冷轧机双锥度辊边降控制研究及应用1.doc

冷轧机双锥度辊边降控制研究及应用郑虎平前言：电工钢是一种含碳量极低的硅铁软磁合金，其主要用于制造电动机、发电机、变压器铁芯和各种电讯器材，按质量计占磁性材料用量的90%95%以上。随着国家节能减排政策的日趋严厉，各种家用、电器厂家所使用的电工钢“以冷代热”趋势日趋明显，各电工钢用户对带钢的板形精度和厚度精度要求日趋严格，特别是横向厚度精度要求日趋严厉。冷轧硅钢片作为国家优先发展的高效、节能、用量大的优秀软磁功能材料，是我国钢铁工业品种结构调整的重点，硅钢片用量占全部软磁性材料用量的95%以上。而低牌号无取向硅钢是目前国内产量最大、用途最广的冷轧硅钢材料。宽幅无取向硅钢热轧板形控制技术。带钢在冷轧或热轧过程中边部很窄区域内厚度发生急剧减小的现象称为边部减薄，亦称边降。边降可定义为在轧制过程中板带边部在厚度上的减少量，它是由于圆形的轧辊在轧制过程中产生的轧制载荷由加载区至无载区逐渐过渡而造成的结果。对应于不同的产品厚度、钢种，高速运行的连续冷轧带钢生产线可以通过在线切除产品边部（宽度大于厚度超差部分）来保证板带产品的质量，它是以牺牲板带的成材率为代价，也对能源、人力、财力和物力均造成了浪费。为适应板带产品的厚度、成材率及产品品种组成多样性的要求，在现代轧钢生产过程中引进了许多新的控制理念及技术。边降控制（EDC,又称边部减薄控制）成为板形研究与控制技术的新领域。冷连轧机边降控制窜辊数学模型研究。为了控制板带在边部的厚度减小量，在理论上可采用以下措施：1，使用锥形辊；2，轧辊沿板带宽度方向产生适当的温度分布，产生热凸度；3，在板带边部区域对辊子进行弱化。在理论研究和大量的轧制试验基础上，国外公司最新开发出用于高速冷轧带钢生产线上自动边降控制的两种基本方法（EDC冷却系统及EDC辊系统），并可在高速运行的冷轧号带钢生产线上联合或单独使用。目前具体的边降控制手段主要采用单锥形工作辊的K-WRS技术、EDC辊和EDC冷却系统、工作辊即可以交叉又可以横移的T-WRS&C技术、VCR变接触支撑辊等进行控制。边降的存在直接影响产品质量和成材率，边降控制不当还易造成断带，降低生产效率。边降控制不仅有利于满足目前时常需求迫切的电工钢板质量要求，而且可以提高带钢成材率，增加轧制产量。生产数据表明，轧制硅钢时边降平均值在1520m范围，与10m的要求想去甚远。本文通过深入研究单锥度辊辊型结构和边降控制机理，提出了双锥度辊边降控制并用于工业试验应用，对实现冷轧电工钢带钢边降的精确控制具有重大价值和推广意义。板带冷轧机单锥度辊边降控制窜辊模型的研究。1、 冷轧电工钢生产存在的问题分条时横向厚差：带钢中间和两边部厚差较大（最大达0.015mm），如图1、2所示，分条时到卷子尾部两边部明显长于中间用户要求：电工钢：横向厚度差0.008mm。 普通冷轧产品：不要求。 实际水平：横向厚度差0.025mm。难点：采用常规轧制工艺，横向厚度差不能满足用户要求。 长度方向：延带钢长度方向上的厚度波动较大，如图3所示，同为63片叠片后的高度差异明显。攀钢生产开发生产电工钢时，采用四机架轧机按照常规品种的生产方式（工作辊为平辊）进行生产，轧后取样实测了带钢的横向厚度分布，具体数据见图4。从图可见，由于C轧机的特性，轧后带钢存在较大的边部厚度减薄，边部0mm范围内，带钢横向厚差达2335，使整个带钢无法满足用户要求（10，距边部40mm处进行测量）。0.450.460.470.480.490.50.510.520.530.540.5501002003004005006007008009001000宽度（mm)厚度（mm）通过采用二次切边方法供货，尽管可以满足部分用户的要求m要求，但是成材率明显降低。正常生产时职进行一次切边，成材率在90%92%质检，而进行二次切边，成材率只有.%90%。图3 带钢横向厚度分布n 对轧后带钢的横向厚差情况进行了抽查测量。从抽查结果来看，除个别钢卷外，带钢横向厚差基本上可控制在15m之内；轧后带钢横向厚差抽查情况图2、 双锥度辊型结构与边降控制2.1带钢边降与横向变形根据资料冷连轧边降控制与凸度及平坦度综合控制研究 表明：带钢在中部区域和边部区域的横向变形是不同的，带钢的横向变形主要集中在边部区域，大约据边部100mm到边部的这段区域中，带钢横向变形的变化很大，而在带钢的中部区域，带钢横向变形量很小。