炉卷轧机轧辊磨损与辊型设计探讨

炉卷轧机轧辊磨损与辊型设计探讨 󰀁2006年󰀁4月󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁河󰀁南󰀁冶󰀁金󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁Apr.󰀁2006第14卷󰀁第2期󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁HENANMETALLURGY󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁Vol.14󰀁No.2 炉卷轧机轧辊磨损与辊型设计探讨 y 安跃良󰀁冀志宏󰀁李曦慧󰀁李艳英󰀁高建舟 (安阳钢铁股份有限公司) 摘要󰀁通过对轧辊磨损模型的分析,探讨了适合本生产线的轧辊磨损回归模型,初步介绍了轧辊磨损模型的解析原理,在分析轧辊磨损状态的基础上初步解析设计轧辊辊型的原则和方法。关键词󰀁炉卷轧机󰀁轧辊磨损󰀁辊型初探 THEEXPLORATIONABOUTTHEWEAROFTHEROLLANDTHEPROFILE DESIGNINGOFTHESTECKELMILL AnYaoliang󰀁JiZhihong󰀁LiXihui󰀁LiYanyi󰀁GaoJianzhou (AnyangIron&SteelCo.,Ltd) ABSTRACT󰀁Itintroducethetheoreticalcalculationofthequantityofthewear,explorethewearprofileinthisproductionline,analyzeinitiallytheprincipleandthemethodofprofiledesigning,onthebasisoftheanalysisofthewearstatus.KEYWORDS󰀁steckelmill󰀁theweartheroll󰀁theprofileexploration 0󰀁前言 安阳钢铁股份有限公司120t转炉󰀁炉卷轧机生产线是一条单机架炉卷轧机生产线,采用󰀂coilplate 卷板生产工艺。由于炉卷轧机生产线自身的工艺设备特点,与常规的中厚板和热连轧板带生产线相比,在轧制薄而宽规格的钢板时具有一定的优势,薄而宽的钢板在轧制过程中对板形控制要求十分严格,投入生产后,常常出现钢板厚头、中间超厚、一块母板多种厚度以及板形不良等质量问题。为了提高和改善板形,可以通过实现辊型控制,来达到这个目标。 轧制过程中轧机轧辊 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面产生的磨损对板󰀁带钢板形控制和表面质量具有重要影响。轧辊磨损会直接影响到轧辊的初始凸度,从而与热凸度、机械凸度与轧辊弹性变形一同影响到钢板凸度和钢板平直度。与热凸度和弹性变形相比,且磨损一旦出现,便不可恢复,不能在短期内加以改变。因此,建立和完善高精度的轧辊磨损模型,实现高精度的轧辊磨损预报,对于解决板󰀁带钢的板形质量问题具有重要的意义。1󰀁轧辊磨损量理论计算 对轧辊磨损的研究,是把磨损视作综合的表面损伤现象,研究磨损的宏观变化规律,建立轧辊磨损量的预报模型,以提高板󰀁带钢轧机板形凸度和板形控制模型的精度。 根据磨擦学原理,相互接触的圆柱体的磨损量与接触载荷和滚动及滑动距离成正比,即: [1] 󰀁󰀁Q=󰀁pS式中:Q!!!磨损量,mm; 󰀁!!!实测数据确定的磨损系数;p!!!接触表面的正压力,kN;S!!!接触表面滚动或滑动距离,mm。 (1) 因此,轧辊的磨损量Q(y)可表示为以下两项之和:󰀁󰀁Q(y)=Q1(y)+Q2(y)(2)式中:Q1(y)!!!轧辊之间或轧辊与轧件之间相对滑动引起的磨损量;󰀁 󰀁Q2(y)!!!轧辊之间或轧辊与轧件之间相互滚动引起的磨损量。 