板带热轧过程工作辊磨损预测研究

为实现轧辊磨损的精准预测，建立了基于Archard公式和轧制基本理论的工作辊磨损预测模型，使用ABAQUS建立了轧制过程中轧辊-工件热力耦合模型，在此基础上，系统分析了压下率、轧制速度、轧件宽度及支撑辊对工作辊接触应力和磨损的影响规律，并使用现场实测数据验证了模型的有效性。结果表明，随着压下率的增加，接触应力和磨损显著增大。轧制速度的增加基本不改变接触应力的分布情况，但会引起相对滑动速度增大，导致工作辊磨损增加。工件宽度影响磨损的轴向分布，随着轧件宽度的增加，接触应力和磨损减小。轧辊与轧件产生的磨损为辊间磨损的30倍以上。通过与某厂1580 mm产线实际数据对比，计算磨损值与实测数据吻合良好，模型平均预测误差为3.85%,实现了轧制过程工作辊磨损的高精度预测。     

中板轧制辊缝值的设定

在热轧中板时,辊缝值的计算和设定不仅要考虑奥氏体再结晶不充分对轧制压力的影响,还应考虑轧辊的弹性压扁与轧制压力耦合对轧制压力的影响,再结合预压靠力和现场实测的基础上即可给出中板轧制辊缝设定与预报的模型。经实践证明,本文给出的辊缝预设结果与实测符合得较好,将其作为中板控制尺寸精度的手段,能提高产品质量及负公差轧制的"命中率"。     

四辊平整机轧制过程辊系变形有限元分析

针对1800mm四辊平整机板形控制的弯辊力预设定问题,采用非线性弹塑性有限元法,建立四辊平整机轧制过程三维计算模型。模型将辊系弹性变形与轧件弹塑性变形耦合在一起,进行统一建模与分析,研究了不同轧制工艺下轧辊压扁、辊系弯曲变形及辊缝形状的分布规律,得出了工作辊弯辊力对辊系变形和辊缝变化的影响关系。计算结果可为建立平整机板形控制的弯辊力精确预设定模型提供理论依据。     

四辊冷轧机板形前馈模型的研究

针对四辊冷连轧轧机,研究了采用工作辊弯辊力补偿的板形前馈模型。用Abaqus有限元软件模拟板形前馈模型参数,分析了轧制力波动量、轧制力对板形前馈模型的影响。对比了板形前馈模型有限元计算值和设定值,对比发现吻合较好。本文对于带材冷轧板形前馈模型参数设定具有重要意义。     

孔型立辊调宽轧制的三维刚塑性有限元研究

采用刚塑性有限元法(FEM)建立宝钢2050粗轧区孔型立辊调宽过程轧制模型。计算所得多块带钢轧制力值与现场实测结果吻合良好,模拟的带钢头尾形状与现场实际结果吻合也很好,并建立立轧稳态狗骨形状计算的数学模型。同时研究得出立辊孔型角度对狗骨高及轧制力的影响规律。     

热连轧轧机工作辊磨损预报模型

热轧钢板成形过程中,工作辊磨损是影响板形控制精度的重要因素。分析了影响工作辊磨损的主要因素。基于对影响轧辊磨损的主要因素的分析,考虑了轧辊表面温度对工作辊磨损的影响,构建了新的工作辊磨损数学模型。根据实测数据,使用多元非线性回归方法得到了模型中的相关参数,并在1500 mm热连轧机组上进行了工程试验。结果表明,所构建的工作辊数学模型符合工作辊磨损的一般规律,能够较为精确地在线预报轧辊磨损。     

四辊板带轧机工作辊轴向力的研究

本文分析了四辊板常轧机工作辊轴向力产生的原因,应用摩擦学中的预位移原理分析了工作辊与支承辊间相互作用的轴向力,在考虑变形区中金属横向流动及轧制单位压力分布的情况下,计算了变形区中的轴向力,并对工作辊上的轴向力作了实测分析。计算结果与实测值基本吻合。     

锆合金管材两辊冷轧的轧制力模型建立和应用

管材皮尔格两辊冷轧过程中的轧制力影响成品管材的尺寸精度、轧制模具寿命以及轧制过程的稳定性。本研究基于Neumann-Siebel轧制力计算方法,考虑了轧辊弹性变形和空减径对轧制力的影响,依据Hitchcook方程对其进行了修正,利用Matlab软件建立了皮尔格两辊冷轧过程中的轧制力计算模型,并以KPW25轧机轧制Zr-4合金管材的轧制过程为研究对象,通过实验验证了该模型的可靠性。以R6072锆合金管材轧制为例,通过该轧制力计算模型分析了孔型曲线、管坯壁厚、送进量和摩擦对轧制力的影响。结果表明：轧制力在空减径段缓慢增加,进入减径减壁段后迅速增加至峰值,之后缓慢降低;孔型曲线对轧制力的分布有显著影响,当孔型指数等于2．0时,轧制力分布最为合理;轧制力随管坯壁厚、送进量和摩擦力的增大而增加。     

