陳付紅,陳連生

(河北聯(lián)合大學(xué) 冶金與能源學(xué)院,河北唐山 063009)

0 引 言

PC軋機(jī)因具有壓下量大、板形和板凸度控制能力強(qiáng)等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于板帶鋼的生產(chǎn)中。在實(shí)際生產(chǎn)過程中,交叉角和彎輥力的大小直接影響輥間壓力和軋制壓力的分布,進(jìn)而導(dǎo)致軋輥的磨損輥廓形狀發(fā)生變化,使帶鋼板形和板厚控制精度受到影響。因此,深入研究PC軋機(jī)軋輥磨損規(guī)律,對板形控制具重要的意義。

為減小軋輥磨損對板形的影響,本文以唐鋼薄板坯連鑄連軋1810mm生產(chǎn)線的PC軋機(jī)精軋機(jī)組為研究對象,對熱軋帶鋼的軋制過程進(jìn)行了模擬,對軋輥磨損預(yù)報(bào)進(jìn)行了研究。通過研究軋輥磨損輥廓與板形控制之間的關(guān)系,分析了軋輥磨損進(jìn)程中,交叉角和彎輥力的合理配置問題。

1 熱連軋過程模擬系統(tǒng)

1.1 模擬系統(tǒng)簡介

模擬系統(tǒng)分為兩個(gè)部分,第一部分是軋制壓力的計(jì)算。計(jì)算交叉角、彎輥力、前張力對軋制壓力、輥間壓力、出口厚度以及板凸度的影響。將軋輥劃分為有限個(gè)單元,對入口厚度分布曲線進(jìn)行假設(shè),對工作輥熱凸度、寬展,前后張力、軋制力,影響系數(shù)、壓扁系數(shù)等參數(shù)進(jìn)行計(jì)算,求解軋制壓力及輥間壓力橫向分布,在計(jì)算工作輥撓度后,得到軋后厚度分布和軋件的凸度。第二部分是磨損預(yù)報(bào)計(jì)算。利用第一部分的計(jì)算結(jié)果,結(jié)合軋輥磨損實(shí)測數(shù)據(jù),對上、下工作輥進(jìn)行磨損預(yù)報(bào)計(jì)算。

為保證模擬系統(tǒng)的計(jì)算精度,在每個(gè)機(jī)架的計(jì)算過程中都充分考慮了軋制過程中金屬的橫向流動,并將軋件的塑性變形與輥系的彈性變形進(jìn)行迭代求解[1～3]。

圖1 計(jì)算機(jī)模擬程序框圖

1.2 模擬系統(tǒng)精度的驗(yàn)證

通過對不同規(guī)格的板帶鋼軋制過程進(jìn)行模擬計(jì)算,將計(jì)算結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)中的實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,不斷修正模擬參數(shù),系統(tǒng)精度得到了不斷提高。以典型品種(鋼種SS400,規(guī)格2.75 mm×1250mm)的模擬數(shù)據(jù)為例,精度如表1所示。

表1 薄規(guī)格帶鋼模擬計(jì)算所用參數(shù)及軋制壓力計(jì)算值與實(shí)測值的對比

從表1中誤差項(xiàng)可以看出,模擬計(jì)算出的軋制力與實(shí)際測量的軋制力的誤差都控制在10%以內(nèi),模擬的精確度相對較高,符合實(shí)際生產(chǎn)過程。為下一步磨損計(jì)算的精確度控制奠定了一定的基礎(chǔ)。

2 交叉角對軋制壓力分布的影響

現(xiàn)場五架PC軋機(jī)的前三架使用的了對輥交叉,以實(shí)現(xiàn)對板凸度的控制。利用模擬系統(tǒng)對F1精軋機(jī)架軋制過程進(jìn)行模擬,結(jié)果如2圖所示。

圖2 交叉角的變化對軋制壓力分布的影響

如圖所示,軋制壓力的最大值出現(xiàn)在輥身中間部,兩邊逐漸減小,邊部的軋制壓力最小,隨著交叉角的增大,軋輥中間的軋制壓力增大,軋輥邊部的軋制壓力減小。這是由于交叉角增大導(dǎo)致軋件中部接觸應(yīng)力增加[6]。

