冷连轧轧制张力稳定性

D0I:10.13374/j.issn1001053x.2000.04.054 第22卷第3期 北京科技大学学报 VoL.22 No.3 2000年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing June 2000 冷连轧轧制张力稳定性 史小路) 邹家祥) 何汝迎2) 马建华) 1)北京科技大学机械工程学院，北京100083 2)宝钢集团公司冷轧部，上海200941 摘要以轧制理论、机械振动与摩擦理论相结合的新方法解释了张力失稳自发产生的原因， 提出了控制辊缝润滑、提高轧制张力稳定性的方法，理论分析与生产实践表明：降低乳化液含 量，轧制入口张力的稳定性有明显的提高。 关键词冷连轧：轧制张力：稳定性 分类号TG335.12 轧制张力是冷连轧带钢生产过程中必需严 分离体，将分布的摩擦力简化为区域上作用的 格控制的重要参数.它不仅影响轧制工艺条件， 等效合力，按图1所示方法建立沿轧制方向的 影响产品尺寸精度与板形质量，甚至能使整个 平衡方程，则有： 轧制过程变得不稳定.有关研究表明：轧制张力 不稳定是导致轧机垂直自激振动的直接原因之 一山.连轧机带钢张力的建立，一方面取决于各 架轧机的速度关系，另一方面也取决于轧辊辊 缝的摩擦状态，因为带钢的柔索特性以及出口 轧制张力与下游轧机入口张力的依赖关系，所 以分析轧制入口张力更具典型意义，影响轧制 张力的因素很多，本文将重点讨论辊缝摩擦状 态对张力稳定性的影响， 1入口轧制张力与辊缝后滑区摩擦 图1轧件受力分析 Fig.1 Forces acting on strip in roll gap 力的关系 To+2Fssiny+2Fsin+2F,coso- 依据轧制理论，在正常轧制情况下，因辊缝 2Fscosy-T=0 (1) 间被轧制金属的塑性流动，辊缝存在轧件移动 其中，Fb,F为后滑区正压力和摩擦力，F,F 速度超前轧辊速度的前滑区和滞后轧辊速度的 为前滑区正压力和摩擦力， 后滑区，其间某一截面存在轧辊与轧件运动速 先讨论出口张力T,恒定，入口张力为零 度相同的中性层.根据卡尔曼微分方程，入口、 (T。=0)的轧制情况.由于T,=0,此条件下的后 出口边界条件，两区域在中性层处压力相等，采 滑区摩擦力与入口张力无关，可称为无效后滑 用迭代方法修正轧辊压扁后的半径等条件，可 摩擦力，记Tmm.根据公式(I),无效后滑区等效 求出中性层的位置和接触区内的压力分布.利 摩擦力可表示为： 用秒流量相等原则，还可确定前、后滑值及接触 Tmn=(2Fsiny+2Fsin+2F,coso-T)(2) 表面的相对速度分布等四. 当入口张力作用时，根据公式()，借助无效 根据轧制原理，即使没有张力作用，由于轧 后滑摩擦力的概念，入口张力可表示为： 件的塑性变形，辊缝摩擦依然存在，为分析入口 T。=2(F.b-F.bim)cosy (3) 张力与辊缝摩擦之间的关系，取半高度轧件为 虽然在入口张力变化时，轧制入口塑性条 件、接触压力、中性层位置、辊缝摩擦等参数也 1999-10-15收稿史小路男，46岁，副教授，硕士 会变化，但对公式(3)仍可作出如下解释：在连

第 2 2卷 第 3期 2《洲姆 年 6月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u ur a l o fU n vi e sr iyt o f s e i e n e e a n d介 e h n o l o yg B e ij i n g V 6.12 2 N 0 3 J U l e 20 0 冷连轧轧制张 力稳 定性 史小 路 ” 邹家祥 ” 何汝迎 2, 马建华 ” l )北京科技大学机械工 程学院 , 北京 10 0 0 83 2) 宝钢集 团公司冷 轧部 , 上海 2 0 0 9 41 摘 要 以轧制 理论 、 机 械振动 与摩擦 理论 相结合 的新方 法解释 了张力 失稳 自发产生 的原 因 , 提 出 了控 制辊缝 润滑 、 提高 轧制张 力稳 定性 的方 法 . 理 论分析 与生 产实 践表明 : 降低乳化 液含 量 , 轧制入 口 张力 的稳 定性有 明显 的提高 . 关键 词 冷 连轧 ; 轧制张 力 : 稳定 性 分 类号 T G 3 3 5 . 