冷连轧机SmartCrown轧辊磨损辊形对板形调控能力影响

D0I:10.13374/j.is8n1001-053x.2006.05.03M 第28卷第5期 北京科技大学学报 Vol.28 No.5 2006年5月 Journal of University of Science and Technology Beijing May 2006 冷连轧机SmartCrown轧辊磨损辊形对板形 调控能力影响 贾生晖12)曹建国1)张杰1)尹晓青2)鲁海涛)杨光辉1) 1)北京科技大学机械工程学院，北京1000832)武汉钢铁股份有限公司，武汉430083 摘要针对宽带钢冷连轧机首次应用的SmartCrown板形控制技术，通过对SmartCrown轧辊大 量实测得到了轧辊磨损辊形，采用遗传算法建立了轧辊磨损预报模型，并利用ANSYS软件建立了 三维辊系有限元分析模型，研究了磨损辊形对SmartCrown板形控制技术在服役过程中板形调控 能力的影响，提出了新辊形使用工艺策略. 关键词冷连轧机；板形控制；轧辊：磨损；数学模型 分类号TG335.12 SmartCrown板形控制技术核心是采用窜辊 1 轧辊磨损型式与预报模型 的SmartCrown辊形技术，利用正弦和线性迭加 函数组成的辊形曲线实现辊缝连续变凸度，和 1.1轧辊磨损辊形 CVC技术相比，具有更好的高次浪形调节能 为了研究新辊形的轧辊磨损，在现场对轧辊 力).在轧机机型确定的情况下，辊形是板形控 服役前后的辊形、轧辊温度、轧制工艺参数、带钢 制最直接、最活跃的因素[2】，轧辊磨损辊形是轧 出口厚度进行了四轮现场跟踪测试，通过对累计 辊服役过程中影响轧辊辊形变化的重要因素，因 轧制制度9170km(轧制其8.64万t)带钢上的轧 此，结合规模工业生产实践研究冷连轧机 辊使用数据的采集与分析，得到图1所示轧辊磨 SmartCrown轧辊磨损辊形及其对板形调控能力 损辊形， 影响具有重要意义[3] 400r 60 (a)CDC5辊形 (b)CDC5磨损图 300 200 0 且100 复30 04 ■R1g ◆一WRtw 10 -100 盒一WKum 量-WRbw WRhg 0 -200 eWRhm -309000 -500 5001000 -2900 -500 0 5001000 报mm 辊身mm WRtg和WRtm分别为SmartCrown上作辊上机前和下机后工作辊的实测综合辊形；WRbg和WRbm分别为SmartCrown下工作 辊上机前和下机后工作辊的实测综介批形；WR:w和WRbw分别为SmartCrown上工作辊和下工作辊下机后工作辊的磨损辊形. 围1冷连轧机SmartCrown轧辊服役前后辊形及磨损辊形 Fig.I Variation of SmartCrown roll contour and wear roll contour pattern in a tandem cold rolting mill 由图1可知：(1)Smart((rown上作辊磨损严 km);(2)上、下工作辊均出现程度不同的不均匀 重，直径磨损址接近60μm轧制长度为202.7 磨损，在与带钢边部接触部分的辊面磨损严重； (3)下工作辊磨损比上工作辊磨损更严重，磨 收稿日期：200503-03#回日期：2005-04-25 损差平均达到12.8m;(4)工作辊操作侧与传动 基金项目：国家自然科学基金重点资助项目(N.59835170) 侧磨损不均，一般是传动侧工作辊磨损严重 作者简介：贾生晖(1968一)，男，博士研究生

第 2 8 券 第 S 期 2 0 0 6 年 5 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o ur n a l o f U n ive 比 ity o f Sc i e n e e a n d T ec h n o l .犯 y Be U in g V o l . 2 8 N o . 5 M a y 2 0 0 6 冷连轧机 Sm a r t C r o w n 轧辊磨损辊形对板形 调控能力影响 贾生 晖` , “ ) 曹建 国 ` ) 张 l) 北 京科技 大学机械工程学院 , 北京 尹 晓青2) 鲁海 涛 ’ ) 杨 光辉 , ) 2) 武汉 钢铁股份有限公司 , 武汉 4 3 0 0 8 3 摘 要 针对宽带 钢冷连轧机 首次应用的 S m a r t Cor w n 板形控 制技术 , 通过 对 S m a r t C r o w n 轧辊大 量实测得到 了轧辊磨损辊形 , 采用遗传算法建立 了轧辊磨损预报模型 , 并 利用 A N S Y S 软 件建立 了 三维辊系有限元分析模型 , 研 究了磨损辊 形对 S m ar t Cr o w n 板形控 制技术在 服役过程 中板形 调控 能力的影响 . 提 出了新辊形使用工艺策略 . 关锐词 冷连轧机 ; 板形控制 ; 轧辊 ; 磨损 ; 数学模 型 分类号 T G 3 35 . 1 2 S m ar tC or w n 板形控制技术核 心 是采用 窜辊 的 S m ar t C or w n 辊 形 技 术 , 利 用 正 弦 和 线性 迭 加 函数 组 成 的 辊 形 曲线实现 辊 缝连 续变 凸度 , 和 C v C 技 术 相 比 , 具 有 更 好 的 高 次 浪形 调 节 能 力汇` 〕 . 在轧机 机 型 确定的情况 下 , 辊 形 是板形 控 制最 直接 、 最 活 跃 的因 素2[] , 轧 辊 磨损 辊 形 是 轧 辊服 役过 程 中影 响轧辊 辊形 变化 的重 要 因素 . 因 此 , 结 合 规 模 工 业 生 产 实 践 研 究 冷 连 轧 机 S m ar t C or w n 轧辊 磨损 辊 形及 其对 板 形 调 控 能 力 影 响具有重要 意 义 [ 3 ] . 