D0I:10.13374/j.issn1001-053x.2000.06.016 第22卷第6期 北京科技大学学报 Vol.22 No.6 2000年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2000 中板轧制过程板坯弯曲生成与抑制之二 采用上压法抑制板还弯曲 闫晓强”李玉庆)孙娟)梁永祥》陈工) 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，2430003)邯郸钢铁公司，邯郸 摘要研究在中板轧制过程中抑制板坯弯曲的措施.在国内外首次应用上压法轧制来抑制 中板轧制过程中板坯生成的弯曲现象，从理论上建立了板坯上下表面温差与轧辊辊径差的关 系，为现场提供配辊原则. 关键词中板：轧制过程；板坯弯曲：上压法 分类号TG333文献标识码：A 中板轧制过程板坯弯曲现象是中板生产中 板坯入口厚度，h为板坯出口厚度，板坯平直咬 普遍存在的难题.当板坯下弯时，不仅使板坯与 入，如图1所示. 机架辊（或护板）产生撞击造成结疤，同时使机 图1(a)中，在上下辊径相同的条件下，由于 架辊和护板的寿命降低，影响了产品的产量、质 板坯上表面温度高于下表面温度，则轧制区板 量、成材率，增加了停产检修时间和维修费.中 坯上表面变形抗力小于下表面变形抗力，即 板轧制过程板坯弯曲的根本原因是板坯断面温 σ<o,变形区上表面只有增大接触弧长（即 度分布不均和轧机调整、操作不当造成的.通常 >2)才能满足上下辊轧制力平衡这一条件.结 情况下板坯上表面温度高于下表面温度导致轧 果，上辊压入板坯深度要大于下辊压入板坯深 制过程板坯呈现下弯现象，应用上压法轧制、合 度，即△h>△h2,则上辊从变形区轧出的金属体 理配辊能够抑制板坯的下弯. 积将比在相同时间内下轧辊从变形区轧出的金 属体积大，忽略宽展，板坯在轧机出口单位时间 1应用上压法轧制的理论依据 内上表面金属延伸量大于下表面金属延伸量， 中板轧机一般采用上下辊单独直接驱动， 导致板坯生成向下弯曲的圆弧. 即分别由两台电动机驱动上下辊，其上下辊的 在时间。（为板坯横截面从开始进入变形 转速分别由各自的速度控制系统来调节，上下 区到离开轧机出口所需时间)内上下辊轧出的 辊之间的速差由速度平衡调节器来控制. 金属体积之差△V可由弧边三角形BWE,CDF面 按传统概念，一般中板轧制均采用下辊径 积之差算出 大于上辊径5~10mm的配辊方案，即下压法轧 设△，△V,分别表示6时间从上下辊轧出 制，目的是使轧出的板坯徽翘，呈“滑雪板”形 的金属的体积，则： [△V=SAANE×b 状，以避免板坯撞击机架辊等.但在板坯上表面 l△V2=SsCDFXb (1) 温度大于下表面温度时，此法效果不明显.为 式中，b为平均板宽；SABNE,SsCDF为弧边三角形 此，在现场试验采用了下辊径比上辊径小30mm BNE,CDF面积.在图1(a)所示坐标系下各点的 的配辊方案时，对抑制板坯下弯取得了较好的 座标值可用8,2，R1,R2,表示，则弧边三角形面 效果.下面给出理论解释. 积SaE,SACDF面积可精确求得： 假设上下辊的角速度分别为⊙1，心2，下辊径 [I xa ya xa ya 为2R2,上辊径为2R,板坯上表面温度大于下 SARNE 1 ,1 leyE+lxww厂乞R8= 表面温度，总压下量为△H=H一h,其中H为 1 XN yN、 1 xa yal 2000-05-19收稿闫晓强男，39岁，副研究员 (1-cos0)[hsin0,+R:(sin0,+sin0- 2 H
第 2 2 卷 第 ` 期 2州】0 年 12 月 北 京 科 技 大 学 学 报 OJ u nr a l o f U n vi e sr yit o f cs i e n c e a n d Te c h n o】俄岁 B eij ni g V bL 22 D伙 。 N 0 . 6 2 0 0 中板轧制过程板坯弯 曲生成 与抑制之二 — 采用 上压 法抑制板坯弯 曲 间晓强 ” 李玉庆 ” 孙 娟 2 , 梁永祥 ” 陈 工 ” 1)北京科技大学机械工程学院 , 北京 10 0 83 2) 马鞍山钢铁股份有限公司 , 马鞍山 , 2 43 0 0 3) 邯郸钢铁公司 , 邯郸 摘 要 研究在 中板轧 制过 程 中抑制 板坯 弯曲的措 施 . 