轴向移位变凸度四辊轧机的辊型设计

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1994.s2.021 第16卷增刊 北京科技大学学报 VoL.16 1994年11月 Journal of University of Science and Technology Beijing Now.1994 轴向移位变凸度四辊轧机的辊型设计 张杰)陈先霖) 徐耀寰)张勇2) 1)北京科技大学机械工程学院，北京13、2：上海宗岳钢铁总厂.上海200941 摘要板材轧机上一对带特殊辊型的工作辊轴向相对移动时、可改变辊缝凸度，调节板形，通过 对这类辊型的研究，特别是对三次辊型的研究和CV℃辊型的破详，给出了确定辊型参数的方 法，并指出了CVC辊型和UPC辊型的区别及应用范围， 关键词板材轧机、辊型，板形轴向移动 中图分类号TG333.7 Roll Contour Design of 4-high Mill with Variable Crown by Axial Shifting Zhang Jie Cheng Xianlin Xu Yaohuan Zhang Yong 1)Mechanical Engineenng College.USTB.Beijing 100083.PRC 2)Shanghai Baoshan Iron Steel Complex.Shanghai 20941.PRC ABSTRACT The gap crown between two work rolls of plate mills and the strip shape can be adjusted by axial shifting of the work rolls.both of them have a special contour.By the research on the function of the work roll contour.especially on the 3 power series function and the CVC roll contour function.a way to determine the contour parameters was found. The difference between CVC UPC work rolls and the application of them was discussed. KEY WORDS plate mills.roll contour.strip shape axial shifting 为了获得良好的板形，出现了一种工作辊可轴向移动的四辊轧机·这种轧机的上下工作 辊带有非对称的辊型，轴向相对移动时，辊缝凸度可以连续变化，即“轴向移位变凸度（简 称VCAS)”.国内八十年代从德国SMS公司引进的第一台用于宽带钢冷轧的CVC轧机就属 于这种轧机川.本文结合对这台轧机的研究，就VCAS轧机的工作辊辊型设计等问题进行探讨. 1三次VCAS辊型的设计 对于传统的四辊轧机、工作辊的辊型函数（直径函数）可以写成： D(x)=D+a:x+ax+…+a,x+…(j=2.4,6.…) (1) 式中，D为轧辊名义直径：，为与轧辊凸度有关的常数， 对于轴向移位变凸度轧机，其工作辊的辊型函数为： 1994-03-01收稿 第一作者男33岁副教投博上