1 轧辊磨损型式与预报模型 1 . 1 轧辊磨损辊形 为 了研究 新辊 形 的轧辊 磨损 , 在 现 场对 轧辊 服役前后 的辊形 、 轧辊温度 、 轧制工艺参数 、 带钢 出 口 厚度 进行了 四 轮现 场跟 踪测 试 , 通 过 对 累 计 轧制制度 9 17 0 k m (轧制量 8 . 6 4 万 t )带钢上 的轧 辊 使用数 据的 采集与分析 , 得 到 图 1 所 示 轧辊 磨 损 辊形 . 6 0 50 0 CUn八 4 O , J, ` l 、骤翻日盆 “n 0 nUlnj nU 0 ō 4 U 伟j , ù - 、聆毕日二 四-l0 00 0 一 50 0 《) 解己`牙 : 11一11 5 ()0 l 0() 0 0 00 一 50 0 0 50 0 1 00 0 辊身 /m m 0-0l ,几. . `, J 一一se w tR g 和 w R t m 分别为 s m a rt c or w n }几卜作辊 七机 前和下机后工作辊的实测综合辊形 ; w R吨 和 w R b m 分别 为 s m a rt cr o w n 下工 作 辊上 机前和下机后工作辊 的实测综 合辊形 ; w tR w 和 W R b w 分 别为 S m ar tC or w n 上 工作辊和下工 作辊下机后工 作辊的磨损辊形 . 图 l 冷连轧机 s am rt c ~ 轧辊服役前后辊形及磨损辊形 F lg . 1 V a r t a t t o n o f S m a r tC m 喇 n r o ll cou t o u r a dn w e a r m ll c o n ot u r P a t et nr 百n a t a n d e m c o ld 闲I吸雌 m川 由图 l 可 知 : ( 1 ) S m a r t ( ’ 。 ) w n 工 作辊 磨损 严 重 , 直 径 磨损 量接 近 6() 拌n 、 轧 制 长 度 为 2 02 . 7 收稿 B 期 : 2 00 5一3 一 0 3 修 回 B 期 : Z t , ( )5 一 ()4 一 2 5 基 金项 目: 国家 自然科学基金重点资助 项目 ( N 、 , . 5 9 8 3 5 17() ) 作者简介 : 贾生晖 ( 19 6 8 一 ) , 男 . 博士研 究生 k m ) ; ( 2) 上 、 下 工 作辊 均 出现 程 度 不 同 的不 均 匀 磨损 , 在与带钢边部接触部分的辊 面磨 损严重 ; ( 3) 下工作辊 磨损 比上工 作辊 磨损 更严重 , 磨 损差平均达到 12 . 8 拼m ; ( 4) 工 作辊操 作侧 与传动 侧磨损不均 , 一般 是 传动侧工 作辊磨损 严重 . DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2006. 05. 034

Vol.28 No.5 贾生晖等：冷连轧机SmartCrown轧辊磨损辊形对板形调控能力影响 ·469· 1.2轧辊磨损预报模型 260.93,a=1.47,B=1.25 从金属的磨损机理来看，磨损主要可分为磨 2磨损辊形对辊缝调节域的影响 粒磨损、疲劳磨损（接触疲劳、热疲劳等）、粘着磨 损和腐蚀磨损四类.在轧制过程中影响工作辊磨 2.1辊系有限元模型 损的因素很多，包括：(1)带钢方面一—带钢的温 辊缝调节域是衡量轧机板形控制能力的重要 度、材质、宽度、厚度及表面状况等；(2)轧辊方面 指标.为了分析轧辊磨损辊形对辊缝的调节域， 一轧辊的材质、原始辊形、硬度、表面粗糙度及 采用ANSYS建立了三维辊系有限元分析模 直径等；(3)轧制工艺一轧制压力、轧制速度、轧 型[3,1].由于轧辊辊身的对称性以及上、下轧辊 制长度、润滑状况、冷却条件及轧制计划编排等. 的反对称性，建模时采用了辊系结构的1/4.具体 轧辊磨损机理复杂，推导轧辊磨损量的纯理论计 建模参数为：工作辊辊身尺寸Dw×Lw,600mm 算公式极为困难，因此通常采用半理论半经验预 ×1900mm;工作辊辊颈尺寸DN×LN,350mm× 报模型36]，在对现场实际数据采集分析的基础 1040mm;支持辊辊身尺寸DB×LB,1450mm× 上，建立了以轧制力、轧制长度、轧辊材质、磨损距 1700mm;支持辊辊颈尺寸DE×LE,980mm× 离（接触弧长）等因素为参数的统计回归模型，采 1040mm;单位宽度轧制力P,7kNmm1;工作辊 用的模型基本形式为 弯辊力FW,-300~600kN;弯辊力加载位置LF, W- ∑△W,=(aABC) 2980mm;支持辊约束加载位置Lp,2740mm. (1) i=1 2.2磨损辊形对辊缝调节域的形响 式中，W为轧辊磨损量；A,B和C分别为轧制负 目前，生产现场与SmartCrown工作辊配套 荷值、接触弧长和轧制长度综合影响项；a,a和阝 使用的是常规支持辊.为了更好地分析 分别为计算系数；j为辊身方向计算位置；i和n SmartCrown工作辊磨损辊形在服役周期内对板 分别为轧制带钢卷数和总卷数. 形调控能力影响，在现场还大量配套测试了支持 在大量分析工作辊磨损特性的基础上，围绕 辊服役周期内的辊形变化.由于支持辊服役周期 着轧制力、轧制长度和接触弧长三个主要影响因 远较工作辊长，采用支持辊和工作辊不同辊形的 数，并综合考虑了各种影响因素，建立第i卷轧制 组合数据，可分别研究SmartCrown工作辊在支 带钢沿辊身方向计算位置j的工作辊磨损模型如 持辊服役前期和后期时工作辊磨损辊形的影响. 