辊型优化技术在宝钢冷轧平整机上的应用

1、辊型优化技术在宝钢冷轧平整机上的应用连家创王宏旭黄自友杨美顺张宝平摘要将平整机轧制力和前张应力横向分布的数学模型,与平整机辊系弹性变形相结合,建立了平整机板形计算理论,在此基础上以前张应力偏差平方和为目标函数优化设计了宝钢冷轧厂CAPL平整机工作辊辊型和支承辊肩部辊型,并优化了弯辊力设定值,生产实验表明,优化辊型提高了平整机的稳定性,因板形不良导致的废次品量,封闭量下降。用该优化结果制定的支承辊辊型磨削加工标准已用于工业生产。关键词冷轧,平整机,辊型优化1工作辊和支承辊辊型优化设计原理1.1对应于某一规格产品辊型优化目标函数的建立轧辊原始辊型的选定,是使轧辊在轧制状态下,而板形主要调节手段弯辊

2、力处于基态时,尽可能使用同一套轧辊辊型以适应所有产品生产的需要。因而可确定对应于某一规格产品辊型优化目标函数,即对于某一宽度的带材,在弯辊力,轧制力为已知,来料断面形状根据实测断面形状拟合而确定,通过调整轧辊辊型,使轧出带材板形良好,而板形的好坏是通过前张力横向分布来判别的,因此目标函数为：（1）式中为计算出的前张应力分布；为目标张应力分布曲线；X为辊型参数设计变量mE,mF为带材左,右单元编号。使等式（1）最小的辊型曲线即为对应某一规格产品的最佳辊型曲线。1.2与目标张应力分布对应的负载辊缝形状计算方法在给定来料的断面形状,已知总前张力时,则前张应力横向分布与出口厚度分布相对应。在忽略轧后带

3、材弹性变形情况下,可认为出口厚度横向分布即为负载辊缝形状,即对一确定的前张应力横向分布,总有一负载辊缝形状与之对应,而负载辊缝形状又可以用下式表示：（2）其中，m值最大为6,用优化方法易确定b2i使计算的前张应力横向分布与目标张应力横向分布接近,目标函数选为式（1），由于此时优化过程不包括辊系弹性变形,使计算过程容易收敛。1.3辊型优化的设计方案优化辊型应满足如下要求：（1）适应板宽的变化：支承辊与工作辊接触宽度随着板宽的变化而变化；（2）提高弯辊控制板形的效果；（3）减小后张力,提高轧制力。为此,设计方案为：支承辊肩部辊型与工作辊辊型的最佳配合,考虑到支承辊磨床的加工能力,选用削肩辊型以便于

4、磨削。工作辊辊型曲线为（3）式中,Cli为工作辊辊型参数；LW为工作辊辊身长度的一半。支承辊辊型曲线为式中，LB为支承辊辊身长度的一半。式（3）和（4）辊型参数为C2,C4,C12,zh,z1,共8个参数。1.4辊型曲线优化设计多目标函数的建立 方程（1）是针对某一规格产品的目标函数,对应于mz个规格产品,应有mz个与方程（1）相类似的方程。显然,最佳辊型应使mz对（1）这样的方程最小,这是一个多目标函数最优化问题。为此,将多目标函数最优化问题的数学模型一般表达式写为：求解使约束条件改写(6)约束条件由于Fj(X)的变化范围相差不大,可取Wj=1,因此式（6）变为约束条件式（7）即为本文所建立

5、的辊型优化设计的多目标函数模型。2辊型优化曲线和弯辊力设定值的最佳配合根据辊型优化设计理论和现场测试数据,优化设计了宝钢冷轧CAPL机组工作辊和支承辊辊型曲线,并优化计算了与最佳辊型配合的弯辊力数值。2.1工作辊和支承辊辊型优化计算2.1.1辊型优化时确定弯辊力的原则为了提高弯辊力控制板形的效果,在辊型优化时,常设定弯辊力为基态,考虑该平整机工作辊有正负弯辊,所以采用弯辊力为零时优化辊型。2.1.2工作辊和支承辊辊型优化计算以1.2mm×1270mm,2mm×1270mm,1.2mm×1340mm等3种典型规格产品为例,优化工作辊和支承辊辊型。根据现场对3种典型产

