热轧高强钢平整机轧制力与弯辊力设计研究

    黄传清1，白振华。，连家创2

(1．宝钢股份宝钢分公司热轧厂，上海201900；2．燕山大学机械工程学院，河北秦皇岛066004)

摘要：基于高强钢平整机的生产特点，结合板形问题，将带材出口前张力与辊间压力横向均匀分布作为目标函数，把保证所有被平整高强钢产品的力学性能满足产品大纲要求作为约束条件，首次提出一套适合热轧高强钢平整机的轧制力、弯辊力范围的计算分析技术，并将其用于宝钢1880mm热轧高强钢平整机工艺规程预制定。其结果对指导该平整机的工艺参数确定发挥了重要作用。

关键词：平整机；轧制力；弯辊力；热轧高强钢；板形

中图分类号：TG335．21    文献标识码：A    文章编号：1003—9996(2006)04—0008—03

1前言

  热轧高强钢属近年新开发钢种，而平整机平整作为热轧高强钢生产接近成品的一道工序，直接影响成品的力学性能、板形、表面质量等质量指标，是热轧高强钢生产技术开发的重点之一。

    以宝钢1880mm热轧高强钢平整机为研究对象，提出一套适合确定高强钢平整机轧制力、弯辊力范围的计算方法，对其起到很好的指导作用。

2热轧高强钢平整机轧制力与弯辊力范围设定技术

    根据文献^[1]可知，在工作辊辊径已确定的前提下，平整机对于特定规格、品种的产品，如果前后张力按经验取0．15δ_s(δ_s为被平整带材的强度)，那么其轧制力的大小决定于伸长率的设定值，可用下式表示：

  P=ƒ(ε)   (1)

  根据产品大纲，宝钢新建1880ram高强钢平整机产品伸长率为0．5％～1．5％。与此相对应，根据式(1)，轧制力的设定范围较大。但生产中受板形、辊问压力分布等因素影响，平整机轧制力的实际设定范围是有限的，过大易出现边浪，并会增大轧辊边部剥落趋势；过小则易出现中浪。

    与此同时，在平整机的设计过程中，如制力设定值范围过大，则对设备要求很高，从而

大大增加制造成本。同样，弯辊力设定范围也并不是越大越好，并且范围越大意味着投资成本的增加。因此，宝钢1880mm高强钢平整机轧制力与弯辊力的设定范围将遵循以下原则：在保证平整产品力学性能(伸长率在0．5％～1．5％)、板形质量及辊间接触压力尽量均匀的前提下，轧制力与弯辊力的设定范围越小越好。

2．1 1880ram热轧高强钢平整机产品大纲与主要结构参数

    根据产品大纲，宝钢新建高强钢平整机所平整带钢的厚度范围为1．20～6．35mm，宽度范围为800～1730mm，伸长率为0．5％～1．5％，轧制速度为500～600m／min，高强钢的最高屈服强度为800MPa；相应地，该平整机的辊身长为1880mm、工作辊直径为ф460～ф510mm、支撑辊直径为ф1050～ф1150mm。

2．2热轧高强钢平整机轧制力与弯辊力设定数学模型

    为了方便轧制力与弯辊力的设定计算，根据产品大纲可将带钢厚度按一定规则分成m₁个代表值{H₁，H₂，…，H_m1}，宽度按一定规则分成m₂个代表值{B₁，B₂，…，B_m2}。这样，就将该平整机所有规格产品都涵盖在内，共m₁·m₂种情况，可简单地用下式表示：

    A_n={H_i, B_j  i=1，2，…，m₁；j=1，2，…，m₂}

    n=l，2，…，m₁·m₂    (2)

    根据现场经验，在轧制力与弯辊力范围设定计算过程中，可令前后单位张力T1=T2：

0．2d胡；同时根据平整机特点，取摩擦系数p=0．2；并考虑材料性能的波动，取材料强度d。=1．1dm；带材来料凸度分布可近似按二次曲线处理，比例凸度的大小根据经验可取值为0．01；来料的板形认为是良好的，即取Li=O；同时，对于工作辊与支撑辊按平辊处理，即取Mgwi=0、△DBi=0。这样，对于任何一个特定的平整轧制情况A。，在辊径已知前提下，其前张力d】i、辊间接触压力吼就决定于轧制力与弯辊力的设定值，并可用下式表示10-4 J：

    盯1抽=^(P，S，A。)    (3)

    q抽=．^(P，S，A。)    (4)

    同时，伸长率可用下式表示：

    e。=厂’(A。，P)    (5)

    这样，对于单一规格的产品，为了使平整过程顺利进行，在满足产品力学性能约束前提下，同时兼顾到板形与辊间接触压力问题，可将轧制力与弯辊力设定计算的目标函数简单定义为：

F(X)=a·g₁(X，A_n)+(1一a)·g₂(X，A_n)

0.5%≤ε_n≤1．5％

                     (6)

式中，X={P，S}      (7)

  g₁(X，A_n)=(max(δ_1in)一min(δ_1in)／T1    (8)

  g₂(X，A_n)=(max(q_in)一min(q_in))／q   (9)

式中，q为平均辊间接触压力；a为加权系数。

    在式(6)中，g₁(X，A_n)代表板形，而g₂(X，A_n)代表辊间接触压力的横向分布均匀度。这样，整个优化过程可简单描述为：寻找一个合适的X*={P_n*，S_n*}，使得F(X)最小。对于这样一个寻优问题，采用Powell法能很快得出相应的优化结果。计算框图如图1所示。

图l计算框图

    最后，通过P_n^*，S_n^*即可找到相应的轧制力与弯辊力的设定范围，即：

min{P_n*}≤P≤max{P_n*}  n=1，2，…，m₁·m₂   (10)

min{S_n*}≤S≤max{S_n*}  n=1，2，…，m₁·m₂   (11)

    需说明的是，考虑到辊型优化与张力设定可进一步提高板形精度与辊间接触应力的均匀度，在优化过程中，F(X)只要满足小于10％即可。

2．3宝钢新建1880nun热轧高强钢平整机轧制力与弯辊力设定范围

    宝钢热轧厂为确定新建的1880mm高强钢平整机轧制力与弯辊力的设定范围，与燕山大学合作，根据相关产品大纲的要求，利用前述的相关数学模型，对1880mm热轧高强钢平整机进行了轧制力与弯辊力范围的计算分析。其结果：弯辊力设计范围为S= —60～+600kN；轧制力设计范围为400～12000kN。该结果被直接用于1880rnm热轧高强钢平整机工艺参数的确定。

3结论

  在充分考虑高强钢平整机生产工艺特点的基础上，以宝钢新建1880ram高强钢平整机为研究对象，将被平整带材的前张力与辊问压力横向均匀分布作为优化目标函数，并把保证产品大纲内各品种与规格的平整延伸率作为约束条件，提出了一套适合确定热轧高强钢平整机的轧制力、弯辊力范围的计算分析方法，给出了相应的轧制力与弯辊力的设计范围。其研究结果对指导宝钢1880ram热轧平整机工艺参数的确定发挥了重要作用，并具有进一步推广应用的价值。