在 国 内外 首次 应用 上压 法轧 制来抑制 中板 轧制 过 程 中板坯 生成 的弯 曲现象 , 从理 论上 建立 了板 坯 上下 表面 温差 与轧 辊辊径差 的关 系 , 为现场提 供配 辊原 则 . 关键 词 中板 ; 轧 制过 程 ; 板 坯弯 曲 ; 上 压法 分 类 号 T G 3 3 文 献标 识码 : A 中板轧制过程板坯 弯 曲现象是中板生 产中 普遍存在 的难题 . 当板坯 下弯时 , 不仅使板坯与 机架辊 (或护 板) 产 生撞击造成 结疤 , 同时使机 架辊和护板 的寿命 降低 , 影响了产 品 的产量 、 质 量 、 成材 率 , 增加 了停产检修 时 间和维修 费 . 中 板轧制过程板坯弯 曲的根本原 因是板坯断面温 度分布不均和轧机调整 、 操作不当造成 的 . 通常 情况下 板坯上表面温度高于下表面温度导致轧 制过程板坯呈现下弯现象 . 应用 上压法轧制 、 合 理配辊 能够抑制板坯 的下 弯 . 板坯入 口 厚度 , h 为板坯 出 口 厚度 , 板坯平直 咬 入 , 如 图 1 所示 . 图 1 (a) 中 , 在上下 辊径相 同的条件下 , 由于 板坯上表 面温度高于下表 面温 度 , 则轧制区 板 坯 上表 面变 形抗 力 小于 下表 面变 形抗 力 , 即 al <仍 , 变形 区 上 表面 只 有 增大 接 触弧 长 ( 即 乙>lz )才能满足上下辊轧制力平衡这一条件 . 结 果 , 上辊压入 板坯深度要大于 下 辊压 入板坯深 度 , 即 △凡> △棍 , 则上辊从变形 区 轧出的金属体 积将 比在相 同 时间内下轧辊从变形 区轧 出的金 属体积大 . 忽略宽展 , 板坯在轧机出 口 单位 时间 内上表面 金属延伸量 大于 下表面 金属延伸量 , 导致板坯 生成 向下弯 曲的圆弧 . 在时间 t0 ( t0 为板坯横截面从开 始进入变形 区 到离 开 轧机 出 口 所需 时间) 内上下 辊轧 出 的 金属体积之差 △ V 可 由弧边三角形五四万 , C 口尸面 积之差算 出 . 设 △Vl ,△K 分别表 示 t0 时间从上下 辊轧 出 的金属 的体积 , 则 : 、 `乳毗 x 凡哪 x ; 几胭 ( l ) △矶K 一 ! ` l 式 中 , b 为 平 均 板 宽 , 凡卿 为弧 边 三 角 形 刀刀瓦 C 口尸 面积 . 在 图 1 ( a) 所示坐标 系下 各 点的 座标值可用 0 , , 氏 , R , , 凡 , 表示 , 则弧边三角形面 积 凡舰 , 凡哪 面积可精确求得 : 1 ~ 。 一 一言 1 《亨仃 1 乙 一2l 一 漏 1 应用 上压法轧制的理论依据 中板轧机 一般采用 上下 辊单独 直接 驱动 , 即分别 由两 台电动机驱动上下 辊 , 其上 下辊 的 转速分别 由各 自的速度控制 系统来调节 , 上下 辊之 间的速 差 由速 度平衡调节 器来控制 . 按传统概念 , 一般 中板轧制均采用 下 辊径 大于上辊径 5 一 10 ~ 的配辊方 案 , 即 下压法轧 制 , 目的是使轧 出的板坯微翘 , 呈 “ 滑雪 板 ” 形 状 , 以避免板坯撞击机架辊等 . 但在板坯上表面 温度大于下 表面温度 时 , 此法效 果不 明显 . 为 此 , 在现场试验采用 了下辊径 比上辊径小 30 ~ 的配辊方案 时 , 对抑制板坯下弯 取得 了较好 的 效果 . 下 面给 出理 论解释 . 假设上下 辊 的角速度分别 为 。 , , 。 2 , 下 辊径 为 Z R 二 , 上辊径 为 2R : , 板坯 上表面温度大于下 表面温度 , 总压下 量 为 △万 = H 一 h , 其 中 H 为 2X() 0 一 0 5 一 19 收稿 闰晓强 男 , 39 岁 , 副研究员 誉{ s in 0 1+ s i n 氏一 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2000. 06. 016
