冷轧辊辊型优化与板型控制

冷轧辊辊型优化与板型控制刘树金王琛冯九芹唐山钢铁集团公司冷轧薄板厂摘要：目前冷轧板行业提高板型质量是研究发展的方向，提高轧辊使用技术，对轧辊辊型进行优化，提高轧辊磨削和探伤质量，分析并避免造成轧辊失效的各种因素，是提高冷轧板板形质量，降低轧制难度，降低轧辊消耗的关键因素，本文对此进行一些探讨，以达到预期的经济技术指标。关键词：轧辊失效、轧辊探伤、轧辊磨削、辊形优化、板型1、前言唐钢冷轧薄板厂目前有两条冷轧机生产线，一条是单机架可逆式四辊冷轧机，于2004年7月试车投产；另一条是五机架连轧机组并与一期酸洗机组联机，称为酸轧机组，其中前四架为四辊轧机，最后一架为六辊轧机，于2005年12月试车投产。磨床由德国瓦德里希公司制造，目前有两台磨床，一台为万能磨床，一台为工作辊磨床。辊型是轧辊使用过程中的重要工艺参数，辊型的选择直接影响着冷轧产品的板形质量，对其他工艺参数有着决定性的影响，同时，选择合适的辊型也是提高轧辊使用寿命，降低辊耗，降低轧辊事故率的重要手段。磨削手段和磨削工艺则是轧辊维护与保养的重要组成，提高磨削质量、优化磨削工艺能够为提高全厂的轧辊使用技术水平起到决定性作用。2、轧辊失效原因的分析与预防2.1冷轧工作辊失效2.1.1轧辊的失效形式主要有辊面剥落、辊身裂纹、软点、辊印、辊面磨损、淬硬层深度不足、轧辊断裂等。其中辊面剥落是最常见、最主要的失效形式。2.1.2冷轧工作辊剥落的主要原因有轧制事故、磨削不当以及异物卷入等原因造成对轧辊热冲击或机械冲击而诱发的表面裂纹疲劳扩展最终导致的剥落，目前大多数剥落都属于这种类型。局部接触应力造成轧辊表皮下形成裂纹最终剥落，这种次表层初始裂纹附近没有明显的冶金缺陷，裂纹既可能在卡钢等情况下瞬时产生，也可能在高周次疲劳情况下逐渐产生。2.2冷轧支撑辊（中间辊）失效形式复合铸钢支撑辊的失效形式主要有辊身剥落掉块和辊身边部剥落即所谓“掉肩”。产生此类失效的主要原因包括加工硬化、磨损不均匀、接触疲劳、辊身边部倒角设计不合理和工作层内缺陷等。2.3如何预防轧辊失效的发生可采取以下措施,来预防轧辊失效的发生:(1)改进轧机操作，减少轧机事故，避免与轧机操作有关的轧辊损伤；(2)制定合理的换辊周期，减少轧辊承受应力的周期数；(3)轧辊修磨过程中要确保消除上一轧制周期间所引起的任何表面损伤和疲劳层；(4)加强裂纹检测，确保上机每个轧辊没有表层和次表层裂纹；(5)制定合理的轧辊磨削量，保证疲劳层和表面裂纹的去除；(6)合理设计辊形凸度、倒角，确保沿着整个工作辊和支撑辊（中间辊）接触区域有个均匀的接触方式。3、提高探伤及磨削质量，优化磨削工艺3.1轧辊的探伤与磨削轧辊的探伤与磨削是冷轧辊维护工作中最重要的环节。冷轧辊在生产会形成疲劳层，轧制过程中的局部过载和升温，甚至会使轧辊浅表层或次表层产生微观裂纹，轧辊的探伤与磨削正是有效消除轧辊缺陷及硬化层的重要手段，对如何提高轧辊探伤与磨削质量对轧辊的维护有着决定性作用。我厂磨床本身带有的涡流探伤由于涡流法自身原理和设备的局限性，使得涡流探伤在检测中存在者误保和漏报的现象。因此我们补充了超声波探伤和着色探伤组合探伤的方法，对涡流探伤不能确认的异常缺陷用此方法验证，大大提高了轧辊探伤的准确性，从而对缺陷的形状及深度有个较为准确的结论，避免了大量轧辊失效事故的发生。3.2轧辊磨削对磨床各种工艺参数进行分析，找出各参数对轧辊磨削质量的影响，优化、调整磨床性能，综合各因素编制出合理的磨削程序。对轧辊磨削质量产生影响的因素有砂轮质量、砂轮线速度、砂轮进给速度、轧辊旋转速度、轧辊的横向移动速度、磨削电流、磨削程序的编制、影响磨削质量的因素互相作用，相互影响，因此在编制磨削程序时，必须综合考虑。标准的磨削过程分为两大阶段，粗磨阶段和精磨阶段，粗磨阶段，对轧辊进行初步整形，并消除轧辊疲劳层和表面损伤；精磨阶段，主要是为了对轧辊进行最终整形，磨削出辊形、粗糙度符合要求的轧辊。4、优化SmartCrown辊形公式，逐步提高板形质量，克服四辊轧机板形较差的缺点。采用奥钢联技术的SmartCrown辊形曲线的磨削一直是一个难题，因外方提供的辊形公式为复合函数：上工作辊半径Ru(x)=A*SIN(2*phi*(x+c)/Lr)-B*(x+c)(3-1)下工作辊半径Rl(x)=-A*SIN(2*phi*(x-c)/Lr)+B*(x-c)(3-2)因为在磨床程序内没有此类型的预设程序，仅能采用向程序中输入一定数量的坐标点的方式进行SmartCrown辊形的磨削，输入的点数少，则磨削的辊形精确度很低，输入的点数多，则增加了大量工作，从而形成了SmartCrown辊形磨削的主要难题。