基于轧辊凸度优化的冷轧平整机边浪控制技术，轧辊技术（27）

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摘要：冷轧平整机对成品带钢板形具有直接且重要的影响。针对宝钢某平整机组出口带钢板形普遍存在的边浪 缺陷，通过有限元仿真对不同支撑辊辊形进行对比分析，确定在凸度倒角辊形基础上对双机架支撑辊凸度进行试 验优化，以增强平整机板形调控能力。经上机试验验证，双机架支撑辊凸度优化后边浪浪高指标改善２２.１４％，边 浪急峻度指标改善４１.６７％，取得了明显的应用效果及经济效益。

平整工艺作为冷轧带钢退火后的一项重要工艺 环节，通过对带 钢 施 加０.５％～３％的小 变 形，以 达 到在消除屈服平台、改善力学性能的同时，控制成品 带钢的板形和表面形貌等目标［１］。因此，平 整 机 对 来料带钢板形缺陷的改善能力直接影响着成品带钢 的板形质量，对板形控制具有十分重要的意义。

对于平整机的板形控制技术，张 清 东 等［２］建立 了平整轧制过程三维弹塑性建模及仿真，带钢屈服 强度对板形控制行为与效应的影响规律，解释高强／ 超高强度带钢平整轧制板形控制困难现象。白振华 等［３－５］通过仿真计算及现场试验对宝钢１５５０ＣＡＬ平 整机 ＶＣ油压 对 板 形 的 影 响 进 行 分 析，并 提 出 ＶＣ 辊与弯辊共同实现板形缺陷的纠正，并对平整机关 键工艺参数进行了优化设定，建立了一套适合于四 辊平整机组的复杂浪形控制技术。李晓燕等［６］分析 了单机架轧辊磨损对板形的影响。尤磊等［７］对双机 架平整机的各段张力制度进行研究，提出了提高张 力稳定性的对策。刘宇峰［８］结合现场试验与理论研 究，利用基本数据采集系统和板形理论计算模型提 出了四辊平整机的浪形控制技术。针对热轧平整机 板形，吴浩鸿等［９］利用新工作辊及支撑辊辊形，使辊 间接触压力趋向均匀，板形质量得到提高。

宝钢某连续退火机组平整机采用双机架六辊 ＨＣ干平整设 置，配 备 能 够 轴 向 往 复 窜 动 的 中 间 辊 及具有凸度倒角的工作辊和支撑辊，具有辊系刚度 高、板形控制能力强等特点。该平整机出口带钢存 在边浪缺陷的现象，平均浪高接近１.５ｍｍ，平均急 峻度达到０.８４％，对成品带钢的板形质量产生不良 影响。探索提高冷轧平整机板形控制能力的方法， 解华华等［１０］针对 四 辊 平 整 机 采 用 工 作 辊 与 支 撑 辊 辊形优化的方式进行了板形缺陷的控制，取得了良 好的效果。陈 永 昶 等［１１］提出 了 用 于 板 形 与 粗 糙 度 控制的新目标 函 数，并 结 合 ＵＣＭ 平整 机 特 点 建 立 了轧制力、伸长率分配模型及张力优化模型。综合考虑加工成本及上机有效性，本文以支撑辊凸度优 化为主要手段，并应用于宝钢某连续退火机组冷轧 平整机，取得了显著的应用效果。

１、 平整机出口板形边浪现象 

为准确判断冷轧平整机板形边浪缺陷情况，现场实测宝钢某冷轧平整机出口不同规格头、尾样共 １９９卷，板形边浪缺陷浪高、急峻度情况统计如图１～ 图４所示。

普遍 认 为 操 作 侧、传 动 侧 平 均 浪 高 不 大 于 １ｍｍ、平均 急 峻 度 不 大 于０．８％为板 形 良 好 带 钢。因此 选 取 平 均 浪 高、平 均 急 峻 度、浪 高 值 不 大 于 １ｍｍ卷数比和 急 峻 度 不 大 于０.８％卷数 比４个 指 标作为带钢边浪板形缺陷的衡量指标。

由实测数据可知，平整机出口边浪缺陷平均浪 高 为 １.４９ ｍｍ。其 中，操作侧平均浪高为 １．４１ ｍｍ，浪 高 小 于 １ ｍｍ 的 卷 数 仅 占 总 卷 数 的 ３０． ６５％；传动侧平均浪高为１．５７ｍｍ，浪高小于１ｍｍ的卷数仅占总卷数的２５．４％。

平整机 出 口 边 浪 缺 陷 平 均 急 峻 度 为 ０．８４％。其中，操作侧平均急峻度为 ０．７０％，急 峻 度 小 于 ０．８％的卷 数 占 比 为 ６５％；传 动 侧 平 均 急 峻 度 为 ０．７６％，急峻度小于０．８％的卷数占比为６３．４９％。

２、 支撑辊辊形选择 

为评价及选择支撑辊的最优辊形，利用有限元 软 件 进 行 建 模 仿 真，建 立 三 维 辊 系－轧件 一 体 化 模 型，如图５所示。对比分析不同支撑辊辊形对平整 机承载辊缝形状、承载辊缝横向刚度、辊间接触压力 和工作辊弯辊力调控的影响效果，结合机组特点、板 形控制能力与生产加工成本，选取适当的支撑辊辊 形类别进行改进。