其主要原因是边部区域金属受端部条件的影响，导致边部区域侧向力比中部区域小得多，所以在带钢的边部区域发生明显金属横向变形。带钢的边降还随着压下率的增大而增大，在压下率相同的情况下，厚度越大，边降越大。其主要是厚规格的带钢比薄规格的带钢边部的金属流动能力强，所以造成了后规格的带钢比薄规格带钢边降大。带钢在连轧的各个机架中，带钢横向变形在中部区域区别不大；而在带钢边部区域，1#机架的的带钢横向变形远大于成品机架。因为带钢在1#机架时厚度最厚，金属变形抗力最小，所以带钢边部区域横向变形量最大，而成品机架正好相反。由于带钢在1#2#机架，厚度最厚，压下率最大，金属的变形抗力较小，带钢边降最大，因此在1#2#机架采用边降控制措施效果最明显，而在后面机架效果相对较差。2.2双锥度辊型结构单锥度辊窜辊轧机T-WRS由日本川崎制铁开发，其工作辊分为常规辊（一般为平辊）和锥形段。进行边降控制时，针对不同宽度带钢利用窜辊使得带钢边部进入工作辊锥形段内，达到边部局部增厚，减少边降的目的。图1 单锥度辊边降控制原理带钢工作辊正窜负窜单锥度辊适用于工作辊带有窜辊装置的轧机，而对于没有工作辊窜辊功能的轧机无法使用，进行改造费用高。针对该厂生产的电工钢规格比较相对集中的特点，结合单锥度辊型的特点和边降控制的原理，提出双锥度工作辊辊型，并设计辊型曲线进行磨削。双锥度工作辊辊型图单锥度工作辊辊身分为长为L1的平辊区、投影长为L2边降控制区和结构锥度区三部分，其中由于进行边降控制的是辊型边降控制区，其结构如图2所示：L1L2bDC图2 单锥度辊辊型边降控制区放大图。边降控制区两端点S0和D处辊径差为2b。当带钢边部进入该区域时，由辊径的减小带来带钢边部厚度补偿，从而达到减小边降的目的。当带钢边部退出S0点回到平辊区时，因为轧辊没有辊径差的变化，所以不会产生边降控制效果。当带钢边部穿出D点进入结构锥度区以后，由于D点处存在辊型陡变，轧辊会像刀刃一样切削带钢边部造成“剪边”应加以避免。板带冷轧机单锥度辊边降控制窜辊模型的研究3、 双锥度辊型工业试验及应用由以上分析可知，通过对1#2#机架采取边降控制效果相对明显，因此首先对轧机1#机架和2#机架采取双锥度的工作辊辊型进行试验，而其它机架仍采用平辊进行生产方式。试验数据如下：从数据可以看出：边降可以控制到0.015mm，并未达到0.008mm以下。进而对3#和4#机架的轧辊也采用双锥度的工作试验，并多次优化辊型曲线锥度长度、深度、锥度参数。试验数据如下：从图可以看出：优化辊型，采用带锥度轧辊控制边部减薄 用户要求：横向厚差0.008mm 边部30mm范围内横向厚差为0.005mm； 边部15mm范围内横向厚差为0.003mm；表1 HC轧机工作辊辊型曲线参数表轧辊阶段倒角尺寸一、二架三、四架工作辊（标准长度为1220mm）优化前 深度 (mm）0.2010.178长度(mm)145141锥度1/7201/790优化后 深度 (mm）0.1810.158长度(mm)140130锥度1/7751/825现阶段轧制规格的电工钢采用两端带锥度的平辊，见图5。图5 机架工作辊初始辊形对轧制电工钢专用轧辊边部区域加工成一定锥度，目的是为了减少边降，边降降低同时提高了横向厚度精度。目前攀钢冷轧利用带锥度平辊轧制电工钢，可以控制距离带钢边部的横向厚度差为。2011年13月份生产的部分冷轧电工钢除去边降影响的横向同板差见表5。表5 除去边降影响的横向厚度同板差月份抽查卷数横向厚度同板差135的比率达到71.4%；的比率达到94.3%233的比率达到63.6%；的比率达到93.9%341的比率达到65.9%；的比率达到95.2%由表5的统计数据可以看出：1) 现阶段我厂电工钢横向同板差基本可以控制在以内；2) 现阶段我厂电工钢横向同板差控制在以内还不是很理想；由以上分析可知：目前实际应用的锥度可以保证距离带钢边部的横向厚度差为。如果要继续减小边降，理论上来说可以加大电工钢专用轧辊初始辊形边部锥度，但是实际生产中加大了锥度会导致边部严重浪形，甚至影响卷取造成喇叭卷，后工序很难消除，最终导致判废。由图5可见，轧辊中段是平辊，由以上分析可知中段平辊引起的横向厚度差值为，通过对轧辊中段的初始辊形设计来降低横向厚度差值是减小横