下： 同时由于轧机板形控制能力与带钢宽度直接相 Pi L △W)=a× 关，因此分别计算了常轧宽度(B=1248mm)和 BlaHgl πD(1+f)X 大宽度(B=1560mm)典型轧制条件.根据上述 Hin-HwLa Hout (2) 有限元模型计算处理得到的辊缝调节域如图2. 由图2可知：(1)带钢宽度对辊缝调节能力影 式中，△W,为工作辊磨损增量，um;a为轧辊材质 响较大，如以带钢宽度由1248mm增加到1560 相关影响系数；P:为轧制力，N;B为带钢宽度， mm为例，在均为新辊形时，二次辊缝凸度调节范 mm;la为接触孤长，mm;HR为工作辊硬度（肖氏 围由408.63m上升到638.32μm,四次辊缝凸度 硬度)；a为负荷影响指数；Hn和Hout为轧制带钢 调节范围由9.44m上升到9.64以m:(2)现有生 入口和出口厚度，mm;B为接触孤长影响指数；L 产工艺条件下，在工作辊的服役后期由于不均匀 为带钢轧制长度，mm;D为轧辊直径，mm;f为 磨损造成辊形变化较大（见图1），二次辊缝调节 前滑值. 能力下降较快，如果以1248mm带钢宽度为例， 遗传算法[7-10]以其简单通用性、鲁棒性强、适 二次辊缝凸度调节范围由408.63um下降到 用于并行处理及高效实用等显著特点，在各个领 392.53μm,四次辊缝凸度调节范围由9.444m下 域得到了广泛应用，取得了良好的效果.MAT- 降到7.61m;(3)在支持辊服役的后期，二次辊 LAB语言使人们从烦琐的程序代码中解放出来， 缝调节能力也略有下降，同样以1248mm带钢宽 其丰富的函数使开发者无须重复编程，只需简单 度为例，二次辊缝凸度调节范围由408.63μm下 地调用和使用.且MATLAB擅长数值计算，能处 降到407.85m,四次辊缝凸度调节范围基本不 理大量的数据，而且效率比较高.采用遗传算法 变，由9.44μm下降到9.42m 对模型参数进行优化，优化得到的参数如下：α=

V o l 。 2 8 N o . 5 贾生晖等 : 冷连轧机 S m ra tC ro w n 轧辊磨损辊形对板形调 控能 力影响 1 . 2 轧辊磨损预报模型 从金 属的磨损机 理 来看 , 磨损主 要 可分为磨 粒磨损 、 疲 劳磨损 (接 触疲 劳 、 热疲劳等 ) 、 粘着磨 损和腐蚀 磨损 四类 . 在轧制过 程 中影 响工作辊 磨 损的因素很 多 , 包括 : ( 1) 带钢方面— 带钢 的温 度 、 材质 、 宽度 、 厚度及 表面 状况 等 ; ( 2 )轧 辊 方 面 — 轧辊的材质 、 原 始辊形 、 硬 度 、 表面 粗糙度及 直径等 ; ( 3 ) 轧制工 艺— 轧制压力 、 轧制速度 、 轧 制长度 、 润 滑 状况 、 冷却条件及 轧制计划 编排等 . 轧辊磨损机 理 复杂 , 推导 轧辊 磨损量 的纯理 论计 算公式极 为困 难 , 因 此 通 常采用半理 论半经 验预 报模型 [ 3 一“ 〕 . 在对 现 场实际 数据采 集分析的基 础 上 , 建立 了 以轧制力 、 轧 制长 度 、 轧辊材质 、 磨损 距 离(接触弧 长 ) 等因 素为参数 的统计 回归模 型 , 采 用的模型 基本形式为 : △w 。 = 艺 ( a A aB 七 ) ( 1 ) 2 6 0 . 9 3 , a = 1 . 4 7 , 月= 1 . 2 5 . 2 磨损辊形对辊缝调节域的影响 2 . 1 辊系有限元模型 辊缝 调节域是衡量轧机板形控制能 力 的重要 指标 . 为了分析轧 辊 磨损辊形对辊 缝 的调节域 , 采用 A N S Y S 建 立 了 三 维 辊 系 有 限 元 分 析 模 型 3[, ” 〕 . 由于 轧辊辊 身的对 称性 以 及 上 、 下 轧 辊 的反 对称性 , 建模时采用 了辊 系结构的 14/ . 具体 建模参数为 : 工 作辊 辊身尺 寸 D w 欠 L w , 60 m m 又 1 9 0 0 m m ; 工 作辊辊颈尺 寸 D N X 乙N , 3 5 0 m m X 1 0 4 0 m m ; 支持辊辊身尺 寸 D B X 无B , 1 4 5 0 m m X 1 7 0 0 m m ; 支 持 辊 辊 颈 尺 寸 D E X L E , 9 8 0 m m X 1 04 0 ~ ; 单位宽度轧制力 尸 , 7 kN · ~ 一 ’ ; 工 作辊 弯辊力 F w , 一 3 0 0 一 6 0 k N ; 弯辊 力加载位置 L F , 2 9 8 0 m m ; 支持辊约束加 载位置 无P , 2 7 4 0 m m . 2 . 2 磨损辊形对辊缝调节域的 影响 目前 , 生 产 现 场与 S m ar tC or w n 工 作辊 配 套 使 用 的 是 常 规 支 持 辊 . 为 了 更 好 地 分 析 S m ar tC or w n 工 作辊 磨损辊形 在服役 周期 内对板 形调控能力影 响 , 在现 场还 大量 配套 测试 了支持 辊服役周期内的辊形变化 . 由于 支持辊服役周期 远较工作辊长 , 采用 支持辊 和 工 作辊 不 同辊 形 的 组合数据 , 可 分别研究 S m ar t rC o w n 工 作辊 在支 持辊 服役 前期和 后 期时工 作辊磨损 辊 形 的影 响 . 同时 由于 轧机 板 形 控制能 力与带钢宽度 直 接相 关 , 因此 分别计算 了常轧 宽度 ( B = 1 2 48 m m ) 和 大宽度 ( B = 1 5 60 m m )典型 轧 制条 件 . 根 据上 述 有限元 模型计算处理得 到 的辊缝 调节域如 图 2 . 由图 2 可知 : ( l) 带钢宽度对辊缝调节能 力影 响较大 , 如以带钢宽度 由 1 2 4 8 m m 增加 到 1 5 6 0 m m 为例 , 在均为新辊 形时 , 二 次辊 缝 凸 度调节范 围由 4 0 8 . 