一种连续变凸度工作辊及利用其进行的板形控制方法.pdf

本发明提供了一种板带材轧制用连续变凸度工作辊及利用该工作辊进行的板形控制方法。其特点是该工作辊为能够使空载辊缝凸度的调节能力与板宽成近似线性关系及与轧辊的窜移量成线性关系的辊形；板形控制方法为通过驱动装置对由上下支持辊和上下工作辊组成的四辊机构进行控制，该工作辊为能够使空载辊缝凸度的调节能力与板宽成近似线性关系及与轧辊的窜移量成线性关系的辊形。本发明与现有连续变凸度辊形技术相比，一方面相对削弱了轧制宽料时的控制能力，另一方面又相对提高了轧制窄料时的控制能力，既满足了宽料调控能力的要求，又兼顾了窄料调控能力的不足，从而大大增强了轧机的整体板形控制能力。

1.  一种板带材轧制用的连续变凸度工作辊，其特征在于工作辊为能够使空载辊缝凸度的调节能力与板宽成近似线性关系及与轧辊的窜移量成线性关系的辊形。

2.  根据权利要求1所述的一种连续变凸度工作辊，其特征在于工作辊辊形的曲线方程为：
       f(x)＝D+QΔD[P(x-δ₀)k+(x-δ₀)³]
其中系数k：k＝wδ₀(L+m)Sin(π/L)x
x：辊身坐标(单位：mm)
w：w＝se^-2
s：常数，取值范围为-0.1～1.0
m：常数，取值范围为100mm～2000mm
Q：Q＝ae^-3，a＝0.1～1.0
P：P＝be^-2，b＝-10～10
L：工作辊辊身长(单位：mm)
D：工作辊辊径(单位：mm)
δ₀：初始辊位移量(单位：mm)
ΔD：辊径差(单位：mm)
e：轧辊极大直径与极小直径距离之半(单位：mm)。

3.  一种利用权利要求1所述的连续变凸度工作辊进行的板形控制方法，主要通过驱动装置对由上下支持辊和上下工作辊组成的四辊机构进行控制，其特征在于工作辊为能够使空载辊缝凸度的调节能力与板宽成近似线性关系及与轧辊的窜移量成线性关系的辊形。

4.  根据权利要求3所述的板形控制方法，其特征在于工作辊辊形的曲线方程为：
     f(x)＝D+QΔD[P(x-δ₀)k+(x-δ₀)³]
其中系数k：k＝wδ₀(L+m)Sin(π/L)x
x：辊身坐标(单位：mm)
w：w＝se^-2
s：常数，取值范围为-0.1～1.0
m：常数，取值范围为100mm～2000mm
Q：Q＝ae^-3，a＝0.1～1.0
P：P＝be^-2，b＝-10～10
L：工作辊辊身长(单位：mm)
D：工作辊辊径(单位：mm)
δ₀：初始辊位移量(单位：mm)
ΔD：辊径差(单位：mm)
e：轧辊极大直径与极小直径距离之半(单位：mm)。