12 轧制张力是冷连轧 带钢 生 产过程 中必 需严 格控制 的重要 参数 . 它 不 仅 影 响 轧制工 艺 条件 , 影 响 产 品尺 寸精度 与板形 质量 , 甚至 能使整个 轧 制过程变得不 稳 定 . 有 关 研究表 明 : 轧制 张力 不 稳定是 导致轧机垂直 自激振动 的直接 原因之 一 「, , . 连轧 机 带钢 张 力的 建立 , 一 方 面 取 决 于 各 架轧机 的速 度关系 , 另一 方面也 取决于 轧辊辊 缝的 摩擦状态 . 因 为 带钢 的 柔 索特 性 以及 出 口 轧制张力与下 游轧机入 口 张力 的依赖 关系 , 所 以分析轧制入 口 张 力更 具 典型 意义 . 影 响 轧 制 张 力 的 因素 很 多 , 本文 将重 点 讨论 辊 缝摩擦状 态对张力稳定 性 的影响 . 分离体 , 将分 布 的 摩擦 力 简化 为区域上 作用的 等效 合力 , 按图 1 所示 方法 建立 沿 轧制方 向的 平 衡方程 , 则有 : h : 2/ 凡 1 入 口 轧制张力与辊缝后滑 区摩擦 力的关系 依据轧制理 论 , 在正 常轧制情况 下 , 因辊缝 间被轧 制金属的塑 性流动 , 辊缝存 在轧 件移动 速度超前轧辊速度 的前滑区 和 滞后 轧辊速度 的 后 滑 区 . 其 间某一 截面 存在轧辊 与轧 件运动 速 度 相 同 的 中性层 . 根据 卡 尔 曼 微分 方 程 , 入 口 、 出 口 边界 条件 , 两 区 域在中性层 处 压 力相 等 . 采 用 迭代方法修正 轧 辊压 扁后 的半 径等 条 件 , 可 求出 中性层 的位置 和 接触区 内的压 力分 布 . 利 用 秒流量相 等原则 , 还可确定 前 、 后滑 值及 接触 表面的相 对速度分 布等 〔2] . 根据轧制原 理 , 即使没 有张 力作用 , 由于 轧 件的塑 性变形 , 辊缝摩擦依然存在 . 为分析入 口 张 力 与 辊缝摩擦之 间 的关 系 , 取 半 高度 轧 件为 图 1 轧件受力分析 F o cr 韶 a e itn g o n s t ir P in or il g a P , . ù一口ó 矽洲LF 不心 19 9 一 10 一 巧 收稿 史小路 男 , 4 6 岁 , 副教 授 , 硕 士 0T 十 2凡 、 s i n 尹2凡 , s i n 价+ 2只 , e o s p 一 2凡 b e o s尹一 不 = 0 ( l ) 其 中 , 凡 、 ,只 、 为后滑 区正 压力和 摩擦力 , 凡 , 凡 为前滑 区 正 压力和 摩擦力 . 先 讨 论 出 口 张力 不 恒 定 , 入 口 张 力为零 ( 0T = 0 ) 的轧制情况 . 由于 0T = O , 此条件下 的后 滑 区摩 擦力 与入 口 张力无关 , 可 称为无效后滑 摩擦 力 , 记 几二 . 根据公 式 ( l) , 无效后 滑区 等效 摩擦 力可 表示 为 : 双 、 , ~ = ( 2凡 、 s i n 对2凡 , r s i n 尹+ 2只 r e o s 梦一 兀) ( 2 ) 当入 口 张 力作 用 时 , 根据公式 ( l) , 借助无效 后滑摩 擦力的概 念 , 入 口 张力可表示 为 : 0T = 2 k(F b 一只 b , ~ ) e o s夕 ( 3 ) 虽 然 在 入 口 张力 变 化 时 , 轧 制 入 口 塑 性条 件 、 接触 压 力 、 中性层 位置 、 辊缝摩擦等参数也 会 变化 , 但对 公 式 (3 ) 仍可 作 出如 下 解 释 : 在连 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2000. 04. 054