·548 北京科技大学学报 2000年第6期 (a) (b) y △h' △h1 △h2 △h2 0 图1当板还上表面温度大于下表温度时.(a)采用R=R=R轧制方案，(b)采用R<R,轧制方案 Fig.1 Rolling scheme as upper surface temperatime is more than below surface sin(g,+0)]+sin8,-a,} (2) △>△y,△<AV,即△>AV (8) [I xc ye][I xo yo 1 这说明当上辊径减小后，上下轧辊轧出的 金属体积差增大，导致板坯在轧机出口下弯趋 I xF ye I xa yal 势加大. (1-coshsine:+R(sine,+sine- H 根据以上分析，结论如下： sin(0,+02))]+sin02-02) (3) (1)在上下辊单独驱动且轧辊线速度相等的 求出SABNE,SDENOCOF值，即可得上下辊轧出的金属 条件下，减小上辊径或加大下辊径并不能降低 体积之差： 由钢坯上表面温度大于下表面温度导致板坯下 △V=△y1-△V2=(SaE-Scor)b(4) 弯趋势，相反加大了下弯趋势. 若采用R'<R2=R配辊时，如图1b)虚线所 (2)在上下辊单独驱动且轧辊线速度相等的 示，则上辊与板坯的接触弧为BM,它小于上辊 条件下，如果将上辊径加大或减小下辊径造成 径为R,=R时的接触弧长BW,为了使上下辊轧 的△<0和由上表面温度大于下表面温度造成 制力平衡，被迫使上辊要增大接触弧长，即板坯 的△<0正好抵消的话，即板坯出轧机时平直. 向上浮，同时下辊接触弧减小，达到了新的平衡 同时，由于下辊径减小，下辊轧制扭矩也减小 点，最终上辊的接触弧为BW”,下辊的接触弧为 了，从而将下辊电机扭矩向上辊电机转移，从而 CD'. 使上下辊扭矩趋于均匀， 网 △1=SawE×b △V2=SACDFXb (5) 2 配辊原则的理论依据 式中，SABNE为弧边三角△BWE'的面积，SACDF为 弧边三角△CDF的面积.对应于上下辊的压入 根据板坯上下表面的温差大小可以推导出 深度分别为△h,△h2,显然△h>△h1. 上下辊径的差值，据此就可以指导现场技术人 令△=△h1-△h,由几何关系有： 员配辊.理论推导如下， (1-cos0)R1-(1-cos8)R1=△ 设板坯上表面温度比下表面温度高△T,板 (cos0'2-cose)R2=A (6) 坯下表面温度为T2,上表面温度为T=T+△T, 这里R=R2=R,所以， 上下辊线速度相等，板坯与上下辊接触的平均 cos8-1AHi09迟，ecos04=c0sA+会 R () 单位压力分别为pa,Pm,对应的变形阻力为o 根据上式和三角函数恒等式可得sin0,和 及2， cos82的表达式，利用式(I(5),可求得△1， 变形阻力采用北京科技大学冶金机械研究 △2，推出如下关系： 所凸轮实验机上得出的回归公式：
北 京 科 技 大 学 学 报 2 00 年 第` 期 ` 匕 O 尸 I F 升 1 1 闷 1 } 个 ’ 匡 习 1 卜 . ’ l 一划 图 1 当板坯上表面温度大于下表温度时 . ()a 采用 R : = R : = R 轧制方案 , 伪)采用 R 、R< 、轧制方案 F .ig 1 OR I】in g SC b e m e a s o P ep r s u far ce t e m ep r a it m e 15 m o er t h a n be 】o w s u由ce s i n ( 0 ,+ 氏) )〕 + s i n已一 0 : } ( 2 ) 凡伽 , [{ xc cy l . , r{ “ ” 1 , _ , 。 万 {: xD 儿 }万1! 工c yc } 一 砂 三伪 - n鉴 ` 分 为J 。 、 L` 耘 ya J 今件赘塑[ h s in 氏+R 1 ( s`n 0 1+ s`n 氏- s in ( 8 ,+ 氏) )」+ s i n氏一丛} ( 3 ) 求 出 国“ 能 , S ~ 哪 值 , 即 可得上下 辊轧 出 的金属 体积之 差 : △V = △K 一△矶 = ( 汤乳撇 一 凡。 尸 ) b (4 ) 若采 用 R 、R< 2 = R 配辊 时 , 如 图 1伪)虚 线所 示 , 则上辊与板 坯的接触弧 为 刀材 , 它 小于 上辊 径 为 R , = R 时的接触 弧长 刀浑 , 为 了使上下辊 轧 制力平衡 , 被迫使上辊要增 大接触 弧长 , 即板坯 向上浮 , 同时下辊接触 弧减 小 , 达到 了新 的平衡 点 , 最终上 辊的接触弧 为刀万 , , 下辊 的接触弧 为 〔刃 尸 . △矶 > △ K , △V’z < △ K , 即△ F卜△ V (8 ) 这说 明当上辊径减小后 , 上下 轧辊轧出的 金属体积差 增大 , 导致板坯在 轧机 出 口 下 弯趋 势加大 . 