阅读说明：本技术 轧辊辊型的磨削控制方法 (Grinding control method for roller profile ) 是由 杨宴宾 张国民 吴真权 幸利军 于 2019-03-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种轧辊辊型的磨削控制方法,包括如下步骤：步骤1：通过在线计算机模型读入下机时刻的轧辊的温度场及物性参数；步骤2：根据离线轧辊的冷却边界条件,计算温度场的动态变化；步骤3：确定轧辊磨削辊型的温度补偿量；步骤4：确定轧辊的磨削辊型,设定目标初始辊型,计算带温磨削时的温度补偿量,计算修正后的磨削辊型；步骤5：在数控轧辊磨床中设定轧辊磨削的辊型参数,并对轧辊进行磨削。本发明能通过磨削时轧辊的温度场和热膨胀情况修正磨削目标辊型,从而保证轧辊辊型的正确磨削。(The invention discloses a grinding control method of a roller profile, which comprises the following steps: step 1: reading in the temperature field and physical property parameters of the roller at the time of starting-up through an online computer model; step 2: calculating the dynamic change of the temperature field according to the cooling boundary condition of the off-line roller; and step 3: determining the temperature compensation quantity of a grinding roller shape of the roller; and 4, step 4: determining a grinding roller shape of the roller, setting a target initial roller shape, calculating a temperature compensation amount during grinding with temperature, and calculating a corrected grinding roller shape; and 5: setting roll shape parameters of roll grinding in the numerical control roll grinder, and grinding the roll. The invention can correct and grind the target roll profile through the temperature field and thermal expansion condition of the roll during grinding, thereby ensuring the correct grinding of the roll profile of the roll.)

轧辊辊型的磨削控制方法

技术领域

本发明涉及一种热轧带钢生产方法，尤其涉及一种轧辊辊型的磨削控制方法。

背景技术

轧辊是热轧板带轧机的重要部件，包括辊身1、辊肩2和辊颈3，如附图1所示。在轧制过程中，轧辊表面会产生磨损。为了保证带钢产品的板形与表面质量，在轧制一定公里数后，轧辊需要卸下重新磨削。

为了保证初始辊型的准确性，被磨削的轧辊温度需要冷却到室温。然而，为了提高轧辊周转速度，有时未冷却到室温即进行重磨。此时由于存在热膨胀，磨削辊型会有偏差，这将导致上机使用中辊缝形状设定不准确，从而影响热轧带钢板形质量控制，造成浪形缺陷和凸度超差。

日本专利申请JP11005106A公开了一种轧辊磨削方法，涉及沿轧辊长度方向温度不均匀分布的磨削辊型补偿方法。在该发明中，轧辊表面温度采用传感器测量，并实时反馈给磨辊控制系统，以考虑温度影响对磨削辊型进行补偿。但轧辊热膨胀是由轧辊整体的温度分布决定的，该方法只能测量轧辊表面温度，内部温度分布无法准确知道，因此不能就温度的影响对磨削辊型作出准确补偿。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轧辊辊型的磨削控制方法，能通过磨削时轧辊的温度场和热膨胀情况修正磨削目标辊型，从而保证轧辊辊型的正确磨削。

本发明是这样实现的：

一种轧辊辊型的磨削控制方法，包括如下步骤：

步骤1：通过在线计算机模型读入下机时刻的轧辊的温度场及物性参数；

步骤2：根据离线轧辊的冷却边界条件，计算温度场的动态变化；

步骤3：确定轧辊磨削辊型的温度补偿量；

步骤3.1：计算轧辊热膨胀量，轧辊辊身表面任一点z处的热膨胀量为：

其中，ν为泊松比，β为热膨胀系数，R为轧辊半径，T₀为初始温度，T为温度，r为轧辊径向坐标，z为轧辊轴向坐标；

步骤3.2：计算轧辊相对膨胀量，轧辊辊身表面任一点z处的相对膨胀量为：

△u_t(z)＝u_t(z)-u_t(e) (8)

其中，u_t(e)为轧辊边部代表点e处的热膨胀量；

步骤3.3：拟合相对膨胀量，计算轧辊辊身表面任一点z处的辊型磨削补偿量：

△u_t(z)＝a₀+a₂z²+a₄z⁴ (9)

