CVC热连轧机支持辊不均匀磨损及辊形改进

1、第30卷第5期2008年5月北京科技大学学报JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijingVol.30No.5May2008CVC热连轧机支持辊不均匀磨损及辊形改进李洪波1)张杰1)曹建国1)何俊丽1)张树山2)王强2)1)北京科技大学机械工程学院,北京1000832)马鞍山钢铁股份有限公司,马鞍山摘要非对称的CVC.利用ANSYS有限元软件分析F4,形控制稳定性,并导致支持辊剥落增加辊耗.,实验证明新辊形具有良好的自保持性,.关键词;有限元方法分类号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国内近年新建的宽带钢热连轧机精轧机组多采用四辊CVC机型,工作辊采用可(100150)mm窜辊的CVC辊形,支持辊为端部200mm采用两段圆弧倒角的对称平辊.轧辊磨损是热轧中比较关心的问题1-2,而这种非对称的CVC工作辊与对称支持辊配置可能带来的问题以及轧制过程中支持辊辊形变化对板形的影响目前缺乏系统的研究.热连轧

6、机七个机架(F1F7)轧辊的工作条件不同,导致磨损形式及其对板形的影响也不尽相同.在对某CVC热连轧机F1F7共140支支持辊下机辊形进行统计分析后得出:上游机架(F1F3)支持辊辊形自保持性3相对较好,下游机架(F4F7)收稿日期:2007203231修回日期:2007205228基金项目:北京科技大学科技发展专项基金项目(No.20050311890),男,博士研究生;张杰(1960),男,作者简介:李洪波(1982教授,博士生导师,E2mail:jzhang则出现与CVC相配的S形磨损,局部磨损量较大,尤以F4、F6和F7最为严重.支持辊服役期较长,约24周,服役期内与不同磨损状态的工作

7、辊配合使用,对板形调控性能及辊间接触压力都将产生持续变化的影响4-5.在局部磨损严重的F4、F6和F7机架中,F4机架以凸度控制为主,且F4机架工作辊服役期约为F6、F7机架工作辊的2倍,板形控制变化复杂,本文以F4机架为例进行研究.1支持辊磨损对板形调控性能的影响支持辊的不均匀磨损不仅带来了较大辊耗6,另外也使轧机的板形调控性能发生变化.对图1所示F4机架的两支具有代表性的支持辊下机辊形(BRw1、BRw2),利用ANSYS有限元软件进行辊缝凸度调节域及辊缝横向刚度的分析.建模时采用了第5期李洪波等:CVC热连轧机支持辊不均匀磨损及辊形改进955辊系结构的1/4,主要计算参数如表1所示.磨损

8、对凸度调节域的影响大致相当,而严重磨损的支持辊下机辊形BRw2对凸度调节域的影响远远大于工作辊磨损,可以说严重的支持辊磨损大大改变了轧机的凸度调节性能.CVC工作辊辊形与弯辊配合具有较强的二次凸度调节能力,但可以看到,支,支,图1F4支持辊下机辊形Fig.1WearcontourofthebackuprollinNo.4stand表1Table1,;尤其在支持,CVC工作辊的轴向窜动与弯影响,会导致带钢凸度偏大,造成板形不良.支持辊规格弯辊力Fw范围/kN窜辊行程/mm弯辊力加载中心距/mm支持辊约束中心距/mm数值700mm2000mm1450mm1800mm02000-1001002900

9、2900图2轧辊服役初期与后期的凸度调节域.BRg为服役初期的支111凸度调节域持辊;BRw1为支持辊下机辊形1;BRw2为支持辊下机辊形2;WRg为服役初期的工作辊;WRw为工作辊下机辊形.Fig.2Contrastofthevariationsofrollgapprofileadjustingareabe2tweenoriginalcontoursandwearcontoursoftherolls求解辊缝凸度调节域就是分析不同弯辊力、不同CVC窜辊量工况下的辊系变形,通过求解二次凸度Cw和四次凸度Ch的最大调节范围,反映了承载辊缝调节柔性7-9.采用支持辊和CVC工作辊不同112承载辊缝横

10、向刚度辊缝调节域表明了辊缝的调节柔性;辊缝刚度辊形的组合数据,可分别研究支持辊和CVC工作辊特性则表明了辊缝在轧制压力变动时的稳定性8.在服役前期与后期的凸度调节域,分析轧辊磨损对轧辊磨损带来的承载辊缝横向刚度K的变化如凸度调节域的影响.表2所示.从图2看出,支持辊下机辊形BRw1与工作辊表2刚度特性变化Table2VariationsofrollgapstiffnesscharacteristicsK下降率/%Fw=0kNFw=2000kN辊形Fw=0kNm-1)K/(kNFw=2000kN弯辊力调节范围/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在新一代高技术宽带钢轧机中,CVC机型属低刚度辊缝型10,而支持辊的磨损又将导致承载辊缝刚度的小幅下降;但通过数据可以看出,支持辊磨损对刚度的影响小于工作辊的磨损.所以为保证辊缝刚度,一方面要及时安排工作辊换辊,另一方面可以从改进支持辊辊形入手提高辊缝刚度.2支持辊磨损对辊间接触压力的影响辊间接触压力通过两种方式影响支持辊的疲劳