VoL22 No.3 史小路等：冷连轧轧制张力稳定性 ·371 轧各架轧机速度保持一定协调关系的条件下， 性，对应中性层及相应低滑动速度区，产生的摩 入口张力建立主要依赖于后滑区摩擦力，其变 擦力方向总与扰动的趋势相反，体现阻尼特性， 化用后滑区摩擦力的增量表示，与入口张力相 因此，F可视为扰动摩擦力F,与阻尼摩擦力 关的后滑区摩擦力亦可称为有效后滑摩擦力， F:之和，则图2模型的运动微分方程为： mi++F+F2=0 (4) 2轧辊的动态稳定性 先讨论F,的作用.F:处于图3的IⅡ区，此 轧辊的静态稳定性是借助合理的结构设 区内摩擦因数4可表示为： 计，使轧辊辊颈沿轧制方向在轧制过程中受到 稳定的支撑作用而实现的.由于轧制入口张力 取决于辊缝摩擦力，而摩擦力也作用于轧辊上， 所以张力稳定性与轧辊稳定性是直接相关的. 为研究轧辊的动态稳定性，采用图2所示 的动力学分析模型，其中m代表轧辊等效质量， K代表轧辊沿轧制方向的等效支撑刚度，F,代 0 表有效后滑摩擦力，且取决于辊缝摩擦特性，x 图3摩擦曲线示意图 为轧辊沿轧制方向的位移。稳定轧制时， I一干摩擦，Ⅱ一混合摩擦，Π一流体摩擦 元=x=0.为分析F的特性，借助图3所示的摩擦 Fig.3 Sketch of a friction curve 曲线. 4=4+cx(c<0) (5) 其中，4，为平衡位置低、相对滑动速度对应的摩 擦因数，c为摩擦因数随相对滑动速度波动而变 化的斜率.以F。:表示辊缝摩擦（Ⅱ）区的正压力， 则F为： F F1=2F(u,+ci)cosy (6) 图2轧辊稳定性分析动力学模型 显然，摩擦力的作用表现为它与速度的关系.将 Fig.2 Dynamical model of work roll for the stability 此项代入方程，暂不考虑其他阻尼因素的影响， 轧辊的响应可用下式表示： 曲线纵坐标代表摩擦因数“，在接触压力、 x=Aecos(p4t-0) (7) 润滑介质等条件一定的情况下，横坐标与接触 其中，P为轧辊位移变化的频率，主要与轧辊质 表面相对滑动速度有关.摩擦曲线可分为3个 区域：相对速度较低时(I区)为干摩擦，摩擦因 量m与其支撑刚度K有关：A,日为初始条件决定 的位移与相角.轧辊响应式（⑦）表明：它具有负 数为一常数.相对速度较高时（皿区）为流体摩 阻尼特性(c<0),将导致系统的自激振动，系统 擦，摩擦因数较低，并随相对速度的增加而略显 一旦受到某种初始条件的扰动，其运动将呈现不 增加的趋势，其值基本上是一个常数：中间区域 (Ⅱ区)为混合摩擦，摩擦因数随相对速度的增 稳定的发散形态.如轧辊处于不稳定状态，张力 必受其影响，这就是张力失稳自发产生的原因. 加而急降.轧辊与轧件接触表面的相对速度通 常处于I,Ⅱ区间之内，当轧制工艺条件受到扰 系统是否真正发生不稳定运动还取决于 Fa代表的系统阻尼.只有在一个运动周期内， 动，中性层位置波动等情况发生时，轧辊会在平 负阻尼摩擦力输入系统的能量大于或等于阻尼 衡位置附近做微小运动：受其影响，辊缝的有效 摩擦力耗散的能量时，系统才真正处于不稳定 后滑摩擦力及入口张力也随之产生波动.辊缝 的状态，扰动摩擦与阻尼摩擦在有效后滑摩擦 有效后滑摩擦力依相对滑动速度的不同可分为 力中各自所占的比例由辊缝摩擦状态决定.利 两部分，一部分F有固定的方向性，对应的相 用扰动摩擦与阻尼摩擦在1个周期内做功之和 对运动有明显的后滑现象，运动中摩擦力方向 为零的条件，可得出轧辊发生动态不稳定现象 不变，但其幅值会随相对滑动速度的波动而发 生变化，体现扰动特性；另一部分F,不显方向 的临界条件.其意义在于：负阻尼摩擦扰动力未 达到临界条件所确定的数值时，轧辊是稳定的

V b L 2 2 N 0 3 史小路 等 : 冷 连轧轧 制张 力稳定性 轧各架 轧机速 度保持一 定协 调关系 的条件 下 , 入 口 张力建立主 要 依赖 于 后 滑区 摩擦力 , 其 变 化用后 滑 区摩擦力 的增量 表 示 . 与入 口 张 力相 关 的后 滑 区摩擦力亦可 称 为有效后 滑摩擦力 . 2 轧辊 的动态稳定性 轧辊 的 静 态 稳 定 性是 借助 合 理 的 结 构 设 计 , 使轧辊辊颈沿 轧制方 向在 轧制过 程 中受到 稳定 的 支撑作用 而 实现 的 . 由于 轧 制入 口 张 力 取 决于 辊缝摩擦力 , 而 摩擦力 也 作 用 于 轧辊上 , 所 以张力稳定 性与轧辊稳 定 性是 直 接相关 的 . 为研 究轧辊 的 动 态 稳 定 性 , 采用 图 2 所 示 的动 力学 分析模型 , 其 中 m 代表轧辊等效质量 , K 代表轧辊沿轧 制方 向的等 效支撑 刚 度 , 只 代 表有效后 滑摩擦力 , 且 取 决于辊缝摩擦特性 , x 为 轧 辊 沿 轧 制 方 向 的 位 移 . 稳 定 轧 制 时 , 戈= 分= 0 . 为 分 析 F 的特 性 , 借助 图 3 所 示 的摩擦 曲线 13 . 