變接觸支持輥在熱軋1450mm上的應(yīng)用

劉鵬宇，林泰安，楊 彪，陳鐵男，張海華

（吉林建龍鋼鐵有限責(zé)任公司軋鋼廠，吉林 吉林 132001）

為了延長(zhǎng)支持輥在線使用的周期同時(shí)得到良好的板形控制效果，在吉林建龍1450熱軋生產(chǎn)線上采用了針對(duì)于CVC輥形的變接觸支持輥輥形技術(shù)（Varying Contact-Length Backup Roll Plus，簡(jiǎn)稱VCR+輥形）[2，3]。變接觸支持輥輥形技術(shù)可以提高軋機(jī)板形調(diào)控能力，均勻輥間接觸應(yīng)力分布，降低支持輥與工作輥的輥間接觸應(yīng)力峰值，降低軋制疲勞失效的風(fēng)險(xiǎn)，達(dá)到延長(zhǎng)軋制公里數(shù)的目的。

1 輥形配置及仿真條件

1.1 輥形配置

吉林建龍1450mm精軋機(jī)組工作輥采用兩套CVC輥形，F(xiàn)1-F4采用輥縫凸度調(diào)節(jié)范圍為[0.71，-0.58]mm的CVC1-4輥形，F(xiàn)5～F7采用輥縫凸度調(diào)節(jié)范圍為[-0.29，0.58]mm的CVC5-7輥形，具體參數(shù)如表1所示。

表1 精軋F(tuán)1-F7機(jī)架CVC輥形參數(shù)

精軋機(jī)組支持輥采用VCR+輥形，中部VCR輥形與CVC輥形疊加而成，邊部圓弧式倒角，倒角長(zhǎng)度150mm，倒角高度半徑1.8mm，F(xiàn)1-F7機(jī)架上輥輥形配置如圖1所示，其中WR_CVC表示CVC工作輥輥形，BR_VCR+表示VCR+支持輥輥形。

圖1 F1-F7輥形配置圖

在上游使用凸度調(diào)節(jié)范圍較大的CVC工作輥輥形時(shí)為了保證上游機(jī)架具有較強(qiáng)的凸度控制能力，在前4個(gè)機(jī)架能夠迅速使得機(jī)架出口凸度命中目標(biāo)凸度的比例凸度值。下游機(jī)架采用較小的凸度控制范圍是因?yàn)橄掠螜C(jī)架主要采用等比例凸度軋制以保證出口平直度良好。

2 VCR+輥形的有限元仿真

基通過(guò)建立有限元模型對(duì)軋機(jī)的板形控制性能進(jìn)行仿真，分析與評(píng)估模擬結(jié)果，主要包括軋機(jī)的橫向剛度、輥間接觸壓力分布、彎輥力調(diào)節(jié)效率、凸度調(diào)節(jié)域、板形調(diào)節(jié)曲線等性能指標(biāo)。

2.1 離線仿真模型

二維變厚度有限元模型如圖2所示。二維變厚度有限元模型可根據(jù)不同輥形、竄輥位置、彎輥力等工況下進(jìn)行仿真計(jì)算，簡(jiǎn)單易行，求解高效迅速，仿真結(jié)果接近工業(yè)軋制實(shí)際，精度可以滿足工程分析需要[4]。

圖2 輥形變形有限元模型

2.1.1 軋輥離散化

首先將工作輥進(jìn)行離散化處理，將支持輥表面在長(zhǎng)度方向劃分為80個(gè)單元格，工作輥表面在長(zhǎng)度方向劃分為96個(gè)單元格，為節(jié)約計(jì)算時(shí)間和提高計(jì)算精度，由軋輥表面向芯部的網(wǎng)格劃分密度逐漸稀疏。

2.1.2 單元?jiǎng)偠染仃嚨慕?/p>

剛度矩陣如式（1）所示：

E：彈性模量；μ：泊松比；t：?jiǎn)卧窈穸龋籦i，ci：與單元的幾何性質(zhì)有關(guān)的常量（即與兩節(jié)點(diǎn)間的坐標(biāo)差有關(guān)）；Δ：?jiǎn)卧拿娣e。

圖3 各機(jī)架過(guò)鋼量與軋制公里數(shù)