第 16 卷 增刊 1 9 94 年 1 1 月 北 京 科 技 大 学 学 报 oJ u m a l o f U n i v e sr ity o f S o e n ec a n d TCe h n o l o g y B e ij ni g V区 1 6 N o v . 1 9 9 4 轴 向移位变 凸度 四 辊轧机 的辊 型设计 张 杰 , , 陈先 霖 1 ) 徐耀寰 2 ) 张 勇 2 ) l) 北 京 科 技 大 学 机 械 丁 程 学 院 , 北 京 1仪试)书 、 少 h 海 宝 山 钢铁总 厂一 h 海 20 94 1 摘要 板材 轧机上 一 对带特 殊 辊 型 的 工 作 辊 轴 向相 对移 动 时 , 可改 变辊 缝 凸度 , 调 节板 形 . 通 过 对这类 辊型 的研究 , 特别 是 对三 次 辊 型 的 研 究 和 C V C 辊 型 的 破 译 , 给 出 了 确 定 辊型 参数 的 方 法 , 并指 出 了 C V C 辊 型 和 U (P 了辊 型 的 区 别 及应用 范国 . 关键词 板 材 轧机 , 辊 型 , 板 形 轴 向移 动 中图分类号 T G 33 . 7 R o l l C o n t o ur D es ig n o f 4 一 h ig h M i ll w it h V a r i a b l e C r o wn b y XA i a l S h ift i n g Z h a n 夕 J i e ” C h阴 g 为a , : l i n ” 为 一 翔 o h z , a z: 2 ` Z h a n 口 } b , 2 9 2 l ) M ce ha 刊司 E n g n巴 n n g CD ll e g e . U S T B . B e l j i n g l翎 ) )8 3 , P R C S ha n gh a i B a o s ha n I ro n & S t e l oC m P l e x , S h a n gh a . 2以巧目 l , P R C A B S T R A C T hT e g a P cor wn be t w e e n t wo wo r k or l s o f P l a t e 11诅1 5 a n d t h e s itr P s h a P e 以n be a dj ist 阎 b y a x i a l s h 沮I n g o f th e wo r k or l七 , b o t h o f t h e m h a ve a s P面 a l co n t o u r . B y ht e 心ea hcr o n t h e fu n ct i o n o f t h e wo r k or l co n t o u r , es P ec l a l y o n t h e 3 P o we r s ier es fu n ct i o n a nd t h e C V C r o l co n t o u r fu n e t i o n , a w a y t o d e t e明 n e t h e co n t o u r P a ar me te rs 娜 5 fo un d hT e d漩ren 优 b e t wen C V C & U P C wo r k ro 比 a n d r h e a P Plica t i o n o f t h ern aw s d is c us s de . K E Y WO R 】〕5 P l a t e im ls , or l co n t o u r , s t ir P s h a P e / a x i a l s h 沮in g 为了获得 良好 的板 形 , 出现 了一 种工 作辊 可轴 向移 动的 四 辊轧 机 . 这种 轧机 的上下 工 作 辊 带有非 对称 的辊 型 , 轴 向相对 移 动时 , 辊缝 凸 度 可 以 连续 变化 , 即 “ 轴 向移位 变 凸度 (简 称 V C AS ) ” . 国 内八 十年代 从 德 国 S M S 公 司引进 的第一 台用 于 宽 带钢冷 轧 的 C V C 轧 机 就 属 于 这种轧 机 [ ’ ] . 本 文结 合对 这台 轧机 的研究 , 就 V C A S轧机 的工作辊辊型设计等问题进行 探讨 . 1 三次 V C A S 辊型 的设计 对于传 统的 四 辊轧机 . 