第41卷第8期 钢 铁 Vol。4l。No，8 2 O0 IronandSteel 2006 6年8月 August 五辊矫直机辊缝设定实用计算方式的研究 汪建春 (武汉科技大学机械自动化学院，湖北武汉430081) 摘要：根据五辊矫直机的功用，讨论了辊缝设定原则，运用弹塑性弯曲理论建立了力学模型，得出了辊缝设定简 明计算式；讨论了当厚度、材质变化时带钢的矫直质量对辊缝误差的敏感性及辊缝设定所需的精度级别；其计算结 果与实际值相比较误差很小。研究根据结果得出，出口辊缝可在一定区间取值且取小值对矫直更为有利；带材厚度比 mm。 材质对辊缝误差更加敏感，带材厚则辊缝精度级别高；当带材厚度≥】o．5mm时，辊缝精度级别为o．05 关键词：五辊矫直机；辊缝设定；辊缝精度级别；计算式 中图分类号：TGl42．1文献标识码：A 文章编号：0449—749X(2006)08一0052一03 for on MethodforIntermeshCalcuIation ResearchPractical 5一Roller Strai；出tener WANGJian—chun of andAutomation，WuhanofScienceand 430081，China) (CoUegeMachinery University Technology，Wuhan the of of ofintermeshcaIcuIationisdiscussed．With Abstract：0nbasisoperation5一rollerstraightener，theprinciple mathmodelwasestablished．Theeffectofintermeshon of isdis— bendingthe。ry，a qualityproduct elastoplastic in— cussed．ThedifferencebetweencalcuIatedandmeasuredintermeshisquitesmall．TheresuItsshowthatthelast steel termeshshouldbewithinacertain theintermeshismoresensitiveto thicknessthanthe range，and strip prop— erties，thethickerthe intermesh is intermeshtoleranceshouldbelessthan0．05 st“p higher precisionrequired，the mmifthe thicknessis≥10．5mm． strip words：5一roller determination；intermeshprecision equation Key straightener；intermesh grade；calculating 五辊矫直机广泛地应用在热、冷轧分卷线和精 整线上，其最大的作用是直头、粗矫以保证穿带正常。 带钢在经过五辊矫直机时产生了弹塑性变形，对不 同厚度、材质的带钢，合适的压下量(辊缝)是确保矫 直质量的关键。五辊矫直机的辊缝与带钢厚度、材 质存在着复杂的关系，正是由于这些复杂的关系和 非线性因素，人们往往用工业试验的方法确定不同 工况下的辊缝，并根据试验结果制定生产操作规程。 因此，用理论办法来进行辊缝设定就具有较高的工程 意义和一定的理论价值。许多学者和工程技术人员 图l五辊矫直机 进行了辊缝设定研究，如：对型钢矫直机力能参数 Sch咖eof5-roJJer Fig．1 straj曲teIler 与压弯挠度关系的研究[1]、对压下量的计算与矫直 方案优选[2’3]、对矫直理论的新探索[43等。 (1)忽略开卷张力在矫直过程的影响； (2)带钢(单位宽度)在矫直过程中承受理想弹 1 矫直机进口处辊缝Q。的确定 塑性弯曲。 宝钢热轧厂从日本进口的五辊矫直机如图1所 理论上讲，应根据带钢的原始曲率确定矫直机 示；图中，Q。、Q4分别为进、出口辊缝，图示方向为 的辊缝。带钢的原始曲率具有一定的随机性和规律 正；^、．厂3分别为辊2、辊3处的带钢压弯挠度。为 性，其随机性体现在原始曲率的大小和方向是不确 便于分析讨论，作如下假设： 定的；其规律性体现在带钢头部原始曲率一般为凸 作者简介：汪建春(1957一)，男，硕士，副教授；E-man：．edu．cn；修订日期：2005—10一22 万方数据 第8期 汪建春：五辊矫直机辊缝设定实用计算方式的研究 向上，且带钢厚则原始曲率小，带钢薄则原始曲率 2 矫直机出口处辊缝Q。的确定 大；带钢头部原始曲率半径一般与钢卷半径接近。 设带钢进入第i辊时的原始曲率为1／‰，经过 当带钢头部原始曲率为凸向上且Co。≥2时， 第i辊的残余曲率为1／r刚第i辊的反弯曲率为1／则进口处辊缝的设定原则应使辊2的反弯曲率为 胁，弹复曲率为1／“，i一1、2、3、4、5。