热轧高强钢平整机轧制力与弯辊力设计研究

轧钢２００６年８月．第２３卷．第４期：堡：塑翼坠壁垡当！垒望垒堡；至塑鱼三垒；至量些；垒热轧高强钢平整机轧制力与弯辊力设计研究黄传清１，白振华２，连家创２（１．宝钢股份宝钢分公司热轧厂，上海２０１９００；２．燕山大学机械工程学院，河北秦皇岛０６６００４）摘要：基于高强钢平整机的生产特点，结合板形问题，将带材出口前张力与辊间压力横向均匀分布作为目标函数，把保证所有被平整高强钢产品的力学性能满足产品大纲要求作为约束条件，首次提出一套适合热轧高强钢平整机的轧制力、弯辊力范围的计算分析技术，并将其用于宝钢１８８０ｍｍ热轧高强钢平整机工艺规程预制定。其结果对指导该平整机的工艺参数确定发挥了重要作用。关键词：平整机；轧制力；弯辊力；热轧高强钢；板形中图分类号：ＴＧ３３５．２１文献标识码：Ａ文章编号：１００３—９９９６（２００６）０４—０００８—０３ＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＲｏｌｌｉｎｇａｎｄＢｅｎｄｉｎｇＦｏｒｃｅｓＳｅｔｔｉｎｇｏｆＳｋｉｎ－ｐａｓｓＭｉｌｌｆｏｒＨｏｔＲｏｌｌｅｄＨｉｇｈＳｔｒｅｎｇｔｈＳｔｅｅｌＨＵＡＮＧＣｈｕａｎ—ｑｉｎ４９Ｊ，ＢＡＩＺｈｅｎ—ｈｕａ２，ＬＩＡＮＪｉａ－ｃｈｕ《（１．ＢａｏｓｈａｎＩｒｏｎ＆ＳｔｅｅｌＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１９００，Ｃｈｉｎａ；２．ＹａｎｓｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ０６６００４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔＯｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｐｒｏｃｅｓｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｈｉｇｈ－ｓｔｒｅｎｇｔｈｓｔｅｅｌｓｋｉｎ－ｐａｓｓｉｎｇ，ａｎｄａｌｓｏｔｈｅｆｌａｔｎｅｓｓｏｆｓｔｒｉｐ，ｔａｋｉｎｇｔｈｅｕｎｉｆｏｒｍｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｏｆｂｏｔｈｓｔｒｉｐｆｏｒｗａｒｄｔｅｎｓｉｏｎａｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅｂｅｔｗｅｅｎｂａｃｋｕｐａｎｄｗｏｒｋｒｏｌＩｓａｓｔｈｅｏｂｊｅｃｔｉｖｅａＳｆｕｎｃｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ，ａｎｄｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｃａｌｍｏｄｅｌｔｏｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆａｌｌｔｈｅｈｉｇｈ—ｓｔｒｅｎｇｔｈｓｔｅｅｌｓｆｏｒｃｅｓｔｈｅｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ａｍａｔｈｅｍａｔｉｃｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅｒａｎｇｅｏｆｒｏｌｌｉｎｇａｎｄｂｅｎｄｉｎｇ０ｆａｓｋｉｎ—ｐａｓｓｍｉｌｌｆｏｒｈｏｔ—ｒｏｌｌｅｄｈｉｇｈ－ｓｔｒｅｎｇｔｈｓｔｅｅｌｓｉｓｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｈａｖｅａｌｒｅａｄｙｂｅｅｎｕｓｅｄｆｏｒｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆ１８８０ｍｍｈｏｔ—ｒｏｌｌｅｄｓｋｉｎ－ｐａｓｓｍｉｌｌｏｆＢａｏｓｔｅｅｌ，ａｎｄｔｈｅｆａｒｔｈｅｒｍｏｒｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓＫｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｋｉｎ．－ｐａｓｓｃａｎｂｅａｎｔｉｃｉｐａｔｅｄ．ｍｉｌｌ；ｒｏｌｌｉｎｇｆｏｒｃｅ；ｂｅｎｄｉｎｇｆｏｒｃｅ；ｈｏｔ—－ｒｏｌｌｅｄｈｉｇｈ－ｓｔｒｅｎｇｔｈｓｔｅｅｌ；ｓｔｒｉｐｆｌａｔｎｅｓｓ１前言热轧高强钢属近年新开发钢种，而平整机平整作为热轧高强钢生产接近成品的一道工序，直接影响成品的力学性能、板形、表面质量等质量指标，是热轧高强钢生产技术开发的重点之一。以宝钢１８８０ｍｍ热轧高强钢平整机为研究对象，提出一套适合确定高强钢平整机轧制力、弯辊力范围的计算方法，对其起到很好的指导作用。前提下，平整机对于特定规格、品种的产品，如果前后张力按经验取０．１５ａ。（ｄ。为被平整带材的强度），那么其轧制力的大小决定于伸长率的设定值，可用下式表示：Ｐ＝ｆ（￡）（１）根据产品大纲，宝钢新建１８８０ｒａｍ高强钢平整机产品伸长率为０．５％～１．５％。与此相对应，根据式（１），轧制力的设定范围较大。但生产中受板形、辊间压力分布等因素影响，平整机轧制２热轧高强钢平整机轧制力与弯辊力范围设定技术根据文献…可知，在工作辊辊径已确定的力的实际设定范围是有限的，过大易出现边浪，并会增大轧辊边部剥落趋势；过小则易出现中浪。与此同时，在平整机的设计过程中，如果轧收稿日期：２００６—０１—０５作者简介：黄传清（１９６７一），男（汉族），重庆人，高级工程师，首席工程师，博士。万方数据第２３卷・第４期．黄传清等：热轧高强钢平整机轧制力与弯辊力设计研究・９・制力设定值范围过大，则对设备要求很高，从而大大增加制造成本。同样，弯辊力设定范围也并不是越大越好，并且范围越大意味着投资成本的增加。因此，宝钢１８８０ｍｍ高强钢平整机轧制力与弯辊力的设定范围将遵循以下原则：在保证平整产品力学性能（伸长率在０．５％～１．５％）、板形质量及辊间接触压力尽量均匀的前提下，轧制同时，伸长率可用下式表示：￡。＝，＿１（Ａ。，Ｐ）（５）这样，对于单一规格的产品，为了使平整过程顺利进行，在满足产品力学性能约束前提下，同时兼顾到板形与辊间接触压力问题，可将轧制力与弯辊力设定计算的目标函数简单定义为：ｆＦ（Ｘ）＝口・９１（Ｘ，Ａ。）＋（１一ａ）‘９２（Ｘ，Ａ。）力与弯辊力的设定范围越小越好。２．１１８８０ｍｍ热轧高强钢平整机产品大纲与主要结构参数根据产品大纲，宝钢新建高强钢平整机所平整带钢的厚度范围为１．２０～６．３５ｍｍ，宽度范围为８００～１７３０ｍｍ，伸长率为０．５％～１．５％，轧制速度为５００～６００ｍ／ｒａｉｎ，高强钢的最高屈服强度为８００ＭＰａ；相应地，该平整机的辊身长为１８８０ｍｍ、工作辊直径为舛６０～瞒１０ｍｍ、支撑辊直径为西１０５０～①１１５０ｍｍ。２．２热轧高强钢平整机轧制力与弯辊力设定数学模型为了方便轧制力与弯辊力的设定计算，根据产品大纲可将带钢厚度按一定规则分成ｍ，个代表值｛Ｈｌ＇Ｈ２，…，Ｈ。１｝，宽度按一定规则分成ｍ２个代表值｛Ｂ１，Ｂ２，…，Ｂ。２｝。这样，就将该平整机所有规格产品都涵盖在内，共有ｍ１・；Ｔ１２种情况，可简单地用下式表示：Ａ。