图６所示为３种支撑辊辊形轮廓。对比３种常 用的支撑辊辊形进行平整工作时，平整机的承载辊 缝形状、承载辊缝横向刚度、辊间接触压力和工作辊 弯辊 力 调 控。３ 种支撑辊辊形分别为：（１）ＶＣＬ 支撑 辊辊形，无倒角；（２）凸度支撑辊＋边部倒 角；（３）平辊支撑辊＋边部倒角。

２.１ 、承载辊缝形状比较

图７所示为中间辊窜辊量 ＵＣ－δ为５０ｍｍ，工 作辊弯辊力为０时，３种支撑辊辊形下的平整机 承 载辊缝形状。从中不难看出，ＶＣＬ支撑辊和标准凸 度支 撑 辊 的 承 载 辊缝形状在带钢宽度小于 １２００ｍｍ时非常接近。

２.２、 承载辊缝横向刚度比较

图８所示为轧制力为０．６ｔ／ｍｍ、中间辊窜辊量 ＵＣ－δ为５０ｍｍ、工作辊弯 辊 力 为０时，３种 支 撑 辊 辊形下的平整机承载辊缝横向刚度。由于平整机机 型为 ＨＣ轧机，因此改变支撑辊辊形对横向刚度影 响不大，只是 ＶＣＬ支撑辊随带钢宽度，其增加横向 刚度相对另两种辊形有所下降。

２.３、 辊间接触压力比较 

图９所示为轧制力为０．６ｔ／ｍｍ、中间辊窜辊量 ＵＣ－δ为５０ｍｍ、工作辊弯辊力为０ｔ时，３种支撑辊 辊形下的平整机支撑辊与中间辊辊间接触压力对 比。可以看出，ＶＣＬ辊形的辊间接触压力明显更加 均匀，接触压力尖峰值更低。

2.4、工作辊弯辊力调控比较 

图１０所示为轧制力为０．６ｔ／ｍｍ、中间辊窜辊 量 ＵＣ－δ为５０ｍｍ，带钢宽度为１０００时，３种支撑 辊辊形下的平整机工作辊弯辊力调控功效。对比表明，在各种宽度规格下，ＶＣＬ 支撑辊的工作辊弯辊 力调控功效介于凸度辊和平辊之间。

综合分析３种辊形在承载辊缝形状、承载辊缝 横向刚度、辊间接触压力和工作辊弯辊力调控功效 的对比，由于辊缝形状不利于带钢窄边浪缺陷的消 除且存在辊间接触压力尖峰，首先排除平辊形。同 时综合考虑加工难度与生产实际，确定将支撑辊在 凸度倒角辊形的基础之上进行凸度优化改进，以提 高平整机板形缺陷纠正能力，改善出口板形。

３ 、平整机支撑辊凸度辊形工业应用

选定凸度倒角辊形为支撑辊辊形类型后，双机 架辊形配合成为辊形改进的重要任务。遵照连轧机 板形平坦度良好条件，认为在轧制过程中，塑性伸长 率沿横向处处相同则板形平坦度是良好的。由此，对 于平坦来料，保证轧后带材板形平弹性良好的几何条 件为比例凸度恒定双机架辊缝凸度应保持比例相似。

为保证双机架辊缝凸度比例相似，开展仿真计 算及上机试验研究确定平整机第一机架、第二机架 支撑辊凸度的最佳配置方式。优化凸度的支撑辊辊 形经上机应用后，平整机出口板形边浪缺陷得到了 明显的改善。平 均 浪 高、平 均 急 峻 度 和 浪 高１ ｍｍ 以下卷数占比均产生了较大变化。并由此最终确定 了实际生产中支撑辊凸度的优化值，具体见表１。

可见，在１号、２号机架支撑辊均采用增凸度支 撑辊辊形后，有利于平整机对来料带钢板形的调控。双侧平均浪 高 由 立 项 时 的１．４９下降 至１．１６ｍｍ， 降幅为２２．１４％，达标卷数由立项前的２８．０３％提升 至４２．２２％；双侧平均急峻度由立项时的０．８４％下 降至０．４９％，达标卷数也由立项前的６４．２３％提升 至９７．７８％。

４ 、结论 

（１）针对宝钢某连退平整机组产品存在平均浪 高１．４９ｍｍ 的边浪板形平坦度缺陷，采用改变支撑 辊辊形的方式进行板形控制改进。建立三维有限元 模型对支撑 辊 平 辊 形、凸 度 辊 形 和 ＶＣＬ 辊形 进 行 对比仿真研究，从理论上给出了选用凸度倒角支撑辊辊形的原因，确定了通过优化凸度值增强平整机 板形改善能力。

（２）理论分析结合试验探究，确定了双机架平整 机支撑辊凸度的最佳配置方式。优化后支撑辊辊形 上 机 后，边 浪 浪 高 下 降 ２２．１４％，急 峻 度 下 降 ４１．６７％，取得了良好的工业应用效果。

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