设来料相对原 始曲率为C“，则C，；一(1／r。。)／(1／．0。)；设相对弹复 本为零；第4辊辊缝的设定原则应当是，保证带钢 曲率为C啊一(1／10，。)／(1／队)；设相对反弯曲率q一在第3辊矫直力P。作用下所产生的反弯曲率满足 (1／肛)／(1／lD。)；式中：1／JD。为弹塑性弯曲弹复曲率式(3)。 极小值，1／．D，=2R。／E^，R。为带钢屈服应力，^为带 1／p3≤1／pw (3) 钢厚度，E为带钢弹性模量。 当板形较好时，其相对原始曲率C。，≈0；若按 为保证穿带正常，矫直机必须有效地将具有较 反弯曲率为1／以一1／陆设定进口处辊缝，带钢经过 大相对原始曲率C。，的带钢头部基本矫直。首先讨 第2辊反弯后将产生与反弯曲率同向的残余曲率， 论凸向上且c0。≥2时的进口辊缝Q2的计算方式。其残余曲率值由下式计算： 当带钢头部原始曲率为凸向上且Co。≥2时，进 1／r。2—1／10。一1／10，2 (4) 入第二辊带钢原始曲率亦为c0。一co，≥2，若设第2 辊的反弯曲率为1／10。一1／p。，1／lD。为弹塑性弯曲弹 复曲率极大值，1／．0。一3R。／眈，则能将此原始曲率 时，1／砘一o．222／．D。。如果认为来料相对原始曲率 矫直[5，即有1／lD，。=1／lD。。带钢的零弯矩点[6’7]可 以认为在口、6、c、d4处，口6段带钢在辊2矫直力作 用下的力学模型可看作为图2所示的简支梁。由上 缝，则残余曲率的变化范围为o～o．222／．0。，其残余 述讨论知，带钢经过辊2时的弹复过程是弹性变形 曲率与反弯曲率同向。为了使带钢经过第3辊反弯 过程，且反弯曲率等于弹复曲率，故口6段带钢压弯 后基本是直的，则第3辊反弯曲率除了应满足式(3) 挠度也就是弹复挠度。由图2所示力学模型并根据 外还应满足下列关系： 材料力学的挠度计算公式可求出辊2矫直力P。作 (6) 用下所产生的压弯挠度^： 综合式(3)和式(6)可得： (7) 0．778／lDw≤≤1／lD3≤≤1／10w (1) ^一{竽上 (1) ^一谣 出口处辊缝的设定应使第3辊反弯量满足式 式中，￡为辊距。由图1可得：Q：一^一2^，将该式(7)，由图1可得第3辊上弯挠度^： 与式(1)合并利用式1／10。一3R。／E矗可得： (8) 厂3=^／2～(Qz+Q。)／2 Pt2 Q一^～去鲁 (2) 根据式(2)对各种带钢厚度、材质的进口处辊缝 计算值Q。与日方辊缝给定值QJ。比较值△Q。列于 的带钢经过第3辊时总反弯曲率变化范围为1／．0。 表1，△Q2一Q2一QJzo 过第3辊时只产生弹性变形，因此，为满足式(7)，根 据材料力学的挠度计算公式必有： (9) 0．778鬻≤^≤鬻 合并式(8)、(9)并利用式1／ID。=2R。／矾可得： 图2辊2、3处带钢弯曲变形力学模型 of (10) Mechanicalmodel atroller2and3 Fig．2 bending 万方数据 钢铁 第41卷 ≤Q4≤Q。。。。。限于篇幅，本文取Q。一Q4。。；。日方杂性、带材厚度偏差、材质的不均匀性、原始曲率的随 辊缝设定值为QJ。=^，由式(10)计算得出的Q。值机性，可以认为计算精度是令人满意的[8]。 列于表2。 表面上看，表1、表2中计算值误差呈现一定的 随机性，但根据上面讨论，可以认为误差的随机性来 3计算精度分析 源于理论计算与规范化的操作规程相比较的结果。 宝钢多年的生产实践表明，日方辊缝设定值科 表1、表2也揭示了一些规律。 学、合理，能保证带钢矫直质量，因此能用日方给 (1)能够准确的看出，日方辊缝设定值QJ。略大于Q4； 定值作为计算精度分析依据。辊缝的合理性应由压 当^≥6．5mm时，就有：Q。≈^。对于同一厚度带 弯挠度能否保证带钢矫直质量来判断，故以压弯挠 材，R。越大，Q4应越小，从表2能够准确的看出这一规律。 度计算值厂2、^与日方压弯挠度计算值^。、^的Q。值若偏大，则可能因带材经过第3辊时变形不足 误差来讨论计算精度。设第2辊、第3辊压弯挠度 而导致残余曲率过大。 误差为￡。、s3，则有： (2)对同一厚度的带材，尽管R。不同，但压弯 (11) ￡z一(^z一^)／^2×100％ 挠度对辊缝误差敏感程度基本相同。而厚度不同， e。一(厂J。一厂3)／厂J。×100％(12) 对辊缝误差敏感程度也不同；当^≤4．5mm时，辊 将压弯挠度关系式代人式(11)、(12)可得： 缝精度级别为O．5mm；当^≤8．5mm时，辊缝精 ￡2一[(Q2一QJ2)／(^一QJ2)]×100％(13)度级别为O．1mm；当^≥10．5mm时，辊缝精度级 s3一{[(Qz—QJz)+(Qt一^)]／别为o．05mm。带材厚度变化导致压弯挠度对辊缝 (^～QJ：))×100％ (14) 误差敏感程度的变化可由压弯挠度的数量级来解释， MPa、，L一12．5 由式(13)、(14)所得的压弯挠度误差￡：、￡。值分如当R一350 mm时，压弯挠度分别为 o．75 别列于表1、表2中。