工作 辊 的辊型 函 数 ( 直 径 函 数 ) 可 以 写 成 : D (x =) D + a 2 x 2 + a 4 X 4 十 … +a 」x ’ 十 … (j = 2 , 4 .6 式 中 , D 为轧辊名 义直径 ; a 。 为与 轧 辊 凸 度有关 的 常数 . 对于 轴 向移位 变 凸 度轧 机 , 其 工 作辊 的辊型 函 数 为 「2 } : 1创鸿 一 0 3 一 0 1 收稿 第 一 作 者 男 3 3 岁 副教 投 博 [ ( l ) DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1994. s2. 021

张杰等：轴向移位变凸度四辊轧机的辊型设计 ·99· D(x)=Do(x-so) (2) D(x)=D+ax+ax3+…+a,xJ+…(j=3,5,7,…） (3) 式中，D(x)为基本辊型函数；s。为辊型函数的初始移动量；a,为系数. 最简单的传统辊型函数只含(1)式的前两项，即二次辊型·这是多数传统轧机所采用 的辊型曲线，它所形成的辊缝是二次的，项数多的辊型实用价值不大，一般很少采用， 最简单的轴向移位变凸度(VCAS)轧辊采用的是只含(3)式前三项的三次辊型.1，它 可以写成： D()=D+0(-3ex+x) (4) 式中，D为轧辊的名义直径；△D=D'-D”为直径差；e为最大与最小直径间距离之半， 这种辊型所形成的辊缝也是二次的，辊缝的二次凸度与轧辊移动呈线性关系： C=-280B12,+s) (5) 式中，B为辊缝长度（多用于辊身长度L代之）；s为轧辊轴向移动量， 结合式(4)和式(5)，三次辊型也可写成： D(x)=D+C-C(2/LY[-3e(x-s)+(x-8] (6) 6Sm 式中、L为辊身长度；Sm为轧辊轴向移动的最大值(-sm≤s≤5m):C',C”分别为最大与 最小辊缝凸度· 三次辊型的设计主要是辊型参数的确定，分两步进行： (1)确定C和C” 由(5)式可以得出： (7) -C (8) 增大C‘和C“的差值可以提高轧机对凸度的调节能力，但由式(7)看出，它也会导致 直径差△D的增大，破坏轧制过程的稳定，加剧轧辊的不均匀磨损.所以，在C'与C” 的差值满足工艺要求的情况下，直径差应是越小越好· 为了弥补轧辊受轧制力后弯曲变形引起的辊缝凸度增加，C'+C”一般取负值，当轧 机设有弯辊装置时，C'+C”的大小还要与弯辊的凸度调节范围相配合，例如，只有正弯 而无负弯的轧机，C‘+C”应该取大一点、反之应取小一些， (2)确定△D 由(7)式可见，减少△D的同时减少e.既可保持C'-C”不变，又可减少直径差， 似乎是△D越小越好.但由图1可以看出、△D不一定是轧辊全长范围内的最大直径差·过 分减小△D会造成轧辊两端直径差的增加，甚至大大超过△D,这显然是不可取的· 在多数情况下，尤其是轧件宽度B较小时，工作辊与支撑辊的接触压力在两端比较小， 而且工作辊两端又各有一段不与轧件接触.所以，计算直径差时，可只考虑工作辊中间与轧件 宽度相应的一段.若这段长度为b.对图1形状的轧辊，当D(-0.5b)=D”时就可满足要求

张 杰 等 : 轴向移 位 变 凸度 四 辊 轧机的 辊型 设计 、 、.,了. 了二内à,、 .、. D ( x ) = D O ( x 一 s 。 ) D 。 ( x ) = D + a : x + a 3 x , + 一 + a j x , + … ( J 二 3 , 5 , 7 , · 式 中 , D 。 ( x) 为基 本辊 型 函数 ; s 。 为辊 型 函 数 的初始 移动量 ; a 」 为 系数 . 最 简单 的传 统辊 型 函数 只含 ( l) 式 的前两 项 , 即二 次辊 型 . 这是多 数 传统 轧机所 采 用 的辊 型曲线 , 它 所形成 的辊 缝是 二次 的 . 项数 多 的辊型 实用 价值不 大 , 一般 很 少采 用 . 