CN115971258B - 用于窄带钢热连轧机板形和板凸度的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于轧钢领域，尤其涉及一种用于窄带钢热连轧机板形和板凸度的控制方法。可以优化热连轧机的工作辊的辊型曲线，以提高对窄带钢的板形和板凸度的控制能力。方法的步骤包括：在窄带钢热连轧机对窄带钢热轧过程中，建立所述窄带钢热连轧机的工作辊的基态弯辊力模型。根据所述基态弯辊力模型和对应的窄带钢的规格，建立工作辊的辊型方程，并设计所述工作辊的辊型。所述工作辊对所述橡胶垫进行轧制，至少获取所述工作辊转动一周内，所述橡胶垫在两个工作辊之间轧制的轧制厚度。调整所述橡胶垫的轧制厚度，使得所述工作辊以第一弯辊力工作，获取所述工作辊在所述第一弯辊力下的形变，根据所述形变优化所述工作辊的辊型曲线。

Description

用于窄带钢热连轧机板形和板凸度的控制方法

技术领域

本发明属于轧钢领域，尤其涉及一种用于窄带钢热连轧机板形和板凸度的控制方法。

背景技术

板带材是主要的钢材产品，特别是连轧板带材作为高技术含量的钢铁产品，其产量和所占比重是衡量一个国家工业水平的重要标志。板带材的轧制过程是一个复杂的金属压力加工过程，板凸度和板形作为板带材主要的几何尺寸精度影响板带材的质量。

现有窄带钢热连轧工艺缺少对板形和板凸度的控制方法，热连轧机的工作辊间一般设置有平衡装置，但没有弯辊装置。对于热连轧机，轧件的板形和板凸度难以控制，仅能通过调节负荷分配进行板形控制，而负荷分配方法调节板形板凸度能力非常有限。

发明内容

为克服上述相关技术中的缺陷，本发明提供一种用于窄带钢热连轧机板形和板凸度的控制方法，可以优化热连轧机的工作辊的辊型曲线，以提高对窄带钢的板形和板凸度的控制能力。

为实现上述技术目的，本发明提供一种用于窄带钢热连轧机板形和板凸度的控制方法。所述的用于窄带钢热连轧机板形和板凸度的控制方法包括：获取窄带钢热连轧机的工作辊的辊型曲线。所述工作辊对橡胶垫进行轧制，至少获取所述工作辊转动一周内，所述橡胶垫在两个工作辊之间轧制的轧制厚度。调整所述橡胶垫的轧制厚度，使得所述工作辊以第一弯辊力工作，获取所述工作辊在所述第一弯辊力下的形变，根据所述形变优化所述工作辊的辊型曲线，使所述工作辊在所述第一弯辊力下对所述窄带钢热轧时，所述工作辊上的第一线条保持或趋向直线。其中，所述第一线条为：经过所述工作辊的中心线的竖直面，与所述工作辊的侧壁相交形成的多个线条中靠近所述窄带钢的线条。

优选地，所述获取窄带钢热连轧机的工作辊的辊型曲线的方法包括：在窄带钢热连轧机对窄带钢热轧过程中，建立所述窄带钢热连轧机的工作辊的基态弯辊力模型。根据所述基态弯辊力模型和对应的窄带钢的规格，建立工作辊的辊型方程，并设计所述工作辊的辊型。

优选地，所述建立所述窄带钢热连轧机的工作辊的基态弯辊力模型的方法包括：获取所述窄带钢热连轧机轧制所述窄带钢对应的弯辊力调节范围，所述弯辊力调节范围包括工作辊的最大弯辊力、工作辊的最小弯辊力和工作辊的平衡力。

所述基态弯辊力模型的公式为：

式中，F为所述窄带钢热连轧机对所述窄带钢轧制过程中，所述工作辊的基态弯辊力；为所述窄带钢热连轧机对所述窄带钢轧制过程中，所述工作辊的最大弯辊力；为所述窄带钢热连轧机对所述窄带钢轧制过程中，所述工作辊的最小弯辊力；为所述窄带钢热连轧机上工作辊的平衡力。

