六、冷带钢板形控制
128．轧机辊缝形状与哪些因素有关?
带钢的横向厚度差(即断面形状的变化)和板形的变化是由辊缝形状的变化引起的。影响辊缝形状的因素有：
(1)轧辊的弹性弯曲变形。它使辊缝中部尺寸大于边部尺寸，带钢中部产生凸度，带钢边缘减薄。轧制力越大，轧辊的弹性弯曲变形越大。轧辊直径越大，刚性就越好，则轧辊的弹性弯曲变形越小。
(2)轧辊的热膨胀。轧制时轧件变形而产生的热量、轧件与轧辊摩擦而产生的热量都会使轧辊受热。冷却润滑液又会使轧辊冷却。由于沿辊身长度上其受热和冷却不一致，在各种因素的影响下，轧辊中部比两端的热膨胀大，从而使轧辊产生热凸度，影响辊缝形状。 (3)轧辊的磨损。工作辊与带钢之间、工作辊与支撑辊之间的摩擦会使轧辊磨损。影响轧辊磨损的因素也是多方面的，例如，轧辊与带钢的材质、轧辊表面硬度和粗糙度、轧制力和轧制速度、前滑和后滑的大小以及支撑辊与工作辊之间的滑动速度等都会影响轧辊磨损的快慢。另外，沿辊身长度方向轧辊磨损是不均匀的，这些都会影响辊缝的形状。
(4)轧辊的弹性压扁。轧制时，由于轧制力的作用，带钢与工作辊之间、工作辊与支撑辊之间均会产生弹性压扁。影响辊缝形状的不是轧辊弹性压扁的数值，而是压扁值沿辊身长度方向的大小。对于工作辊来说，如果轧制力沿带钢宽度是均匀分布的，则工作辊的弹性压扁分布也是均匀的。由于工作辊与支撑辊之间的接触长度大于带钢与工作辊的接触长度，因而接触长度上各点的压力是不相同的，这就使辊与辊之间弹性压扁值沿辊身长度方向也是不均匀的。工作辊与支撑辊之间不均匀压扁引起了辊缝形状的变化。
(5)轧辊的原始辊形(凸形、凹形或圆柱形)。轧辊原始辊形不同，就可以人为地使辊缝形状不同。我们在生产中就用轧辊原始辊形这一因素来补偿上述因素对辊缝所造成的影响。
129．什么叫辊形，辊形设计的任务是什么?
轧辊辊身表面的轮廓形状称为辊形，一般以辊身中部和端部的直径差ΔD(即凸度)来表示。
在常温下，刚磨制出来的辊形称为原始辊形(ΔDo)，轧制过程中，由于辊温和磨损的影响，辊形发生变化，这时的辊形称为工作辊形(△D)，工作辊形ΔD为：
式中 ΔDo——原始辊形，凸形为正，凹形为负，圆柱形为零； △D热——热凸度，凸形为正，凹形为负；
ΔD磨——磨损凹度。
辊形设计的任务就是在轧制时使工作辊辊形能够补偿轧制力引起的轧辊弹性变形(包括弹性弯曲和弹性压扁)，以保证带钢的横向偏差(断面凸度)最小，这时，工作辊原始辊形的设计条件是：
式中f——工作辊的弹性弯曲变形。
由于轧辊磨损值很难事先确定，所以，工作辊的原始辊形只由轧辊弹性变形(挠度)和热凸度决定。磨损的影响则靠换辊、合理安排不同产品的轧制计划、压下规程、调整辊温分布等方式来补偿。此时
式中，轧辊弹性弯曲变形与轧辊刚度和轧制力有关。轧辊的热凸度△D热决定于轧辊的材料和辊身温度分布。由于影响轧辊温度差的因素很多，所以轧辊温差多采用实测值，有时 △D热也采用实测值。
按照不同轧机的轧制条件，原始辊形可以是圆柱形(ΔDo=0)、凸形(ΔDo>0)和凹形(ΔDo 四辊冷轧机的支撑辊一般磨成圆柱形，而工作辊则磨成一定的凸度，可以磨一个工作辊呈凸面，也可以两个工作辊都磨成凸面的。现场生产一般只磨一个工作辊呈凸面，这样磨辊比较方便。当辊形设计合理时，上述辊形的组合都能轧出横向厚度比较均匀的带材(图3-70)。 130．怎样计算轧辊挠度? 为了简化计算，近似地认为四辊轧机支撑辊与工作辊之间的压力分布是沿辊身长度方向均匀分布的。此时，支撑辊受力简图如图3-71所示。 图3-70辊形对板材横向厚度差的影响 a-两个工作辊凸形；b-一个工作辊凸形 图3-71支撑辊受力简图 设每个支撑辊辊身中央的最大挠度为f1′，则四辊轧机轧辊的弯曲变形(挠度)f1为： 由于轧辊(支撑辊)直径与长度之比值较大(D／L=0.4～1)，则横切力对挠度的影响不可 忽略。因此，支撑辊最大挠度f1′为： 用材料力学方法可以求出(图3-71)： 式中 Pz——轧辊上的总轧制力； E——轧辊的弹性模量； G——轧辊的剪切模量； D——支撑辊的辊身直径； d——支撑辊的辊颈直径； L——支撑辊辊身长度； a——支撑辊轴承中心线间的距离； c——支撑辊辊身边缘至轴承中心线间的距离。 