UCM軋機(jī)工作輥輥形設(shè)計(jì)及應(yīng)用
張建雷1，陳衛(wèi)2，陸佳棟1，岳重祥1
(1. 江蘇沙鋼集團(tuán)有限公司江蘇省沙鋼鋼鐵研究院有限公司， 江蘇 張家港 215600；2. 江蘇沙鋼集團(tuán)有限公司張家港揚(yáng)子江冷軋板有限公司， 江蘇 張家港 215600)
摘要：UCM軋機(jī)采用傳統(tǒng)倒角工作輥生產(chǎn)硅鋼時(shí)，易出現(xiàn)帶鋼邊部拉緊斷帶問題，影響生產(chǎn)節(jié)奏。為解決該問題，自主設(shè)計(jì)EDC防斷帶工作輥輥形，通過反圓弧設(shè)計(jì)減小邊部倒角變化率，均勻化帶鋼邊部應(yīng)力，保證軋機(jī)邊降控制水平不降低前提下提高生產(chǎn)穩(wěn)定性。EDC工作輥輥形曲線呈兩側(cè)對稱分布，單側(cè)包括中間平輥段、防斷帶控制段和跑偏控制段。由于UCM軋機(jī)不具備工作輥竄輥功能，根據(jù)產(chǎn)品寬度分布規(guī)律劃分多個(gè)寬度區(qū)間，設(shè)計(jì)多套輥形適應(yīng)不同寬度區(qū)間的軋制。采用數(shù)值模擬技術(shù)建立帶鋼軋制三維彈塑性有限元模型，模擬分析了傳統(tǒng)倒角工作輥與EDC工作輥輥形的帶鋼邊部應(yīng)力情況及邊降控制效果，結(jié)果表明，EDC工作輥輥形對應(yīng)帶鋼邊部應(yīng)力明顯減小。在相同彎輥力條件下，EDC工作輥輥形對邊降改善效果更為明顯，在不施加彎輥力情況下，傳統(tǒng)倒角工作輥對應(yīng)帶鋼邊降量為15 μm，EDC工作輥輥形對應(yīng)帶鋼邊降量為8 μm，邊降控制效果優(yōu)于傳統(tǒng)倒角工作輥。輥形參數(shù)編寫到Python軟件實(shí)現(xiàn)曲線參數(shù)高效自動(dòng)化求解，能夠根據(jù)現(xiàn)場輥形使用情況及產(chǎn)品邊降需求調(diào)整輥形參數(shù)大小，具有一定靈活性。將EDC工作輥輥形曲線應(yīng)用于某1 420UCM酸連軋機(jī)組調(diào)試，現(xiàn)場板形正常，生產(chǎn)穩(wěn)定，同板差不超過7 μm達(dá)標(biāo)率由單圓弧輥形32%提升至56%，增幅達(dá)到75%，效果提升顯著。同時(shí)，機(jī)組斷帶率由0.1%控制到0.02%以下。
關(guān)鍵詞：UCM軋機(jī)；輥形優(yōu)化；曲線設(shè)計(jì)；Python計(jì)算；數(shù)值模擬；現(xiàn)場應(yīng)用
1 引言
冷軋無取向硅鋼又稱為電工鋼，是家電、電力、軍工等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的軟磁材料，主要用于制作電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、變壓器等設(shè)備定轉(zhuǎn)子鐵芯。硅鋼橫向同板差是衡量硅鋼產(chǎn)品的一個(gè)重要性能指標(biāo)，其直接影響了電機(jī)疊片系數(shù)及整機(jī)性能。近年來，隨著終端用戶對電機(jī)性能要求不斷提高，對冷軋硅鋼橫向同板差提出了更高的要求。硅鋼邊降作為影響硅鋼橫向同板差的重要因素，指帶鋼在軋制過程中邊部厚度減薄量，主要由軋輥彈性壓扁在帶鋼邊部存在過渡區(qū)域引起。
如何提升硅鋼邊降控制水平是硅鋼軋制的一個(gè)重要研究課題。帶鋼斷面形狀由軋機(jī)承載輥縫形狀決定，而工作輥原始輥形作為影響軋機(jī)承載輥縫形狀的一個(gè)重要因素，工作輥輥形優(yōu)化對減小硅鋼邊降起到顯著作用。針對六輥UCM冷軋機(jī)，目前業(yè)內(nèi)常用的輥形優(yōu)化手段是對工作輥邊部進(jìn)行倒角設(shè)計(jì)，通過減小軋輥邊部彈性壓扁量，實(shí)現(xiàn)控制硅鋼邊部減薄的目的。胡柯等針對UCM可逆式冷軋機(jī)斷面形狀控制問題，提出一種輥形精細(xì)優(yōu)化方法，同時(shí)配合板形目標(biāo)平直度調(diào)整方案，顯著改善了硅鋼橫向同板差水平；董志奎等建立輥間接觸應(yīng)力和板形計(jì)算模型，通過目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)化方法設(shè)計(jì)軋輥輥形曲線，保證軋輥均勻磨損的同時(shí)提高了彎輥力對板形的控制效果；令狐克志等基于三維彈塑性有限元建立了六輥CVC輥系模型，詳細(xì)分析了不同板形調(diào)控手段對帶鋼二次凸度、四次凸度影響規(guī)律，并配合輥形優(yōu)化成功消除了帶鋼邊中復(fù)合浪。
工作輥采用傳統(tǒng)邊部倒角設(shè)計(jì)，雖然可以控制帶鋼邊降，但由于邊部倒角變化率增加，帶鋼緊邊程度越來越嚴(yán)重，易造成帶鋼邊裂或斷帶事故。因此，有必要設(shè)計(jì)一套既能減小帶鋼邊降又能避免斷帶的工作輥輥形。
2 精選圖表
3 結(jié)論
(1)針對六輥UCM軋機(jī)采用傳統(tǒng)倒角工作輥生產(chǎn)帶來的帶鋼邊部拉緊斷帶問題，自主設(shè)計(jì)了一套EDC防斷帶輥形，通過第二段反圓弧設(shè)計(jì)減小邊部倒角變化率，均勻化帶鋼邊部應(yīng)力，在保證軋機(jī)邊降控制能力的同時(shí)降低了斷帶風(fēng)險(xiǎn)。并將輥形參數(shù)編入Python軟件，實(shí)現(xiàn)了EDC工作輥輥形曲線高效自動(dòng)化求解。
(2)在仿真模擬環(huán)境下建立輥系-軋件三維彈塑性有限元模型，對比分析了傳統(tǒng)倒角工作輥和EDC工作輥輥形在不同工作輥彎輥力條件下的邊降調(diào)控效果。模擬數(shù)據(jù)表明，相同條件下，EDC工作輥輥形對帶鋼邊降改善效果更為顯著。
(3)將EDC-1 230輥形應(yīng)用于某1 420 mm酸連軋機(jī)組，現(xiàn)場調(diào)試數(shù)據(jù)表明，同板差不超過7 μm比例由32%提升至56%，增幅達(dá)到75%。EDC輥形全面投用后，機(jī)組斷帶率由0.1%減小至0.02%以下。EDC工作輥輥形技術(shù)具有較強(qiáng)的軋機(jī)邊降控制能力，斷帶風(fēng)險(xiǎn)低、生產(chǎn)穩(wěn)定，對硅鋼高精度斷面控制具有重要意義。