12、:接触压力的峰值和接触压力的变化幅度11.通065北京科技大学学报第30卷过有限元分析可以看出,对称支持辊与CVC工作辊的配合使得辊间接触压力分布不均匀,而支持辊和工作辊的磨损又都将导致辊间接触压力分布发生一定的变化,并在支持辊辊身端部200400mm的区域内形成辊间接触压力尖峰(如图3(a)所示);尤其在支持辊和工作辊的服役后期(图3(b),这种辊间接触压力尖峰会使支持辊承受较大的冲击载荷,是加重支持辊疲劳磨损,导致支持辊剥落的主要原因之一.图3轧辊服役初期与后期的辊间接触压力分布Fig.3Rollcontactpressuredistributiononoriginalcontoursan

13、dwearcontoursoftherolls在及时更换工作辊的基础上,合理的支持辊辊形设计也可以改善辊间接触状态,提高支持辊的自保持性,缓解接触压力尖峰的出现.3支持辊辊形的改进及应用效果在轧机机型确定的情况下,辊形成为带钢板形控制最直接、最有效的手段12.由于常规支持辊辊形存在以上问题,本文提出了如图4所示MBR支持辊辊形,其特点是中部非对称的S形设计可以改善辊间接触状态,使辊身磨损更为均匀,辊形端部设计具有VCR辊形特点,可在一定程度上提高辊缝刚度13.新辊形在某CVC热连轧机上连续进行生产实验,轧制量达50万t.新辊形上机前后的辊形测量结果见图5,辊身磨损不均匀性有明显改善.计算分析表

14、明,与BRw1、BRw2磨损辊形相比,新辊形服役后期(MBRw)辊间接触压力峰值可降约30%(如图6所示),辊缝二次及四次凸度调控性能变化幅度分别下降了76104%和64103%以上,可在整个服役期内稳定发挥其性能.图4MBR支持辊辊形曲线Fig.4ContrastbetweenconventionalbackubackuprollcontourprollcontourandMBRtour图5MBR支持辊服役前后辊形曲线Fig.5CurvesofMBRback2uprolloriginalcontourandwearcon2图6支持辊服役后期的辊间接触压力分布Fig.6Rollcontactp

15、ressuredistributiononconventionalbackuprollwearcontourandMBRbackuprollwearcontour第5期李洪波等:CVC热连轧机支持辊不均匀磨损及辊形改进北京科技大学,2000:123)6HeAR,ZhangQD,ZhanrollsinhotstriMet,2000,22(2):191654结论(1)严重的支持辊磨损改变了轧机的凸度调节gJ,etal.Non2uniformwearofbackupprollinganditssolutionmeasurement.Shanghai域,并会导致承载辊缝横向刚度小幅下降.(2)严重的支

16、持辊磨损将使辊身端部200400mm的区域内出现较大的接触压力尖峰,是导致支持辊剥落的主要原因之一.(3)MBR支持辊辊形可以改善辊间接触状态和辊间接触压力,具有较好的辊形自保持性,可在整个服役期内稳定发挥其性能,解辊身接触压力尖峰的出现.参考文1Chenprollingmill.(何安瑞,张清东,张杰,等.板带钢热轧支持辊不均匀磨损及其解决措施.上海金属,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陈先霖.新一代高技术宽带钢轧机的板形控制.北京科技大学学报,1997,19(A02):1)9JiaSH,CaoJG,ZhangJ,etal.Effectofsmartcrownworkrollyofprofileandflatnessinwearcontourpatternoncontrollabilit(5):468(贾生晖,曹建国,张杰,等.冷连轧机SmartCrown轧辊磨损辊gtrainofIronSteel(1):66tandemcoldrollingmills.JUnivSciT

18、echnolBeijing,2006,28(陈连生,连家创.热带钢轧机轧辊磨损研究.钢铁,2001,36(1):66)2LianJC,HuangCQ,ChenLS.Rollwearonfinishin2050CVChotstripmill.IronSteel,2002,37(3):24形对板形调控能力的影响.北京科技大学学报,2006,28(5):468)10ChenXL,Zhan(7):28(陈先霖,张杰,张清东,等.宽带钢热连轧机板形控制系统的gJ,ZhangQD,etal.Developmills.pmentinprofileandIronSteel,2000,35(连家创,黄传清,陈连

19、生.2050CVC热连轧机精轧机组轧辊磨损的研究.钢铁,2002,37(3):24)3CaoJG,ChenXL,ZhanBeijing,1999,21(2):188flatnesscontrolsystemofhotstripatternandap2gQD,etal.Rollwearpraisalofrollcontourinhotwidestripmill.JUnivSciTechnol开发.钢铁,2000,35(7):28)11HeAR,CaoJG,WuQH,etal.Studyoncomprehensivefunc2gmillofhottionofvaryingcontact2lengthbackuprollinfinishin(曹建国,陈先霖,张清东,等.宽带钢热连轧机轧辊磨损与辊形评价.北京科技大学学报,1999,21(2):188)4HeAR,ZhangQD,CaoJG,etal.EffectofbackhotwidestripmillonthestriTechnolBeijing,1999,21(6