一种连续变凸度工作辊及利用其进行的板形控制方法
所属领域
本发明涉及一种板带材轧制用工作辊及利用该工作辊进行生产的控制方法，尤其是一种板带材轧制用连续变凸度工作辊及利用该工作辊进行的板形控制方法。
背景技术
连续变凸度辊形技术CVC(Continuous Variable Crown)最早是由德国西马克公司开发的标志性板形控制技术，目前，在热轧和冷轧均有许多成功的应用实例。该技术主要采用四辊机构，分别为上下支持辊和上下工作辊，其中工作辊的连续变凸度辊形曲线方程如下：
辊型曲线方程 f ( x ) = D + ΔD 4 e 3 [ - 3 e 2 ( x - δ 0 ) + ( x - δ 0 ) 3 ] ]]>
由上式，通过C_w＝2*{f(0)-[f(B/2)+f(-B/2)]/2}，可以得到板形控制特性如下：
板形控制特性 Cw = - 3 ΔD 4 e 3 ( B / 2 ) 2 ( δ 0 + δ ) ]]>
式中
D：轧辊名义直径
e：轧辊极大直径与极小直径距离之半
ΔD：极大直径与极小直径之差
δ₀：初始轧辊窜移量
Cw：空载辊缝二次凸度
B：带钢宽度
δ：轧辊窜移量
板形控制是通过驱动装置对四辊机构的控制来实现的，主要作用参数为弯辊力和工作辊轴向窜移。其中：1)弯辊力主要采用液压缸控制，绝大部分作用于上下工作辊之间(表示为BEND2)，除此之外，有些轧机在支持辊与工作辊之间还增加有弯辊力(表示为BEND1)。通过弯辊力作用可以使工作辊产生弯曲变形，如弯辊力BEND2可以使工作辊产生正向弯曲变形，使带钢凸度变小；弯辊力BEND1可以使工作辊产生负向弯曲变形，使带钢凸度变大。2)工作辊轴向窜移量SHIFT同样由液压缸控制，分别作用于上下工作辊的两端，通过改变工作辊轴向窜移量SHIFT的大小及方向可以改变空载辊缝形状及大小，从而控制带钢凸度。如工作辊轴向窜移量为正时空载辊缝变小或变负，可以使带钢凸度变小或变负；工作辊轴向窜移量为负时空载辊缝变大或变正，可以使带钢凸度变大或变正。
如果给定工作辊辊身长度L、工作辊辊径D、极大直径和极小直径之差ΔD、初始轧辊窜移量δ₀和轧辊极大直径与极小直径距离之半e，依据辊形曲线方程可绘出连续变凸度工作辊(CVC)曲线(如图1所示)。从辊形曲线方程、板形控制特性及图1所示的辊形形状可以看出，这种辊形的板形控制优点是：空载辊缝的凸度与轧辊的窜移量成线性关系，这种特性对于简化辊形的上机使用、实现自动控制非常有利。但是也存在较明显的缺点：空载辊缝的凸度与所轧带钢的宽度成平方关系，意味着在轧制宽的带钢，其凸度调节能力较大，而轧制窄的带钢时，凸度调节能力成平方下降，变得较小。事实上，对于宽料，由于弯辊力本身的板形调控功效很好，这样，强强叠加，导致板形控制能力富余；而轧制窄料时，弯辊力的板形调控功效不好，加之辊形的调节能力不强，使得轧机的整体板形控制能力不强。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够使空载辊缝凸度的调节与板宽成近似线性关系及与轧辊的窜移量成线性关系的连续变凸度工作辊以及利用该工作辊所进行地板形控制方法，以解决现有的连续变凸度辊形因空载辊缝的凸度与所轧带钢的宽度成平方关系原因所带来的宽料控制能力富余，窄料控制能力不强的问题，以便在满足宽料调控能力要求的同时，能够兼顾到窄料调控能力的不足。
本发明的目的是这样实现的，一种连续变凸度工作辊为能够使空载辊缝凸度的调节能力与板宽成近似线性关系及与轧辊的窜移量成线性关系的辊形。该工作辊辊形的曲线方程为：
            f(x)＝D+QΔD[P(x-δ₀)k+(x-δ₀)³]
其中系数k：k＝wδ₀(L+m)Sin(π/L)x
x：辊身坐标(单位：mm)
w：w＝se^-2
s：常数，取值范围为-0.1～1.0
m：常数，取值范围为100mm～2000mm
Q：Q＝ae^-3，a＝0.1～1.0
P：P＝be^-2，b＝-10～10
L：工作辊辊身长(单位：mm)
D：工作辊辊径(单位：mm)
δ₀：初始辊位移量(单位：mm)
ΔD：辊径差(单位：mm)
e：轧辊极大直径与极小直径距离之半(单位：mm)
本发明的一种利用上述连续变凸度工作辊所进行的板形控制方法，主要通过驱动装置对由上下支持辊和上下工作辊组成的四辊机构进行控制，其中工作辊辊形的曲线方程如下：
辊型曲线方程f(x)＝D+QΔD[P(x-δ₀)k+(x-δ₀)/³]
由上式，通过C_LVC＝2*{f(0)-[f(B/2)+f(-B/2)]/2}，可以得到板形控制特性如下：
板形控制特性C_LVC＝UΔD(δ+δ₀)B(L+m-B)
其中系数k：k＝wδ₀(L+m)Sin(π/L)x
x：辊身坐标(单位：mm)
w：w＝se^-2
s：常数，取值范围为-0.1～1.0
m：常数，取值范围为100mm～2000mm
Q：Q＝ae^-3，a＝0.1～1.0