6 3 拼m 上 升到 63 8 . 32 拼m , 四次辊缝凸度 调节范围 由 9 . 4 4 拜m 上 升到 9 . 6 4 拼m ; ( 2 ) 现有 生 产工 艺条 件下 , 在工 作辊的服役后 期 由于不 均匀 磨损造 成辊形 变化较大 ( 见 图 1) , 二 次 辊 缝 调节 能力 下降较快 , 如 果以 1 2 48 m m 带钢宽度 为例 , 二 次辊 缝 凸 度 调 节 范 围 由 4 08 . 63 拼m 下 降 到 3 9 2 . 5 3 拼m , 四 次辊 缝 凸度调节范围 由 9 . 4 4 拜m 下 降到 7 . 61 拌m ; ( 3) 在支持辊服役 的后 期 , 二 次辊 缝调节 能力也 略有下降 , 同样 以 1 2 4 8 m m 带钢宽 度为例 , 二次辊 缝凸 度调 节范围由 4 08 . 63 产m 下 降到 4 0 7 . 85 拼m , 四 次辊 缝 凸 度 调 节范 围基 本不 变 , 由 9 . 4 4 拌m 下 降到 9 . 4 2 拼m . " 一 习同 W 式中 , W 为轧辊 磨损 量 ; A , B 和 C 分别为轧 制负 荷值 、 接触弧 长和 轧制长度综合影 响项 ; 。 , 。 和 月 分别为计算系数 ; j 为辊 身方 向计算位置 ;i 和 n 分别为轧制带钢卷 数和 总卷 数 . 在大量分析工 作辊磨损特性 的基 础 上 , 围绕 着轧制力 、 轧制长 度和 接触弧 长三 个主 要 影 响因 数 , 并综合考虑 了各种影响 因素 , 建立 第 i 卷 轧 制 带钢沿辊身方 向计算位置 j 的工 作辊磨损模 型 如 下 : △W。 = { 尸、 ) a X { 石万石了} u ` d 孟 I R ’ L 二 D ( 1 + f ) {丛呀丝型 , 月 { “ ( 2 ) \ 月 ou t 一 产 式 中 , △w ij 为工 作辊 磨损增量 , 拼m ;a 为轧辊材质 相关影响系数 ; 尸 , 为轧制 力 , N ; B 为带钢宽度 , m m ; l d 为接触弧长 , m m ; H R 为工 作辊硬 度 ( 肖氏 硬度 ) ;a 为 负荷影 响指数 ; iH n 和 H ou ,为轧制带钢 入 口 和 出 口 厚度 , m m ; 月为接触弧 长影 响指数 ; L 为带钢 轧 制长 度 , m m ; D 为 轧辊直径 , m m ; 了 为 前滑值 . 遗 传算法 [ 7 一 `” ]以其 简单通 用性 、 鲁棒性强 、 适 用于并行处理 及 高效 实 用等显 著特点 , 在各个领 域得到 了 广 泛 应 用 , 取得 了 良好 的效 果 . M A T - L AB 语言使 人们从烦琐的程 序代码 中解放 出来 , 其丰富的 函数使 开发者无 须重 复编程 , 只需 简单 地调用和 使用 . 且 M A T L A』3 擅长数值计算 , 能 处 理大量 的数据 , 而 且 效率 比较高 . 采 用遗 传算法 对 模型 参数进行优化 , 优 化 得到 的参数 如下 : a =

·470· 北京科技大学学报 2006年第5期 (a)B=1248mm (b)B-1560mm 以 具 -5 -10 -10 -15 -15 ◆-BRg&WRg BRg&WRw -20 ◆-BRg&WRg -20 ☆BRw&WRg ■BRg&WRw 并BRw&WRw BRw&WRg -25 BRw&WRw -25 -500-300-100100 -500-300-100100 二次凸度m 二次凸度小m BRg&WRg同为服役前期的支持辊与工作根配辊：BRg&WRw为服役前期的支持辊与服役后期的工作辊配辊：BRw&WRg为服役 后期的支持辊与服役前期的工作辊配辊：BRw&WRw同为服役后期的支持辊与服役后的工作辊配辊， 图2磨损辊形对SmartCrown辊缝调节域的影响 Flg.2 Effect of roll contour on roll gap proflle adjusting areas of a SmartCrown roll 3 新辊形使用工艺策略 技术在服役过程中板形调控能力的影响，并提出 了新辊形的使用工艺策略，可用于指导生产实践. 由于轧机板形控制能力随带钢宽度的增加而 扩大，而生产过程中轧辊磨损不可避免，因此可在 参考文献 工作辊的服役前期优先安排生产窄料，而服役后 [1]Seilinger A,Mayrhofer A,Kainz A.SmartCrown-a new sys- 期优先生产宽料.由于SmartCrown轧辊磨损严 tem for improved profile and flatness control in strip mills. 重且存在明显的不均匀磨损，为保持新辊形的板 Steel Times Int,2002(11):11 形控制能力，应建立轧辊的定期换辊制度，轧制长 [2】曹建国，张杰，陈先舞，等.宽带钢冷连轧机选型配置.北 京科技大学学报，200325(Suppl):109 度不宜超过200km.在支持辊服役后期，可适当 [3]Cao JG.Zhang J.Chen X L,et al.Control of roll contour for 缩短工作辊的服役时间，以保证板形控制效果， strip profile and flatness in hot rolling /44th Mechanical 为了更好地提高机组板形控制能力和控制效果， Working and Steel Processing Conference Proceeding.Florida, 还可开发配套的支持辊新辊形，并在板形控制模 2002:1001 型考虑轧制过程中辊形变化对机组板形调控能力 [4】朱洪涛，王哲，刘相华，等.