性 , 对应中性层 及相应 低滑 动速度区 , 产生 的 摩 擦力 方 向总 与扰动 的趋势相 反 , 体现阻 尼特性 . 因 此 , 只 可 视 为扰 动摩 擦力 凡 与 阻 尼 摩 擦力 尺 2之 和 , 则 图 2 模 型 的 运动 微分 方程为 : 阴父+ 欣+ 只 l + 只 2 = O ( 4 ) 先 讨 论 凡 的作用 . 尺 , 处 于 图 3 的 1 区 , 此 区 内摩擦 因数 户 可 表示 为 : 图 2 轧辊稳定性 分析动力学模型 F ig · 2 yD n a m i c a l m od e l o f w o r k or l fo r t h e s at b il yt 曲线 纵 坐标代 表摩 擦 因数 尸 , 在 接触压 力 、 润滑介质等条件 一 定的情况 下 , 横坐 标与接触 表面 相对滑 动 速度 v 有 关 . 摩擦 曲线可 分 为 3 个 区 域 : 相 对速度较低 时 ( I 区 )为 干摩擦 , 摩擦 因 数为一 常数 . 相对速度较高时 (I n 区 ) 为流体摩 擦 , 摩擦 因数较低 , 并随相对速度 的增加而 略显 增 加 的趋势 , 其值基本上 是 一个 常数 ; 中间 区域 ( n 区 ) 为 混 合摩 擦 , 摩擦 因 数随 相 对速度 的增 加 而 急 降 . 轧 辊与轧件接触 表面的 相 对 速度通 常处 于 I , n 区 间之 内 . 当轧 制工 艺 条件受 到 扰 动 , 中性层 位置 波动等情况发生 时 , 轧 辊会 在平 衡位置附近做微小 运动 ; 受 其影 响 , 辊缝 的有 效 后滑摩擦 力及 入 口 张力 也 随之产 生波 动 . 辊缝 有效后 滑摩擦力依 相 对滑动 速度的不 同可 分 为 两 部分 , 一 部 分 凡 有 固定 的方 向性 , 对应 的相 对运动 有明 显 的 后滑 现象 , 运动 中摩擦力 方 向 不 变 , 但其幅值会随 相 对 滑 动 速度 的波动 而 发 生 变化 , 体现扰动特性 ; 另一 部 分凡 不 显 方 向 0 v 图 3 摩擦曲线示意图 I 一干摩擦 , n 一混合摩擦 , m 一流体摩擦 F i g . 3 Ske et h o f a ifr e it o n c u vr e 产二 户 , + 改 ( e < 0 ) ( 5 ) 其 中 , 产 , 为平 衡 位 置 低 、 相对 滑动 速度 对 应 的 摩 擦 因数 , c 为摩擦 因数随相对滑动速度波动而 变 化 的斜率 . 以凡 1表示 辊缝摩擦 ( 1 ) 区 的正 压力 , 则 凡 为 : 只 , = ZE 、 1伍 , + 改) e o s夕 ( 6 ) 显然 , 摩擦力的作用表现为它 与速度的关系 . 将 此项代入方程 , 暂不考虑其他阻 尼 因素的影 响 , 轧辊的响应 可用下 式表示 `们 : x 一 翅e 一 翠 “ e o s幼 d t 一 0) ( 7 ) 其中 , P 。 为轧辊位移变化 的频率 , 主 要与 轧辊质 量 m 与其支撑刚度 K 有关 ; A , 0 为初始条件决定 的位移与相 角 . 轧辊响应式 ( 7) 表明 : 它 具有负 阻尼特性 ( c < 0) , 将导致系统的 自激振动 , 系统 一 旦受到某 种初 始条件 的扰动 , 其运动将呈现不 稳定 的发散形态 . 如轧辊处 于不稳定状态 , 张力 必受 其影 响 , 这就是张 力 失稳 自发产生的原 因 . 系 统 是 否 真 正 发 生 不 稳定 运动 还 取 决 于 凡 2 代 表的系统阻 尼 . 只有在 一 个运动 周 期 内 , 负阻尼 摩擦力 输入 系统 的能 量大 于或等于 阻 尼 摩擦力耗散 的能量时 , 系统才 真正 处 于 不 稳定 的 状态 . 扰动 摩擦 与 阻尼 摩擦 在有 效 后滑摩擦 力 中各 自所 占的 比例 由辊缝摩擦状态决定 . 利 用 扰动 摩擦与阻尼 摩擦在 1 个 周期 内做功之 和 为 零 的 条件 , 可 得 出轧 辊发 生 动 态 不 稳 定 现象 的临界条件 . 其意 义在于 : 负阻尼 摩擦扰动力未 达到临界 条件所确 定 的数值 时 , 轧 辊是稳定 的

