3800mm中板轧机变凸度工作辊辊形研究①

郑治龙 冯坤杰 牟凯 徐鹏 耿聪 李洪波

（1：五矿营口中板有限责任公司中厚板厂 辽宁营口 115005；2：北京科技大学机械工程学院 北京 100083）

1 前言

自上世纪八十年代开始，我国热轧生产线广泛采用CVC轧机，其特点是可以利用一套轧辊满足不同轧制规程的辊缝二次凸度控制要求，但不具备高次凸度控制能力。在轧机机型确定的情况下，辊形是板形控制最直接、最活跃的因素［1］。随着技术水平的不断进步，具有不同板形控制特性的变凸度工作辊辊形相继出现，如LVC［2］、AVC［3］、五次CVC［4］辊形等。

某3800mm中板厂热轧线采用粗精轧机双机架可逆式轧制，为了获得良好的板形质量，精轧机除了配备压下倾斜、工作辊弯辊技术，还配备了轴向移位变凸度板形控制技术，使得板形控制能力大幅提升［5］。为更充分掌握变凸度工作辊辊形的板形调控特性，发挥生产现场变凸度工作辊辊形的板形调控能力，本文将结合实际辊形函数及参数，对现场变凸度工作辊进行了深入研究与探讨，为实现良好板形控制提供理论依据。

2 工作原理

3800mm中板精轧机使用的变凸度工作辊辊形曲线如式（1）所示，不同于CVC辊形，该辊形曲线由正弦函数和线性函数叠加而成。

式中：R（x）—工作辊半径辊形；

R0—基准半径；

A—辊形振幅；

B—辊形斜率；

C—辊形偏移量；

Φ—轮廓角；

Lref—辊身长度。

该辊形工作原理同CVC辊形基本一致，均是将轧辊原始辊形磨削成“S”形，在轧制过程中通过轴向窜动轧辊改变辊缝凸度以控制板形，如图1所示，轧辊正窜辊使得辊缝凸度变小；轧辊负窜辊使得凸度变大。

图1 轴向窜辊下的辊缝示意图

生产现场实际辊形的各辊形参数如表1所示，代入式（1）得到辊形曲线如图2所示。

表1 辊形参数

图2 工作辊辊形曲线

3 控制特性分析

因现场变凸度工作辊辊形函数与CVC有所不同，其凸度控制特性也有所差异。当工作辊窜辊量为s时，上下工作辊辊形表达式分别表示为式（2）和式（3）：

式中：Ru（x，s）—窜辊量为s时的上工作辊理论辊形；

Rl（x，s）—窜辊量为s时的下工作辊理论辊形。

根据辊缝示意图1，可得到辊缝函数表达式为［6］：

该中板厂3800mm精轧工作辊窜辊范围为［－150mm，150mm］，利用式（4）分别得到窜辊量分别为负窜辊极限－150mm、原始位置0、正窜辊极限150mm时的辊缝形状［7］如图3所示。可以看出，现场变凸度辊形形成的辊缝是一个关于x=0对称的余弦曲线。

图3 不同窜辊位置处的辊缝形状

利用辊缝函数表达式（4），可计算得到窜辊量为s时的辊缝二次凸度表达式［8］为

从辊缝凸度表达式可以看出，在轧辊辊身长度Lref一定的情况下，辊缝凸度仅与辊形振幅A、辊形偏移量C、轮廓角Φ 有关，辊形斜率B与凸度调控特性无关。

由式（5）和式（6）分别计算窜辊范围［－150mm，150mm］所对应的辊缝二次凸度控制范围为［0.4mm，－1.0mm］，辊缝四次凸度控制范围为［－0.011mm，0.028mm］，如图4所示。可以看出，辊缝二次凸度控制能力相对较强，且以辊缝负凸度控制为主；辊缝四次凸度控制能力相对较小。

图4 3800mm精轧机变凸度辊形凸度控制范围

根据二次凸度与四次凸度比值求出凸度比［9］：

图5为不同轮廓角下的凸度比，可以看出凸度比是一个关于轮廓角（0°～360°）的周期函数，且凸度比为负值。在3800mm精轧机变凸度辊形轮廓角为75°的情况下，凸度比为一个定值，其Rc=－34.71，凸度比绝对值相对较大，在二次凸度范围为主要设计标准下，一定程度上解释了辊缝四次凸度控制能力较小的原因。

图5 不同轮廓角下凸度比变化

图6为以二次凸度控制范围［0.4mm，－1.0mm］为设计标准时，改变不同轮廓角下的四次凸度控制范围图，可以看出随着轮廓角增大，四次凸度控制能力快速增加。图7为相应的四次辊缝，可以看出较大的轮廓角会增大辊缝在1／4处的高度，轮廓角越大则辊缝在1／4处变化越剧烈。

图6 不同轮廓角下四次凸度控制范围

图7 不同轮廓角下s＝0时四次辊缝形状

4 凸度控制能力

以上辊缝凸度的研究均为对全辊缝的分析和计算，实际生产中，钢板宽度小于全辊缝，将正负极限窜辊位置所对应的某一钢板宽度实际辊缝凸度作差，得到不同宽度钢板的辊缝二次凸度控制能力［10］：

图8为该生产线常轧宽度下的空载辊缝二次及四次凸度控制能力变化图。可以看出当前变凸度辊形的二次凸度控制能力随板宽近乎呈现线性变化趋势，轧制宽度减小，凸度控制能力线性下降，在轧制宽度由3500mm变为1700mm时，二次凸度控制能力从1.06mm降至0.27mm，下降了74.4%；四次凸度控制能力从0.022mm 降至0.001mm，下降了94.2%。这在一定程度上解释了当前变凸度辊形对于轧制2000mm以下相对窄规格钢板时的二次和四次凸度控制能力相对较弱的现象，而且在钢板轧制宽度范围内，该辊形基本不具备四次凸度控制能力。

图8 3800mm轧机常轧宽度下凸度能力变化图

5 结论

（1）某3800mm生产线变凸度辊形与CVC辊形基本工作原理一致，均是通过轴向移位变凸度技术控制辊缝形状以达到控制板形效果。

（2）现场变凸度辊形的辊缝二次凸度控制范围为［0.4mm，－1.0mm］，辊缝负凸度控制能力相对较强。

（3）现场变凸度辊形理论上具备辊缝四次凸度控制能力，且四次凸度控制能力主要由轮廓角决定，在现场辊形设计参数下，辊缝四次凸度控制能力较小。

（4）轧制宽度对现场变凸度辊形的凸度控制能力影响较大，当轧制宽度由3500mm 变为1700mm时，二次凸度控制能力下降了74.4%，四次凸度控制能力下降了94.2%，严重限制了变凸度工作辊的板形控制效果。