优选地，所述设计所述工作辊的辊型时，所述工作辊的辊型曲线满足辊型方程公式：

式中，为所述窄带钢在基态弯辊力下对应的比例凸度；为所述窄带钢的设定比例凸度；m为所述窄带钢热连轧机生产窄带钢的规格数量。

优选地，所述橡胶垫的轧制厚度与弯辊力之间的对应关系满足公式：

式中，为所述工作辊轧制所述橡胶垫时的弯辊力；为所述橡胶垫的弹性模量；为两个所述工作辊的轴承座间距；为所述橡胶垫的轧制厚度。

优选地，根据所述形变优化所述工作辊的辊型曲线的方法包括：根据所述工作辊在第一弯辊力下对所述橡胶垫的轧制厚度，获取所述工作辊在第一弯辊力下的形变。根据所述形变，调整所述工作辊在径向上的直径，使所述第一 线条保持或者趋向直线。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明利用橡胶材料的弹性特性，通过调整工作辊间的橡胶垫的轧制厚度，可以获取工作辊在轧制某一个规格的窄带钢时对应的第一弯辊力，同时也可以知道工作辊在第一弯辊力作用下产生的形变，如此可以对辊型曲线进行优化，使得轧制后的窄带钢的板形和板凸度易于控制，提高窄带钢的产品质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术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发明的一些实施例，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它的附图。

图1为本发明提供的用于窄带钢热连轧机板形和板凸度的控制方法的步骤图；

图2为本发明提供的工作辊轧制产品时的结构图；

图3为本发明提供的工作辊轧制产品时经过其中轴的数值截面图；

图4为本发明提供的一种上工作辊的结构图；

图5为本发明提供的另一种上工作辊的结构图；

图6为本发明提供的两种上工作辊变形后的结构图；

图7为本发明中图4中的A-A的截面图、图5中的B-B的截面图和图6中的C-C的截面图；

图8为本发明中图4中的D-D的截面图、图5中的E-E的截面图和图6中的F-F的截面图。

实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

以下对具体实施例进行介绍。

本发明的一些实施例提供一种用于窄带钢热连轧机板形和板凸度的控制方法。如图1所示，所述用于窄带钢热连轧机板形和板凸度的控制方法的具体步骤包括：

S1、获取窄带钢热连轧机的工作辊的辊型曲线。

S2、工作辊对橡胶垫进行轧制，至少获取工作辊转动一周内，橡胶垫在两个工作辊之间轧制的轧制厚度。

S3、调整橡胶垫的轧制厚度，使得工作辊以第一弯辊力工作，获取工作辊在第一弯辊力下的形变，根据形变优化工作辊的辊型曲线。

使所述工作辊在所述第一弯辊力下对所述窄带钢热轧时，所述工作辊上的第一线条保持或趋向直线。其中，如图3所示，所述第一线条31为：经过所述工作辊的中心线的竖直面，与所述工作辊的侧壁相交形成的多个线条中靠近所述窄带钢的线条。

示例性地，首先需要获取工作辊的基本外形，也就是工作辊的辊型曲线，以便于根据基本外形对工作辊进行优化和调整。

如图2所示，热连轧机一般包括两个工作辊：上工作辊1和下工作辊2，在热连轧机轧制过程中，上工作辊1和下工作辊2在窄带钢的反作用力下发生形变，例如一种可能的形变为，上工作辊1的中部向上凸起，下工作辊2的中部向下凸起。

为了使两个工作辊在弯辊力作用下发生形变后，对窄带钢热轧时，窄带钢的板形和板凸度在精度范围内，因此对工作辊的辊型曲线进一步优化。

为了方便优化过程中对工作辊进行调节，采用工作辊对橡胶垫轧制来模拟对窄带钢的轧制过程。以模拟工作辊轧制对应规格的窄带钢时的弯辊力，即为第一弯辊力，在该状态下，便于获取工作辊的形变，设计人员在获取工作辊在第一弯辊力下的形变后，再基于工作辊的辊型方程可以对工作辊的辊型曲线进行优化，以实现对窄带钢板形和板凸度的控制，提高窄带钢的轧制质量。