举例：已知条件：300mm四辊冷轧机，工作辊直径：D工=120mm；辊颈直径：d工=75mm；支撑辊直径：D支=300mm；辊颈直径：d支=150mm；辊身长度：L=300mm；轧辊材质：60CrMoV；支撑辊轴承中心线间的距离：a=545mm；支撑辊辊身边缘至轴承中心线的距离：c=122.5mm；轧辊弹性模数：E=2.1×105MPa；轧辊剪切弹性模量：G=0.8×105MPa；轧制08A1钢带，轧制力 Pz=1110kN；钢带宽度：B=206mm。 (1)由弯矩引起的挠度f弯′为： 131．怎样计算轧辊弹性压扁量? 假定工作辊与支撑辊之间的压力是均匀分布的，即不考虑对轧辊弯曲变形的影响，并把工作辊与支撑辊之间的弹性压扁看作是两个圆柱体的接触变形，如图3-72所示。由于接触压扁，两辊中心线互相靠近的数值(即压扁值)可由下式计算。 图3-72工作辊与支撑辊之间的弹性压扁示意图 L——轧辊辊身长度； R工——工作辊半径； R支——支撑辊半径； E——轧辊弹性模数，钢轧辊取E=2.1×105MPa。 故上下两对工作辊与支撑辊之间的弹性压扁量的总和为： 132．怎样计算轧辊热凸度? 在冷轧中，由于带材变形热和摩擦热的作用，轧辊难免会有一定的温度升高。实践表明，辊身各部分的温度并不一致，由此引起的温度差将导致轧辊直径尺寸的热膨胀差(即轧辊热凸度)。在正常轧制过程中，工作辊表面的温度可升至80～120℃，支撑辊表面温度可升至50～70℃。工作辊辊身中部(温度最高处)与边部的温差通常为15～20℃，最高可达30～40℃，支撑辊辊身中部与边部的温差通常为5～6℃，最高可达15～20℃。冷轧机工作辊表 面的最佳温度是60～70℃，辊身中部与板材边部的温差为5～10℃，与辊身边缘的温差为10～20℃。在正常条件下，支撑辊辊身的纵向温差不大于5℃。轧辊辊身温度分布不均，使轧辊产生热凸度。 轧辊热凸度△D热可近似地按下式计算： 式中D——轧辊直径，mm； △t——辊身中部与边部的温度差，℃； -6 a——轧辊材料的线膨胀系数，1／℃，对钢轧辊来说，取α=11.9×lOl／℃，铸铁轧 辊α=12.8×10-61／℃； Kt——约束系数，当轧辊横截面上温度为均匀分布时，Kt=1，当温度分布不均且表面温 度等于心部温度时，Kt=O.9。 举例：已知条件同上题。取工作辊中部与板边的温度差Δt=5℃，轧辊热凸度△D热为： 133．怎样合理选择冷轧工作辊的原始辊形? 工作辊原始辊形的合理选择是以正常生产条件下相对稳定的轧制力、辊温和辊身磨损特点为依据的。原始辊形△Do本质上起到补偿各因素的平均影响的作用。生产中，对辊形的控制和调整又是在原始辊形的基础上施行的，或者说是以原始辊形为其出发点的。因此，原始辊形选择得合理与否对辊形控制的效果有直接影响。由此可见，合理的辊形设计与辊形的实际控制二者是相辅相成的。 检验原始辊形的合理与否应从产品质量、设备利用情况、操作的稳定性以及是否能有效地减少实际辊形控制与调整的工作量等方面来衡量。原始辊形凸度选得过大或过小，都会在带材产品的板形与横向厚差上反映出来，凸度选得过大会引起轧件的横窜或蛇行以及容易造成断带事故；辊形凸度选得过小有可能限制轧机能力的充分发挥，因为原始凸度小，在实际操作中，压下稍微给大一些，带材就会因出现边浪而报废，尽管此时实际操作上轧制力还远未达到允许值。 工作辊原始辊形△Do与轧辊弹性变形(挠度)f1、轧辊间弹性压扁f2、轧辊热凸度△D热的关系如下： 在生产中，原始辊形的选定并不完全是依靠计算，而主要是依靠经验估计与对比。按经验确定原始辊形ΔDo的方法，一般都是先参照国内外已有的同类型或相似轧机的经验预选一个原始凸度值(开始时此值都选得偏小一些)，然后根据试轧的效果逐渐修正。由于冷轧工作辊换辊频繁，故轧制一批产品后根据实际情况再调整一下原始辊凸度值是完全应该的。在大多数情况下，一套行之有效的辊形制度都是经过一段时期的试轧，反复比较其实际效果之后才确定下来，并且随着生产条件的变化作适当的改变。也应进行必要的理论验算。从所考虑轧机的具体轧制条件出发，经验估计与理论计算互相补充，使辊形的初步设计有较充分的根据。