最简单 的轴 向移位 变 凸 度 ( VC AS ) 轧 辊 采 用 的 是 只 含 ( 3) 式 前 三项的三次辊型 { ’ , , ] , 它 可 以 写成 : 0 0 ( · 卜 n 噜 ( 一 3 · 2· + · ” ( 4 ) 式 中 , D 为轧辊 的名 义直径 ; △ D 二 D ` 一 D , 为 直径差 ; e 为最大 与最 小直 径 间距 离 之半 这 种辊 型所形 成 的辊缝 也是 二次 的 , 辊缝 的二次 凸 度 与轧 辊移 动呈 线性 关系 : 3△D 4 e 3 ( B / 2 ) ’ ( s 。 + s ) s 为轧辊 轴 向移动量 ( 5 ) 式 中 , B 为辊缝 长度 (多 用于辊 身 长度 L 代 之 ) ; 结合式 (4) 和式 ( 5) , 三 次辊型 也可 写成 : D ( x ) = D + C ` 一 C , 6 s m ( 2 / L ) 2 卜 3 e ’ ( x 一 s 。 ) + ( x 一 s 。 ) 3 〕 ( 6 ) 式 中 , L 为辊 身长度 ; s 。 为轧辊 轴 向 移 动 的最 大 值 ( 一 sm 毛 s 毛 s m ) ; C ` , C ’ 分 别 为最 大 与 最 小 辊缝 凸 度 . 三次 辊型 的设计 主 要是 辊 型参数 的确定 , 分 两 步 进行 : ( l ) 确定 C ` 和 C ’ ` 由 ( 5) 式可 以 得 出 : 竺 一 全 `主 、 2 卫二二g 目 e ’ 3 \ L 了 S m ( 7 ) C , + C “ 万于二万万 S m 增大 C ` 和 C ` 的差 值可 以 提 高轧 机对 凸 度 的调 节 能 力 , 但 由 式 ( 7) 看 出 , ( 8) 它 也 会 导 致 直 径 差 △ D 的 增 大 , 破 坏 轧 制 过 程 的 稳 定 , 加 剧 轧 辊 的 不 均 匀 磨 损 . 所 以 , 在 C ` 与 C “ 的差 值满 足工艺 要求 的情 况下 , 直 径差 应是 越小越 好 . 为 了弥补 轧辊 受轧制 力后 弯 曲变 形 引 起 的 辊 缝 凸 度 增 加 , C ` + C “ 一 般 取 负 值 . 当 轧 机设 有弯 辊装置 时 , C ` + C ` 的大 小 还 要 与弯 辊 的 凸 度 调 节 范 围 相 配 合 . 例 如 , 只 有 正 弯 而无 负弯的轧 机 , C ` 十 C ` 应该取 大 一点 , 反 之 应取 小一 些 . (2 ) 确定 △D 由 ( 7) 式 可 见 , 减 少 △ D 的 同时 减 少 e , 既 可 保 持 C ’ 一 C ` 不 变 , 又 可 减 少 直 径 差 , 似乎是 △ D 越 小越 好 . 但 由图 1 可 以 看 出 , △ D 不一定 是轧 辊全 长范 围 内的最 大直 径 差 . 过 分 减小 △ D 会造 成 轧辊 两端直 径 差的增 加 , 甚 至 大 大超 过 △D , 这 显然 是不 可取 的 . 在 多数情 况 下 , 尤 其是 轧件 宽度 B 较 小 时 , 工 作辊 与 支撑辊 的接 触 压 力 在 两 端 比 较小 . 而 且工 作辊 两端 又各有 一段 不 与 轧件 接触 . 所 以 , 计算直径差 时 , 可只 考虑工 作辊 中间与 轧件 宽度相 应 的一段 . 若这 段长 度 为 b , 对 图 l 形 状 的 轧辊 , 当 D ( 一 .0 5b ) = D ’, 时就可满足要求