＝｛琏，Ｂｉｉ＝１，２，…，ｍ１；歹＝１，２，…，ｍ２｝咒＝１，２，…，ｍ１・７７２２（２）根据现场经验，在轧制力与弯辊力范围设定计算过程中，可令前后单位张力Ｔ１＝Ｔ２＝０．２ａ劬；同时根据平整机特点，取摩擦系数／ｌ＝０。２；并考虑材料性能的波动，取材料强度口。＝１．１ａ曲；带材来料凸度分布可近似按二次曲线处理，比例凸度的大小根据经验可取值为０。０１；来料的板形认为是良好的，即取Ｌｉ＝０；同时，对于工作辊与支撑辊按平辊处理，即取ｚ３ｄｇｗ。＝０、△ＤＢｉ＝０。这样，对于任何一个特定的平整轧制情况Ａ。，在辊径已知前提下，其前张力口１ｉ、辊间接触压力ｑｉ就决定于轧制力与弯辊力的设定值，并可用下式表示１２－４Ｊ：Ｏ＂１抽＝＾（Ｐ，Ｓ，Ａ。）（３）ｑ跏＝ｆ４（Ｐ，Ｓ，Ａ。）（４）万方数据１０．５％≤￡。≤１．５％（６）式中，Ｘ＝｛Ｐ，Ｓ｝（７）９１（Ｘ，Ａ。）＝（ｍａｘ（口１ｉ。）一ｒａｉｎ（Ｏ＂１ｉｎ））／Ｔ１（８）９２（Ｘ，Ａ。）＝（ｍａｘ（ｑｉ。）一ｍｉｎ（ｑｉ。））／一ｑ（９）式中，石为平均辊间接触压力；口为加权系数。在式（６）中，９１（ｘ，Ａ。）代表板形，而９２（Ｘ，Ａ。）代表辊间接触压力的横向分布均匀度。这样，整个优化过程可简单描述为：寻找一个合适的Ｘ＋＝｛Ｐ：，Ｓ嘉｝，使得Ｆ（Ｘ）最小。对于这样一个寻优问题，采用Ｐｏｗｅｌｌ法能很快得出相应的优化结果。计算框图如图１所示。园＋匦两磊丽萌两丽爵丽药Ｅ圈回Ｙ＋图１计算框图最后，通过Ｐ：，ｓ，７即可找到相应的轧制力与弯辊力的设定范围，即：ｍｉｎ｛Ｐ：｝≤Ｐ≤ｍａｘ｛Ｐ：｝咒＝１，２，…，ｍ１・ｍ２（１０）ｍｉｎ｛Ｓ：｝≤Ｓ≤ｍａｘ｛Ｓ：｝规＝１，２，…，７７１１。ｍ２（１１）需说明的是，考虑到辊型优化与张力设定可进一步提高板形精度与辊间接触应力的均匀度，在优化过程中，Ｆ（Ｘ）只要满足小于１０％即可。２．３宝钢新建１８８０ｍｍ热轧高强钢平整机轧制力与弯辊力设定范围宝钢热轧厂为确定新建的１８８０ｍｍ高强钢平轧钢２００６年８月・第２３卷・第４期：！Ｑ：墅垡坠垦Ｑ些！墼鲤！缝垒型；垫堂；垒热送直装亚包晶桥板钢表面疤状缺陷原因分析帅习元（武汉钢铁集团公司，湖北武汉４３００８０）摘要：为提高Ｑ３４５Ｃ－Ｈｑ亚包晶桥板钢的热装温度，进行了入炉温度为６００＂Ｃ以上的热送直装试验，试验中发现多卷成品表面存在疤状缺陷。利用金相分析和电子探针分析得出，该缺陷是由铸坯冷却或加热过程中存在的裂纹经轧制后造成的；进一步用热模拟和计算的方法，求得该钢在不同温度状态下的表面应力和抗拉强度，得出有些情况下钢坯的表面拉应力已超出抗拉强度，从而使钢坯表面开裂。若钢坯出连铸机后堆冷，使钢坯内外温差减小到一定值后再进行加热，可有效避免裂纹的产生。关键词：热送热装；桥板钢；表面缺陷；温差；裂纹中图分类号：ＴＧ３３５．５５文献标识码：Ａ文章编号：１００３—９９９６（２００６）０４—００１０—０４ＣａｕｓｅｓＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＳｃａｒＤｅｆｅｃｔｏｎｔｈｅＳｕｒｆａｃｅｏｆＩｎｆｅｒｉｏｒＷｒａｐＣｒｙｓｔａｌＢｒｉｄｇｅＰｌａｔｅＳｔｅｅｌｂｙＣＣ－ＤＨＣＲＳＨＵＡＩＸｉ—ｙｕａｎ（ＷｕｈａｎＩｒｏｎ＆Ｓｔｅｅｌ（Ｇｒｏｕｐ）Ｃｏｒｐ．，Ｗｕｈａｎ４３００８０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｈｏｔｃｈａｒｇｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆＱ３４５Ｃ－Ｈｑｉｎｆｅｒｉｏｒｗｒａｐｃｒｙｓｔａｌｂｒｉｄｇｅｐｌａｔｅｓｔｅｅｌ，ｔｈｅｔｅｓｔｓｏｆｏｖｅｒ６００℃ｃｈａｒｇｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ．ＢｕｔｔｈｅｓｃａｒｄｅｆｅｃｔｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｐｌａｔｅＷＳＳｆｏｕｎｄｏｕｔ．Ｔｈｅｃａｕｓｅｓｗｅｒｅｂｉｌｌｅｔｃｒａｃｋｄｕｒｉｎｇｃｏｏｌｉｎｇｏｒｈｅａｔｉｎｇａｎａｌｙｚｅｄｂｙｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｎｐｒｏｂｅｍｉｃｒｏａｎａｌｙｚｅｒ．Ｔｈｅｈｅａｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｃａｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇｓｔｒｅｓｓｏｆｂｉｌｌｅｔｓｕｆａｃｅｗａｓｏｖｅｒｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｌｉｍｉｔｔｏｐｒｏｄｕｃｅｃｒａｃｋ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｍｅｓｓｕｒｅｏｆｅｌｉｍｉｎａｔｉｎｇｔｈｅｄｅｆｅｃｔＷ＆ＳｃｏｏｌｉｎｇｉｎｐａｃｋｅｄｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｂｉｌｌｅｔａｆｔｅｒｃａｓｔｉｎｇｗｈｉｃｈｗａｓｒｅｄｕｃｅｄｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｉｎｎｅｒａｎｄｏｕｔｅｒｏｆｂｉＵｅｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｏｔｄｅｌｉｖｅｒｙａｎｄｈｏｔｃｈａｒｇｉｎｇ；ｂｒｉｄｇｅｐｌａｔｅｓｔｅｅｌ；ｓｕｒｆａｃｅｄｅｆｅｃｔ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ；ｃｒａｃｋ整机轧制力与弯辊力的设定范围，与燕山大学合了一套适合确定热轧高强钢平整机的轧制力、弯作，根据相关产品大纲的要求，利用前述的相关辊力范围的计算分析方法，给出了相应的轧制力数学模型，对１８８０ｍｍ热轧高强钢平整机进行了与弯辊力的设计范围。其研究结果对指导宝钢轧制力与弯辊力范围的计算分析。其结果：弯辊１８８０ｍｍ热轧平整机工艺参数的确定发挥了重要力设计范围为Ｓ＝一６００～＋６００ｋＮ；轧制力设作用，并具有进一步推广应用的价值。计范围为４００～１２０００ｋＮ。该结果被直接用于参考文献：１８８０ｍｍ热轧高强钢平整机工艺参数的确定。３结论［１］连家创．冷轧薄板轧制压力和极限最小厚度的计算［Ｊ］．重型机械，１９７９，（２）：２０—３７；１９７９，（３）：２１—３４．在充分考虑高强钢平整机生产工艺特点的基［２］罗伯茨ｗＬ．冷轧带钢生产［Ｍ］．北京：冶金工业出版础上，以宝钢新建１８８０ｍｍ高强钢平整机为研究社，１９８５：５５—８０．［３］白振华，连家创，刘蜂，等．宝钢２０５０热轧厂平整机辊对象，将被平整带材的前张力与辊间压力横向均型优化技术的研究［Ｊ］．钢铁，２００２，３７（１０）：３４—３７．匀分布作为优化目标函数，并把保证产品大纲内［４］连家创，刘宏民．板厚板形控制［Ｍ］．北京：兵器工业出版社。１９９５：６３—７０．各品种与规格的平整延伸率作为约束条件，提出收稿日期：２００６—０２—１５作者简介：帅习元（１９６１一），男（汉族），湖北黄梅人，高勃ｔ：ｒ－程师，硕士。