根据 以上分析 , 结论如下 : ( 1) 在上下 辊单独驱动且轧辊线速度相等的 条件 下 , 减小上辊径 或加大下 辊径并不能降低 由钢坯上表面温度 大于下表面温度导致板坯下 弯趋 势 , 相 反加大 了下弯趋势 . (2 )在上下辊单独驱动且轧辊线速度相等 的 条件下 , 如果将上辊径加 大或减小下 辊径造成 的△犷父 O 和 由上 表面温度大于 下 表面温度造成 的△V< 0 正 好抵消 的话 , 即板坯 出轧 机时平直 . 同时 , 由于 下辊径减 小 , 下辊轧制扭矩 也减小 了 , 从而将下 辊 电机扭矩 向上辊 电机转移 , 从而 使上下辊扭矩 趋于 均匀 . 令 △玖 = 凡机 口 X b △玖 = 凡。 , x b ( 5 ) 式中 , 凡挑 口 为弧边三 角 八及y 五 护的面积 , 凡即二 为 弧边 三角△C 口 少 r 的面积 . 对应于 上下 辊 的压入 深度 分别为△扒 , △’hz , 显然 △h 、 > △h , . 令 △ = △h 、一 △h : , 由几 何关系有 : {( l 一 c o s 6 、)R 、一 ( l 一 e o s 61 )R , = △ } , 。 , 一 。 、 石 ` ” 一 (6 ) l( e o s o ,2一 e o s氏)R 2 = △ 这里 R : = 凡 = R , 所 以 , e o s s 、 = l (7)和 △+ ( l 一 e o s o , )R R 、 , 。。 s。: 一 。 0 5。瑞 根据 上式 和三 角 函 数恒 等 式可 得 s in 已 co so 飞的表达 式 , 利用式 ( 1曰5) , 可 求得△玖 , △矶 , 推 出 如下关系 : 2 配辊原 则的理论依据 根据板坯上下 表面 的温差 大小可 以推 导出 上下 辊径 的差值 , 据 此就可 以指导现场技术人 员配辊 . 理 论推导如下 . 设板坯上表面温度 比下 表面温度高 △T , 板 坯下表 面温度为 兀 , 上 表面温度 为不= 兀+ △T , 上下 辊线速 度相等 , 板坯 与上下 辊接触 的平均 单位压力 分别为 lP 二 沪 Zm , 对 应 的变形 阻 力为 矶 及 仇 . 变形 阻力采用 北京 科技大学冶金机械研究 所 凸轮 实验 机上得 出的回归 公式 :
VoL.22 No.6 闫晓强等：中板轧制过程板坯弯曲生成与抑制之二 ●549· o=KrK。K (9) 的R2,01,02. 式中，为基准变形阻力，即变形温度t=1000℃， 在进行计算机数值解的时候，发现：当R增 变形速度w=10s',变形程度ε=40%时的变形 大(R,不变)时，△V也增大，说明板坯弯曲越严 阻力. 重，反之，则弯曲减轻：随着R的减小，△V从正 Kr=efar (10) 值渐渐减小变成负值，说明板坯的弯曲方向改 T=(+273)/1000 (11) 变了，因此有满足△V=0的唯一解R. Kr为变形温度影响系数，当t=1000℃时，K=1. 在板坯上下表面温度及温差不变的情况 K.=(u/10)c+Dr (12) 下，对于每一确定的R,都可算出相应的R2,这 K.为变形速度影响系数，当=10s时，K=1. 样的配辊可完全矫正由板坯整体温差导致板坯 K,=Er.J0.4)-(E-1)r/0.4) (13) 弯曲的现象，对于局部温差也可起缓解作用. K,为变形程度影响系数，当平均变形程度”。 这里以某中板轧机为例：板坯入口厚度为 40%时，K=1.式中A,B,C,E,N为常数，由实验 H=220mm,压下量取30mm,材质为Q235A, 确定，根据上下轧辊轧制力相等的平衡条件有： 板坯上表面温度为1274℃，下表面温度为1254 P1=P2 (14) ℃，上下表面整体温差为20℃，上辊径2R= 式中，P,为上轧辊轧制力，P=p1m×l,l=Rsin8, 1100mm,上下辊线速度相等，求满足板坯经轧 为上辊接触弧水平投影长度，p1m=1.15n'o, 制后仍为平直这一条件时的下辊径2R的大小. n。为应力状态影响系数，采用简化了的R.B. 由于温差的存在，轧制变形区内的应力场 Sims公式，n'。