372· 北京科技大学学报 2000年第3期 扰动将在阻尼的作用下逐渐消失：扰动达到或 表1轧制工艺参数表因 超过临界条件所确定的数值时，轧辊会出现类 Table 1 Rolling process parameters 似低速滑动机械运动中常见的“爬行”振动现 压下量d维F乳 b 机架号 象，即轧辊沿轧制方向（横向）发生振颤，也就是 mmmm kN kg.mm-mm 说轧辊是不稳定的，扰动达到临界条件时，轧辊 0 1.974 56 1018 1.420 28.1 562833 130 1018 是不稳定的，但不稳定状态并不发散，轧制过程 0.965 32.1 555 854 140 1018 仍可维持，轧件表面可出现摩擦痕迹：扰动超过 3 0.657 31.9 574 878 150 1018 临界条件时，轧辊不稳定呈发散状态，轧制过程 0.470 28.5600 905 160 1018 将无法维持. 5 0.4602.30605878 35 1018 轧辊不稳定时，轧制张力同样也是不稳定 2.5 的.在此条件下出现的张力波动具有以下特征： 波动频率为轧辊（工作辊）水平支撑的固有频率； 波动幅值与轧辊横向振动速度和摩擦因数的变 兰 -2.5 21.6 24.8 化梯度有关.由于轧辊水平支撑的固有频率一 r/s 般远远高于轧制张力自控调节系统的响应频 587.11 率，所以轧制张力自控调节系统对此类张力波 动不能起到有效的调节作用. 0 由于轧制张力自控调节系统对此类张力波 0 f/Hz 640 动不能起到有效的调节作用，所以研究轧辊动 图4入口张力失稳的实测记录.(a)时域图；(b)频谱图 态失稳临界条件具有重要实际意义，实际上，失 Fig.4 Variation of tension measured at 5-stand tandem 稳临界条件与很多因素有关，特别是其中一些 cold mill(4th) 工艺、设备结构参数还涉及轧机装备和轧机运 为此对轧制乳化液的摩擦因数进行实验研 行系统，有较大的分析难度.但是针对指定轧机 究.不同质量分数乳化液摩擦因数的测试结果 的实际运行情况，工艺、设备结构参数为一些己 如图5所示.由图中所示的结果可以看出：随 知数据，借助现代计算机数值计算方法，可以分 着乳化液质量分数的下降，摩擦曲线右移.这对 析摩擦状态及其他有关参数对轧辊动态失稳临 提高轧制张力稳定性具有十分重要的作用.由 界条件的影响， 于辊缝有效后滑摩擦力可视为扰动F:与阻尼 F2之和，而扰动摩擦与阻尼摩擦在有效后滑摩 3提高轧制张力稳定性的措施 擦力中各自所占的比例是由辊缝摩擦状态决定 轧制速度越高，阻尼摩擦所起的稳定作用 的，所以摩擦曲线的右移，可使扰动摩擦力F 越小，张力失稳现象越容易发生.实际生产过程 的比例减小，而体现阻尼特性的摩擦力F:增 中（有关轧制参数见表1）测试记录的轧制入口 加，轧制入口张力的稳定性提高， 张力失稳的现象如图4所示.当轧制速度提高 0.10 95% 至1000m/min时，张力波动呈发散状态.频谱 0.08 分析表明张力波动的频率为134Hz,与轧辊横向 振动的固有频率一致，符合上述失稳条件的特征. 0.06 张力波动使轧制过程不能维持，被迫降低轧制速 0.04 度，以避免断带或引发其他设备事故. 如上所述，失稳条件与很多因素有关，有较 0.02 3.5%℃ 大的分析难度.又由于轧制工艺、设备的限制， 0.00 这些因素可能不能按提高轧制张力稳定性的要 00.250.500.751.001.251.50 求进行调整，使轧制张力稳定性的提高具有更 wm.s- 大的操作难度.因此，控制辊缝润滑成为提高轧 图S不同乳化剂质量分数乳化液的摩擦特性 制张力稳定性的重要方法之一， Fig.5 Friction characteristics of the emulsion