端面无支撑芯辊模态及其动力响应有限元分析

利用NX Nastran对轧制矩形截面环件所用的端面无支撑芯辊进行了模态分析数值计算,得到了芯辊约束工况下的前6阶固有频率和模态振型,详细分析了各阶模态振型对芯辊工作状态的影响。简化轧制过程芯辊的受力模型,模拟分析芯辊在3种不同轧制时间作用下的节点位移与应力随时间的变化规律。同时对3种时域轧制力信号进行傅里叶变换,分析轧制力信号的频域组成对芯辊振动的影响。研究表明:芯辊的工作转速远低于其1阶临界转速,轧制过程不会引起芯辊的共振;芯辊的前6阶固有频率处于声波范围内,易造成噪声污染;轧制力相同时,不同轧制时间对芯辊的位移与应力响应无影响;轧制力信号的频域组成不会引起芯辊的共振。     

热连轧机工作辊热辊形仿真研究

采用差分法建立了轧辊二维瞬态温度场及热辊形的预报模型 ,可用于实际生产的在线热辊形预报 ;利用实际生产参数模拟轧制和空冷过程中的工作辊热辊形 ,计算结果与实测值相符 ;就不同条件下工作辊热变形规律进行了分析 ,对热轧生产的工艺安排、组织和热磨辊具有实际意义     

4300 mm轧机支承辊新辊型的设计与研究

利用赫兹理论分析了支承辊和工作辊接触区的应力状态,结合现有的几种辊型倒角曲线,依据辊间接触应力均匀分布的原则提出了一种新的支承辊辊型倒角。利用ABAQUS有限元软件建立三维轧制模型,通过改变轧制力等参数对不同辊型倒角下支承辊的应力场、工作辊挠度以及钢板的厚度差做了分析和对比;结合有限元分析结果,利用FE-SAFE疲劳分析软件,并采用Brown-Miller疲劳损伤公式估算不同辊型倒角下支承辊的疲劳寿命,证明了新辊型对提高支承辊疲劳寿命的有效性。     

ASR work roll shifting strategy for schedule-free rolling in hot wide strip mills

In order to meet the requirement of schedule-free rolling (SFR) for wide non-oriented electrical steel production with a large number of the same width strip rolling campaigns, ASR (asymmetry self-compensating work rolls) shifting strategies for different rolling schedules are studied. According to the actual rolling process, the work roll wear prediction mathematical model for non-oriented electrical steel sheets and a 3D finite element model for roll stacks are established. The effects of the shifting step and the shifting rhythm on the ASR wear contour and the loaded roll gap profile within the entire rolling campaign are analyzed. The reasonable ASR shifting strategies for different rolling schedules are developed. In comparison with the conventional work roll contour of K-WRS mill, the self-maintenances of roll contours for ASR reach to more than 88%, the rate of the measured strip crown less than 45 μm increased from 41.8% to 94.9%, and the rate of the measured strip crown larger than 52 μm decreased from 32.6% to 2.0% by industrial test on the production of the same strip-width for wide non-oriented electrical steel sheets in the 1700 mm hot strip mill of WISCO. The ASR technology has applied to the production successfully.     

1780mm热轧机组轧辊磨损模型参数的优化

针对某厂1780mm热轧生产线,现场实测了精轧机组F_4机架高速钢轧辊的磨损辊型曲线,并与模型计算曲线进行了对比,上辊计算值比实测值大96.5μm,下辊计算值比实测值大78.3μm,误差较大。经过对模型参数进行优化和调整后,磨损预测值与实测值较接近,提高了轧辊磨损预报精度。     

1 580 mm热轧轧辊磨损预报模型的优化

根据某厂1 580 mm热轧轧辊磨损数据的分析,考虑轧制钢种和轧辊非均匀磨损的影响因素,对轧辊磨损预报模型进行了改进,并对模型参数进行了优化。经实验验证,改进后模型预测值与实测值较接近,提高了轧辊的磨损预报精度。     