2.1.3 總體剛度矩陣

總體剛度矩陣如式（2）、（3）所示：

2.2 輥形控制能力分析

2.2.1 承載輥縫的橫向剛度

軋制時(shí)，軋制力因帶鋼材質(zhì)、溫度、來(lái)料厚度、板形等發(fā)生變化而出現(xiàn)波動(dòng)，導(dǎo)致機(jī)架承載輥縫形狀與出口帶鋼板形的變化。理想的承載輥縫形狀會(huì)在軋制過(guò)程中保持穩(wěn)定，對(duì)軋制力的變化不敏感，且機(jī)架出口板形變化可控。為了描述承載輥縫的穩(wěn)定性，引用輥縫橫向剛度指標(biāo)，用軋制力的變化量△F與機(jī)械凸度的變化量△C的比值來(lái)表示，如式（4）所示。

KF：承載輥縫橫向剛度；：軋制力的變化量；：承載輥縫凸度變化量，在這里用輥縫中心凸度來(lái)表示。

KF表示生產(chǎn)過(guò)程中輥縫凸度在軋制力發(fā)生變化時(shí)的保持能力。由公式可知，KF越大，承載輥縫形狀越穩(wěn)定，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的帶鋼板形控制穩(wěn)定性越有利。

2.2.2 彎輥力調(diào)節(jié)效率

彎輥力調(diào)節(jié)效率指的是單位彎輥力變化時(shí)，輥縫凸度的變化量。該值越大，代表彎輥力對(duì)凸度的調(diào)控效率越高。同時(shí)，還有利于降低彎輥力極限的出現(xiàn)概率和增加工作輥軸承壽命。其表達(dá)式如下：

kf：彎輥力調(diào)節(jié)效率，△Cg：輥縫凸度變化量，△Fbend：彎輥力變化量。

2.2.3 輥間接觸壓力分布

輥間接觸壓力分布反映了工作輥與支持輥之間的應(yīng)力分布情況，其表現(xiàn)形式主要為兩種：一為輥間接觸應(yīng)力峰值；二為工作輥與支持輥接觸范圍內(nèi)的應(yīng)力變化幅度。輥間接觸壓力分布越均勻，支持輥越趨于均勻磨損，越不易產(chǎn)生疲勞失效，有助于延長(zhǎng)支持輥的軋制公里數(shù)。

3 應(yīng)用效果

針對(duì)VCR+輥形，吉林建龍1450mm熱軋廠進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)和推廣。使用效果如下。

3.1 軋制公里數(shù)提升

從軋制噸數(shù)來(lái)看，F(xiàn)1～F3由原有的20萬(wàn)t提升到30萬(wàn)t，F(xiàn)4～F7由原有的10萬(wàn)t提升到20萬(wàn)t。軋制公里數(shù)F1由原有的900km提升到1233km、F2由原有的1703km提升到1941km、F3由原有的2350km提升到3196km、F4由原有的1862km提升到3753km、F5由原有的2492km提升到5037km、F6由原有的3077km提升到6260km、F7由原有的3652km提升到7185km。從數(shù)字上看整體軋制公里數(shù)與軋制噸數(shù)都有了明顯的提升。具體數(shù)據(jù)如圖3所示。圖中各個(gè)標(biāo)記點(diǎn)為各次支持輥換輥周期內(nèi)的過(guò)鋼量和軋制公里數(shù)，綠線分割開(kāi)的是支持輥平輥與VCR+輥形過(guò)鋼量。從圖中可以看出，各個(gè)機(jī)架使用VCR+輥形后過(guò)鋼量都在逐漸增加。

3.2 單位公里磨損量減小

從支持輥的磨損量來(lái)看，隨著軋制公里數(shù)的延長(zhǎng)，支持輥的輥耗量逐漸增加，但是單位軋制公里磨損量明顯下降。在圖3中，綠色虛線前后的標(biāo)記點(diǎn)分別為支持輥為平輥與VCR+輥形上機(jī)后的總輥耗與單位軋制公里磨損量。單位軋制公里的磨損量在VCR+輥形上機(jī)后逐漸減小。這主要是由于VCR+輥形起到了均勻磨損的作用。