其中，a₀、a₂和a₄为拟合系数；

步骤4：确定轧辊的磨削辊型，设定目标初始辊型为u₀(z)，计算带温磨削时的温度补偿量，计算修正后的磨削辊型：

u(z)＝u₀(z)+△u_t(z) (10)；

步骤5：在数控轧辊磨床中设定轧辊磨削的辊型参数，并对轧辊进行磨削。

在所述的步骤1中，轧辊的物性参数包括密度、比热和热传导率。

在所述的步骤2中，温度场的动态变化的计算公式如下：

其中，T为温度，t为时间，ρ为轧辊材料的密度，c为轧辊材料的比热，λ为轧辊材料的热传导率，r和z分别为轧辊径向和轴向坐标。

在所述的步骤2中，轧辊冷却过程包括强制冷却前的空冷、强制喷水冷却和强制冷却之后的空冷。

所述的轧辊冷却过程中的冷却边界条件包括左右对称边界、上下对称边界、辊身和辊径的表面边界、轧辊与轴承接触部位边界及轧辊端部边界。

所述的轧辊左右对称边界的计算公式如下：

其中，T为温度，λ为轧辊材料的热传导率，z为轧辊轴向坐标。

所述的轧辊上下对称边界的计算公式如下：

其中，T为温度，λ为轧辊材料的热传导率，r为轧辊径向坐标。

所述的辊身、辊径的表面边界的计算公式如下：

其中，T为温度，λ为轧辊材料的热传导率，r为轧辊径向坐标，α_A为轧辊与空气间的换热系数，T_A为空气温度。

所述的轧辊与轴承接触部位边界的计算公式如下：

其中，T为温度，λ为轧辊材料的热传导率，r为轧辊径向坐标，α_B为轧辊与轴承间的换热系数，T_B为轴承温度。

所述的轧辊端部边界的计算公式如下：

其中，T为温度，λ为轧辊材料的热传导率，z为轧辊轴向坐标，α_A为轧辊与空气间的换热系数，T_A为空气温度。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、本发明能通过磨削时轧辊的温度场和热膨胀情况修正磨削目标辊型，减小上机生产设定偏差，实现轧辊磨削辊型的设定，从而保证轧辊辊型的正确磨削，提高热轧板形设定精度和板形质量。

2、本发明适用于热轧板带生产中轧辊下机后在空气中缓慢冷却14小时以内再进行重磨情况，也适用于下机后经过喷水冷却20～120分钟再进行重磨的情况，推广应用前景广阔。

附图说明

图1是现有技术的轧辊的主视图；

图2是本发明轧辊辊型的磨削控制方法的流程图；

图3是本发明轧辊辊型的磨削控制方法的轧辊有限差分网格示意图；

图4是本发明轧辊辊型的磨削控制方法的实施例1的轧辊相对热膨胀量的变化图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

请参见附图2，一种轧辊辊型的磨削控制方法，包括如下步骤：

步骤1：通过在线计算机模型读入下机时刻的轧辊的温度场及各物性参数，优选的，轧辊的物性参数包括密度、比热、热传导率等。

步骤2：轧辊下机后有时置于轧辊车间进行自然空冷，有时需要进行喷水强制冷却。假设轧辊温度场相对于轧辊轴线和辊身中部呈对称分布，并忽略沿圆周方向的热传递，从而根据离线轧辊的冷却边界条件，计算温度场的动态变化，计算公式如下：