·100· 北京科技人学学报 中间长度b主要取决于轧件宽度B和轧辊 e 的轴向移动量s.B越大，b越大，△D也就越 大，建议中间长度b按经常轧制的轧件宽度而 不是最大可轧宽度确定，以尽可能降低△D D 2CVC辊型的研究与改进 国内引进的2030冷连轧机的第五架为 CVC轧机，它的主要参数为： 工作辊辊身长度L:2230mm: 工作辊轴向移动范围s:-100~100mm: 支持辊辊身长度：2030mm: 图1轴向移位变凸度工作辊 工作辊弯辊：正弯： Fig.1 VCAS work roll contour 轧件宽度B:900~1850mm SMS先后提出过三条CVC辊型曲线山作者破译出了它们的曲线结构，指出CVC辊型 就是三次VCAS辊型，并解出了它们的辊型参数，见表1： 表1CVC辊型参数 Table 1 Parameters of CVC work roll 辊型曲线编号C/mC"'mC'-C"/ms,/mm e/mm△D/mmb/mm CVCI 0 -500 500 100 608.20.6032233 CVC3 100 -300 400 50 390.1 0.127 1460 CVC4 200 -300 500 20387.40.156 1510 这台轧机没有负弯辊功能，如前所述，它的辊型参数C'+C”应大一些，以保证获得足 够的正凸度辊缝.SMS提出第一条曲线CVC1后，作者曾就其形不成正凸度辊缝，不利于 较宽带钢轧制等问题提出了疑问，随后SMS两次修改设计，相继提交了修改曲线CVC3和 CVC4,逐步加大了辊缝的正凸度.目前采用的是CVC4. CVC3和CVC4的中间长度b为1500mm左右.现场调查表明，该轧机的产品宽度目前 多在该值以下，而且支持辊两端各有200mm的一段带有一定锥度，所以这个b值的选择基 本是合理的· 由于工作辊两端约100mm一段在任何情况下都不与轧件接触，故整个辊身完全按(6) 式加工已无必要，所以，为了减少直径差，两端可采用较平直的曲线，基于这个思想，对 CVC4曲线进行了修改，投入使用后效果良好， 3UPC轧机的辊型特点和适用范围 UPC轧机与CVC轧机的明显区别是工作辊的形状，CVC轧辊为S形，UPC轧辊为 雪茄形（见图2），进一步研究表明1.，(I)~(8)式同样适用CVC和UPC辊型，区别是 UPC辊型的s。值较大，在辊身长度范围内没有图1的最小直径D”.由式(5)看出，S,越

· 1印 · 北 京 科 技 人 学 学 报 中间长度 b 主要 取 决于 轧件 宽度 B 和轧 辊 的轴 向移动量 s B 越大 , b 越 大 , △ D 也就 越 大 . 建议 中间长度 b 按 经常 轧制 的轧 件宽度而 不 是最大 可 轧宽度 确定 , 以尽 可 能降低 △ D . 2 C V C 辊型 的研究与 改进 国 内 引 进 的 2 0 30 冷 连 轧 机 的 C V C 轧机 , 它 的主要参 数 为 : 工作 辊辊 身长 度 L : 2 2 30 ~ 二 工作 辊轴 向移 动范 围 s : 一 10 0 一 支持 辊辊 身长 度 : 2 0 30 11 111 1 ; 工作 辊弯辊: 正 弯 ; 轧件 宽度 B : 9 0 0 一 1 8 5 O I Tu l l . 第 五 架 为 100 11 1 11 1 ; 图 1 瑰 . 1 轴 向移位变凸度工作辊 V C SA 脚创爪 n 月】 O , 妞以 E SM S 先 后 提 出 过 三 条 C V C 辊 型 曲 线 〔 ’ } , 作者破译 出了 它们 的曲线结构 , 指 出C V C 辊型 就是 三次 V C AS 辊 型 , 并 解 出了 它们 的辊 型 参数 , 见 表 :l 表 1 C V C 辊型参数 r l’a I众 I R珍朗沈et 路 of C V C w . 傲 n 习1 辊 型 曲线编号 C 勺曲 C 勺卿 C 一 C 为a n s。 / ~ e/ ~ △I〕 /~ b / ~ C V C I O 一 酬】) 夕叉) l田 印82 0 . 印 3 2 2 33 C V C 3 1的 一 3的 《 X〕 50 3叩 . 1 0 . 1 27 1 4日〕 C V C 4 2田 一 3X() , 1) 20 3874 0 . 156 1 5 10 这 台轧机 没有 负 弯辊 功能 , 如前 所述 , 它 的辊型 参数 C ` + C “ 应大 一 些 , 以 保 证 获 得 足 够 的正 凸 度 辊缝 . S M S 提 出第 一 条 曲线 C V ( ! 