3 交叉角對輥間壓力分布的影響

利用模擬系統(tǒng)對不同交叉角對應(yīng)的輥間壓力分布進(jìn)行了模擬,計(jì)算結(jié)果如圖3所示。

圖3 交叉角變化對F1機(jī)架輥間壓力分布的影響

從圖3可以看出,交叉角增大,軋輥軋制中心線附近和軋輥兩端的輥間壓力分布增大,輥身長度-600到-300和300到600附近的輥間壓力分布減小。軋輥軋制中心線位置的輥間壓力分布較大。這是由于工作輥與軋件接觸,軋制壓力集中在工作輥輥身中心線位置附近,致使工作輥產(chǎn)生向上彎曲,中間部位的輥間壓力分布增大,而交叉角的存在更進(jìn)一步增加了工作輥和支撐輥之間的接觸壓力。輥身長度-600和600向軋輥兩端,輥間壓力逐漸變大,其輥間壓力的最大值出現(xiàn)在軋輥端部,這是由于工作輥和支撐輥在實(shí)際力的作用下產(chǎn)生彎曲變形特點(diǎn)決定的,支承輥軸承座上的壓下力使輥間在端部產(chǎn)生較大的接觸力,這種有害接觸使輥間壓力分布的最大值出現(xiàn)在軋輥兩端。

4 軋輥磨損特點(diǎn)

軋輥的磨損受到很多因素的影響,模擬系統(tǒng)考慮到了工作輥的熱凸度和壓扁系數(shù)等其他因素的影響,使模擬出的曲線更接近實(shí)際磨損曲線。F1機(jī)架采用的的交叉角為0.35°,彎輥力為720 kN,其上工作輥磨損曲線如下圖4所示。

圖4 F1工作輥磨損分布圖

圖4是F1上工作輥軋制1877噸鋼后的磨損情況。磨損分布圖中,軋輥的磨損形狀近似于“M”形狀,在輥身中間點(diǎn)附近出現(xiàn)了磨損較大區(qū)域,磨損值達(dá)到了0.096mm左右。這是由軋輥中間位置的軋制壓力較大所導(dǎo)致的。

在輥身長度為-700到700兩點(diǎn)附近磨損量最大,磨損值達(dá)到了0.105 mm左右,軋輥邊部的磨損量比軋制力集中的軋輥中間還要大,這是由于軋輥的磨損量不僅與正壓力輥間壓力有關(guān),還與滑動量有關(guān),軋制過程中軋件邊部寬展,金屬向橫向流動,增加了軋件與軋輥的相對滑動,加大了軋輥邊部的磨損。

從圖中工作輥模擬的磨損曲線與實(shí)際的磨損曲線磨損形狀基本一致。能夠比較準(zhǔn)確的反映生產(chǎn)過程中軋輥磨損的實(shí)際情況。

5 結(jié) 論

1)PC軋機(jī)交叉角增大,工作輥軋制中心線位置對應(yīng)的單位軋制壓力越大,軋輥兩側(cè)的軋制壓力的減小。

2)PC軋機(jī)交叉角增大,工作輥軋制中心線位置附近和軋輥兩段輥間壓力分布增大,其它位置輥間壓力分布減小。

3)軋輥磨損與正壓力和滑動量有關(guān),軋制壓力和輥間壓力越大磨損越大,相對滑動越劇烈,磨損越嚴(yán)重。

[1] 王國棟.板形控制和板形理論[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1986.

[2] 連家創(chuàng),劉宏民.板厚板形控制[M].北京:兵器工業(yè)出版社,1996.

[3] 郭劍波,連家創(chuàng),江光彪等.PC熱帶鋼連軋機(jī)力能參數(shù)研究之一——軋制力的計(jì)算[J].鋼鐵研究學(xué)報(bào),1998,10(1):23～26.

[4] 常安,白金蘭,邸洪雙等.首鋼3500 mm中板軋機(jī)輥型研究與應(yīng)用[J].鋼鐵,2006,8(41):41～45.

[5] 郭建波,將光彪,連家創(chuàng).PC熱帶鋼連軋機(jī)彎輥力和交叉角的控制決策[J].鋼鐵研究學(xué)報(bào),2001,13(2):24～27.

[6] 趙家俊,魏立群.冷軋帶鋼生產(chǎn)問答(第二版)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2004.