非对称交叉轧制能耗特性分析

1、非对称交叉轧制能耗特性分析郑光文卢秉林摘要：对非对称交叉轧制与常规轧制所需驱动力矩进行了理论分析，将两者所具有的能耗特性进行了比较，并通过实验进行了验证，得出在相同轧制条件下，非对称交叉轧制能耗较常规轧制能耗小，并随交叉角增大而减小关键词：非对称交叉轧制；常规轧制；能耗Analysis of the energy consumption of non-pair cross rollingZHENG Guang-wen, LU Bing-lin(Metallurgy Dept., East China University of Metallurgy, Maanshan 243002, Chin

2、a)Abstract:The driving torque of non-pair cross rolling and pair rolling are analyzed. At the same condition, the for-mer energy consumption is less than latter compared by theoretical calculation, and it decrease as cross angle aug-menting. Mean while, the experiment has been proved these results b

3、y authors.Keywords:non-pair cross rolling; pair rolling; energy consumption1前言自1984年PC轧机首次投入使用以来，因其具有良好的板形与凸度调控能力而获得广泛应用，宝钢1580mm热连轧机精轧机组采用了此项技术在对PC轧机研究的基础上，华东冶金学院与清华大学合作进行了非对称交叉轧制的实验研究和开发应用工作，分析了交叉轧制的力学特性，即轧制力和轧制能耗的变化规律，寻找出非对称交叉对板形及横向厚差的影响规律，得出求解最佳交叉角的理论模型13，并结合实验研究，对非对称交叉轧制的能耗特性进行了较系统的分析与研究，并与常规轧制

4、的能耗进行了比较2理论分析非对称交叉轧制的轧制原理见图1,交叉点在传动侧，操作侧进行交叉角调整图2为非对称交叉轧制的力矩传送图非对称交叉轧制时所需力矩，即轧制力矩为M'z=Mn''cos（1）式中，Mz'为轧制力矩/N.mm;Mn'为轧辊传递力矩/N.mm;'为传动效率/%;为交叉角/(°)图1轧辊非对称交叉轧制原理图图2力矩传递示意图常规轧制时，交叉角0,故Mz=Mn（2）式中，Mz为常规轧制时轧制力矩/N.mm;Mn为常规轧制时轧辊传递力矩/N.mm;为常规轧制时的传动效率/%进一步推导后，（1）、（2）式分别为：（3）Mz=2R.

5、2k1sbh(-2)exp(1/2h)-1/（4）式中，R为工作辊半径/mm;为咬入角/(°);为中性角/(°);为交叉角/(°);b为轧件宽度/mm为轧件平均厚度/mm;l'为轧件与轧辊接触弧长度/mm;1,2为轧件与轧辊纵、横向摩擦系数；k1为平面与变形状态有关的系数，k1=11.155;s为变形区平均变形抗力/MPa设f为非对称交叉轧制与常规轧制二者轧辊传递力矩的比值系数，则：f=Mn/Mn=(Mz/cos)/(Mz/)（5）为便于分析，设，无宽展Wz0，中性角=0,将(3)、(4)式代入式(5),整理后得:f=1+(2/1)tg（6）由于轧件纵、横

6、向摩擦系数之比为变形区金属与轧辊纵、横向流动速度差之比，即2/1=V2/V1=(Wz-Vsin)/(ux/cos-Vcos)-Vsin/(ux/cos-Vcos)（7）式中，V1、V2为轧件纵、横向流动速度差；ux、Wz为轧件纵、横向流动速度；V为轧辊表面线速度；为接触区位置角/(°)由于较小，通常为0°1.5°，所以sin,cos,tg,代入（1）式后，（6）式可整理为：f=1-V2/(ux/cos-V)（8）由于ux/cos>V,故ux/cos-V>0,因此当>0°时，f<1,Mz'=fMzcos,Mz'<

7、;Mz;=0°时，f=fmax=1,cos?=1,Mz'=Mz因此，当交叉角逐渐增大时，比值系数f呈二次曲线减小，即非对称交叉轧制的轧制力矩和轧制能耗随之减小，当交叉角0°时，f=fmax=1,即为常规轧制，此时等于常规轧制时轧制力矩和轧制能耗由此可见，若忽略传递力矩损失，则非对称交叉轧制所需的轧制力矩及轧制能耗始终小于常规轧制的轧制力矩及轧制能耗，且其随交叉角的增大而减小3实验结果为证明上述的分析，进行了实验研究实验条件为，轧辊尺寸：154mm×228mm,材质是GCr15;主电机额定功率40kW,转速980r/min;轧制材料为1.0mm×125mmQ215F硬化料和2.75mm×120mmQ215F热轧料实验中测量了不同轧制情况下主电机电流的变化值，其测试结果如图3所示由图可见，非对称交叉轧制时的能耗比常规轧制时低，其降低幅度约为3%5%图3非对称交叉轧制与常规轧制实测电流的比较1,2-1.0mm×125mmQ215F硬化料；1',2'-2.75mm×120mm热轧料；1,1'-=0常规轧制；2,2'-0非对称交叉轧制非对称交叉轧制能耗降低的主要原因，是改变了变形区金属质点的纵、横向流动规律和轧制力，因而使