轧辊磨损模型研究.铜铁研 究.1999.53)：38 的动态影响 [5]陈连生，连家创.热带钢轧机轧辊磨损研究.钢铁，2001， 4结论 36(1):66 [6]李长生，张晓明，刘相华，轧制过程轧辊磨损数学模型实验 在轧机机型确定的情况下，辊形是板形控制 研究.机械工程学报，2002(7)：28 最直接、最活跃的因素，大量现场跟踪测试表明， [7]刘勇，康立山.非数值并行算法一遗传算法.北京：科学 出版社，1997 宽带钢冷连轧机首次应用的SmartCrown轧辊辊 [8]陈国良，王照法，庄镇泉，等.遗传算法及其应用.北京：人 形磨损严重且存在明显的不均匀磨损.通过分析 民邮电出版杜，1999 工作辊磨损特性发现轧制力、轧制长度、接触弧长 [9]WangQJ.Using genetic algorithms to optimize model param 是影响轧辊磨损的三个主要影响因数，采用遗传 eters.Environ Modell Software,1997,12(1):27 算法对模型参数进行优化可方便地建立轧辊磨损 [10]周明，孙树栋.遗传算法原理.北京：国防工业出版社， 2000 预报模型.结合配套的支持辊辊形变化实测数 [11]曹建国，顾云舟，张杰，等.1700mm冷轧带钢轧机板形控 据，采用ANSYS软件建立了三维辊系有限元分 制能力研究.钢铁研究，2002,30(3)：16 析模型研究了磨损辊形对SmartCrown板形控制 (下转第480页)

. 4 7 0 . 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 6年第 s 期 ( a ) B = 1 2 4 8 m m (b ) B = l 5 6() m m 刊卜 B Rg & W Rg 」卜 B R&g W Rw 侧卜 B Rw & W R g . 今卜 B Rw & W Rw 亡J n 一1 n óō f 0 `曰 一 --l2 侧屯忆、目日沈 B Rw & W R g B Rw & W Rw +圣去干 一 5 0() 一 30 0 一 10 0 l0() 一O l- ,`山一,1 侧司忆目、日盖 。 二次凸度 乍m 一 测丽一二戒厂- 二谕一二谕- 一俪 二 次凸度 /林m BR g & w 助 同为服役前期的支持辊与工作辊配辊 ; BR g & w R w 为服役前期的 支持辊与眼役后期的 工作辊配辊 ; BR w & w 掩 为服 役 后期的支持辊与服 役前期的工作辊配辊 ; B R w & W Rw 同为服役后期的支持辊与服 役后的工作辊配辊 . 图 2 . 损辊形对 s ma rt c ~ 辊缝调节城的影响 lF g . 2 E f n 兄 t o f olr l e皿 t o u r on olr l 醉P p or n l e a 司us t i gn a r e a月 o f a s m a d C r 0 W n or l l 技术在服役过 程 中板 形调控能力的影响 , 并提 出 了新辊形 的使用工艺策略 , 可用于指导 生产 实践 . 考 文 献 压111嗯 e r A , M a y r h o f e r A , K a inz A . S n 、 a rt C orw n 一 a n ew s y 3 - t e m of r im por v de p or fil e a n d f l a t n es co n t or l i n s t r ip m ill s . S te l 刀. 悦 5 I nt , 2 0 0 2 ( 1 1 ) : 1 1 曹建国 , 张杰 , 陈先霖 , 等 . 宽带钢冷连轧机选型 配置 . 北 京科技大学学报 . 2 0 0 3 , 2 5 ( s u p pl ) : 1 09 C ao J G , hZ a n g J , C h e n X L . e r a l . C泊n t rOI o f rol l e on r o u r f o r s t r ip p ro f il e 。 n d fl a t n es i n h o t ro lli吃 / 4 4 t h M ec h a n i e a l W o r k ing an d S t e l P roc e s i飞 肠 n fe r e n e e P roc e e d ing . F l o r id a , 2 0 0 2 : 1 0 0 1 朱洪涛 , 王 哲 . 刘 相华 , 等 . 轧 辊磨损 模型 研究 . 们铁 研 究 , 19 9 9 , 5 ( 3 ) : 3 8 陈连 生 . 连家 创 . 热 带钢 轧机轧 辊磨损 研究 . 钢铁 , 2 0 01 . 3 6 ( 1 ) : 66 李长生 . 张晓明 , 刘相华 . 轧制过 程轧辊磨损数学模型 实验 研究 . 机械工程学报 . 2 00 2 ( 7 ) : 2 8 刘勇 . 康立 山 . 非数值并行 算法— 遗 传算法 . 北京 : 科学 出版社 , 19 9 7 陈国 良 , 王 熙法 . 庄镇 泉 , 等 . 遗传算法 及其应用 . 北京 : 人 民邮 电出版社 . 1 9 9 9 W a 昭 Q J . U s i吃 g e n e t i e a lgo r i t hms t o o pt im i z e m 司 e l p a r a m - e t e rs . E n v ior n M闭 e ll oS ft w a 代 , 1 99 7 , 12 ( l ) : 2 7 周明 , 孙树 栋 . 遗 传算法 原理 . 北 京 : 国 防工业 出 版社 . 