一种用于热轧2250平整机组的支承辊及其辊身辊形的设计方法

摘要

本发明公开了一种用于热轧2250平整机组的支承辊，包括位于中间的辊身和两侧的辊颈，辊身包括位于轧制区和有害接触区，轧制区辊形为直线段，两侧的有害接触区的辊形均为呈抛物线形的VCR曲线，两条VCR曲线以辊身中点和轴线分别为原点和X轴、以Y轴为对称轴对称分布于辊身两端。一种用于热轧2250平整机组的支承辊的辊身辊形设计方法，步骤如下：一、工作辊为平辊；二、确定辊身整体凸度；三、确定辊身起弯位置与中点距离；四、确定有害接触区的VCR辊形曲线模型；五、确定辊身整体形状。本发明具有减小有害接触区、提高弯辊功效、辊间接触压力分布均匀、提高板形质量、工作辊耗损小的特点，可以广泛应用于热连轧平整技术领域。

说明书

技术领域

本发明涉及热连轧平整技术领域，特别是涉及一种用于热轧2250平整机组的支承辊及其辊身辊形的设计方法。 

背景技术

近年来，国内钢厂纷纷研制高强度薄规格热轧带材以代替进口带材，如高强度工程机械用钢、高强度汽车结构钢、高强度矿用结构钢、高强度耐磨钢、高级别船用钢等领域。由于带材的平整过程依靠轧辊进行，因此轧辊的辊身形状直接影响带材的板形，由此涉及平整带材板形质量、表面质量、工作辊辊耗及相关调控等技术难题。 

为了生产出更好的板形，国内许多钢厂从意大利米诺公司引进了热轧2250平整机组。相较于国内传统热平整机，热轧2250平整机组采用下支承辊传动，其工作辊“长径比”最大，上、下工作辊的台阶为反对称结构，是国内目前辊身最长、平整带钢宽度最大、平整强度最高且为数不多的热轧平整机组，该机组所具备的±200mm长行程窜辊功能为国际首创。热轧2250平整机组的辊系结构如图1所示，包括由中间的辊身1和两侧的辊颈2组成的支承辊（￠1100mm）以及工作辊3（￠550mm），所述支承辊和工作辊3均为平辊，上、下两个工作辊3之间为需要轧制的卷带4。 

由于平整机变形量小、轧制力小，板形控制能力有限，同时板形控制的手段（辊形加弯辊）比较单一，因此制定合理的辊形配置方案 对于完善平整工艺、提高板形质量、提高工作辊3的单套平整量具有现实意义。同时，随着市场对各种用途和规格的高强度钢种需求的不断增加，用户对钢板平直度和钢卷板形要求也在不断提高，这都取决于更高的板形质量，而板形质量的基础是合理的辊形设计方案。 

但由于热轧2250平整机组的工作辊3长径比较大，液压弯辊仅能影响到卷带4边部板形，导致板形控制效果并不理想，同时造成工作辊3磨损严重，耗损较大。可以说，在仅仅通过改变工作辊辊形的常规做法并不能在热轧2250平整机组上达到提高板形质量的预期目的。 

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种用于热轧2250平整机组的支承辊，使其具有减小有害接触区、提高弯辊功效、减小工作辊的过度挠曲、辊间接触压力分布均匀、提高板形质量、工作辊磨损及耗损小的特点。 

本发明提供的一种用于热轧2250平整机组的支承辊，包括位于中间的辊身和两侧的辊颈，所述辊身包括位于中间的轧制区和两侧的有害接触区，所述轧制区辊形为直线段，两侧的有害接触区的辊形均为呈抛物线形的VCR曲线，两条VCR曲线以辊身中点和轴线分别为原点和X轴、以Y轴为对称轴对称分布于辊身两端。 

在上述技术方案中，所述有害接触区的辊形方程为P=b₁X²+b₂X⁴+b₃X⁸，所述方程中：b₁取值范围在-135～-165，b₂取值范围在-135～-165，b₃取值范围在-750～-850。 

在上述技术方案中，所述有害接触区的辊形方程为P=-150X²-150X⁴-800X⁸。 

本发明提供的一种用于热轧2250平整机组的支承辊的辊身辊形 设计方法，包括如下步骤：一、工作辊为平辊；二、确定支承辊辊身的整体凸度，要求辊身的凸度与平整时产生的热凸度和来料板凸度相吻合，并通过弯辊的调节作用减少板形缺陷；三、确定支承辊辊身的起弯位置与中点的距离；四、确定辊身两端起弯位置至端部的曲线形态，得到支承辊有害接触区的VCR辊形曲线模型；五、确定支承辊辊身的整体形状，确定磨削座标，绘制曲线图。 

在上述技术方案中，所述有害接触区的辊形方程为P=b₁X²+b₂X⁴+b₃X⁸，所述方程中：b₁取值范围在-135～-165，b₂取值范围在-135～-165，b₃取值范围在-750～-850。 