. 3 7 2 - 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 0年 第 3期 表 1 轧制工艺参数表阎 机架号 Ta b l e 1 R o il n g P or e e s s P a r a m e t e r s J 压下量 人 凡 只 m 幻口 为 m 幻比 长洲 铭 ` 口r 幻以 ’ 一 m m 一一 一 一一 一 一 O / 一一 L、 T , ~ 一 一 一 1 一 一 0non ō I 峙气一哎曰了、J à O ,、 . 上.1 伟 且1 j 4 八0 ō、 八入OùnR 内ù,八J ō t矛Uz àO 9 `, 0 ó、r 4 `工曰月Uō2“」n产 0 ō、 àó、 ù、 6 ù 6 扰动 将在 阻 尼 的 作用 下 逐渐消 失 ; 扰动 达到 或 超过临界 条件所确定的数值 时 , 轧辊会 出现类 似低速滑动 机械运动 中常见 的 “ 爬 行 ” 振动 现 象 , 即 轧辊沿 轧制方 向(横 向)发 生振颤 , 也 就 是 说轧辊是不 稳 定 的 . 扰动达到临界条件时 , 轧辊 是 不稳定的 , 但不 稳定状态并不 发散 , 轧制过 程 仍可维 持 , 轧 件表 面可 出现摩擦 痕迹 ; 扰动超过 临界 条件时 , 轧辊不稳定 呈 发散状态 , 轧 制过程 将 无法 维 持 . 轧 辊不 稳定 时 , 轧制张 力 同样也 是 不 稳定 的 , 在 此条件下 出 现的张 力波动具有 以下 特征 : 波动 频率为 轧 辊(工 作辊)水 平支 撑 的 固 有频 率 ; 波动幅值与轧辊横 向振动速度和 摩擦 因数的变 化梯度有关 . 由于 轧辊水平 支撑 的 固有频 率一 般 远远 高于 轧制 张 力 自控调 节 系 统 的 响应频 率 , 所 以轧制张 力 自控调 节 系统对 此类 张力波 动 不 能起 到有 效的 调 节 作 用 . 由于 轧 制张 力 自控调节 系统对 此 类张 力波 动 不 能起 到 有效的 调 节作用 , 所 以研 究轧辊动 态 失稳 临界 条件具 有 重要 实际意 义 . 实 际上 , 失 稳临界条件与很多 因素有关 , 特 别是其中一些 工 艺 、 设 备结构参 数还涉及 轧 机装 备和 轧机运 行系统 , 有较大的分析难度 . 但是针对指定轧机 的 实际运行情况 , 工 艺 、 设备结构参数为一 些 己 知 数据 , 借助 现代计算机数 值计算方 法 , 可 以分 析摩擦状态及 其他有关参数对 轧辊动态 失稳临 界 条件 的影 响 . 1 . 97 4 1 . 4 20 0 . 96 5 0 . 6 5 7 0 . 4 70 0 . 4 6 0 r口幻以 5 6 2 8 . 1 3 2 . 1 3 1 . 9 2 8 . 5 2 . 3 0 1 0 1 8 1 0 18 1 0 1 8 1 0 1 8 1 0 1 8 1 0 1 8 一 2 . 5 漏一喊翻卜一 吞彰只半 丹O0 峥一一刃 6 一以, 2 1 . 6 5 87 . 1 1厂了 0 侧窖浪 了泪 z 呱\\ 、 、 厂火 3 提高轧制张力稳定性的措施 轧 制速度越高 , 阻 尼 摩擦所起 的稳定 作 用 越小 , 张 力失稳现象越容易发生 . 实际 生产过程 中 ( 有 关 轧 制参数见 表 l) 测 试记 录 的轧制入 口 张 力失稳 的现象如 图 4 所 示 . 当轧 制 速度提高 至 1 0 0 0 n 岁m in 时 , 张力波动呈发散状态 . 频谱 分析表 明张力波动 的频率 为 134 H z , 与 轧辊横 向 振动的固有频率一致 , 符合上 述失稳条件的特征 . 张力波动使轧制 过程不能 维持 , 被迫 降低 轧制速 度 , 以避免断 带或引发其他设备事故 . 如上 所述 , 失稳 条件 与很多因 素有关 , 有较 大的 分 析难度 . 又 由于 轧 制工 艺 、 设 备 的 限 制 , 这些 因素可 能不 能按提 高轧制张力稳定性的要 求进 行调 整 , 使 轧制 张力稳 定性的 提高具有更 大 的操作难 度 . 因此 , 控制 辊缝润滑 成为 提 高轧 制 张力 稳定 性的 重 要 方法 之 一 图 4 入口 张力失稳的实测记录 . (a) 时域图; 伪)频谱图 F ig . 4 Va iar it o n o f t e n s io n m e a s u r e d a t s 一 , at n d at n d e m c o dl m il ( 4 t h ) 为此对轧制乳化液 的摩擦因数进行实验研 究 . 不 同质量 分数乳化液摩擦 因 数的测 试结果 如 图 5 所示 【6] . 由图中所示 的结果可 以看 出 : 随 着乳化液质量分数 的下 降 , 摩擦 曲线 右 移 . 这对 提高轧制张力稳定性具 有十分重 要 的作用 . 