0.8049+0.3393e+(0.2488+0.039+ 分布是相当复杂的，目前还没有成熟的公式可 0.0732e)l,/hm,hm=(H+h)/2为变形区板坯平均 利用，因此需作如下假设： 厚度，e为压下率，P2为下轧辊轧制力，P= (a)板坯上下部分变形速度近似相等： pm×lz,l,=Rsin0为下辊接触弧长水平投影长 (b)认为板坯与轧辊在变形区内处于粘着 p2m=1.15n',2,n。=0.8049+0.3393+(0.2488+ 状态； 0.039e+0.0732e2)l2/hm. (c)轧辊为刚性，不考虑弹性压扁. 将式(10(13)代入式(9)得板坯上下表面变 根据以上假设，轧制变形区内平均单位压 形阻力为： 力公式可采用简化的西姆斯公式，将以上已知 o=e(0m[Ea严-(E-1】 (15) 条件代入方程(17)，(18)和(19)，用计算机编程求 解结果如下： =e(0[E4-(E-1】 (16) 2R2=1008mm; 将n.,,2代入(14)式得： 81=0.2326rad=13.33°： (0.8049+0.33938+(0.2488+0.039e+0.0732e)× 0=0.2461rad=14.11°. (会e(0r[a-(E-1哈aRsi血6，= 某中板轧机工艺规程规定轧辊的辊径使用 范围为1100~980mm.计算的下辊半径为2R2= (0.8049+0.3393e+0.2488+0.039e+0.0732e)× 1008mm仍在许可范围之内. (完m(器or[E年y-(E-106器Rsin8,17) 为了直观起见，现将板坯上下表面温差与 再由入口厚度与出口厚度的几何关系有： 配辊方案计算结果绘制成图2所示. H-h=(1-cos0,)R1+(1-cos0)R2(18) 这里需要特别指出，当板坯上下表面温差 由板坯出轧机平直条件△V=0,有： 大于20℃时，选择下辊径比上面计算的结果 SABNE-SACDF=0 (D2=2×505mm)还要小，同时由于各个道次的 根据(2)和(4)式，即为： 压下率和温差也不同，导致每个道次都需要不 shsin0,+R.(sin0,+sim.-sin- 同的辊径差，这给现场配辊带来难以实现的困 H )+sim-0,1s02Ihsim0.+R.(sin0. 难.因此，现场采取了辊径差限制在30~50mm, H 同时提高下辊线速度的方法来解决板坯弯曲这 sin62-sin(0,+0)]+sin82-}=0 (19) 一问题.即利用下辊径小于上辊径的配辊方案 假定R,为已知，这样由式(17)，(18)和(19)联 和提高下辊线速度的共同作用来抑制板坯在轧 立方程组，可求得满足板坯轧制后平直条件下 制过程生成的下弯现象
V bL 2 2 N o . 6 闰晓 强等 : 中板 轧制 过程 板坯 弯曲生成 与 抑制 之二 a = ’a0 Kr · Ku · 凡 (9) 式 中两为基准变形 阻力 , 即变形温度 t = 1 0 0 ℃ , 变形速度 u = 10 5 一 ’ , 变形程度 。 = 40 % 时的变 形 阻 力 . 筋 = 已+BT ( 10) T = (什2 7 3 ) /1 0 0 0 ( 1 1 ) 瓜 为变形温度影 响系数 , 当 t = 1 0 0 ℃ 时 , 瓜= 1 . 凡 = ( u / 10 )+cDT ( 12 ) 凡 为变形 速度影 响系数 , 当=u 1 0 s 一 , 时 , 凡=l . 凡 = (E r奋0 . 酬一 (E 一 IX r夕0 . 4) ( 13 ) 凡 为变形 程度 影 响系数 , 当平均 变 形程度 ` = 40 % 时 , 凡=l . 式 中 A , B , C , E , N 为常数 , 由实验 确定 . 根据 上下轧辊轧制力相等的平衡条件有 : P l = p2 ( 14 ) 式 中 , p , 为上 轧辊 轧制 力 , p , = 夕 l m x l , , z , = 尺 , s in s , 为 上 辊 接 触 弧 水平投 影长 度 , lP m = 1 . 1 5n 满 , n 愁为应 力状 态影 响系 数 , 采用简化 了 的 R . .B S如s 公式 , n 卜0 . 8 0 4 9 + 0 . 3 3 9 3叶( 0 . 2 4 8 8 + 0 . 0 3 9扮 .0 0 7 3扮l)I hm/ , h 二 二 (月斗 h) 2/ 为变 形 区 板 坯平 均 厚 度 , ￡ 为 压 下 率 . 八 为 下 轧 辊 轧 制 力 , 凡= p mZ 咦 , 人= 凡s in 氏 为 下辊 接触 弧 长 水 平 投 影长 P 、 = 1 . 