P：P＝be^-2，b＝-10～10
L：工作辊辊身长(单位：mm)
D：工作辊辊径(单位：mm)
δ₀：初始辊位移量(单位：mm)
ΔD：辊径差(单位：mm)
C_LVC：空载辊缝凸度
U：U＝te^-3，t＝-0.01～10
e：轧辊极大直径与极小直径距离之半(单位：mm)
δ：工作辊实际窜辊量(单位：mm)
B：所轧板宽(单位：mm)
即带钢空载辊缝凸度的调节能力与板宽成近似线性关系及与轧辊的窜移量成线性关系。
由于本发明在完全消化现有工作辊的连续变凸度辊形技术的基础上，开发出了一种新的连续变凸度工作辊辊形，并且在使用该工作辊进行带钢轧制时，其空载辊缝凸度的调节与板宽成近似线性关系(即在现有技术的空载辊缝凸度与板宽成平方关系的基础上增加了一次项)及与轧辊的窜移量成线性关系。这就意味着在不改变弯辊力的调控能力的前提下，轧制宽的带钢时，其凸度调节能力呈近似线性上升，增加比较平缓，而轧制窄的带钢时，凸度调节能力呈近似线性下降，减小也比较平缓。与现有连续变凸度辊形技术相比，一方面相对削弱了轧制宽料时的控制能力，另一方面又相对提高了轧制窄料时的控制能力，既满足了宽料调控能力的要求，又弥补了窄料调控能力的不足，充分发挥了该辊形的凸度调节能力，提高了板形调节效率，从而大大增强了轧机的整体板形控制能力。
附图说明
图1为现有技术的连续变凸度(CVC)工作辊的辊形曲线；
图2为本发明连续变凸度工作辊的辊形曲线；
图3为利用本发明连续变凸度工作辊进行板形控制的原理图；
图4为本发明与现有技术(CVC)相比较的空载辊缝凸度调节范围与带钢宽度变化的关系曲线。
具体实施方式
一种连续变凸度工作辊为能够使空载辊缝凸度的调节能力与板宽成近似线性关系及与轧辊的窜移量成线性关系的辊形。该工作辊辊形的曲线方程为：
          f(x)＝D+QΔD[P(x-δ₀)k+(x-δ₀)³]
其中系数k：k＝wδ₀(L+m)Sin(π/L)x
x：辊身坐标(单位：mm)
w：w＝se^-2
s：常数，取值范围为-0.1～1.0
m：常数，取值范围为100mm～2000mm
Q：Q＝ae^-3，a＝0.1～1.0
P：P＝be^-2，b＝-10～10
L：工作辊辊身长(单位：mm)
D：工作辊辊径(单位：mm)
δ₀：初始辊位移量(单位：mm)
ΔD：辊径差(单位：mm)
e：轧辊极大直径与极小直径距离之半(单位：mm)
如图2所示，如果给定工作辊辊身长L、工作辊辊径D、辊径差ΔD、轧辊极大直径与极小直径距离之半e、初始辊位移量δ₀，依据该曲线方程便可绘出连续变凸度工作辊的辊形曲线。
如图3所示，本发明的一种利用连续变凸度工作辊所进行的板形控制方法，主要通过驱动装置对由上下支持辊和上下工作辊组成的四辊机构进行控制，其工作辊辊形的曲线方程如下：
辊型曲线方程f(x)＝D+QΔD[P(x-δ₀)k+(x-δ₀)³]
由上式，通过C_LVC＝2*{f(0)-[f(B/2)+f(-B/2)]/2}，可以得到板形控制特性如下：
板形控制特性C_LVC＝UΔD(δ+δ₀)B(L+m-B)
其中系数k：k＝wδ₀(L+m)Sin(π/L)x
x：辊身坐标(单位：mm)
w：w＝se^-2
s：常数，取值范围为-0.1～1.0
m：常数，取值范围为100mm～2000mm
Q：Q＝ae^-3，a＝0.1～1.0
P：P＝be^-2，b＝-10～10
L：工作辊辊身长(单位：mm)
D：工作辊辊径(单位：mm)
δ₀：初始辊位移量(单位：mm)
ΔD：辊径差(单位：mm)
C_LVC：空载辊缝凸度
U：U＝te^-3，t＝-0.01～10
e：轧辊极大直径与极小直径距离之半(单位：mm)
δ：工作辊实际窜辊量(单位：mm)
B：所轧板宽(单位：mm)
即带钢空载辊缝凸度的调节能力与板宽成近似线性关系及与轧辊的窜移量成线性关系。
如图4所示，当取设计参数：L＝2000mm，D＝700mm，ΔD＝0.8mm，δ＝100mm，δ₀＝0，所轧板宽B＝900～1550mm时，依据本发明的板形控制特性方程C_LVC＝UΔD(δ+δ₀)B(L+m-B)和现有技术的板形控制特性方程 Cw = - 3 ΔD 4 e 3 ( B / 2 ) 2 ( δ 0 + δ ) ]]>分别绘出本发明的线性连续变凸度LVC(Liner VariableCrown)工作辊和现有技术的连续变凸度CVC(Continuous Variable Crown)工作辊的空载辊缝凸度调节范围，横坐标x为板宽(单位：m)，纵坐标表示空载辊缝凸度调节范围(单位：mm)。其中，函数曲线u(x)表示LVC的空载辊缝凸度调节范围(单位：mm)；函数曲线z(x)表示CVC空载辊缝凸度调节范围(单位：mm)。由图4可见，在板宽由窄变宽时，LVC工作辊的辊缝凸度调节范围成近似线性；现有的CVC连续变凸度工作辊的辊缝凸度调节范围变化很大，基本是一条抛物线。