在一些实施例中，获取窄带钢热连轧机的工作辊的辊型曲线的方法包括：

S11、在窄带钢热连轧机对窄带钢热轧过程中，建立窄带钢热连轧机的工作辊的基态弯辊力模型。

S12、根据基态弯辊力模型和对应的窄带钢的规格，建立工作辊的辊型方程，并设计工作辊的辊型。

在一些实施例中，建立窄带钢热连轧机的工作辊的基态弯辊力模型的方法包括：

获取窄带钢热连轧机轧制窄带钢对应的弯辊力调节范围，弯辊力调节范围包括工作辊的最大弯辊力、工作辊的最小弯辊力和工作辊的平衡力；

基态弯辊力模型的公式为：

式中，F为窄带钢热连轧机对窄带钢轧制过程中，工作辊的基态弯辊力，为窄带钢热连轧机对窄带钢轧制过程中，工作辊的最大弯辊力；为窄带钢热连轧机对窄带钢轧制过程中，工作辊的最小弯辊力；为窄带钢热连轧机上工作辊的平衡力。

其中，工作辊的最大弯辊力是指，对于多种规格的窄带钢，该热连轧机轧制时的最大弯辊力。工作辊的最小弯辊力是指，对于多种规格的窄带钢，该热连轧机轧制时的最小弯辊力。工作辊的基态弯辊力是指：对多种规格的窄带钢，该热连轧机轧制时的弯辊力范围的一个数值；根据基态弯辊力设计辊型曲线，可以使工作辊在不同弯辊力下的形变处于允许的精度范围内，以使热连轧机轧制多种规格的窄带钢时，窄带钢的品质在可控范围内。

在一些示例中，一种型号的热连轧机可以对多种规格的窄带钢进行轧制，不同规格的窄带钢在轧制过程中，需要的轧制力不同，也就是说，工作辊的弯辊力根据轧制的窄带钢的规格不同而变化。为适应该热连轧机对多种规格的窄带钢进行轧制，建立轧制产品的基态弯辊力模型。

根据经验，建立上述基态弯辊力模型，通过基态弯辊力设计的工作辊的辊型曲线可以适应多种规格窄带钢的轧制。

示例性地，根据热连轧机对一种规格的窄带钢热轧，例如一种材质为碳素结构钢的窄带钢，厚度可以为1.8mm~7.0mm。为实现热连轧机对窄带钢的轧制，工作辊需要对待轧制的钢带施加轧制压力，使待轧制的钢带在压力作用力下形变完成轧制的过程。其中，工作辊的轧制压力的反作用力为弯辊力，对同一规格的待轧制的钢带进行轧制，热连轧机轧制的窄带钢的厚度为1.8mm，此时工作辊的弯辊力为最大弯辊力；热连轧机轧制的窄带钢的厚度为7.0mm，此时工作辊的弯辊力为最小弯辊力。在设计工作辊时，根据最大弯辊力和最小弯辊力获取基态弯辊力，通过基态弯辊力设计辊型曲线，以满足工作辊在不同弯辊力下形变后，轧制的窄带钢符合品控要求。

在一些实施例中，根据基态弯辊力模型和对应的窄带钢的规格，可以建立工作辊的辊型方程，其中，工作辊的辊型方程是指工作辊的辊型曲线的方程，例如，工作辊可以是CVC辊型，通过基态弯辊力模型和对应的窄带钢的规格，可以选择CVC辊型对应的辊型曲线的方程，如此建立工作辊基本的外形。

在一些实施例中，在采用辊型曲线的方程设计工作辊的辊型时，工作辊的辊型曲线同时满足辊型方程公式：

式中，为窄带钢在基态弯辊力下对应的的比例凸度；为窄带钢的设定比例凸度，即窄带钢要求的凸度；m为所述窄带钢热连轧机生产窄带钢的规格数量。

在一些示例中，根据现场加工数据或者实验，可以获取一种规格的窄带钢在基态弯辊力下对应的比例凸度。

为保证窄带钢的板形及板凸度的要求，在给出工作辊的辊型曲线类型的同时还需要满足辊型方程，实现工作辊外形的设计，即获取工作辊的辊型曲线。

工作辊的辊型曲线类型可以是拋物线、双曲线或圆弧线，不同类型的热连轧机具有不同的辊型曲线计算方式，属于本领域技术人员熟知的常规技术，在此不做赘述。

为了保证窄带钢的板形及板凸度的要求，以当前技术获取的辊型曲线还可以根据基态弯辊力下轧制的窄带钢的比例凸度，与该规格的窄带钢的设定比例凸度进行辊型曲线的优化。以使工作辊在弯辊力的作用下产生形变后，轧制的窄带钢的板凸度在精度要求范围内。