1 5 n 认 , n 愁= 0 . 8 0 4 9 + 0 . 3 3 9 3叶 ( 0 . 2 4 8 8 + 0 . 0 3 9时0 . 0 7 3 2扩)人/h m . 将式 ( 10曰 13) 代入式 (9 )得板坯上 下 表面变 形 阻 力为 : a , 一 丙创 + 甲(共)~ 固鲁丫一 (E 一 l )畏等」 l( 5) “ , “ 洲 “ 1 0 产 巴 、 0 . 4 产 ~ ` 产 0 . 4 “ 。 = ae0 ` (黑)~ 固丢等丫一 (E 一 l )令号〕 (1 6) 甘 z 甘训 、 1 0 / 巴 、 0 . 4 声 甲 ` 了 0 . 4 “ 、 ` ’ 了 将 n 认 al 两 代入 ( 14) 式 得 : ( 0 . 8 0 4 9 + 0 . 3 3 9 3叶 ( 0 . 2 4 8 8 + 0 . 0 3 9创旧 . 0 7 3 2扩) x (李)已 , (兴)~ (E[ 畏号丫一 (E一 1 )鲁 lR] isn 氏 - 、 hm 产’ 、 10 产 巴 “ .0 4 了 … ` / .0 4 “ 一 ` 1一` 一 ` ( 0 . 8 04 务 0 . 3 3 9 3叶 ( 0 . 2 4 8 8 + 0 . 0 3 9叶 0 . 0 7 3 2扩) x (李)已 , (兴 )+cD 不 以[ 妥等丫一 (E 一 l )鲁 zR] isn 0(z 1 7 ) 、 hm 产’ 、 10 / ` 一 、 0 . 4 产 … 一 产 0 . 4 “ 一 ’ ` -一 ` 、 一 ` / 再 由入 口 厚度 与 出 口 厚度 的几何 关系有 : H一 h = ( l一 e o s s ; )R 1+ ( l一 e o s氏)R 2 ( 1 8 ) 由板坯 出 轧机 平直条件 △ V= 0 , 有 : 凡朋 E 一 凡cDF = 0 根据 ( 2 ) 和 ( 4 ) 式 , 即 为 : 尽碑共笋互「* s 、 01 瑛( s i n e l+ s , e Z一 s。 ( e l - 2 t H L ’ . ` 一 “ ” 一 ` 、 。 `一 , - 一 一 ` 一 、 一 , 。 、 , 、 . _ , _ _ 。 。 、 鹅 ; ( l 一 e o s 0 1 ) r 二 _ : _ 。 . 。 ` _ : _ 。 . 氏、) 1 + s i n 8 1一 8 1 } 一 书乙 { 三七书缪生「h s in 氏十尺 , ( s in o ,+ “ “ ,J ’ “ ~ “ ` “ ” 2 t H “ ’ “ 一 一 ` , 、 -一 一 ’ s in 02 一 s in ( 0 1+ 丛))〕 + s i n 氏一 良} = 0 ( 1 9 ) 假定 R , 为 已知 , 这样 由式 ( 17 ) , ( 1 8 ) 和 ( 1 9 )联 立方程组 , 可求得满足板 坯轧制后 平直条件 下 的 R Z , e l , 氏 . 在进行计算机数值解 的时候 , 发现 : 当 凡 增 大 ( R , 不变 ) 时 , △y 也增大 , 说明板坯弯 曲越严 重 , 反之 , 则弯 曲减轻 ; 随着 凡 的减小 , △犷从正 值渐 渐减 小变成 负值 , 说 明板坯 的弯 曲方 向改 变 了 , 因 此有满 足 △V = O 的唯一解 R 2 . 在 板 坯上 下 表 面温 度 及 温 差 不 变 的情 况 下 , 对于每一确 定的 R , , 都可算 出相应的 R : , 这 样的配辊可完全矫正 由板坯 整体温差 导致板坯 弯 曲的现象 , 对 于局部温差 也可起缓解 作用 . 这 里 以某 中板轧机 为例 : 板坯入 口厚度 为 H = 2 2 0 r n r 。 , 压下量 取 30 r n r n , 材 质为 Q2 3 5A , 板坯 上表面温度 为 1 27 4 ℃ , 下表面温度 为 12 54 ℃ , 上下 表 面 整 体温 差 为 2 0 ℃ , 上 辊 径 ZR =I 1 10 0 ~ , 上下辊 线速 度相等 , 求满足板坯经轧 制后 仍为平直这一条件时 的下辊径 2R 2 的大小 . 由于温 差 的存在 , 轧制变形 区 内的应力场 分布是相 当复杂 的 , 目前 还没有成 熟的公 式可 利用 . 