由 于 辊 缝有效后 滑 摩擦 力可视 为扰动 凡 与 阻 尼 只 2 之 和 , 而 扰动摩擦与阻尼 摩擦在 有效后 滑 摩 擦力中各 自所 占的比例是 由辊缝摩擦状态决定 的 , 所 以摩擦 曲线 的右 移 , 可 使 扰动 摩擦力 凡 1 的比例减 小 , 而 体现 阻 尼特 性的摩擦力 凡 增 加 , 轧制入 口 张力的稳 定性提 高 . 0 , 10 厅百习下硕污瓦 — 一一一一门 0 . 0 8 0 . 0 6 栽 0 . 0 4 0 . 0 2 0 . 0 0 掀杀幼\ 砚悉渭 0 0 . 2 5 0 . 5 0 0 . 7 5 1 . 0 0 1 . 2 5 1 . 5 0 v/ m · s 一 ’ 图 5 不 同乳化剂质l 分数乳化液 的靡擦特性 F 馆 . 5 F ir e ito n e h a ra e t e irs t i e s o f t h e e m u ls io n

Vol22 No.3 史小路等：冷连轧轧制张力稳定性 ·373· 轧钢生产实践证明：采用控制乳化液含量动起到有效的调控作用，控制辊缝润滑是提高 提高轧制张力稳定性是非常有效的.对轧速高 轧制张力稳定性的重要方法.研究与生产实践 于Ikm/min将产生张力失稳现象的轧制产品， 证明：降低乳化液含量，摩擦曲线右移，轧制入 按同样的轧制工艺规程，采用控制乳化液含量 口张力的稳定性提高. 的方法，可使轧制速度提高到1.4km/min以上， 参考文献 轧制表面亦无摩擦划伤痕迹. 1孙志辉.2030板带冷连轧机的振动分析，北京科技学 4结论 学报，1997,19(20)：61 2采利柯夫AH.轧钢机的力参数计算理论.戴周渊译. 通过分析辊缝摩擦状态，研究了轧辊的动 北京：中国工业出版社，1965 3契可斯.摩擦学.刘钟华译，北京：机械工业出版社， 态稳定性，以一种新的方法解释了张力失稳产 1984 生的原因.研究结果表明：轧制入口张力的建立 4郑兆昌，刘钏华.机械振动.北京：机械工业出版社， 主要依赖于后滑区摩擦力；入口张力的变化对 1984 应于后滑区摩擦力的增量.后滑摩擦力可分为5邹家祥，徐乐江，史小路，等.冷连轧机系统振动控制 扰动摩擦力F:与阻尼摩擦力Fa之和，扰动摩 北京：治金工业出版社，1998 擦与阻尼摩擦所占的比例由辊缝摩擦状态决定. 6孟永刚，钱林茂，史小路.电阻法检测乳化液润滑状态 的变化.摩擦学学报，1996,16(7)：239 由于轧制张力自控调节系统不能对此类张力波 Stability of Cold Tandem Rolling Tension SHI Xiaolu,ZOU Jiaxiang",HE Ruying,MA Jianhua 1)Mechanical Engineering School,UST Beijing.Beijing 100083.China 2)Baoshan Iron&Steel Group Corp,Shanghai 200941,China ABSTRACT According to the theories of fraction and vibration,the reason of the unsteady tension can be illustrated by a new method.Negative damp friction should bring on self-excitation vibration of work rollers and this cause for unsteady tension.The characteristics ofemulsion are studied.It is demonstrated by rolling production that reducing the content of emulsion can increase the stability of rolling tension observably. KEY WORDS cold strip tandem mill;rolling tension;stability