2 0 0 0 曹建国 , 顾云 舟 , 张杰 . 等 1 7 0 0 m m 冷轧带钢 轧机板形控 制能力研究 . 铆铁研究 . 2 0 0 2 . 3 0 ( 3 ) : 1 6 (下转第 4 5 0 页! l[] 1 J. 1 . J `,3 一. Lr ,月J. ` . . 一 峥月`曰 6 r.L f 一. L 3 新辊形使用工艺策略 由于 轧机板形控制能力随带钢宽度的增加而 扩大 , 而生 产过 程 中轧辊磨损 不可避免 , 因此可在 工作辊的服役 前期优先安排生 产窄料 , 而 服役后 期优先生产宽料 . 由于 S m ar tC or w n 轧 辊磨损严 重且 存在明显 的不 均匀磨损 , 为保持新辊形 的板 形控制能力 , 应建立轧辊的定期换辊制度 , 轧制长 度不 宜超过 2 0 0 k m . 在支持辊服 役 后 期 , 可适 当 缩 短 工 作辊 的服役 时间 , 以 保证板形控制效果 . 为了更好地 提高机 组板 形控制能 力 和 控制效果 , 还 可开 发配 套的支持辊 新辊形 , 并在 板形控制模 型 考虑 轧制过程 中辊形变化对机组 板形 调控能力 的动态影 响 . , lJ. es J,Jes ù门R了9 r.L . L ù l 一, J. 0 J几. j. l J r.es L rL 4 结论 在轧机机 型 确定的情况 下 , 辊形 是板形控制 最直接 、 最 活跃的因 素 . 大量现场跟踪测试表明 , 宽带钢冷连轧机 首次应 用 的 S m ar t C or w n 轧辊辊 形磨损严重且 存在 明显 的不 均匀磨损 . 通 过 分析 工作辊磨损特性发现轧制力 、 轧制长度 、 接触弧长 是影 响轧辊磨损 的三 个主要 影 响因 数 , 采用遗传 算法对模型参数进行优化可方便地 建立 轧辊 磨损 预报 模型 . 结合配 套的支持辊辊形 变 化实测 数 据 , 采用 A N S Y S 软件建立 了三 维 辊 系有 限 元 分 析模型研究 了 磨损 辊 形 对 S m ar tC or w n 板形 控制

·480· 北京科技大半学报 2006年第5期 Monte-Carlo direct simulation of paramagnetic and diamagnetic mixed gas flows in gradient magnetic fields CAI Jun1),WANG Li,WU Ping2,SHANG Xiaohang3) 1)Mechanical Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083.China 2)Applied Science School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 3)School of Information Engineering.Beijing Union University.Beijing 100080,China ABSTRACT With a mixture of oxygen and nitrogen as the subject investigated,the direct simulation Monte-Carlo method was applied to simulate the flow of paramagnetic and diamagnetic mixed gas in high gradient magnetic fields.The simulated results were compared with the existing experimental ones,and the reliability of the program was demonstrated.It was shown that the increment of oxygen concentration in- creased from 0.12%to 1.89%when the product of magnetic field and gradient varied from 100T2.mto 1000T2.m.The increment of oxygen concentration reduced from 0.4%to 0.1%when the temperature varied from 273K to 333K.The increment rose from 0.12%to 0.59%when the initial oxygen concentra- tion varied from 20%to 30%.The change in pressure did not almost influence the oxygen concentration. KEY WORDS gradient magnetic field;direct simulation Monte-Carlo method;paramagnetism;simula- tion (上接第470页) Effect of SmartCrown work roll wear contour pattern on controllability of profile and flatness in tandem cold rolling mills JIA Shenghui,CAO Jianguo,ZHANG Jie,YIN Xiaoqing?,LU Haitao,YANG Guanghui 1)Mechanical Engineering