一种辊缝凸度随板带宽度线性变化的辊形设计方法

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1、(10)申请公布号 CN 102699040 A (43)申请公布日 2012.10.03CN 102699040 A*CN102699040A*(21)申请号 201210184593.2(22)申请日 2012.06.06B21B 37/30(2006.01)(71)申请人 北京科技大学 地址 100083 北京市海淀区学院路 30 号(72)发明人 何安瑞 孔繁甫 邵健(74)专利代理机构 北京金智普华知识产权代理 有限公司 11401 代理人 皋吉甫(54) 发明名称 一种辊缝凸度随板带宽度线性变化的辊形设 计方法(57) 摘要本发明提供一种辊缝凸度随板带宽度线性变 化的辊形设计方法，

2、 特点是工作辊辊身采用分段 曲线， 在辊身中部和边部的过渡部分采用二次多 项式曲线， 上下工作辊采用反对称的曲线， 使过渡 区域形成的空载辊缝的凸度与相应的板带宽度成 严格线性关系。混合变凸度辊形曲线采用包含二 次多项式的分段函数形式， 在设计要求的宽度范 围内， 该辊形能够使空载辊缝凸度调节能力与板 带宽度成严格线性关系， 而其它宽度范围， 成二次 函数关系 ； 同时， 空载辊缝凸度调节能力与工作 辊窜辊量成近似线性关系。本发明使辊缝凸度调 节能力在设计要求的宽度范围内与板带宽度成线 性关系， 既不削弱宽板带辊缝凸度调节能力， 又增 加窄板带的凸度调节能力， 从而增强轧机的整体 板形控制能力

3、。(51)Int.Cl.权利要求书 2 页 说明书 6 页 附图 5 页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 2 页 说明书 6 页 附图 5 页1/2 页21. 一种辊缝凸度随板带宽度线性变化的辊形设计方法， 其特征在于 ： 辊形采用分段的 多项式曲线， 使在相应位置的空载辊缝的凸度与所轧制的板带宽度成线性关系， 其辊形函 数如下所示 ：式中， y(x) 为工作辊全辊身的辊形函数， 单位为 mm ； y1(x) 为辊身中部的三次多项式辊形函数， y1(x)=a1(x-s0)+a2(x-s0)3， 单位为 mm ； y2(x) 为辊身指定位置的二次多项式辊形函数，

4、 y2(x)=a3(x-s0)+a4sign(x-s0)(x-s0)2， 单位为 mm ； y3(x) 为辊身边部的三次多项式辊形函数， y3(x)=a5(x-s0)+a6(x-s0)3， 单位为 mm ； x 为辊身坐标， 单位为 mm ； a1为辊形系数， 无单位 ；a2为辊形系数， 单位为 mm-2； a3为辊形系数， 无单位 ； a4为辊形系数， 单位为 mm-1； a5为辊形系数， 无单位 ； a6为辊形系数， 单位为 mm-2； s0为辊形对称点偏移量， 单位为 mm ； L 为工作辊辊身长度， 单位为 mm ； Lc为指定宽度值， 单位为 mm ； Lq为指定宽度值， 单位为 m

5、m ；sign(x-s0) 为符号函数， xs0时， 函数值为 1 ； 根据辊形函数推导， 可得辊身长度范围内的辊缝凸度计算式， 如下所示 ：式中， Cw为辊缝凸度值， 单位为 mm ； s 为工作辊轴向窜移量， 单位为 mm ； 通过给定工作辊长度 L、 线性化宽度范围 Lc,Lq、 窜辊极限 sm及相应的辊缝凸度调节 范围 C1,C2， 结合辊缝凸度计算式可得关于 s0、 a1、 a2、 a3、 a4、 a5、 a6的两个关系式 ：根据辊形在分段点的连续性， 可得关于 s0、 a1、 a2、 a3、 a4、 a5、 a6的四个关系式， 如下式所 示 ：权 利 要 求 书CN 1026990

