CVC熱連軋機(jī)支持輥不均勻磨損及輥形改進(jìn)

1、第30卷第5期2008年5月北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijingVol.30No.5May2008CVC熱連軋機(jī)支持輥不均勻磨損及輥形改進(jìn)李洪波1)張杰1)曹建國1)何俊麗1)張樹山2)王強(qiáng)2)1)北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,北京1000832)馬鞍山鋼鐵股份有限公司,馬鞍山摘要非對稱的CVC.利用ANSYS有限元軟件分析F4,形控制穩(wěn)定性,并導(dǎo)致支持輥剝落增加輥耗.,實(shí)驗(yàn)證明新輥形具有良好的自保持性,.關(guān)鍵詞;有限元方法分類號TG333+1Characteristicsofbackuprollwearcontourin

2、aCVCcontinuoushotrollinLIHongbo1,ZHANGJie1,CAOJianguo1,HEJunli)gmill1),ZHANGShushan2),WANGQiang2)1)SchoolofMechanicalEngineering,UniversityofScienceandTechnolo2)MaanshanIronandSteelCo.Ltd.,Maanshan243003,ChinagyBeijing,Beijing100083,ChinaABSTRACTTheconfigurationofdissymmetricalCVCworkrollcontourands

3、badself2maintenanceofbackuprollsindownstreamstands.AftertheanalontheprofilecontrolandrollcontactbackuprollaffectedthecontrollabilityofthemillfortheymmetricalconventionalbackuprollcontourresultsinprollwearcontourinNo.4standpallingaccidentofthebackuproposed,whichwaspysisontheeffectsofbackuproducts,and

4、ledtothespressuredistributionbyANSYSfiniteelementmethod,itwasfoundthattheseverewearoftheprofileandflatnessofysis,anewbackugthewholeserviceprollcontourwasprovedroll,whichmayincreaserollconsumption.BasedontheANSYSanalofgoodself2maintenancebyexperiment,andcouldworkwelldurintactpressurepeakofbackuprollw

5、earcontour.KEYWORDScontinuoushotrollingmill;CVC;backuperiod,especiallycouldmitigatetherollcon2proll;wear;self2maintenance;finiteelementmethod國內(nèi)近年新建的寬帶鋼熱連軋機(jī)精軋機(jī)組多采用四輥CVC機(jī)型,工作輥采用可(100150)mm竄輥的CVC輥形,支持輥為端部200mm采用兩段圓弧倒角的對稱平輥.軋輥磨損是熱軋中比較關(guān)心的問題1-2,而這種非對稱的CVC工作輥與對稱支持輥配置可能帶來的問題以及軋制過程中支持輥輥形變化對板形的影響目前缺乏系統(tǒng)的研究.熱連軋

6、機(jī)七個(gè)機(jī)架(F1F7)軋輥的工作條件不同,導(dǎo)致磨損形式及其對板形的影響也不盡相同.在對某CVC熱連軋機(jī)F1F7共140支支持輥下機(jī)輥形進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后得出:上游機(jī)架(F1F3)支持輥輥形自保持性3相對較好,下游機(jī)架(F4F7)收稿日期:2007203231修回日期:2007205228基金項(xiàng)目:北京科技大學(xué)科技發(fā)展專項(xiàng)基金項(xiàng)目(No.20050311890),男,博士研究生;張杰(1960),男,作者簡介:李洪波(1982教授,博士生導(dǎo)師,E2mail:jzhang則出現(xiàn)與CVC相配的S形磨損,局部磨損量較大,尤以F4、F6和F7最為嚴(yán)重.支持輥服役期較長,約24周,服役期內(nèi)與不同磨損狀態(tài)的工作

7、輥配合使用,對板形調(diào)控性能及輥間接觸壓力都將產(chǎn)生持續(xù)變化的影響4-5.在局部磨損嚴(yán)重的F4、F6和F7機(jī)架中,F4機(jī)架以凸度控制為主,且F4機(jī)架工作輥服役期約為F6、F7機(jī)架工作輥的2倍,板形控制變化復(fù)雜,本文以F4機(jī)架為例進(jìn)行研究.1支持輥磨損對板形調(diào)控性能的影響支持輥的不均勻磨損不僅帶來了較大輥耗6,另外也使軋機(jī)的板形調(diào)控性能發(fā)生變化.對圖1所示F4機(jī)架的兩支具有代表性的支持輥下機(jī)輥形(BRw1、BRw2),利用ANSYS有限元軟件進(jìn)行輥縫凸度調(diào)節(jié)域及輥縫橫向剛度的分析.建模時(shí)采用了第5期李洪波等:CVC熱連軋機(jī)支持輥不均勻磨損及輥形改進(jìn)955輥系結(jié)構(gòu)的1/4,主要計(jì)算參數(shù)如表1所示.磨損