School,University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083,China 2)Wuhan Iron Steel (Group)Company,Wuhan 430083,China ABSTRACT In order to master the SmartCrown system for profile and flatness control first applied on a 1700mm tandem cold rolling mill,the SmartCrown work roll wear pattern was obtained on the basis of large amount of measured roll contours.A prediction wear model of the SmartCrown work rolls was built up by using genetic algorithm.The effect of the roll wear contour pattern on profile and flatness performance was analyzed by the developed three-dimensional finite element analysis model of a roll stacks system with ANSYS software.A new rolling strategy was brought forward for application of the new SmartCrown sys- tem. KEY WORDS tandem cold rolling mill;profile and flatness control;roll;wear;mathematical model

· 4 0 8 · 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 ` 年第 5 期 M o n t e 一 C a r l o d i r e e t s im u l a t i o n o f a r a m a g n e t i e a n d d i a m a g n e t i e m i x e d g a s f o l P w s i n g r a d i e n t m a g n e t i e fi e d l s 以了J u n l ) , w A N G 乙1 1 ) , w u 几 n g Z ) , S H摊 N G x ia 诚a n g 3 ) l ) M ec h an i e a l E n g i n e r i n g cS h co l , U n i v e rs i t y o f cS i e n e e a n d T ce h on 吨y Be ij i n g , eB ij i呢 1 0 0 0 8 3 , C h i n a 2 ) A pp lide 反i e n e e cS h o l , U n i v e rs i t y o f cS i e n e e a n d T ce h n o l o g y Be ij i呢 , Be ij i昭 10 0 0 8 3 . C hi n a 3 ) cS ho l o f I n of rm a t i o n E飞 i n e r i n g , B e ij i n g U n i o n U n i v e rs i t y , eB ij i n g 1 0 0 0 8 0 , Ch ian A BS T R A C T W i t h a m i x t u r e o f o x y g e n a n d n i t or g e n a s t h e s u bj e e t i n v e s t ig a t e d , t h e d i r e e t s im u l a t i o n M o n t -e C a r l o m e t h o d w a s a p p li e d t o s im u l a t e t h e f l o w o f p a r a m眼n e t i e a n d d i a m a g n e t i e m i x e d g a s i n h i g h g r a d i e n t m a g n e t i e f i e ld s . T h e s im u l a t e d r e s u l t s w e r e e o m p a r e d w i t h t h e e x i s t i n g e x p e r im e n t a l o n e s , a n d t h e r e li a b ili t y o f t h e p r o g r a m w a s d e m o n s t r a t e d . I t w a s s h o w n t h a t t h e i n e r e m e n t o f o x y g e n co n e e n t r a t i o n i n - e r e as e d f or m 0 . 1 2 % t。 1 . 5 9 % w h e n t h e p or d u e t of m a g n e t i C fi e 一d a n d g r a d i e n t v a r i e d for m l o o ZT · m 一 ’ t o 1 o o o ZT · m 一 ` . T h e i n e er m e n t 。 