经过课题组研究，决定采用麦克劳林公式将复合函数进行简化为多项式，即Ru(X)=wX5+vX4+mX3+nX2+pX+q(3-3)Rl(X)=w’X5+v’X4+m’X3+n’X2+p’X+q’(3-4)转化后因省率了麦克劳林公式的无穷小项，与原公式有一定误差，经对比，误差小于1um，完全满足使用要求。5、优化冷轧机轧辊辊形在冷轧薄板的生产中，由于板材横向各点延伸不均，势必会造成轧材成品的各种缺陷，板材各部分延伸的均匀程度与通过轧辊时实际辊缝的形状大小有关，而原始辊形则是轧制时辊型的基础，因此，辊形曲线的设计有其很大的实际意义。单机架SmartCrown工作辊最初由外方提供的辊形公式为：上工作辊半径Ru(x)=A*SIN(2*phi*(x+c)/Lr)-B*(x+c)(3-5)下工作辊Rl(x)=-A*SIN(2*phi*(x-c)/Lr)+B*(x-c)(3-6)其中Lr=2000.0000000mm；phi=50.0000000°；B=-3.2088300µm/mm；A=-4.0303547mm；c=-100.0000000mm。调试期间，曾做过多次试验，但使用效果很不理想，经过与外方协商，将原公式修改为：上工作辊半径Ru(x)=A*SIN(2*phi*(x+c)/Lr)-B*(x+c)(3-7)下工作辊半径Rl(x)=-A*SIN(2*phi*(x-c)/Lr)+B*(x-c)(3-8)其中Lr=2000.0000000mm；phi=30.0000000°=3.1415926/6；B=-0.7280000e-02mm/mm(-0.0072800mm/mm)；A=-14.2814720mm；c=-100.0000000mm。经过多次试验后，通过与普通凸度辊进行对比，板形有一定优化，但四辊单机架常见的1/4浪未发现好转，经与外方协商，再次对辊形公式进行了修改：上工作辊半径Ru(x)=A*SIN(2*phi*(x+c)/Lr)-B*(x+c)(3-9)下工作辊半径Rl(x)=-A*SIN(2*phi*(x-c)/Lr)+B*(x-c)(3-10)其中Lr=000.0000000mm；phi=72.0000000°„„„„3.1415926*72/180＝0.4*3.1415925；B=-0.8018800E-03mm/mm(-0.00080188mm/mm)；A=-0.7274188mm；c=-100.0000000mm。通过多次试验，本套SmartCrown辊形曲线使用效果良好，单机架工作辊辊形优化取得了实质性进展。6、结论6.1轧辊磨削工艺的优化与探伤工艺的完善经过几个月的实践与摸索，轧辊的粗糙度达到了0.6－0.7，比设计的0.4提高了50％以上，磨削时间比优化前降低了近40％。6.2辊形优化单机架工作辊SmartCrown辊形优化取得了实质性突破。在使用SmartCrown辊形工作辊后生产的产品板形发生的变化如图1所示：ab图1产品板形示意图a使用SmartCrown辊形工作辊b未使用SmartCrown辊形工作辊在使用SmartCrown辊形工作辊后生产的产品板材横断面IU平均值发生的变化如图2所示：02468101214050010001500200025003000LengthIUa02468101214050010001500200025003000LengthIUb图2板材横断面IU平均值变化a使用SmartCrown辊形工作辊b未使用SmartCrown辊形工作辊在使用SmartCrown辊形工作辊后生产的产品板材纵断面IU平均值发生的变化如图3所示：-15-10-505101512345678910111213141516171819202122232425SmartCrown200祄a使用SmartCrown辊形工作辊-15-10-505101512345678910111213141516171819202122232425Parabolic120祄b未使用SmartCrown辊形工作辊图3板材纵断面IU平均值由图2可以清楚的看出，使用SmartCrown辊形工作辊时，板形参数基本在2～3IU，而使用普通凸度辊时，板形参数在4IU左右。由图3可以清楚的看出，使用普通凸度辊时，产品有轻微1/4浪的缺陷，而使用SmartCrown辊形工作辊时，这一缺陷基本被消除了。