8、對凸度調(diào)節(jié)域的影響大致相當(dāng),而嚴(yán)重磨損的支持輥下機(jī)輥形BRw2對凸度調(diào)節(jié)域的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于工作輥磨損,可以說嚴(yán)重的支持輥磨損大大改變了軋機(jī)的凸度調(diào)節(jié)性能.CVC工作輥輥形與彎輥配合具有較強(qiáng)的二次凸度調(diào)節(jié)能力,但可以看到,支,支,圖1F4支持輥下機(jī)輥形Fig.1WearcontourofthebackuprollinNo.4stand表1Table1,;尤其在支持,CVC工作輥的軸向竄動與彎影響,會導(dǎo)致帶鋼凸度偏大,造成板形不良.支持輥規(guī)格彎輥力Fw范圍/kN竄輥行程/mm彎輥力加載中心距/mm支持輥約束中心距/mm數(shù)值700mm2000mm1450mm1800mm02000-1001002900

9、2900圖2軋輥服役初期與后期的凸度調(diào)節(jié)域.BRg為服役初期的支111凸度調(diào)節(jié)域持輥;BRw1為支持輥下機(jī)輥形1;BRw2為支持輥下機(jī)輥形2;WRg為服役初期的工作輥;WRw為工作輥下機(jī)輥形.Fig.2Contrastofthevariationsofrollgapprofileadjustingareabe2tweenoriginalcontoursandwearcontoursoftherolls求解輥縫凸度調(diào)節(jié)域就是分析不同彎輥力、不同CVC竄輥量工況下的輥系變形,通過求解二次凸度Cw和四次凸度Ch的最大調(diào)節(jié)范圍,反映了承載輥縫調(diào)節(jié)柔性7-9.采用支持輥和CVC工作輥不同112承載輥縫橫

10、向剛度輥縫調(diào)節(jié)域表明了輥縫的調(diào)節(jié)柔性;輥縫剛度輥形的組合數(shù)據(jù),可分別研究支持輥和CVC工作輥特性則表明了輥縫在軋制壓力變動時(shí)的穩(wěn)定性8.在服役前期與后期的凸度調(diào)節(jié)域,分析軋輥磨損對軋輥磨損帶來的承載輥縫橫向剛度K的變化如凸度調(diào)節(jié)域的影響.表2所示.從圖2看出,支持輥下機(jī)輥形BRw1與工作輥表2剛度特性變化Table2VariationsofrollgapstiffnesscharacteristicsK下降率/%Fw=0kNFw=2000kN輥形Fw=0kNm-1)K/(kNFw=2000kN彎輥力調(diào)節(jié)范圍/m121.6121.4119.6119.0122.1118.5BRg&WRgBRg&W

11、RwBRw1&WRgBRw1&WRwBRw2&WRgBRw2&WRw89.8785.4989.2984.1888.9087.3194.9993.5093.5289.9589.4083.204.870.646.331.072.851.571.545.305.8812.41在新一代高技術(shù)寬帶鋼軋機(jī)中,CVC機(jī)型屬低剛度輥縫型10,而支持輥的磨損又將導(dǎo)致承載輥縫剛度的小幅下降;但通過數(shù)據(jù)可以看出,支持輥磨損對剛度的影響小于工作輥的磨損.所以為保證輥縫剛度,一方面要及時(shí)安排工作輥換輥,另一方面可以從改進(jìn)支持輥輥形入手提高輥縫剛度.2支持輥磨損對輥間接觸壓力的影響輥間接觸壓力通過兩種方式影響支持輥的疲勞

12、:接觸壓力的峰值和接觸壓力的變化幅度11.通065北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)第30卷過有限元分析可以看出,對稱支持輥與CVC工作輥的配合使得輥間接觸壓力分布不均勻,而支持輥和工作輥的磨損又都將導(dǎo)致輥間接觸壓力分布發(fā)生一定的變化,并在支持輥輥身端部200400mm的區(qū)域內(nèi)形成輥間接觸壓力尖峰(如圖3(a)所示);尤其在支持輥和工作輥的服役后期(圖3(b),這種輥間接觸壓力尖峰會使支持輥承受較大的沖擊載荷,是加重支持輥疲勞磨損,導(dǎo)致支持輥剝落的主要原因之一.圖3軋輥服役初期與后期的輥間接觸壓力分布Fig.3Rollcontactpressuredistributiononoriginalcontoursan

13、dwearcontoursoftherolls在及時(shí)更換工作輥的基礎(chǔ)上,合理的支持輥輥形設(shè)計(jì)也可以改善輥間接觸狀態(tài),提高支持輥的自保持性,緩解接觸壓力尖峰的出現(xiàn).3支持輥輥形的改進(jìn)及應(yīng)用效果在軋機(jī)機(jī)型確定的情況下,輥形成為帶鋼板形控制最直接、最有效的手段12.由于常規(guī)支持輥輥形存在以上問題,本文提出了如圖4所示MBR支持輥輥形,其特點(diǎn)是中部非對稱的S形設(shè)計(jì)可以改善輥間接觸狀態(tài),使輥身磨損更為均勻,輥形端部設(shè)計(jì)具有VCR輥形特點(diǎn),可在一定程度上提高輥縫剛度13.新輥形在某CVC熱連軋機(jī)上連續(xù)進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)驗(yàn),軋制量達(dá)50萬t.新輥形上機(jī)前后的輥形測量結(jié)果見圖5,輥身磨損不均勻性有明顯改善.計(jì)算分析表