万方数据热轧高强钢平整机轧制力与弯辊力设计研究作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：黄传清，白振华，连家创，HUANGChuan-qing，BAIZhen-hua，LIANJia-chuang黄传清,HUANGChuan-qing(宝钢股份宝钢分公司热轧厂,上海,201900)，白振华,连家创,BAIZhen-hua,LIANJia-chuang(燕山大学机械工程学院,河北,秦皇岛,066004)轧钢STEELROLLING2006，23(4)6次参考文献(4条)1.连家创冷轧薄板轧制压力和极限最小厚度的计算1979(02)2.罗伯茨WL冷轧带钢生产1985相似文献(10条)为提高平整机轧制力的预报精度，满足轧制力预报的实时性要求，将遗传算法与BP神经网络相结合，建立了预报平整机轧制力的智能模型。以凌钢900mm平整机现场实测数据作为训练样本，采用遗传优化算法对BP网络的初始权值、阈值进行优化，有效地提高了学习速度、学习精度，增加了网络的强壮性。网络预测结果与实测数据相对误差基本在7％以内，单样本计算时间为毫秒级，完全可以满足在线需要，实现了平整机轧制力的高精度高速度预报。针对双机架平整机的生产工艺特点,在引入延伸率分配系数模型的基础上,提出先对带材进行规格划分,然后利用大量同规格现场轧制数据,采用Powell优化算法计算变形抗力、摩擦因数等主要轧制工艺参数的方法.为满足轧制力预报的实时性要求,建立了BP神经网络模型来预报上述轧制工艺参数,将轧制压力的短期自适应与轧制工艺参数长期自学习相结合,建立了双机架平整机轧制压力预报模型.将该模型运用于宝钢某厂1220双机架平整机的生产实践,大大提高了轧制力预报精度.4.学位论文曾长操平整机轧制力和延伸率的研究2002针对宝钢2050平整机和宝钢1550CAL平整机存在的板形质量问题,作者在理论分析的基础上,结合现场试验,建立了比较精确计算平整轧制力的实用模型.该论文主要包括以下内容:以轧件和轧辊接触表面的边界条件为依据,建立单位压力的平衡微分方程式.考虑平整轧制时轧件的弹性变形,将变形区区分为弹性区和塑性区,根据轧件的变形和表面平衡方程导出轧制压力沿轧件接触弧的分布公式;并利用边界条件,确定出轧件与轧辊的接触弧长;通过对各个变形区轧制压力分布的积分,得出计算总轧制压力的公式.研究弹性区入口和出口水平应力沿高度的不均匀分布的计算方法,利用入口和出口的边界条件,建立计算轧制压力的实用模型.最后,阐述了板形的表示方法,从消除板形缺陷的角度,对延伸率的选择进行了分析,并提出拟合延伸率与轧制力实测值对应关系的方法,为平整轧制中控制延伸率和选择轧制力提供依据.以宝钢冷轧平整机组为例,简要分析了轧制力计算模型的基本形式和影响轧制力预报精度的因素,并提出改善和提高平整机轧制力预报精度的措施.6.学位论文王立萍延伸率和板形综合控制二辊式平整机改造设计和仿真研究2002该文首先提出采用一个用于二辊平整机改造的弯辊装置新结构,新设计的弯辊装置新结构,与以往的轧辊弯辊结构不同,避免了将弯辊力作用在轴承、压下装置和机架上,而是靠纯力偶作用使轧辊产生弯曲,从而使这些零件的变形在一定程度上不抵消轧辊的弯曲变形,使弯辊纵刚度降低.该文根据攀钢现有1450平整机机架尺寸,设计了弯辊装置新结构的结构尺寸,确定了弯辊轴承座允许尺寸和许用弯辊力偶值,进行了弯辊轴承的选用及两组弯辊轴承间距的确定,对轧辊进行了受力分析,并对轧辊和弯曲板的强度、弯辊轴承的寿命进行了校核.首次应用弹性力学平面问题理论求解了轧件和轧辊在完全弹性接触情况下,