其中，T为温度，t为时间，ρ为轧辊材料的密度，c为轧辊材料的比热，λ为轧辊材料的热传导率，r和z分别为轧辊径向和轴向坐标。

请参见附图3，取通过轧辊轴线剖面的四分之一，建立差分网格，对于微分方程(1)，采用有限差分法进行求解。

所述的轧辊冷却过程包括强制冷却前的空冷、强制喷水冷却和强制冷却之后的空冷。

所述的轧辊冷却过程中的冷却边界条件包括左右对称边界、上下对称边界、辊身、辊径的表面边界、轧辊与轴承接触部位边界及轧辊端部边界。

其中，所述的轧辊左右对称边界的计算公式如下：

其中，T为温度，λ为轧辊材料的热传导率，z为轧辊轴向坐标。

所述的轧辊上下对称边界的计算公式如下：

其中，T为温度，λ为轧辊材料的热传导率，r为轧辊径向坐标。

所述的辊身、辊径的表面边界的计算公式如下：

其中，T为温度，λ为轧辊材料的热传导率，r为轧辊径向坐标，α_A为轧辊与空气间的换热系数，T_A为空气温度。

所述的轧辊与轴承接触部位边界的计算公式如下：

其中，T为温度，λ为轧辊材料的热传导率，r为轧辊径向坐标，α_B为轧辊与轴承间的换热系数，T_B为轴承温度。

所述的轧辊端部边界的计算公式如下：

其中，T为温度，λ为轧辊材料的热传导率，z为轧辊轴向坐标，α_A为轧辊与空气间的换热系数，T_A为空气温度。

步骤3：确定轧辊磨削辊型的温度补偿量。

步骤3.1：计算轧辊热膨胀量，轧辊辊身表面任一点z处的热膨胀量为：

其中，ν为泊松比，β为热膨胀系数，R为轧辊半径，T₀为初始温度，T为温度，r为轧辊径向坐标。

步骤3.2：计算轧辊相对膨胀量，轧辊辊身表面任一点z处的相对膨胀量为：

△u_t(z)＝u_t(z)-u_t(e) (8)

其中，u_t(e)为轧辊边部代表点e处的热膨胀量，边部代表点e通常为距边部25或40mm。

步骤3.3：拟合相对膨胀量，计算轧辊辊身表面任一点z处的辊型磨削补偿量：

△u_t(z)＝a₀+a₂z²+a₄z⁴ (9)

其中，a₀、a₂和a₄为拟合系数。

步骤4：确定轧辊的磨削辊型，设定目标初始辊型为u₀(z)，计算带温磨削时的温度补偿量，计算修正后的磨削辊型：

u(z)＝u₀(z)+△u_t(z) (10)

在一个轧制周期中，使用同一套轧辊适应所有产品板形控制的需要。如在板带热轧生产中，由于轧辊受热产生较大的热膨胀和热凸度，通常将初始辊型u₀(z)磨削为具有一定负凸度的抛物线或正弦曲线。

步骤5：在数控轧辊磨床中设定轧辊磨削的辊型参数，并对轧辊进行磨削。

实施例1：

对于轧辊下机后在空气中缓慢冷却一定时间再进行重磨情况，采用本方法确定轧辊带温磨削辊型。

通过在线计算机模型读入下机时刻的轧辊的温度场及各物性参数，如表1所示：

表1轧辊热物性参数

热传导率(W/m/K)	比热(J/kg/K)	密度(kg/m<sup>3</sup>)	线膨胀系数	泊松比
					35	590	7800	1.3×10<sup>-5</sup>	0.3

轧辊的半径为795.4mm，轧辊的几何尺寸如表2所示：

表2轧辊几何尺寸(单位：mm)

辊身直径	辊身长	辊肩直径	辊肩长	辊颈直径	辊颈长
						820	1780	670	210	510	860

室内温度为25℃，轧辊的空冷时间为6小时，轧辊为带温磨削。

依据本方法，此时轧辊温度场和轧辊辊身表面任一点z处的热膨胀量可由公式(1)～(7)采用现有的二维有限差分计算模块计算得到，如表3所示。

由公式△u_t(z)＝u_t(z)-u_t(e)计算轧辊表面各点对应的相对热膨胀量，如表3所示，其中边部代表点e取值25mm。

表3轧辊辊身表面点z处的热膨胀量和相对膨胀量单位(μm)

由公式△u_t(z)＝a₀+a₂z²+a₄z⁴拟合得到磨削辊形的温度补偿量：

△u_t(z)＝43.904-1.0×10^-4z²+5.0×10^-11z⁴ (11)

设定目标初始辊型为u₀(z)，根据该温度补偿量利用数控轧辊磨床对带温轧辊进行磨削。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。