热连轧粗轧立辊磨损模型的研究与应用

在热轧带钢生产过程中,粗轧立辊会不可避免地出现磨损现象。立辊磨损沿辊面非常不均匀,下线轧辊辊面呈梯形,最大磨损处磨损量可达5 mm。这严重影响了粗轧模型的设定精度,从而使带钢宽度控制精度降低。为了提高模型对立辊的设定精度,对辊面磨损范围各个位置的磨损量进行了分区计算,建立了新的粗轧立辊磨损计算模型。该模型在某1 500 mm热连轧生产线的应用表明,粗轧立辊磨损量计算值与实测值吻合较好,粗轧模型宽度预报稳定、准确。     

冷连轧过程工作辊辊间接触模型研究

辊间接触对高速冷连轧过程有重要影响。针对1 750 mm冷连轧机组的设备与带钢轧制的工艺特点,通过对UCM轧机辊系的受力分析,采用离散化处理方法和影响函数法,建立了辊系弹性变形影响函数模型、轧辊压扁影响函数模型,并给出了辊系变形的基本物理方程,基于接触力学,最终提出了冷连轧过程中工作辊辊间接触判定准则,为精确计算工作辊间的压力分布提供了理论依据。同时,研究了工作辊辊间接触对单位宽度轧制力分布、工作辊与中间辊辊间单位压力分布、工作辊弯曲挠度和压扁量分布以及成品带钢横向厚度分布的影响。实践证明,建立的辊间接触和辊系变形计算模型具有较高的计算精度,能充分反映轧后带钢的横向厚度分布和板形分布规律,适合于工业生产实践。     

基于接触摩擦量化作用的镁合金轧制力预报研究

本研究针对镁合金热轧制工艺,通过协调有限元分析结果及物理试验数据,提出一种关于热轧制接触摩擦因子的确定方法,耦合多轧制工艺参数进一步拟合出其求解关系式,工艺参数包括：轧制温度,轧制速度以及压下率。在之前对AZ31B镁合金板材轧制过程轧制力预报模型及温度场数学模型建立研究的基础上,综合考虑接触单位压力及摩擦应力两方面因素的作用,对前期轧制力预报模型进行了优化重构,经确定接触摩擦作用到轧辊的压力约占整体轧制力的4.36%。     

CVC轧机支持辊力学有限元分析及新辊形

现场跟踪实测并分析CVC轧机支持辊综合辊形数据,发现CVC轧机支持辊存在严重且不均匀磨损,并时有严重边部剥落事故发生。建立MSC.Marc二维动态弹塑性有限元模型分析了支持辊辊内应力状态,提出较大的辊间接触压力及支持辊工作层厚度的减小,对辊内应力具有不利影响,指出不均匀的辊间接触压力分布,是支持辊不均匀磨损甚至剥落的主要原因。建立ANSYS静态弹性有限元模型,分析板宽、单位轧制力、弯辊及窜辊对辊间接触压力分布的影响,发现带钢宽度的不断变化有利于改善支持辊的受力状况,而弯辊和负向窜辊均会增大辊间接触压力分布不均匀度系数。基于有限元仿真和现场工业试验,提出了CVC轧机支持辊新辊形,与引进的原常规支持辊相比,新支持辊服役前期的不同窜辊位置辊间接触压力峰值和辊间接触压力分布不均匀度系数分别下降了3.5%～16.0%和3.5%～15.9%,支持辊服役后期的辊间接触压力峰值和不均匀度系数分别下降25.7%和28.3%。1800 mmCVC热连轧机F3～F4机架工业应用实践证明,新辊形自保持性好,性能稳定,已投入工业应用,可推广应用到同类轧机。     

基于高斯过程构建钢轨轧制力模型的方法

在钢轨轧制过程中,轧制力一定程度上对轧制参数调整有着指导或参考作用,一个成材率高、缺陷率低的轧制过程,必然会对应一个合理的轧制力分布。轧制力上冲过大不仅会使轧制状态靠近轧制系统的极点,稳定性降低,而且会导致轧辊磨损、疲劳加快,并将导致钢轨表面质量、规格波动等问题。采用高斯过程回归算法,基于现场生产数据建立了压下量与轧制力模型,为钢轨轧制过程轧制力的精确控制,提供了一种残差较小的统计模型。     

工作辊直径对热轧带钢凸度的影响分析及优化

采用变分法求解金属横向流动,得到了考虑金属横向位移的张力分布,结合影响函数法计算辊系弯曲变形,开发了热轧带钢板凸度计算程序。通过模拟计算,得到工作辊挠度、轧制压力、压扁以及出口板厚随工作辊直径的变化规律。工作辊直径的增加虽然有利于提高横向刚度、改善板凸度,但却减小了弯辊力对板凸度的调控范围。该文采用加权的方法,将这种矛盾的因素加以统一,为工作辊直径优化提供了理论依据。通过对比某1250轧线F5机架的模拟结果,优化后的工作辊直径更有利于带钢板形的在线控制。