在一些实施例中，所述橡胶垫的轧制厚度与弯辊力之间的对应关系满足公式：

式中，为工作辊轧制所述橡胶垫时的弯辊力；为橡胶垫的弹性模量；为两个工作辊的轴承座间距；为橡胶垫的轧制厚度。

示例性地，在无外力作用下，橡胶垫可以是长条结构，横截面为长方形，横截面可以是长度为60cm~150cm，例如横截面的长度为60cm、100cm或150cm，宽度为1cm~5cm的长方形结构，例如横截面的宽度为1cm、3cm或5cm。橡胶垫的长度可以为50cm~100cm，例如橡胶垫的长度为50cm、70cm或100cm。

橡胶垫在两个工作辊之间轧制时，通过调整橡胶垫的轧制厚度，可以控制工作辊的弯辊力大小，如此可以使工作辊具有与轧制某种规格的窄带钢相同的弯辊力，其中橡胶垫的轧制厚度即为两个工作辊之间的间隙宽度，也可以体现出两个工作辊的形变幅度。

根据橡胶材料的本构关系，忽略橡胶垫沿工作辊轴向的变形，可以建立橡胶垫的变形量与弯辊力的模型公式：

式中，为橡胶垫的变形量。

经过等式变换，可以知道橡胶垫的轧制厚度满足以下公式：

在一些实施例中，如图3、图5和图6所示，其中，图3为工作辊在轧制窄带钢时产生形变的结构图，图5为上工作辊的辊型曲线优化后的结构图，图6中的实线部分为上工作辊优化前的辊型曲线发生变形的状态图，虚线部分为上工作辊优化后的辊型曲线发生变形的状态图。

其中，根据工作辊的形变幅度，对工作辊的辊型曲线进行优化，使第一线条31趋向于水平设置的直线；其中，第一线条31包括两个线条，且两个线条靠近橡胶垫。

示例性地，工作辊在轧制橡胶垫或者窄带钢时，橡胶垫或者窄带钢对工作辊的反作用力使工作辊产生形变。以工作辊为圆柱杆为例，如图4所示，图中为上工作辊1在未施加负载时的结构图。上工作辊1和下工作辊均保持水平状态。工作辊施加负载时，如图2所示，工作辊形成正弯，所谓工作辊正弯为上工作辊1的中部向上凸起，下工作辊2的中部向下凸起。

为对窄带钢轧制过程中进行补偿使得工作辊在产生形变后，两个工作辊之间的厚度在可控范围内，例如，两个工作辊之间的厚度均匀稳定，轧制后的窄带钢的板形和板凸度符合产品要求，需要对工作辊的辊型曲线进行补偿。

工作辊在第一弯辊力下产生形变，根据形变幅度，可以增大上工作辊1产生形变位置处的直径和/或增大下工作辊产生形变位置处的直径。可以理解的是，上工作辊1或下工作辊任意一个形变位置处的竖直截面的直径，与未进行补偿的工作辊对应位置处的直径之差，应小于上工作辊或下工作辊对应的形变位置处的形变幅度。且形变幅度越大，上工作辊或下工作辊对应的形变位置处的竖直截面的直径，与未进行补偿的工作辊的直径之差越大。使得第一线条在工作辊受弯辊力作用下发生形变后，趋向于水平设置的直线，也就是说，轧制窄带钢的过程中，两个工作辊之间的间隙保持相对平直，。

示例性地，对工作辊的辊型曲线进行优化，即使工作辊受弯辊力作用变形后，第一线条保持或者趋向水平，需要在第一线条为特定线条的情况下进行。也就是说，在第一弯辊力下对工作辊的辊型曲线进行补偿，具体地，工作辊在第一弯辊力发生形变，此时根据第一线条的外形对工作辊的辊型曲线补偿，使第一线条趋向于水平设置。如图7和图8所示，其中，图7中的C-C是图6中优化后的上工作辊（虚线部分）在剖面线CC位置处的截面图，图8的F-F是图6中优化后的上工作辊（虚线部分）在剖面线FF位置处的截面图。

