一种六辊CVC平整机的窄边浪控制方法与流程

本发明涉及轧钢工艺中板形控制方法，尤其是指一种用于六辊CVC(continuous valiable crown：凸度连续可变)平整机的窄边浪控制方法。

背景技术：

板带材是钢铁企业最重要的产品之一，其在工业、农业、国防以及日常生活中都有着极其广泛的应用。随着现代工业和科学技术的迅速发展，广大用户对板带材的质量提出了越来越严格的要求。

板形是板带材最重要的质量指标之一，为解决冷轧板形控制问题，先后出现了几十种板形控制方案及专门的轧机机型，例如CVC、HC/UC、SmartCrown、DSR、UPC、VC、VCL等，其中以CVC和HC/UC这两种轧辊横移轧机在世界范围内使用的最为广泛，也取得了较为良好的板形控制效果。随着带钢宽度的增加和厚度的减薄，冷轧板形控制越来越困难，板形改善的任务转移到后续平整工艺，常用的平整机机型有CVC、UC等。尤其是CVC平整机，中间辊为CVC辊，使得辊间应力集中的情况大为减少，取得了良好的板形控制效果。

但是，随着用户对板形质量要求的不断提高，薄宽带钢所表现出来的窄边浪缺陷越来越受到用户和企业的重视。这类窄边浪缺陷与普通的边浪缺陷不同，这类窄边浪的浪宽一般在50mm以内，浪距较小，在250mm左右。现有的平整机板形控制手段如中间辊窜辊、中间辊弯辊、工作辊弯辊等对此种窄边浪的控制效果有限，无法满足用户的要求。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术存在的问题，提供一种六辊CVC平整机的窄边浪控制方法，能够提高六辊CVC平整机对薄宽带钢窄边浪的控制能力，有利于消除窄边浪的出现。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

S1，对六辊CVC平整机的中间辊辊形进行优化设计；

S2，对六辊CVC平整机的工作辊辊形进行优化设计；

S3，优化后的中间辊和优化后的工作辊共同作用于带钢边部。

所述步骤S1中，中间辊辊形优化设计步骤的具体流程包含：

S11，收集CVC平整机的设备及其工艺参数；

S12，收集带钢产品的品种规格范围；

S13，以a₁、a₂、a₃、a₄、a₅为中间辊辊形曲线系数，所述中间辊辊形曲线系数的表示式为：X＝[a₁,a₂,a₃,a₄,a₅]；

设定中间辊辊形曲线方程，所述中间辊的辊形曲线是指中间辊辊身坐标上任一处的半径值与中间辊辊身坐标为0处的起始端的半径值之差值的关系曲线；

所述中间辊辊形曲线方程采用5次多项式进行描述，如公式(1)所示：

R(x)＝a₁·x+a₂·x²+a₃·x³+a₄·x⁴+a₅·x⁵ x∈[0，L] (1)

式中：a₁～a₅为中间辊辊形曲线系数；

x为中间辊辊身坐标，表示中间辊长度方向上x位置的长度值(mm)；

L为中间辊的辊身总长(mm)；

R(x)为中间辊辊形半径差，表示中间辊长度方向上x位置的半径值与中间辊辊身坐标0mm处的半径值之差值；

其中，a₁的取值范围为[0,10]；a₂的取值范围为[-1×10^-3,-1×10^-2]；a₃的取值范围为[-1×10^-6,-1×10^-5]；a₄的取值范围为[-1×10^-10,-1×10^-8]；a₅的取值范围为[-1×10^-14,-1×10^-13]；

S14，给定初始中间辊辊形曲线系数：

S15，通过有限元软件计算出典型规格产品的辊间接触压力分布及承载辊缝形状；

S16，比较新设计的中间辊与原中间辊辊形对应的辊间接触压力分布及承载辊缝形状，其包含：

S161，判断新设计的中间辊对应边部区域的辊间接触压力＜原中间辊对应边部区域的辊间接触压力是否成立，若判断结果不成立，说明X＝X₀不适用， 需调整中间辊辊形曲线系数X；

重新给定新的辊形曲线系数，然后转入步骤S15；

S162，如果步骤S161中判断结果成立，继续判断新设计的中间辊对应的边部区域的辊缝开度>原中间辊对应的边部区域的辊缝开度是否成立，若判断结果不成立，则继续调整X，重新给定新的辊形曲线系数，然后转入步骤S15；

S17，如果步骤S162中判断结果成立，输出公式(1)所述的中间辊的辊形曲线方程。

所述步骤S11中的设备参数指平整机的工作辊、中间辊、支持辊的辊身长度，辊径大小；所述工艺参数指工作辊弯辊，中间辊弯辊，中间辊窜辊的参数。

所述步骤S12中的带钢的品种规格范围是指带钢材质、厚度、宽度。

所述步骤S2中，对六辊CVC平整机的工作辊辊形进行优化设计，是指：

所述E-CVC工作辊的两个端部分别为锥度辊形，工作辊端部锥度辊形的锥度取值范围为[1:1000,1:500]；工作辊端部锥度辊形的长度A根据公式(2)进行确定：

A＝(L_WR-B)/2+80 (2)

式中：L_WR——工作辊辊身长度(mm)；

B——带钢宽度(mm)；

A——工作辊端部锥度辊形长度(mm)。

本发明的有益效果：

随着带钢厚度的进一步减薄以及带钢宽度的进一步加宽，通过本方法中六辊CVC平整机的中间辊辊形和工作辊辊形的优化，可以提高六辊CVC平整机对这类薄宽带钢边部的平整控制能力，有利于消除薄宽带钢的窄边浪，提高平整后带钢的板形质量，减少因窄边浪缺陷而造成的次品率。

为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1为本发明六辊CVC平整机的窄边浪控制方法的流程示意图；

图2为优化前的CVC中间辊辊形曲线与优化后的E-CVC中间辊辊形曲线的 比较图；

图3为图1中的中间辊辊形优化设计步骤的具体流程示意图；

图4为优化前的CVC中间辊辊形与优化后的E-CVC中间辊辊形的比较图；

图5为优化前的CVC工作辊辊形与优化后的E-CVC工作辊辊形的比较图。

具体实施方式

下面结合实施例的附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

本发明提出一种应用于六辊CVC平整机上的针对薄宽带钢窄边浪的控制技术，主要方案是优化CVC平整机中间辊辊形和工作辊辊形，使优化后的中间辊和工作辊共同作用于带钢边部，克服薄宽带钢的窄边浪缺陷。

如图1所示，本发明六辊CVC平整机的窄边浪控制方法包含：

S1，对六辊CVC平整机的中间辊辊形进行优化设计，提高其对边部板形的平整控制能力，优化前的中间辊辊形命名为CVC中间辊辊形，优化后的中间辊辊形命名为E-CVC(Edge-CVC的简称)中间辊辊形。

优化前的CVC中间辊的辊形曲线与优化后的E-CVC中间辊2的辊形曲线比较如图2所示，所述中间辊的辊形是指中间辊的外观形状，所述中间辊的辊形曲线是指中间辊辊身坐标(mm)上任一处的半径值与中间辊辊身坐标为0处(中间辊的起始端)的半径值之差值(μm)的关系曲线。即，定义中间辊的起始端的半径差为0μm：X＝0mm。实际上，是将中间辊辊身坐标(0mm)处的半径值作为基准值，中间辊辊身方向上其它处的半径分别与该基准值相减，得到各对应处的中间辊辊形的半径差值，形成的曲线为中间辊辊形曲线

根据图2所示的CVC中间辊的辊形曲线与优化后的E-CVC中间辊2的辊形曲线所示，优化前的CVC中间辊41的辊形与优化后的E-CVC中间辊42的辊形如图4所示，由图4可以看出，E-CVC中间辊辊形曲线在中间辊辊身坐标为0-400mm以内的辊形斜率比CVC中间辊辊形曲线同样位置处的辊形斜率大。

E-CVC中间辊辊形的曲线需保证如下二点：

(1)六辊平整机机架的有一对中间辊，如图2所示，每个中间辊位于中间辊鱼尾侧的虚线圈部分即为窄边浪控制区域，E-CVC中间辊窜辊行程为±100mm(CVC平整机有上下两个中间辊，二者可轴向窜动,简称中间辊窜辊，中间辊窜 动是CVC平整机的重要组成部分,是板形调节的重要手段)。

(2)由于窄边浪宽度较窄，E-CVC中间辊用于窄边浪控制的辊形长度应小于不参与窄边浪控制的辊形的长度。

所述中间辊辊形优化设计步骤的具体流程参见图3，其包含：

S11，收集CVC平整机的设备及其工艺参数；

所述设备参数指平整机的工作辊、中间辊、支持辊的辊身长度，辊径大小；所述工艺参数指工作辊弯辊，中间辊弯辊，中间辊窜辊的参数。

S12，收集带钢产品的品种规格范围，所述带钢的品种规格范围是指带钢材质、厚度、宽度；

上述步骤S11收集CVC平整机的设备及其工艺参数以及步骤S12收集带钢的品种规格范围，收集后的数据作为S15有限元仿真计算的初始条件，在建立有限元仿真模型时需要根据平整机的实际设备及工艺参数以及带钢的品种规格进行建模，这样才能和实际生产较好贴合，而且辊形设计是需要根据不同材质、规格的带钢进行确定，是有针对性的。

S13，以a₁、a₂、a₃、a₄、a₅为中间辊辊形曲线系数，所述中间辊辊形曲线系数的表示式为：X＝[a₁,a₂,a₃,a₄,a₅]；

设定中间辊辊形曲线方程，中间辊辊形曲线方程采用5次多项式进行描述，如式(1)所示：

R(x)＝a₁·x+a₂·x²+a₃·x³+a₄·x⁴+a₅·x⁵ x∈[0，L] (1)