1 后 , 作 者 曾就 其 形 不成 正 凸 度 辊 缝 , 不 利 于 较 宽带 钢轧制 等 问题提 出了 疑 问 , 随后 SM S 两次修 改设计 , 相 继 提 交 了 修 改 曲线 C V C 3 和 C V C 4 , 逐步 加大 了辊缝 的正 凸 度 . 目前 采用 的是 C V C 4 . C v C 3 和 C V C 4 的 中间长 度 b 为 1 50 0 ~ 左 右 . 现场调 查表 明 , 该 轧 机 的 产 品 宽度 目前 多在 该值 以 下 , 而且 支 持辊 两端 各有 2 0 ~ 的一段 带有 一定锥 度 , 所 以这 个 b 值 的选 择基 本是合 理 的 . 由于 工作 辊两端 约 10 n l l l门 一段 在任 何情 况 下都 不 与轧件接 触 , 故 整 个 辊 身 完 全 按 ( 6) 式加工 已 无必要 . 所 以 , 为了 减 少 直 径 差 , 两 端 可 采 用 较 平直 的 曲线 . 基 于 这 个 思 想 , 对 C V C 4 曲线进 行 了 修改 , 投 人 使用后 效果 良好 . 3 t JP C 轧机的辊型 特点 和适用 范 围 U P C 轧 机与 C V C 轧机 的 明 显 区 别 是 工 作 辊 的 形 状 . C V C 轧 辊 为 S 形 , U P C 轧 辊 为 雪 茄 形 (见 图 2) . 进 一 步 研 究 表 明 [ ’ Zj , ( l) 一 (8 ) 式 同样 适 用 C V C 和 U P C 辊 型 , 区 别是 U P C 辊 型的 s 。 值 较大 , 在 辊 身 长 度 范 围 内没 有 图 1 的最 小 直 径 D ,’ . 由 式 (5 ) 看 出 , s 。 越

张杰等：轴向移位变凸度四辊轧机的辊型设计 ·101· 大，辊缝负凸度就越大，所以UPC辊型适于支持辊凸度较小、轧制力和轧辊弯曲变形都较 大的场合， 图2UP℃辊型 Fig.2 UPC work roll contour 4结束语 本文讨论了三次VCAS辊型的设计，重点分析了CVC辊型，给出了确定辊型参数的方 法，对于易产生高次板形缺陷的宽带钢轧机，建议采用四次板形控制能力较强的复合辊型， 以获得更好的板形控制效果， 参加本文工作的还有宝山钢铁总厂的徐乐江、倪人杰，北京科技大学的杨荃，张清东，崔振斌等同 志，在此表示感谢， 盘考文献 1张杰，CVC轧机辊型及板形的研究：[博士学位论文】.北京科技大学机械工程学院，1990. 2张杰，陈先霖，徐耀寰，杨美顺.四辊轧机轴向移位变凸度辊型的研究，钢铁研究学报.1993.5(2少25

张 杰等 : 轴向移位 变凸 度四 辊 轧机 的 辊型设计 10 1 大 , 辊 缝负 凸度就 越大 . 所 以 U P C 辊 型适于 支持 辊 凸 度较小 、 轧制 刀 和 轧 辊 弯 曲 变 形 都 较 大 的场合 . 一 , , . . ~ ~ . ~ 娜 . ~ ~ - 图 2 U P( : 辊型 瑰2 I JP C w 口服 找门 印 d 训r 4 结束语 本 文讨论 了三 次 V C SA 辊 型的设 计 , 重 点分 析了 C V C 辊 型 , 给 出 了 确定 辊 型 参 数 的方 法 . 对于 易产生 高次板形缺 陷 的宽带钢轧 机 , 建议采 用 四 次 板形控 制 能 力 较 强 的 复 合 辊 型 , 以 获得更 好 的板形 控制效果 . 参加本文工作的还有宝 山 钢铁 总厂 的徐乐江 、 倪 人 杰 , 北京 科技 大 学的 杨 荃 , 张清东 , 崔振 斌等 同 志 , 在此表示 感谢 . 参 考 文 献 1 张杰 , C V C 轧机辊型 及 板形 的研究: 【博士 学位论文 ] . 北京科技大学机械工程 学 院 , 2 张杰 , 陈先霖 , 徐耀寰 , 杨美顺 . 四 辊轧机 轴向移位变 凸度辊型 的研究 . 钢铁研究学报 , 1 9男〕 . 1卯3 , 5 ( 2 ) : 2 5