2󰀁轧辊磨损状况的统计与分析2.1󰀁支撑辊磨损 轧辊磨损以理论推导磨损量最为困难,支持辊磨损状况较为复杂,主要受轧制力、轧制长度、轧辊距离(接触弧长)等因素影响,为了探寻支持辊磨损规律,通过对大量的实测数据的分析、比较,得出具有代表意义的轧辊磨损曲线(如图1所示) : 图1󰀁支持辊磨损曲线 y:,,.(,;󰀁:!3!30 󰀁2006年第2期󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁河󰀁南󰀁冶󰀁金#23# 2.2󰀁工作辊磨损 由于工作辊更换周期较短,轧制厚板时,3500t左右换一次,各轧制单位材质差异较大(普碳钢、合 [2] 金钢等),对轧辊的磨损程度不同,合金钢对轧辊磨损较大,普碳钢较小,同时轧制压力对轧辊磨损影响较大。探寻工作辊磨损规律较为困难,经过对工作辊进行大量的测量分析、比较,得出具有代表意义的轧辊磨损曲线(如图2所示) 。 图4󰀁工作辊磨损模型与实测值的对比图 3.1.1󰀁设计原则 减少有害接触区、辊间接触压力均匀化设计原则: 1)有害接触区是四辊轧机中导致钢板板形恶化和降低轧机板形抗干扰能力的重要原因。优化设计后的支持辊辊型首先应该使辊间接触长度能与钢板 图2󰀁工作辊磨损曲线 通过对支持辊、工作辊的长时间跟踪,得到大量的轧辊实测数据,通过对这些数据的分析得知,下工作辊磨损量大于相应上工作辊磨损量;下支持辊磨损量大于相应上支持辊磨损量;工作辊和支持辊的磨损形状一般近似于不同形状的箱形;工作辊存在局部严重磨损,而且上下工作辊的磨损曲线形状并不一致,上工作辊的传动侧磨损比操作侧磨损严重,而下工作辊则是操作侧磨损比传动侧磨损严重。通过对轧辊磨损测量分析看出,所获得的实测数据是与轧辊磨损一般规律相一致的。实测数据的正确性和可靠性,对建立轧辊磨损预报模型,及时进行调优具有十分重要的意义。3󰀁辊型设计 按理论计算模型并考虑轧件跑偏对磨损量的影响,在上、下支持辊和工作辊不同的磨擦系数k值的基础上,分别计算、测定上(下)支持辊和工作辊的磨损量。轧辊磨损计算平均值与实测平均值偏差小于12%。轧辊磨损模型与实测值如图3、图4所示,根据轧辊磨损模型与实测值来设计和优化辊型。3.1󰀁支持辊辊型设计 支持辊辊型设计需要考虑炉卷轧机的一些特点:可逆轧制、轧制力变化大、厚度变化大、轧制道次可变 。 的宽度相适应,即对于不同的钢板宽度,辊间接触长 度能与钢板的宽度大致相等。 2)影响支持辊磨损及辊面剥落的最主要的因素是辊间接触压力。辊间接触压力的作用主要通过以下两种方式来影响:辊间接触压力的均匀性影响支持辊辊身方向磨损的均匀性;辊间接触压力的最大值影响轧辊的剥落。以上两者本身也有不可分割的联系。3)变接触支持辊的原理,是利用特殊设计的支持辊辊型曲线,使得辊系在轧制压力作用下工作辊和支持辊间的接触长度与所轧钢板的宽度相适应,以消除或减少辊间󰀂有害接触区 ,提高承载辊缝的横向刚性,达到改善板形质量、提高厚控精度的目的;同时采用VCR支持辊可以显著降低辊间接触压力尖峰值,并使得辊间接触压力的轴向分布在整个支持辊换辊周期内大致均匀,消除或减少支持辊的疲劳破坏与剥落,并使支持辊的表面磨损沿轴向分布均匀化,从而提高支持辊的辊型的自保持性。3.1.2󰀁支持辊辊型的基本形式 考虑到大多数辊型技术如VCL、CVC、UPC、等的辊形函数的基本形式均采用代数多项式,而且多项式本身具有操作简单,直观易懂等优点,本文研究的中厚板轧机的支持辊的辊型函数也采用如下的代数多项式: 󰀁󰀁Y(x)=A2(2x󰀁Lb)+A4(2x󰀁Lb)+A6(2x󰀁Lb)式中:A2、A4、A6!!!为辊型系数; x!!!为辊身坐标(x∀[-Lb󰀁2,Lb󰀁2]);Lb!!!为支持辊辊身长度。3.2󰀁工作辊辊型设计 3.2.1󰀁工作辊辊型设计原则 工作辊初始辊型设计首先要有利于改善钢板板 2 4 6 图3󰀁支持辊磨损模型与实测值的对比图 ; #24#河󰀁南󰀁冶󰀁金󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁2006年第2期󰀁 再次,有利于磨削加工的方便。