式中：a₁～a₅为中间辊辊形曲线系数；

x为中间辊辊身坐标，也表示中间辊长度方向上x位置的长度值(mm)；

L为中间辊的辊身总长(mm)；

R(x)为中间辊辊形半径差，其含义是中间辊长度方向上x位置的半径值与中间辊辊身坐标0mm处的半径值之差值。即，将原中间辊辊形和E-CVC中间辊辊形统一规定为x＝0时，中间辊辊形半径差为0mm。

其中，a₁的取值范围为[0,10](指a₁的取值范围为“0-10”，以下中括号的范围含义相同)；a₂的取值范围为[-1×10^-3,-1×10^-2]；a₃的取值范围为[-1×10^-6,-1×10^-5]；a₄的取值范围为[-1×10^-10,-1×10^-8]；a₅的取值范围为 [-1×10^-14,-1×10^-13]。

S14，给定初始中间辊辊形曲线系数：(是指a₁～a₅为取值范围内的值，可在取值范围内随机取值)。

S15，通过有限元软件计算出典型规格产品的辊间接触压力分布及承载辊缝形状；

建立平整机辊系变形有限元仿真模型(业内一般都采取有限元软件对辊系变形进行仿真和分析的)，提取平整机平整过程中工作辊和中间辊之间、中间辊和支持辊之间的辊间接触压力，得到辊间接触压力分布；提取辊系变形后的上工作辊下表面的轮廓曲线，得到承载辊缝形状。所述辊间接触压力分布的定义是互相接触的两辊之间会产生接触压力，此种压力在辊身方向的分布则定义为辊间接触压力分布；承载辊缝形状的定义则是发生辊系变形后的上工作辊下表面的轮廓曲线，即为承载辊缝形状。

S16，比较新设计的中间辊与原中间辊辊形对应的辊间接触压力分布及承载辊缝形状(原中间辊辊形对应的辊间接触压力分布及承载辊缝形状也是通过有限元计算得出)，其包含：

S161，判断新设计的中间辊对应边部区域的辊间接触压力＜原中间辊对应边部区域的辊间接触压力是否成立，若判断结果不成立，说明X＝X₀不适用，需调整中间辊辊形曲线系数X；

重新给定新的辊形曲线系数，然后转入步骤S15；

S162，如果步骤S161中判断结果成立，继续判断新设计的中间辊对应的边部区域的辊缝开度>原中间辊对应的边部区域的辊缝开度是否成立，若判断结果不成立，则继续调整X，重新给定新的辊形曲线系数，然后转入步骤S15；

S17，如果步骤S162中判断结果成立，输出新设计的中间辊的辊形曲线方程(指公式(1)：R(x)＝a₁·x+a₂·x²+a₃·x³+a₄·x⁴+a₅·x⁵ x∈[0，L])。

S2，对六辊CVC平整机的工作辊辊形进行优化设计，优化前的工作辊辊形命名为CVC工作辊辊形，优化后的工作辊辊形命名为E-CVC工作辊辊形。E-CVC工作辊辊形与所述E-CVC中间辊辊形配合使用，能进一步提高平整机对薄宽带钢边部的平整控制能力薄。

图5为优化前的CVC工作辊51的辊形与优化后的E-CVC工作辊52的辊形比较图。如图5所示，E-CVC工作辊52的两个端部分别为锥度辊形。该锥度辊形由两个参数定义：

(1)锥度辊形的锥度TP，工作辊端部锥度辊形的锥度取值范围为[1:1000,1:500]；

(2)锥度辊形的长度A(mm)，工作辊部端锥度辊形的长度A(如图5所示)与机组自身宽度及所生产带钢宽度有关。根据所生产带钢宽度的不同应采用不同锥度辊形的长度的工作辊。

以上两个参数TP与A应根据现场实际生产情况加以确定。

工作辊端部锥度辊形的长度A可根据公式(2)进行确定。

A＝(L_WR-B)/2+80 (2)

式中：L_WR——工作辊辊身长度(mm)；

B——带钢宽度(mm)；

A——工作辊端部锥度辊形长度(mm)。

S3，优化后的中间辊和工作辊共同作用于带钢边部，能够克服薄宽带钢的窄边浪缺陷。

实施例：

本技术在一机组的平整机上使用，应用于该机组的中间辊辊形的表达式如下式(2)所示；由于工作辊不能窜动，为了防止带钢出现边裂缺陷，针对三种典型宽度规格的产品，设计了三种工作辊端部辊形，如表1所示。

R(x)＝2.92529·x-3.79047×10^-3·x²+2.06540×10^-6·x³

-5.34695×10^-10·x⁴+7.28393×10^-14·x⁵ x∈[0，1930mm]

(2)

表1带钢宽度与端部辊形的对应关系

上述机组是用于生产宽度为1250mm，厚度为0.45mm的家电板，从生产数 据表明，在使用本方法前，平整机出口的家电板的窄边浪浪高为4～5mm左右，浪距为250mm左右，而采用本方法后，家电板的窄边浪缺陷有了显著改善，浪高仅为1～1.5mm左右，浪距为350mm左右，满足了用户对家电板的严格要求。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。