四辊与六辊轧机的比较

比较四辊和六辊轧制技术在冷轧机上的应用

Dr.mont.Dipl.Ing.Gerhard Finstermann,冷轧部和带钢加工厂的首席经理；Dipl.Ing.Alois Seilinger,轧制技术的仿真的首席专家；Dipl.Ing.Gregor Nopp,冷轧部门经理；Dipl.Ing.Gerlinde Djumlija,澳大利亚，林茨，西门子奥钢联冶金技术冷

轧的部门经理

摘要：通过西门子奥钢联模拟冷轧过程，得出四辊轧制技术和六辊轧制技术在冷连轧应用上关键轧制参数的不同。这涉及到研究不同的轧机的性能。

本文全面讨论了Smart Crown 系统，在连轧控制下通过条形过渡区的平直度表现，轧机的刚度，厚度方面及边降控制对平直度的影响。

制造出平直度完美，厚度不变的板带是每一个轧制工作者的追求。这就要求轧制设备不仅能制造出在质量和尺寸精度方面满足市场需求的带钢，而且也要满足轧制工作者对产品的灵活和产品

组合的广泛性的要求。近年来，一些

新的冷连

轧生产线已经使用了可靠的四辊和

六辊轧制技术（图一）。然而，我们

并不知道到底是四辊轧机还是六辊

轧机能够满足市场对厚度公差和平

直度公差的进一步要求，甚至要求更

宽的产品组合。

板带的强度等级越高，冷轧就越

困难。新的连续冷连轧机应该能够轧制抗拉强度达1300MPa 的钢材，因为将来需要这些设备去轧制范围更加宽广的钢种并且很大一部分是先进的高强钢包括汽车用的多相特种钢和高硅钢片。同时板带的表面质量（对所有的产品尤其是用于汽车工业的产品是一个关键的特征）和保持板带的边降在允许的公差带范围内是至关重要的。边降对于晶粒取向的电工用钢尤为重要。

为了能够更好的比较四辊和六辊轧机的性能，采用了五台相同混合型轧机，其中一号和二号轧机采用六辊配置，三到五号轧机采用四辊配置，并且要求得到以下结果：厚度变化的范围，平直度的控制和边降控制的能力。 图 1

同时设置另外一组同样采用五台相同的混合型轧机，为了能够更好的反映边降控制能力，一到四号轧机采用六辊配置，五号轧机采用四辊配置其中工作辊为锥形。在所有试验用的轧机中，最后一台轧机采用四辊类型，目的是通过一个明确界定的辊形拓扑结构来得到最佳的带钢表面质量的适应性。

相反对于六辊轧机，因为由于通过的带钢的宽度没有变化，所造成的工作辊的磨损分布不变，所以能够更加精确的预估四辊轧机的换辊时间。因此最终产品的质量的比较和轧辊在轧机上工作的时间更加容易计算。结果就减少了非计划性的，非生产性的换辊，非常有利于生产计划。

技术分析

西门子奥钢联开发的轧机模型可以分析二辊、四辊、六辊轧机的力和位移。这个软件是在一系列轧机分析模型上基础上开发的。并且在有限元分析主轧辊的基础上进一步开发了运用外推法压下轧辊。通过改变功能和机械设计的相似性将分析结果运用到被分析的轧辊。除了其他参数，这个新增的功能就是能够非常精确的分析对冷轧分析至关重要的、作为辊叠挠度计算一部分的边降的程度。

一个重要的补充对于叠轧辊软件来说就是能够精确模拟工作辊和板带之间的关系、板带宽度上接触压力的分布及尤为重要的板带张力和轧制力之间的相互作用。通过功能可以得到在辊缝出口的板带平直度，这是非常有用的。

平直度的调整范围

大部分制造者希望每个轧机的辊形轮廓都是固定的。然而这就要求有强大的执行机构来确保在完整的生产过程中所需的平直度。如果辊缝和板带不能很好的匹配，那么就造成板带上应力分布不均，从而出现质量问

题。平直度不好，轧制过程中会出现横向漂移、屈曲甚至

板带撕裂；为了消除这些问题，只能降低轧制的速度，进

而降低了生产效率。

为了消除这些问题，将SmartCrown执行系统运用到四辊和六辊轧机的实验中。如图2描述的就是SmartCrown 的基本功能原理。通过轴向移动轧辊来改变辊缝轮廓。除了能够确保卸载轧辊的基本辊缝轮廓在要求的范围内变动外，这种特殊的SmartCrown 执行系统还能够实现有针

正弦形辊缝

正凸度

负凸度图2

余弦形辊缝

板带宽度：1300mm

4辊

6辊

工作辊弯曲

工作辊偏移

中间辊弯曲

中间辊偏移

图3

对性的四阶和六阶参数控制。无需通过其他平直度控制系统（弯辊系统或多区冷却系统），通过两个异形辊使辊缝轮廓处于最佳形状，就可以消除高阶平直度中如季扣这样的缺陷。对比于其他执行系统来说，适应的大幅提升对于瞬时运行来说是非常有效的例如快速轧制温度的变化过程，正在轧制过程中的板带尺寸的范围（即，极宽或极窄），板带的力的改变过程中或者结合尺寸的改变过程中如正在轧制成为产品的过程中。

为了减少支撑辊和邻近辊之间的负载差异，可以通过一个互补辊形来修正支撑辊。在四辊和六辊轧机中，有关二阶和四阶辊形曲线的平直度适应范围如图3所示。尽管四辊轧机的模拟辊形凸度的变化范围小于六辊轧机，但是在板带上实现的控制范围已经相当的大了。与SmartCrown 辊形的工作辊的效率相比，工作辊和中间辊相互挤压造成效率下降0050。

尽管这种不同可以通过扩大的凸度变化范围来弥补，但是很有必要通过六辊轧机的中间辊扩大转变行程。结果就是四辊和六辊系统能调整平直度适应范围都不是很理想。而对于实验中AHHS 级别的产品组合的平坦度适应范围来说，这两种轧机都能满足要求。

带钢焊接接口处的平坦度

在即将成为产品的过程中，由于板带尺寸和（或）强度的改变，平坦度执行机构设定的位置移动和弯辊力的值也可能改变。在这种情况下，多区冷却系统就不是那么重要了。平直度控制环也不能在这种情况下有效控制，因为平直度的实际测量受到广泛的应用。因此，可以通过弯辊的方式完成对板带接口处平直度的有效控制，即使四辊和六辊轧机的轧制速度和轧制力的功能是改变轧制速度。

不管怎样六辊轧机在这方面还是具有更多的优势，因为除了工作辊的弯曲，还能够利用中间辊的弯曲来扩大平直度的适应范围（如图3）。实际上，不过四辊轧机没有遇到过这样的问题，因为在板带轧制成功之前工作辊有充足的时间来移动，万一移动过程超过了板带接口的轧制过程，就会出现通过弯辊的调整的同时来使辊缝快速的适应各自的要求。

为了说明在这种状态下，模拟在固定偏移量为+77mm 下工作辊弯辊力从-454Kn 到+545 kN 的极端变化。以在下面条件下的两个连续板带（1号和2号）在连轧下连轧为基础进行迅速的转变：