f 。 x y g e n 。 o n e e n t r a t i o n : e d u e e d for m 0 . 4 % t 。 0 . 1 % w h e n t h e t e m p e r a t u r e v a r i e d f or m 2 7 3 K t o 3 3 3 K . T h e i n e r e m e n t or s e f or m 0 . 1 2 % t o 0 . 5 9 % w h e n t h e i n i t i a l o x y g e n co n e e n t r a - t i o n v a r i e d for m 2 0 % t o 3 0 % . T h e e h a n g e i n p r e s s u r e d i d on t a lm o s t i n f l u e n e e t h e o x y g e n co n e e n t r a t i o n . K E Y WO R D S g r a d i e n t m a g n e t i e f i e ld ; d i r e e t s im u l a t i o n M o n t e 一 C a r l o m e t h od ; p a r a m 眼n e t i s m ; s im u l a - t i o n 条紊牛 布 令 介命 奋幸介 寮介 今 介 令 今令 介谁今介牛牵 夺 布 奋 令紊带 介带介紊介 今介今 介命介 (上接第 4 7 0 页 ) E ff e e t o f S m a r t C r o w n w o r k r o ll w e a r e o n t o u r p a t t e r n o n e o n t r o ll a b i li t y o f p r o fi l e a n d fl a t n e s s i n t a n d e m e o l d r o lli n g m i ll s J从 , 朋动 u i ’ · 2 ) , 以o j ia n g u o ’ ) , Z H A N G J ic , ) , 竹N ixa 闪 i馆 2 ) , 乙u 场i at o ` ) , y A N G G ua hgn u i ’ ) l ) M ec h an i e al E呀 i n e r i呀 cS h o l , U n i v e rs i t y o f cS i e n ce a n d T ec h no l吧y eB 心i昭 , eB ij i眼 10 0 0 8 3 , Ch i n a 2 ) W u h an Ior n & S t e e l ( G or u p ) oC m哪 n y . W u h a n 4 30 0 8 3 , C h i n a A B S T R A C T I n o r d e r t o m a s t e r t h e S m a r t C or w n s y s t e m of r p or fil e a n d f l a t n e s s e o n t or l fi r s t a p P li e d o n a 17 0 0 m m t a n d e m co ld or lli眼 m i ll , t h e S m a r t C or w n w o r k or ll w e a r p a t t e r n w a s o b t a i n e d o n t h e b a s i s o f l a r g e a m o u n t o f m e a s u r e d or ll co n t o u r s . A p r e d i e t i o n w e a r m o d e l o f t h e S m a r t C or w n w o r k or ll s w a s b u il t u p b y u s i n g g e n e t i e a lg o r i t h m . T h e e ff e e t o f t h e or ll w e a r co n t o u r p a t t e r n o n p or f il e a n d f l a t n es p e for mr a n e e w a s a n a l y z e d b y t h e d e v e l o p e d t h r e e 一 d im e n s i o n a l fi n i t e e l e m e n t a n a l y s i s m o d e l o f a or ll s t a e k s s y s t e m w i t h A N S Y S so f t w a r e . A n e w r o lli n g s t r a t e g y w a s b or u g h t f o r w a dr fo r a p p li e a t i o n o f t h e n e w S m a r t C or w n s y s - t e n l . K E Y WO R DS t a n d e m e o ld or lli n g m ill ; p or f il e a n d f l a t n e s s e o n t or l ; or ll ; w e a r ; m a t h e m a t i e a l m od e l