6、品断面形状的实测数据,及后张力降低30%时轧制力的计算值,按辊型优化理论,计算结果为：优化的工作辊辊型与原工作辊辊型极为接近,故只磨削支承辊辊型。2.2最佳弯辊力设定值的计算2.2.1最佳弯辊力设定值的计算由于该平整机正弯缸位于上下工作辊轴承座之间,负弯缸位于工作辊轴承座与机架间,所以对板形起控制作用的是弯辊力差,因此最佳弯辊力的计算即为弯辊力差的计算。对应于以3种典型规格产品而优化的辊型曲线,弯辊力差的设定值如表1所示。表1最佳弯辊力差计算产品规格/mmmm最佳弯辊力差/mmmm产品规格/mmmm最佳弯辊力差/kN0.6100162.9021.0125025.8350.8100091.199

7、1.5125032.0171.01000054.3111.2127033.8910.61250152.9992.0127031.9590.81250107.4501.21340-1.154表2给出了对应最佳弯辊力时的10种典型产品规格的辊间接触宽度,及后张力降低30%时,对应于原辊型配置时的最佳弯辊力差。表210种典型规格产品辊间接触宽度产品规格/mm接触宽度/mm最佳弯辊力差/kN0.610001542.50340.4640.810001542.50210.2091.010001542.50137.6420.612501565.00360.8480.812501565.00282.0321.

8、012501565.00122.5361.512501656.00161.8221.212701547.75134.5452.012701547.75157.8441.213401557.50104.5832.3结果分析比较表1表2和表3可知,优化辊型显著提高了弯辊力控制板形的效果,故弯辊力差减小,同时,辊间接触宽度能适应板宽的变化,由于弯辊力调节板形范围有限,原辊型常使平整机轧制力较小,如果加大轧制力,会出现边浪,所以后张力很大,往往超过表的极限刻度,使平整机处于非正常工作状态,采用优化辊型可使轧制力升高,有效降低后张力,且弯辊力仍可在较大范围内调整,保证平整机处于正常工作状态。3辊型优化技

9、术试验取得的成果优化辊型技术投入使用以来,平整了厚度0.62.0mm,宽度9001400mm,材质分别为SPCC，SPCCSD，SECD-S，SPCDSD和SECC-P的产品,优化辊型与原辊型实测数据对比,证明使用优化辊型效果良好,主要表现为：（1）由于辊型优化是以前张力均匀分布为目标而设计的,因此后张力分布也较均匀,而且,正负弯辊调整范围的增大,在控制边浪的同时,边皱长度减小,因此有效地解决了边皱与边浪这一对矛盾。（2）采用优化辊型正负弯辊力差值通常为80100kN,来料边浪严重时为160kN,而原辊型相应的正负弯辊力差值通常为150kN,来料边浪严重时达到220kN。显然,新辊型提高了弯辊

10、控制板形的效果。（3）由于弯辊力控制板形能力提高,轧制力可有效地调节带材后张力,即轧制力增大时后张力下降,轧制力减小时后张力增大,从而可保证后张力在工艺要求范围内变化。即使带温有波动,平整时后张力也不超过100kN,而原辊型在平整宽且薄料时后张力超过120kN,这样优化辊型可以保证平整机处于正常工作状态。考虑到该平整机的前张力很小,为使平整过程稳定,只要后张力在6080kN下工作,将不再减小后张力,优化辊型与原辊型后张力比较如表3所示表3优化辊型与原辊型后张力,轧制力比较产品规格mmmm后张力/kN轧制力/kN原辊型优化辊型原辊型优化辊型2.00012628520502.00012687520

11、501.50012629580205020501.51212737822501.008127312076220022001.00812709624000.806127312092235024000.806123712023000.80612429025500.917124012022000.91712378725501.21013409222001.0081323702400（4）对于不同规格,不同材质的产品,轧制力可以提高。对于优化辊型,即使轧制力不提高,后张力也小于原辊型的值,优化辊型与原辊型轧制力对比如表3所示。（5）采用优化辊型后,平整机出口带材极为稳定,根据冷轧厂和涂镀分厂封闭情况统计,可以看出,因板形不良（边浪，中浪）而导致的废次品：包括CB料,下降63.6%不包括CB料,下降86.6%,封闭量,包括CB料,下降54.0%;不包括CB料,下降75.8%。作者简介：连家创，男，65,教授，（0335）8050395作者单