因此 需作如 下 假设 : a( ) 板坯 上下 部 分变形速度 近似相等 ; b( ) 认 为板坯 与轧辊在变 形区 内处 于粘着 状态 ; c( ) 轧 辊为 刚性 , 不考虑弹性 压扁 . 根 据 以上假 设 , 轧制变形 区 内平均 单位 压 力 公式可采 用简化 的西姆斯公 式 . 将 以上 已知 条件 代入方程 ( 17) ,( 18) 和 ( 19) , 用计算机编程 求 解 结果如下 : { 2R 2 一 ’ ” 0 8 mln ’ 1 “ 1 一 ” · 2 3 2 “ adr 一 ` 3 · 3 3 。 , t氏= 0 . 2 4 6 l ar d = 14 . 1 1 0 . 某 中板轧机工艺规程规 定轧 辊的辊径使用 范 围为 1 1 0 0一 9 80 r n r n . 计算 的下 辊半径 为 2R 2= 1 0 0 8 ~ 仍在许可范 围之 内 . 为 了 直观起见 , 现将板 坯上下 表面温 差与 配辊 方案计算 结果绘制成 图 2 所 示 . 这 里需要特 别指 出 , 当板坯上 下 表面温差 大 于 2 0℃ 时 , 选择 下 辊 径 比 上面 计算 的结 果 (刀 2 = Z x 5O5 n ) 还要 小 , 同时 由于各个 道次的 压下率和 温 差也 不同 , 导致 每个道次 都需要不 同的辊径 差 . 这 给现场配 辊带来难 以 实现 的困 难 . 因 此 , 现场采 取 了辊径差 限制在 3-0 50 r n r n , 同时提高下辊线速度 的方法来解 决板坯弯 曲这 一 问题 . 即 利用下辊径 小于 上辊 径的配辊方案 和提高下辊线速度 的 共同作用来抑制板坯在轧 制过程 生成 的下弯现象
·550· 北京科技大学学报 2000年第6期 560 0R,=550mm 3结论 540● +R,=540mm 采用上辊径大于下辊径(R>R)方案进行配 520 日R1=530mm 辊可抑制板坯在轧制过程中由于板坯上表面温 500 度高于下表面温度而产生的下弯.从理论上讲， ho=220 mm 若配辊恰当，可完全消除板坯的弯曲.同时由于 480 压下量为30mm R>R2,降低了下辊轧制扭矩，使上下辊轧制扭 460 矩趋于平衡状态，充分发挥了轧机的能力 0 5 1015 20 2530 参考文献 △t/℃ 1管克智，周纪华金属塑性变形阻力北京：机械工业 图2板坯上下表面温差与配辊方案关系 出版社，1989 Fig.2 Relationship between temperture difference of 2刘培锷.轧制时板坯上下面温差及辊径的选择，钢铁， upper and blow surface of the plate and rolls diameter 1987,22(12): 3闫晓强.中板轧制过程板坯弯曲生成与抑制之一一 轧制参数特征.北京科技大学学报，2000,22（⑤）：475 Forming and Curbing of Plate Bending in Jobbing Sheet Rolling Process(2) -Curbing Plate Bending with Smaller Lower Working roll YAN Xiaoqiang,LI yuqing,SUN Juan,LIANG Yongxiang,CHEN Gong 1)Mechanical Engineering School,UST Beijing,Beijing 100083,China 2)Ma'anshan Iron and Steel Limited-Liability Company,Ma Anshan 243000,China 3)Handan Iron and Steel Company,Handan,China ABSTRACT One kind of the method of curbing plate bending in jobbing sheet rolling process has been re- searched.For the first time,the method of using smaller lower working roll is put forward with formula and practical data for curbing plate bending caused by temperature difference in the section of plate.So,the choice of rolls diameter can be guided in practical production. KEY WORDS jobbing sheet;rolling process;plate bending;smaller roll diameter