能够准确的看出，le。J。。。≤17％， mm和0．38mm；而当R。一350M口a、^一2．5 mm和1．7mm。 e。I。。。≤20％；绝大多数情况下，Ie。I≤ mm时，压弯挠度分别为3．3 10％，Ie。I≤10％．应当指出，作为操作规程，日 4 结论 方给定值是根据材质、规格进行了圆整、规范，如在一 定应力范围、厚度范围，给出同一辊缝设定值；这和理 (1)进口辊缝Q2和出口辊缝Q。的计算值与日 论计算是有区别的。在实际生产中，人们会根据矫直 方压下量给定值非常接近。研究结果可直接用于生 质量适当调整出口辊缝，并考虑到弹塑性弯曲的复 产实际。 表1辊缝计算值误差AQ：、＆ intermeshtolerance Tablel Calculated AQ2，配 0．44 —15．6 O．42 —6．O O．42 —3．5 O．40 一6．O O．40 一7．8 (下转第72页) 万方数据 ·72· 钢铁 第41卷 通过采用降低钢水过热度和轻压下的措施， 心产生马氏体，从而在拉拔过程产生尖状断口的主 82B钢铸坯中心的碳偏析得到明显改善，平均偏析 要原因。 系数达到1．06，偏析系数小于1．10的比率稳定在 (2)连铸坯中心碳偏析指数最高不能大于 70％以上。 1．12，综合偏析指数不应大于1．20，否则易导致 通过采取改进的操作工艺(低钢水过热度、低拉 82B线材中心产生马氏体。 速、轻压下)，82B钢线材中马氏体的级别显而易见地下降， (3)82B铸坯中心的偏析部分在控冷过程中的 因马氏体而发生的尖状断口的质量上的问题也很少发 相变行为与未偏析部分不一致。 生，见表6。 参考文献： 表6采用新、旧工艺时82B线Bwirerod newandoId QuaIityc姗parison by [1]卢盛意．连铸坯质量[M]．北京：冶金工业出版社，1994． technology [2]音谷登平．钙洁净钢[M]．刘新华，韩郁文译．北京：冶金工业 出版社，1994． [3]Chen F，LinK，et ofCenter Y，Feng a1．ImprovementSegre— for carbonsteel confer— gationHigh ence Proceedings[C]．USA：Iron＆steeIsociety，1996． [4]宋维锡．金属学[M]．北京：冶金工业出版社，1979． 6 结论 [5]林慧国，傅代直．钢的奥氏体转变曲线[M]．北京：机械工业出 版社，1988． (1)连铸坯中心的成分偏析是导致82B线材中 女电电女电七女电七电电女七女电七电七七七女七弋电电七七电电七电七女电七弋女弋电电电电电七电电七女七 (上接第54页) (2)当带钢头部原始曲率为凸向下时，进一步 口] 杨双成．辊式矫直机矫直方案的优选与压下量的计算[J]．重型 机械，2000，(6)：27—29，50．(YANG 的讨论可知，由上述的辊缝计算式确定的辊缝值仍 tionof Calculation StraighteningProgramand ofIntermeshof 能有效地减小带钢头部曲率，出口辊缝Q4应取小 RoUer_straightener[J]．Heavy-duty 值。 29，50．) (3)出口辊缝Q4可在一定区间取值，Q4取小心] 井永水，窦忠强，李忠富．矫直理论的新探索[J]．北京科技大学 学报，2002，24(1)：64—66．(JING 值对矫直更为有利。 Yong—shui，D0uzhong— qiang，LIzhong。fu．Newon (4)矫直质量对辊缝误差敏感程度与材质关系 Explore of ofScienceand University Technology 不大，但受带材厚度影响大；厚度大，则辊缝精度级 64—66．) 别高；当^≤4．5mm时，辊缝精度级别为O．5mm； 黄华清．轧钢机械[M]．北京：冶金工业出版社，1980． 当^≤8．5mm时，辊缝精度级别为o．1mm；当^≥ 口K]] 崔甫．矫直理论与参数计算[M]．北京：机械工业出版社， 10．5 mm。 1987． mm时，辊缝精度级别为0．05 口] 武汉钢铁设计研究院．板带车间机械设备设计(下册)[M]．北 参考文献： 京：冶金工业出版社，1984． 陋] 孙士沂．弹塑性状态下梁的挠度计算[J]．重型机械，1980，(7)： [1]李忠富，臧勇，王会刚．型钢九辊矫直力能参数与压弯挠度 37—45．(SUNShi-yi．CalculationofDeflectionofBeaminElas— 关系解析[J]．北京科技大学学报，2004，26(5)：542—544． toplasticstate口]．Heavy-duty [2]傅文祖．矫直机辊缝值的计算[J]．上海宝钢工程设计，2000， (1)：13—17． 万方数据

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