ucm、ucm大学?

摘要：国内大量应用的１７００ｍｍ 以下的ＵＣＭ 冷连轧机组不具备工作辊窜辊功能，只能依靠工作辊边部辊形设计对硅钢板带进行边降控制。提出了针对 ＵＣＭ 冷连轧机的工作辊端部辊形设计方法，在大幅提高边降控制能力的同时，通过边部保护段的设计有效减少断带风险。辊形曲线有利于轧辊磨削，避免轧辊表面质量对带钢表面造成影响。充分利用工作辊与中间辊弯辊的板形调控特性，使用高效实用的弯辊力组合板形控制方法，对 轧 制 过 程中产生的二次和四次板形缺陷实施快速精确的控制，在控制硅钢边降的同时很好地抑制板形问题，具 有 重 要 的 研究价值与推广前景。

长期以来，板形作为板带产品的主要质量指标之一，板形控制技术及工艺也成为了板带轧机最具附加值和技术含量的组成部分。硅钢是硅质量分数在３％左右的硅铁合金，是电力、电子和军事工业不可缺少的重要软磁合金，也是产量最大的金属功能材料。由于硅钢产品用途的特殊性，同板厚差成为硅钢生产企业质量竞争的关键，同时下游用户对其指标提出严格的要求。

冷轧的边降是造成同板差的重要因素，因此，在冷轧实施边降控制是硅钢同板差控制的关键技术。轧机工作辊直接与带钢相接触，在冷轧轧制和冷轧平整过程中，常使用工作辊辊形对硅钢板形进行控制。冷轧边降控 制的重 要 手 段 是 在 工 作 辊 端部设计锥形曲线，补偿与抑制边降的形成。锥形工作辊辊形 可以在 ＵＣＭ 机型 与 ＵＣＭＷ 机型 实 现。ＵＣＭＷ 机型具 备 工 作 辊 窜 辊，针 对 宽 度 规 格 变 化具有灵活的适应能力。然而，目前国内大量 装备的 ＵＣＭ 冷轧机型，针对硅钢生产需求，一方面存在窜辊改造的技术需要，另一方面有必要依托现有机型，开发一套针对性的辊形与控制系统优化策略，充分发挥现有机组能力。本文基于马钢与北京科技大学长期的工 业 实 践，开 发 了 一 套 针 对 ＵＣＭ 机型的辊形、工艺及控制优化策略，实现了边降控制能力的有效提升。

１、 冷连轧机硅钢边降控制原理与控制策略

１．1 全流程同板差控制原理

硅钢全流程同板差控制技术包括热轧断面控制技术、冷轧边降及平坦度控制技术。在冷轧阶段产生的边缘降是同板差主要来源，冷轧边降控制技术也成为同板差控制技术中的核心环节，研究也最为充分。在此基础上，热轧实现整个带钢宽度范围的凸度、楔形与局部高点控制，进一步抑制全宽度范围内异常断面轮廓对同板差的影响。同板差控制原理如图１所示。

１．２、 冷连轧机边降控制策略

硅钢在冷连轧过程中，带钢边部金属在不同机架的流动特性不同，因此，需要一套冷连轧机边降控制策略来控制带钢的边降［１７］。上 游 机 架 （多 指Ｆ１～Ｆ３）通过 工 作 辊 边 部 锥 度 辊 形 使 带 钢 边 部 增厚，产生边升趋势，用于补偿边降，而下游机架产生的边降则需要在切边工序进行切除，最终形成准矩形断面。选择上游机架进行边降控制是由于上游机架带钢厚度 较 大，在 板 宽 范 围 内 距 边 部 约１２０ ｍｍ的范围内，根据金属横向流动特性，控制边降是有意义的，而下游机架金属横向流动区域逐渐减小，再进行锥形辊设计不仅能力有限，还会导致靠近边部的局部浪形问题，因此，下游机架常采用不带有锥度的平辊。通过以上控制策略，带钢在冷连轧机各机架出入口的边部轮廓变化示意图如图２所示。

2、ＵＣＭ 连轧机辊形与工艺控制优化策略

ＵＣＭＷ 轧机的工作辊锥形辊窜辊（Ｔ－ＷＲＳ）是 最有效的边降 控 制 手 段，而 ＵＣＭ 轧机 不 具 备 此 能力，因此，只能通过工作辊设计锥形辊来解决边降控制问题，并通过边部保护段的设计来解决带钢因轧制中心线偏移造成边部局部应力过大引起的断带问题。在此基础上，采用中间辊弯辊力和支撑辊弯辊力组合板形控制策略，使板形质量精度得到有效提高。武占军［１８］和李广林等［１９］研究硅钢热轧来料 断面轮廓对冷轧板形和横向厚差的影响，合理地设计工作 辊 边 部 曲 线 是 兼 顾 板 形 控 制 和 边 降 控 制 的关键。