6、40 A22/2 页3再根据在指定位置 xref处辊形高度相等原则， 可得关于 s0、 a1、 a2、 a3、 a4、 a5、 a6的一个 关系式 ： y(xref)-y(xref)=0， 根据以上七个关系式， 即可得辊形参数 s0、 a1、 a2、 a3、 a4、 a5、 a6， 辊形曲线确定。权 利 要 求 书CN 102699040 A31/6 页4一种辊缝凸度随板带宽度线性变化的辊形设计方法技术领域 ：0001 本发明涉及一种板带生产中用于板形控制的辊形设计方法， 及采用该方法的一种混合变凸度辊形。该辊形设计方法能使在指定宽度范围内， 辊缝凸度调节能力与所轧制的 板带宽度成线性关系。背

7、景技术 ：0002 目前， 在板形控制领域中被广泛使用的广义连续变凸度辊形有三次 CVC 辊形和SmartCrown 辊形。0003 (1) 三次 CVC 辊形0004 三次 CVC 辊形技术由德国西马克公司于 20 世纪 80 年代开发， 经过近 30 年的研究与发展， 已成为板带轧制领域最主要的板形控制手段之一。CVC 工作辊通过相对轴向移动， 可连续改变空载辊缝凸度， 以实现对辊缝凸度及板形的控制。如图 1 所示， 当工作辊轴向窜 移量为正时， 空载辊缝变小， 等效于增大工作辊凸度 ； 当工作辊轴向窜移量为负时， 空载辊 缝变大， 等效于减小工作辊凸度。 所以， 该辊形的特点为可利用一套

8、轧辊满足不同轧制规格的凸度控制要求。0005 CVC 辊形的辊形曲线方程为 ：0006 y(x)=a1(x-s0)+a3(x-s0)30007 经计算可得， 三次 CVC 辊形的辊缝凸度调控特性为 ：0008 0009 式中， x 为辊身坐标， 单位为 mm ；0010 a1为辊形系数， 无单位 ；0011 a3为辊形系数， 单位为 mm-2；0012 s 为工作辊轴向窜移量， 单位为 mm ；0013 s0为辊形对称点偏移量， 单位为 mm ；0014 L 为工作辊辊身长度， 单位为 mm。在计算某一板带宽度对应的辊缝凸度时， 将 L 设为板带宽度 B 即可。0015 从三次 CVC 辊形及

9、其辊缝凸度调控特性可以看出， 该辊形的板形控制优点为 ： 辊形曲线及控制特性简单， 空载辊缝凸度与轧辊窜辊量呈严格线性关系， 便于辊形设计、 加工 及应用。 同时， 该辊形也存在较明显的缺点 ： 空载辊缝凸度调节能力与所轧带钢宽度的平方 呈正比， 因此， 在轧制相对较窄的带钢时， 凸度调节能力下降较快， 不能满足凸度控制要求， 如图 2 所示。对于宽带钢、 超宽带钢轧机， 该问题尤为突出， 在生产过程中表现为轧制窄带 钢时轧辊常窜到极限位置， 表现出凸度控制能力的明显不足。0016 (2)SmartCrown 辊形0017 SmartCrown 辊形技术是由奥地利奥钢联公司 （VAI） 开发的

10、另一种连续变凸度技术， 其独特的优点在于对两肋浪敏感区进行局部控制。说 明 书CN 102699040 A42/6 页50018 SmartCrown 辊形曲线方程为 ：0019 0020 经计算可得， SmartCrown 辊形的辊缝凸度调控特性为 ：0021 0022 式中， x 为辊身坐标， 单位为 mm ；0023 a1为辊形系数， 单位为 mm ；0024 a2为辊形系数， 无单位 ；0025 为辊形参数， 单位为度 ；0026 s 为工作辊轴向窜移量， 单位为 mm ；0027 s0为辊形对称点偏移量， 单位为 mm ；0028 L 为工作辊辊身长度， 单位为 mm。0029 可以

11、看出， 由于通常很小， SmartCrown辊形的辊缝凸度与轧辊轴向移动量s之间的三角函数关系可近似为线性关系。SmartCrown 辊形在 CVC 辊形的基础上， 强化了高次 凸度控制能力， 且形状角唯一决定了 SmartCrown 的高次凸度控制能力。然而， SmartCrown 辊形与 CVC 辊形一样， 存在着辊缝凸度控制能力随带钢宽度减小而急剧下降的问题， 如图 3 所示， 不利于宽带钢轧机对窄带钢的板形控制。0030 总之， 现有连续变凸度板形控制技术不能很好地解决凸度控制能力随带钢宽度减小而急剧下降的弊端， 本发明基于这一问题， 提出了一种新的工作辊辊形。发明内容 ：0031 本