研究结果认为凸形的承载辊缝有利于防止钢板走偏。因此,工作辊初始辊型应保证,在整个服役期内满足轧机的板形控制能力并保证钢板的板形良好的前提下,尽量保持正的承载辊缝。 3.2.2󰀁工作辊辊型设计方法 各轮次工作辊初始辊型,是在结合支持辊辊型设计及其各使用阶段情况等条件下进行设计计算的。工作辊的初始辊型决定一个服役期中的最大凸度值。在其他条件不变的情况下,由此得到的承载辊缝凸度值最小。 应该指出,在实际生产中,工作辊初始辊型并不是或不完全是依靠理论计算来确定的,还需要依靠生产经验。一套可行的辊型工艺制度是经过长期的生产实践才最终确定下来的,并且随着生产条件的变化还要作适当的修正。而检验初始辊型是否合理应从轧制的稳定性、产品的质量、设备的利用情况等因素来衡量。 3.3󰀁工作辊辊型优化3.3.1󰀁普通余弦辊型 为了便于磨辊加工,一般在非超平材生产中,与SMR支持辊配合使用的工作辊都可采用余弦辊型曲线,用数学式表达为: 󰀁󰀁y=󰀂cos( 󰀁L)x,x∀(-L󰀁2,L󰀁2),式中:L!!!为辊身长度; x!!!为沿辊身轴向坐标; 󰀁󰀁󰀂!!!为使用周期t的函数,其凸度值将根据(上接第10页)󰀁󰀁󰀁󰀁期磨损,造成铸坯坯壳过早脱离结晶器内壁形成空隙,导致铸坯鼓肚变形或拉漏事故的发生。 结晶器长度:结晶器长度由900mm增大到950mm。为铸机的高效和防止漏钢奠定基础。 二冷段长度:二冷段由三段冷却改为四段冷却,长度由2.8m增加到3.7m,将原来第三段水量分配到三、四段上,一段和二段水量不变,改进后铸坯冷却趋于均匀,回温现象减轻,铸坯内部和表面质量明显改善。 5󰀁优化后产品质量状况 采用以上工艺和设备优化后,结疤协议材大幅降低,正品率大幅提高。2005年1~6月份共生产30MnSi钢5.4万吨,其中正品材5.3万吨,2005年正品率99.59%,与优化前2004年1~3月份正品率87.74%相比,产品质量明显提高,性能完全能满足,支持辊的服役期而变化,即: -0.05,󰀁t=1-3 a=f(t)= 0,󰀁󰀁󰀁t=4-6 0.05,󰀁󰀁t =7-90.10,󰀁󰀁t∃10 3.3.2󰀁CVC工作辊辊型 当生产薄规格时,可以安排在一对支持辊服役期内,使用以CVC为主的工作辊辊型。辊型值输入数控磨床且需要数控磨床工加工。CVC工作辊辊型装配系统如图5: 图5󰀁CVC工作辊辊型装配系统 4󰀁结束语 深入分析影响板󰀁带钢轧辊磨损的因素,据实测数据并运用分析法可以建立一定的预测模型。该模型能够根据轧制条件帮助预测轧辊磨损,通过轧辊磨损情况设计辊型,从而控制钢板的板形,提高钢板的精度,降低轧辊消耗,满足生产需要。5󰀁参考文献 [1]󰀁温诗铸主编.磨擦学原理.北京:清华大学出版社,2002.92~ 99.[2]󰀁张清主编.金属磨损和金属耐磨材料手册.北京:冶金工业出版 社,1991.100~116. 表3󰀁30MnSi盘条性能 规格󰀁mm12108 屈服强度󰀁MPa420~455435~475450~490 抗拉强度󰀁MPa650~690685~715690~735 延伸率󰀁%23.5~25.523.5~25.526~29.5 面缩率󰀁%47~53.551~5958.5~61 6󰀁结论 1)通过优化生产工艺,改善设备,30MnSi产品质量明显提高,铸坯表面横裂纹缺陷已基本消失。 2)其盘条产品性能稳定,结疤协议材大幅降低,产品正品率由87.74%提高到99.59%。7󰀁参考文献 [1]󰀁齐新霞,黄重.连铸方坯表面裂纹的控制研究.金属制品,2005, 31(5):37~38. [2]󰀁陈雷.连续铸钢.北京:冶金工业出版社,1993.123~130.[3]󰀁王雅贞,张岩,刘术国编著.新编连续铸钢工艺及设备.北京:冶 金工业出版社,1999.221~222. [4]󰀁炼钢-连铸新技术800问编辑委员会编.炼钢-连铸新技术 :,