V b l . 2 2 N 0 3 史 小路等 : 冷 连轧 轧制张 力稳定性 . 3 , 3 . 轧钢 生 产实践证 明 : 采 用控 制乳化液含量 提 高轧制张 力稳定性 是 非常有效 的 . 对轧速高 于 I ik 州 m in 将产生张力 失稳现 象的轧制产 品 , 按 同样 的轧 制工 艺 规程 , 采用 控制 乳化液含量 的方法 , 可 使轧制速 度提高到 1 . 4 ik 可m in 以上 , 轧制表面亦无摩擦划伤 痕迹 . 动起到有效 的调 控作用 , 控制 辊缝润滑是 提高 轧制张力稳定性 的重要 方法 . 研究与生 产 实践 证 明 : 降低乳化液含量 , 摩擦 曲线右 移 , 轧制入 口 张力 的稳定性提 高 . 4 结论 通过分析辊缝摩擦状态 , 研 究了 轧 辊的 动 态稳定性 , 以一种新 的方法解释 了 张力失稳产 生 的原因 . 研究结果 表 明 : 轧制入 口 张 力的建立 主 要 依赖于 后 滑 区摩擦 力 ; 入 口 张 力的变化对 应于 后 滑区 摩擦力 的增 量 . 后 滑摩擦 力可 分为 扰动摩擦力 凡 : 与阻 尼摩擦力 凡 之和 , 扰 动摩 擦与 阻尼摩擦所占的比例 由辊缝摩擦状态决定 . 由于 轧制 张力 自控 调节 系统不 能对此类张力波 参 考 文 献 1 孙 志辉 . 2 030 板带 冷连轧机的振动 分析 . 北京科 技学 学报 , 19 97 , 19 ( 20) : 6 1 2 采利 柯夫 A H . 轧钢 机 的力 参数计 算理 论 . 戴 周渊译 . 北 京 : 中国工 业 出版 社 , 19 65 3 契 可斯 . 摩擦 学 . 刘 钟华译 . 北京 : 机械 工业 出版 社 , 1 9 8 4 4 郑兆 昌 , 刘 91 华 二 机械振 动 . 北京 : 机 械 工业 出版 社 , 1 9 8 4 5 邹家 祥 , 徐乐江 , 史小 路 , 等 . 冷连轧机 系统振 动控制 . 北京 : 冶金工 业 出版 社 , 19 98 6 孟永 刚 , 钱林茂 , 史 小路 . 电阻法 检测乳 化液润滑状 态 的变 化 . 摩擦 学学报 , 1 99 6 , 16 (7) : 2 39 S at b ili yt o f C o ld T’a n d e m R o lli n g eT n s i o n `女万 爪 口 o l u , , , Z O U iJ ax 王a n g l , , 了绍 R妙动犷 ) , 九“ iaJ n h u 矿 , l ) M eC h aJ 五c ia 助ign e en g S e h o l , U S T B e ij in g, B e ij in g 10 0 0 8 3 , C h in a Z ) B ao s h an lr o n & S ot e l rG ou P C o rp , S h an gh ia 2 0 0 9 4 1 , C h 泊a A B S T R A C T A e e o r d in g t o ht e ht e o ir e s o f afr ct i o n an d v ib r a t lon , ht e er a s o n o f ht e un s t e a 勿 t e n s ion e an be il lus tr a t e d 勿 a n e w m e ht o d . N e g at i v e d am P 伍e t ion s ho ul d ibr gn o n s e l-f ex e i at t lon v ibr at i o n o f w o kr or ll e r s an d hit s e aus e for un s t e a 勿 t en s ion . hT e e h ar ac t e ir st i e s o f e m u l s i o n aer s ut d i e d . It 1 5 d e m o n str aet d b y r o llin g p r od u c t i o n th a t er du e in g ht e c o n t e n t o f e m ul s i o n e an in e r e a s e t h e s at b il iyt o f or llin g et n s ion o b s e vr ab .ly K E Y w 0 R D S e o ld s itr P atn d e m m ill: or llin g etn s i o n : s abt il iyt