２．１ 、ＭＥＶＣ辊形设计

针对连轧机边降控制特点，设计 ＭＥＶＣ工作辊辊形［２０］，该辊形 包 括 斜 直 线 段、二 次 曲 线 段 和 水 平直线段。二次曲线的两端分别与水平直线和斜直线相切，该辊形由二次曲线和斜直线共同组成一侧端部辊形并参与边降控制，二次曲线段长度较短但锥度较大，斜直线段较长，如图３所示。图中：Ｈｅ 为工作辊曲线锥 形 段 总 高 度，Ｈｓ 为带 钢 边 降 控 制 曲 线段高度，Ｈｌ 为带钢边部对应点纵坐标，Ｌｓ 为二次曲线辊形长度，Ｌｅ 为单侧端部由斜直线段和二次曲线段共同组成的辊形总长度，Ｌｈ 为工作辊水平直线段辊形长度，Ｌｗ 为工作辊长度。所述工作辊的辊形曲线方程见式（１）。

式中：ｘ为以二次曲线辊 形 与 水 平 直 线 段 辊 形 相 切点为原点的轧辊辊身长度方向坐标，ｍｍ；ｙ（ｘ）为以二次曲线辊形与水平直线段辊形相切点为原点的轧辊半径辊形曲线坐标，μｍ；ａ为二次曲线辊形参数，取值范围为－０．０４～－０．０１。

ＭＥＶＣ辊形与 传 统 的 三 角 函 数 辊 形 曲 线 的 对比如图４所示。两种辊形曲线相比，ＭＥＶＣ 辊形具有更大的二次曲线锥度，增强了边降区靠近中部位置的边降调控能力。在进行边降控制时，两种辊形具有相同的边降区辊形高度的情况下，ＭＥＶＣ辊形造成的带钢最边部应力值更小，因而可以大大减少生产中断带 发 生 的 概 率。ＭＥＶＣ 辊形在带钢边部以外区域拥有更小的斜率，当带钢跑偏时，两侧边降控制的不对称程度更小，降低了因跑偏引起的单侧边部应力过大发生断带的可能性，即具有更好的抗跑偏能力。ＭＥＶＣ 辊 形在参与边降控制的二次曲线与斜直线结合的端部辊形与水平直线段辊形平滑过渡，避免了过渡点出现应力集中造成轧辊易剥落的问题，轧辊 形 状 具 有 良 好 的 自 保 持 性，ＭＥＶＣ 辊 形曲线整体高度更小，故轧辊在磨床上磨削时，辊形更容易磨削且表面不容易出现刀花。

２．２、边部保护辊形设计策略

在连轧机生产过程中，焊缝断带事故时常发生。为减少断带事故的发生，在辊形带钢边部对应位置设计为平段。该平段保护段的设计为带钢跑偏建立了“限位保护”，当部分长度带钢中心线发生偏移时，进入平段部分带钢边升控制效果不会继续增加，同时避免了带钢单侧边部应力过大导致断带。在平段和锥形段之间用多次曲线连接，保证平滑过渡，减小磨削难度。

例如，在四机架 ＵＣＭ 连轧机组中，常在前两个机架使用锥形工作辊辊形，图５所示为带有边部保护辊形的 Ｆ１、Ｆ２机架的辊形曲线。

为了分析使用锥形工作辊轧制时带钢跑偏对带钢边部应 力 的 影 响，采 用 轧 辊－轧件－张力 一 体 化 模型［２１］对给定工况参数的带钢边部应力进行分析，轧辊几何参数和轧制工艺参数分别见表１和表２。分别采用带边部保护的锥形辊曲线和不带边部保护的曲线进行计算时，带钢的跑偏值和边部应力曲线的关系如图６所示。当采用普通的锥形辊时，随着带钢跑偏量的增加，边部应力也增大，跑偏量与应力的关系近似呈线性关系。当采用增加了边部保护段的曲线时，带钢边部应力基本不随跑偏量的增加而增大。由此可以看出，带有边部保护的辊形可有效地改善带钢在中心线偏移时边部应力过大的问题。

２．３ 、锥形辊辊形磨削策略

工作辊端部曲线为锥形辊曲线，轧辊边部锥形段的表面粗糙度容易与中间平段存在差异，从而导致最终带钢产品的边部和中部存在色差。为了消除这种表面缺陷，需要磨床在磨削边部锥形段曲线时降低磨削速度，这将导致磨削时间延长，影响磨削效率。根据现场对磨床磨削速度的探索，当磨削边部辊形时，速度降低至正常磨削速度的７０％可显著改善轧辊的边部表面质量。

为此，磨床磨削工艺需要进行优化，通过严格管理砂轮修磨确保砂轮工作时切削面拥有良好的轮廓，避免工作辊上下辊不同方向锥形辊磨削造成砂轮偏斜进而产生轧辊边部表面质量问题，并通过优化不同磨削道次中磨削量分配和边部磨削速度曲线，在保证轧辊磨削质量的前提下，有效减少磨削时间，提高磨床磨削效率。需要优化的工艺参数如图７所示，优化过程需要以磨削时间和轧辊表面质量为优化目标，根据不同生产现场得出最优的磨削参数。

２．４、 冷轧板形控制策略

ＵＣＭ 轧机配备了工作辊弯辊力与中间辊弯辊力板形控制 手 段［２２］。两种 弯 辊 力 具 有 不 同 的 板 形调控特性，为充分发挥每种弯辊力的调控特性，提高对高阶次板形控制能力，提出中间辊弯辊力和支撑辊弯辊力组合板形控制策略。带钢在轧制过程中产生的二次浪形和四次浪形可以分别通过工作辊弯辊力和中间辊弯辊力的同向组合调节和反向组合调节予以消除。

弯辊力组合调控模型见式（２），其中λ见式（３）， 由式（２）计算得出，Ｒ（ｋＴ）和Ｓ（ｋＴ）分别为二次 平坦度和四次平坦度的调控量。

式中：ΔＢＦＷ（ｋＴ）、ΔＢＦＭ（ｋＴ）分别 为 采 样 时 刻 为ｋＴ 时工作辊弯辊力调节值和中间辊弯辊力调节值；λ为两组弯辊对二次平坦度调控能力的比例系数；ＫＢＦＭ （ｉ）、ＫＢＦＷ （ｉ）分别为中间辊弯辊和工作辊弯辊在第ｉ个区间的板形调控系数，由轧辊－轧件－张力一体化模型［２０］计算出不同弯辊力区间下的弯辊对板形调控特性，进而得出两组系数，ＫＢＦＭ （ｉ）和 ＫＢＦＷ （ｉ） 从中进行选择。由于带钢焊缝位置连接强度相对较弱，在带钢焊缝通过轧机时不适宜进行工作辊窜辊操作。带钢焊缝处通过轧机时轧制速度降低，轧机速度的降低将会导致带钢与轧辊的摩擦因数变化，为了保证带钢厚度精度的同时保护带钢焊缝处平稳通过轧机，此时需要优化带钢张力控制，同时尽量不通过窜辊调节板形，避免带钢焊缝处因边部应力过大而撕裂。此外，生产过程中带钢张力优化和弯辊力调控策略的优化可以显著提高轧制稳定性，削弱甚至消除断带风险。

３、 应用效果

该冷轧边降控制策略已经成功应用于马钢１７２０ｍｍ ＵＣＭ 四机架连轧机组，该产线所生产的Ｍ５０Ｗ１３００和 Ｍ５０Ｗ８００牌号的无取向硅钢的同板差得到极大的改善。选取边降控制策略优化前后的两个时间段内生产的宽度为１２００ｍｍ 的硅钢的同板差进行比较，如图８所示。可以发现，边降控制策略优 化 后，同 板 差 指 标 显 著 提 高，Ｍ５０Ｗ１３００同板差均值由１０．４减小到７．０２μｍ，Ｍ５０Ｗ８００的均值由１０．２３下降到７．１２μｍ。同时，在轧制过程中，整体板形良好，无明显非对称与局部浪形问题，板形仪数据如图９所示，轧后带钢表面无色差、辊印等表面质量问题。

4、结语

本文针对 ＵＣＭ 轧机硅钢边降控制能力弱的特点，提出了一整套的边降控制和工艺优化策略，包括工作辊锥形辊的曲线设计及优化、轧辊磨削工艺优化及冷连轧机板形调控和边降控制策略，有效地提高硅钢同板差的控制水平，保证硅钢的板形质量和表面质量。通过辊形曲线边部的特殊设计和工艺优化降低冷连轧过程中焊缝通过轧机时发生断带的风险，使用中间辊和工作辊弯辊组合调控策略解决附加的板形问题。在此基础上，宽度规格同板差稳定控制在７μｍ 左右的水平，使 ＵＣＭ 轧机同板差控制水平大大提高。

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