图7中的A-A表示未进行补偿且未受到弯辊力的工作辊的截面图，B-B表示进行补偿且未受到弯辊力的工作辊的截面图，C-C表示进行补偿且受到第一弯辊力的工作辊的截面图。其中，图7中的A-A截面图、B-B截面图和C-C截面图在工作辊的轴向位置处相同，C-C截面图的下端应于A-A截面图下端基本处于同一水平线。

图8中的D-D表示未进行补偿且未受到弯辊力的工作辊的截面图，E-E表示进行补偿且未受到弯辊力的工作辊的截面图，F-F表示进行补偿且受到第一弯辊力的工作辊的截面图。其中，图8中的D-D截面图、E-E截面图和F-F截面图在工作辊的轴向位置处相同，F-F截面图的下端应于D-D截面图下端基本处于同一水平线。即辊型曲线经过补偿后的工作辊在第一弯辊力下，第一线条保持或趋向于水平，而辊型曲线经过补偿后的工作辊未收到弯辊力作用时，第一线条可以为曲线。

可以理解的是，通过对工作辊的辊型曲线的调整，可以控制工作辊在对应的弯辊力作用下形变后的第一线条的外形，使得根据需要控制窄带钢的板型或板凸度。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种用于窄带钢热连轧机板形和板凸度的控制方法，其特征在于，包括：

获取窄带钢热连轧机的工作辊的辊型曲线；

所述工作辊对橡胶垫进行轧制，至少获取所述工作辊转动一周内，所述橡胶垫在两个工作辊之间轧制的轧制厚度；

调整所述橡胶垫的轧制厚度，使得所述工作辊以第一弯辊力工作，获取所述工作辊在所述第一弯辊力下的形变，根据所述形变优化所述工作辊的辊型曲线，使所述工作辊在所述第一弯辊力下对所述窄带钢热轧时，所述工作辊上的第一线条保持或趋向直线；

其中，所述第一线条为：经过所述工作辊的中心线的竖直面，与所述工作辊的侧壁相交形成的多个线条中靠近所述窄带钢的线条；

所述橡胶垫的轧制厚度与弯辊力之间的对应关系满足公式：

；

式中，为所述工作辊轧制所述橡胶垫时的弯辊力；为所述橡胶垫的弹性模量；为两个所述工作辊的轴承座间距；为所述橡胶垫的轧制厚度；

根据所述形变优化所述工作辊的辊型曲线的方法包括：

根据所述工作辊在第一弯辊力下对所述橡胶垫的轧制厚度，获取所述工作辊在第一弯辊力下的形变；

根据所述形变，调整所述工作辊在径向上的直径，使所述第一线条保持或者趋向直线。

2.根据权利要求1所述的用于窄带钢热连轧机板形和板凸度的控制方法，其特征在于，所述获取窄带钢热连轧机的工作辊的辊型曲线的方法包括：

在窄带钢热连轧机对窄带钢热轧过程中，建立所述窄带钢热连轧机的工作辊的基态弯辊力模型；

根据所述基态弯辊力模型和对应的窄带钢的规格，建立工作辊的辊型方程，并设计所述工作辊的辊型。

3.根据权利要求2所述的用于窄带钢热连轧机板形和板凸度的控制方法，其特征在于，所述建立所述窄带钢热连轧机的工作辊的基态弯辊力模型的方法包括：

获取所述窄带钢热连轧机轧制所述窄带钢对应的弯辊力调节范围，所述弯辊力调节范围包括工作辊的最大弯辊力、工作辊的最小弯辊力和工作辊的平衡力；

所述基态弯辊力模型的公式为：

；

式中，F为所述窄带钢热连轧机对所述窄带钢轧制过程中，所述工作辊的基态弯辊力；为所述窄带钢热连轧机对所述窄带钢轧制过程中，所述工作辊的最大弯辊力；为所述窄带钢热连轧机对所述窄带钢轧制过程中，所述工作辊的最小弯辊力；为所述窄带钢热连轧机上工作辊的平衡力。

4.根据权利要求2所述的用于窄带钢热连轧机板形和板凸度的控制方法，其特征在于，所述设计所述工作辊的辊型时，所述工作辊的辊型曲线满足辊型方程公式：

；

式中，为所述窄带钢在基态弯辊力下对应的比例凸度；为所述窄带钢的设定比例凸度；m为所述窄带钢热连轧机生产窄带钢的规格数量。

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