12、发明的目的在于提供一种能使辊缝凸度调节能力与板带宽度成线性关系的辊形设计方法， 及采用该方法设计的混合变凸度 MVC(Mixed Variable Crown) 辊形。0032 本发明的技术方案是 ： 一种辊缝凸度随板带宽度线性变化的辊形设计方法， 该方法的特点是工作辊辊身采用分段曲线， 在辊身中部和边部的过渡部分采用二次多项式曲 线， 上下工作辊采用反对称的曲线， 使得过渡区域形成的空载辊缝的凸度与相应的板带宽 度成严格线性关系。0033 辊形采用分段的多项式曲线， 使在相应位置的空载辊缝的凸度与所轧制的板带宽度成线性关系， 其辊形函数如下所示 ：0034 0035 式中， y(x) 为工作

13、辊全辊身的辊形函数， 单位为 mm， 辊形曲线的示意如图 4 所示 ；0036 y1(x) 为辊身中部的三次多项式辊形函数， y1(x)=a1(x-s0)+a2(x-s0)3， 单位为 mm ；说 明 书CN 102699040 A53/6 页60037 y2(x) 为辊身指定位置的二次多项式辊形函数， y2(x)=a3(x-s0)+a4sign(x-s0)(x-s0)2， 单位为 mm ；0038 y3(x) 为辊身边部的三次多项式辊形函数， y3(x)=a5(x-s0)+a6(x-s0)3， 单位为 mm ；0039 x 为辊身坐标， 单位为 mm ；0040 a1为辊形系数， 无单位 ；

14、0041 a2为辊形系数， 单位为 mm-2；0042 a3为辊形系数， 无单位 ；0043 a4为辊形系数， 单位为 mm-1；0044 a5为辊形系数， 无单位 ；0045 a6为辊形系数， 单位为 mm-2；0046 s0为辊形对称点偏移量， 单位为 mm ；0047 L 为工作辊辊身长度， 单位为 mm ；0048 Lc为指定宽度值， 单位为 mm ；0049 Lq为指定宽度值， 单位为 mm ；0050 sign(x-s0) 为符号函数， xs0时， 函数值为 1 ；0051 根据辊形函数推导， 可得辊身长度范围内的辊缝凸度计算式， 如下所示 ：0052 0053 式中， Cw为辊缝

15、凸度值， 单位为 mm ；0054 s 为工作辊轴向窜移量， 单位为 mm ；0055 通过给定工作辊长度 L、 线性化宽度范围 Lc,Lq、 窜辊极限 sm及相应的辊缝凸度调节范围 C1,C2， 结合辊缝凸度计算式可得关于 s0、 a1、 a2、 a3、 a4、 a5、 a6的两个关系式 ：0056 0057 根据辊形在分段点的连续性， 可得关于 s0、 a1、 a2、 a3、 a4、 a5、 a6的四个关系式， 如下式所示 ：0058 0059 0060 再根据在指定位置 xref处辊形高度相等原则， 可得关于 s0、 a1、 a2、 a3、 a4、 a5、 a6的一个关系式 ：说 明 书

16、CN 102699040 A64/6 页70061 y(xref)-y(-xref)=0，0062 根据以上七个关系式， 即可得辊形参数 s0、 a1、 a2、 a3、 a4、 a5、 a6, 辊形曲线确定与现有连续变凸度辊形相比， 在设计要求的宽度范围内， 该混合变凸度辊形的辊缝凸度与板带 宽度呈严格线性关系， 如图 5 所示， 避免了凸度调节能力随宽度减小而迅速降低的缺点。该 辊形设计方法既不削弱宽幅板带辊缝凸度调节能力， 又增加窄幅板带的凸度调节能力， 从 而增强轧机的整体板形控制能力。另 MVC 辊形的辊缝凸度随窜辊量也呈线性关系， 如图 6 所示， 可以简化控制过程的实现。0063 分别设计 CVC、 SmartCrown、 MVC 辊形， 如图 7 所示， 可以看