一 5 50 . 北 京 科 技 聆0 5 1 0 镇1 5 2 0 2 5 3 0 山 /℃ 图 2 板坯上下表面温差与配辊方案关系 F馆.2 Re 】a ti o n s h勿 b e幻时 e o et m Pe r t u碑 d迁 re re n ce o f u P P e r a n d b】o w s u r af c e o f ht e P肠 et a n d 功 18 d i a m d e r 大 学 学 报 2 00 年 第 6期 3 结论 采用上辊径大 于 下辊径 R( 1> R Z )方案进行配 辊可抑制板坯在 轧制过程 中由于 板坯上表面温 度 高于下表面温度而产 生的下弯 . 从理论上讲 , 若 配辊恰当 , 可完全消除板坯 的弯 曲 . 同 时由于 凡> 凡 , 降低 了 下 辊轧制扭矩 , 使上下辊轧制扭 矩趋 于平衡状 态 , 充分发挥 了 轧机 的能力 . 参 考 文 献 1 管克智 , 周 纪华 . 金属塑 性变 形阻力 . 北京: 机械 工业 出版 社 , 19 89 2 刘培 愕 . 轧制 时板 坯上下 面温 差及辊 径 的选 择 . 钢铁 , 198 7 , 2 2( 1 2) : 3 闰晓 强 . 中板轧制 过程板 坯弯 曲生成 与抑制之 一 轧 制参 数特征 . 北 京科技 大学学 报 , 20 0 , 2 (5 ) : 4 75— F o n n in g an d C ur b l n g o f P l aet B e n d ign i n J o b b ign S h e e t R o llign P r o e e s s ( 2 ) — C u br i n g P laet B e n d i n g w iht S m a ll e r L o w er 从七kr ign or ll 别刃 刀口口q ia n g l ), lL y u q ign l), S U N uJ 耐), L侧刃 G oY侧笋 ia心 ), C H E N oG 心 , l ) M eC h an i c 已 E吧加优` n g s c h o l , u s T B e ij ign, s iej ign 1 0 5 3 , 。 俪 2 ) 脚 . 抬 h an lr o n anu s et e l L如妞“ 正i曲i l iyt 亡皿叩 . 饥 施 A曲` m 24 3 0 0 , C创山a 3) H aD d an l r o n an d set el C o 止 IP ar ly H an ds 叭 Ch in a A B S T R A C T O叭e ik n d of het m e ht o d of c加由 ing Pl at e be n d in g in 」。 b ing hse et or n ing rP OC es s h a s be en -er se arC he d . F or het ifsr t t加e , het m e ht o d of us ign sm al er l ~ w o kr in g or n 15 Put fo p 即 adr w iht fo n n ul a an d p ar c t i c al d at a for c 切由吨 lP aet be n d in g e au se d by t e m Pe r at ur e id fe er n c e in het se ict on of Plat e . so , het c h o lce of or ls id 别旧e t e r c an be 娜de d in Pr a e t i c al Pr o du e t ion . K E Y WO R D S j o b b吨 hs e t ; or n ign Por ce s ; lP aet be n d in g ; sm al ler or n id am e et r