14、明,與BRw1、BRw2磨損輥形相比,新輥形服役后期(MBRw)輥間接觸壓力峰值可降約30%(如圖6所示),輥縫二次及四次凸度調(diào)控性能變化幅度分別下降了76104%和64103%以上,可在整個(gè)服役期內(nèi)穩(wěn)定發(fā)揮其性能.圖4MBR支持輥輥形曲線Fig.4ContrastbetweenconventionalbackubackuprollcontourprollcontourandMBRtour圖5MBR支持輥服役前后輥形曲線Fig.5CurvesofMBRback2uprolloriginalcontourandwearcon2圖6支持輥服役后期的輥間接觸壓力分布Fig.6Rollcontactp

15、ressuredistributiononconventionalbackuprollwearcontourandMBRbackuprollwearcontour第5期李洪波等:CVC熱連軋機(jī)支持輥不均勻磨損及輥形改進(jìn)北京科技大學(xué),2000:123)6HeAR,ZhangQD,ZhanrollsinhotstriMet,2000,22(2):191654結(jié)論(1)嚴(yán)重的支持輥磨損改變了軋機(jī)的凸度調(diào)節(jié)gJ,etal.Non2uniformwearofbackupprollinganditssolutionmeasurement.Shanghai域,并會導(dǎo)致承載輥縫橫向剛度小幅下降.(2)嚴(yán)重的支

16、持輥磨損將使輥身端部200400mm的區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)較大的接觸壓力尖峰,是導(dǎo)致支持輥剝落的主要原因之一.(3)MBR支持輥輥形可以改善輥間接觸狀態(tài)和輥間接觸壓力,具有較好的輥形自保持性,可在整個(gè)服役期內(nèi)穩(wěn)定發(fā)揮其性能,解輥身接觸壓力尖峰的出現(xiàn).參考文1Chenprollingmill.(何安瑞,張清東,張杰,等.板帶鋼熱軋支持輥不均勻磨損及其解決措施.上海金屬,2000,22(2):19)7ZhangQD,ChenXL.FlatnesscontrolstrategyforCVC42highcoldrollinJUnivg,1996,18(4):347,.北京科技大(4)generationhigh

17、2techmillsforg.JUnivSciTechnolBeijing,1997,19(A02):1陳先霖.新一代高技術(shù)寬帶鋼軋機(jī)的板形控制.北京科技大學(xué)學(xué)報(bào),1997,19(A02):1)9JiaSH,CaoJG,ZhangJ,etal.Effectofsmartcrownworkrollyofprofileandflatnessinwearcontourpatternoncontrollabilit(5):468(賈生暉,曹建國,張杰,等.冷連軋機(jī)SmartCrown軋輥磨損輥gtrainofIronSteel(1):66tandemcoldrollingmills.JUnivSciT

18、echnolBeijing,2006,28(陳連生,連家創(chuàng).熱帶鋼軋機(jī)軋輥磨損研究.鋼鐵,2001,36(1):66)2LianJC,HuangCQ,ChenLS.Rollwearonfinishin2050CVChotstripmill.IronSteel,2002,37(3):24形對板形調(diào)控能力的影響.北京科技大學(xué)學(xué)報(bào),2006,28(5):468)10ChenXL,Zhan(7):28(陳先霖,張杰,張清東,等.寬帶鋼熱連軋機(jī)板形控制系統(tǒng)的gJ,ZhangQD,etal.Developmills.pmentinprofileandIronSteel,2000,35(連家創(chuàng),黃傳清,陳連

19、生.2050CVC熱連軋機(jī)精軋機(jī)組軋輥磨損的研究.鋼鐵,2002,37(3):24)3CaoJG,ChenXL,ZhanBeijing,1999,21(2):188flatnesscontrolsystemofhotstripatternandap2gQD,etal.Rollwearpraisalofrollcontourinhotwidestripmill.JUnivSciTechnol開發(fā).鋼鐵,2000,35(7):28)11HeAR,CaoJG,WuQH,etal.Studyoncomprehensivefunc2gmillofhottionofvaryingcontact2lengthbackuprollinfinishin(曹建國,陳先霖,張清東,等.寬帶鋼熱連軋機(jī)軋輥磨損與輥形評價(jià).北京科技大學(xué)學(xué)報(bào),1999,21(2):188)4HeAR,ZhangQD,CaoJG,etal.EffectofbackhotwidestripmillonthestriTechnolBeijing,1999,21(6