缝凸度变化量下轧制力的变化量)均有提高，则变接触支持辊具有更强的辊缝凸度自保持能力；通过对核电锆合金板带材不同宽度下变接触支持辊与常规平辊对轧机的弯辊功效调控对比，如图5所示，当弯辊力从-100kN增大到+180kN时，变接触支持辊与常规平辊的辊缝凸度变化量分别为43.70μm和50.98μm，弯辊力调控功效提升了16.66％；通过上述分析可知，变接触支持辊辊形可适用于核电锆合金的多宽度多道次轧制，显著增强了板形调控能力，有效消除辊间有害接触线长度，减少工作辊有害挠曲变形，为核电锆合金板形质量提高具有重大意义。

表7两方案相应道次横向刚度的对比

项目	第1道次	第14道次	第27道次	第36道次	第39道次	第56道次
							Con/μm	39.31	49.70	56.22	58.97	36.71	54.13
VCR/μm	46.20	53.53	64.14	66.13	44.58	64.99
							百分比	17.55％	7.70％	14.10％	12.13％	21.44％	20.07％

应当理解的是，本申请的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本申请的原理，而不构成对本申请的限制。因此，在不偏离本申请的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。此外，本申请所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种适用于核电锆合金板带轧制的支持辊，其中，支持辊的接触段(10)的直径沿支持辊的轴向自所述接触段(10)的中心向两端逐渐减小，所述接触段(10)包括：

主体长度段(1)；

两个变接触段(2)，分别与所述主体长度段(1)的两端连接；

所述变接触段(2)至少包括第一变接触段(21)和第二变接触段(22)，所述第一变接触段(21)相对所述第二变接触段(22)距离所述主体长度段(1)更近，所述第一变接触段(21)的直径变化率大于所述主体长度段(1)的直径变化率，小于所述第二变接触段(22)的直径变化率。

2.根据权利要求1所述的支持辊，其中，所述接触段(10)还包括：

两个结构锥度段(3)，分别连接所述第二变接触段(22)，所述结构锥度段(3)的直径变化率大于所述第二变接触段(22)的直径变化率。

3.根据权利要求2所述的支持辊，其中，所述接触段(10)关于所述接触段(10)的中心面对称，所述中心面为过所述接触段(10)中心并垂直于所述接触段(10)轴线的面，所述主体长度段(1)、第一变接触段(21)、第二变接触段(22)和结构锥度段(3)的母线均为以所述接触段(10)的母线与所述中心面的交点为坐标原点的余弦函数曲线。

4.根据权利要求3所述的支持辊，其中，所述主体长度段(1)的母线的余弦函数曲线为：

式中，x表示在X轴上的坐标，L表示接触段的轴向长度，单位均为mm；k表示支持辊辊形常规调节系数，取值范围为0～656.58mm；θ表示支持辊辊形形状常规调节角，取值范围为0～90°。

5.根据权利要求4所述的支持辊，其中，两个所述第一变接触段(21)的母线的余弦函数曲线分别为：

式中，x表示在X轴上的坐标，单位为mm；L₁表示接触段单侧的第一变接触段、第二变接触段和结构锥度段总长度，取值范围为为

k₁表示支持辊辊形第一调节系数，取值范围为0.01～9848.67mm；θ₁表示支持辊辊形形状第一调节角，取值范围为0～90°。

6.根据权利要求5所述的支持辊，其中，两个所述第二变接触段(22)的母线的余弦函数曲线分别为：

式中，x表示在X轴上的坐标，单位为mm；L₂表示接触段单侧的第一变接触段和结构锥度段总长度，取值范围为

k₂表示支持辊辊形第二调节系数，0.01～9848.67mm；θ₂表示支持辊辊形形状第二调节角，取值范围为0～90°。

7.根据权利要求6所述的支持辊，其中，两个所述结构锥度段(3)的母线的余弦函数曲线分别为：

式中，x表示在X轴上的坐标，单位为mm；L₃表示接触段单侧的结构锥度段长度，取值范围为

k₃表示支持辊辊形第三调节系数，取值范围为0.5～9848.67mm；θ₃表示支持辊辊形形状第三调节角，取值范围为0～90°。

8.根据权利要求1所述的支持辊，其中，所述变接触段(10)还包括第三变接触段，所述第三变接触段相对所述第二变接触段(22)距离所述主体长度段(1)更远，所述第三变接触段的直径变化率大于所述第二变接触段(22)的直径变化率。

9.根据权利要求8所述的支持辊，其中，所述接触段还包括：

两个结构锥度段(3)，分别连接所述第三变接触段，所述结构锥度段(3)的直径变化率大于所述第三变接触段的直径变化率。

10.一种适用于核电锆合金板带轧制的支持辊辊形加工方法，其中，包括：

S1、提供原始辊；

S2、加工所述原始辊，得到如权利要求4所述的支持辊；

S3、加工步骤S2得到的所述的支持辊，得到如权利要求5所述的支持辊；

S4、加工步骤S3得到的所述的支持辊，得到如权利要求6所述的支持辊；

S5、加工步骤S4得到的所述的支持辊，得到如权利要求7所述的支持辊。

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