在上述技术方案中，所述有害接触区的辊形方程为P=-150X²-150X⁴-800X⁸。 

本发明是随着研发工作的推进，考虑到仅仅通过改变工作辊辊形的常规做法并不能在热轧2250平整机组上达到提高板形质量的预期目的，申请人将目光转向了冷连轧平整机组的VCR（Varying Contact-length back up Roll，可变接触长度支承辊）支承辊技术，以期从中得到启发和借鉴。而VCR设计方法的作用包括：在轧制力作用下，使支承辊与工作辊之间的接触线长度与轧制宽度自动适应，实现可变接触；针对热轧2250平整机组支承辊存在较大的有害接触区（即工作辊和支承辊之间的接触线超出卷带宽度以外的部分）这一难题，该设计方法采用特殊设计的辊形曲线，使之能与卷带宽度自动相适应，具有减小有害接触区、提高弯辊功效、减小工作辊3过度挠曲、辊间接触压力分布均匀等作用。 

假设存在以辊身中点和轴线分别为原点和X轴、以Y轴为对称轴分布于辊身两端的有害接触区的理想曲线辊形，该曲线应为偶次多元曲线方程，在实际轧制应力状态下，该曲线应能改变支承辊应力分布， 使支承辊应力分布均匀，该理想的支承辊曲线方程为：P=a₀+a₂X²+a₄X⁴+a₆X⁶+a₈X⁸。 

由于生产实践中支承辊使用周期较长，且影响支承辊磨损的工艺条件比较复杂，通过大量实测数据进行统计回归比较困难，而回归计算高次方程系数同样存在很大难度，需通过分解分析方法解得方程的近似系数值。 

在热轧工艺中，板形质量由辊身辊形直接决定，而影响辊形的因素很多，如辊身温度、磨削精度、平整时长及来料板形等，同时辊身的起弯位置（即辊身直线段与曲线段相交的位置）也直接影响到辊身的磨损情况。结合考虑以上因素，在大量周期性试验的基础上，确定热轧2250平整机组的支承辊辊形 

本发明用于热轧2250平整机组的支承辊，具有以下有益效果：采用本发明涉及的支承辊辊形后，热轧2250平整机组的平整量得到大幅度提高，单套工作辊服务期内的平整量由之前的1100吨左右上升到1800吨以上，同时延长了工作辊的使用寿命，弯辊调节能力也从过去的20%提高到了60%，工作辊的磨损程度大幅度改善。 

附图说明

图1为现有技术热轧2250平整机组辊系的结构示意图； 

图2为本发明用于热轧2250平整机组的支承辊的辊形示意图。 

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。 

本发明用于热轧2250平整机组的支承辊，包括位于中间的辊身1和两侧的辊颈2，所述辊身1包括位于中间的轧制区1.1和两侧的 有害接触区1.2，所述轧制区1.1辊形为直线段，所述辊身1的轴向长度为2200mm。 

参见图2，两侧的有害接触区1.2的辊形均为呈抛物线形的VCR曲线，两条VCR曲线以辊身1中点和轴线分别为原点和X轴、以Y轴为对称轴对称分布于辊身1两端。所述VCR曲线的辊形方程为P=b₁X²+b₂X⁴+b₃X⁸，其中，b₁取值在-135～-165，b₂取值在-135～-165，b₃取值在-750～-850；优选为P=-150X²-150X⁴-800X⁸。 

热轧2250平整机组的支承辊的辊身辊形设计方法，包括如下步骤： 

一、热轧2250平整机组的工作辊3为平辊； 

二、确定支承辊辊身1的整体凸度，要求辊身1的凸度与平整时产生的热凸度和来料板凸度相吻合，并通过弯辊的调节作用最大限度地减少甚至消除板形缺陷； 

三、确定支承辊辊身1的起弯位置与中点的距离，最大限度地减小辊身1生产过程中的有害接触区1.2； 

四、确定两边起弯位置至辊身1端部的曲线形态，通过大量的周期性试验，得到支承辊有害接触区1.2的VCR辊形曲线模型：P=-150X²-150X⁴-800X⁸，以减小支承辊辊身1的磨损； 

五、确定支承辊辊身1的整体形状，确定磨削座标（如表一所示），绘制曲线图（如图2所示），交磨床加工。 

VCR设计方法的作用包括：在轧制力作用下，使支承辊与工作辊3之间的接触线长度与轧制宽度自动适应，实现可变接触；针对热轧2250平整机组支承辊存在较大的有害接触区1.2（即工作辊3和支承辊之间的接触线超出卷带4宽度以外的部分）这一难题，该设计方法采用特殊设计的辊形曲线，使之能与卷带4宽度自动相适应，具有 减小有害接触区1.2、提高弯辊功效、减小工作辊3过度挠曲、辊间接触压力分布均匀等作用。 

表一绘制热轧2250平整机组的支承辊辊身的有害接触区曲线所需数据 

辊身坐标（mm) 半径差（mm) 辊身坐标（mm) 半径差（mm) -1100 -0.3 50 0 -1050 -0.2644 100 0 -1000 -0.2266 150 0 -950 -0.193 200 0 -900 -0.1586 250 0 -850 -0.124 300 0 -800 -0.0912 350 0 -750 -0.07 400 -0.002 -700 -0.0536 450 -0.006 -650 -0.0398 500 -0.012 -600 -0.0286 550 -0.0194 -550 -0.0194 600 -0.0286 -500 -0.012 650 -0.0398 -450 -0.006 700 -0.0536 -400 -0.002 750 -0.07 -350 0 800 -0.0912 -300 0 850 -0.124 -250 0 900 -0.1586 -200 0 950 -0.193 -150 0 1000 -0.2266 -100 0 1050 -0.2644 -50 0 1100 -0.3 0 0    

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。 

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。