UCM轧机工作辊辊形设计及应用

张建雷¹，陈卫²，陆佳栋¹，岳重祥¹

(1. 江苏沙钢集团有限公司江苏省沙钢钢铁研究院有限公司， 江苏 张家港 215600；2. 江苏沙钢集团有限公司张家港扬子江冷轧板有限公司， 江苏 张家港 215600)

摘要：UCM轧机采用传统倒角工作辊生产硅钢时，易出现带钢边部拉紧断带问题，影响生产节奏。为解决该问题，自主设计EDC防断带工作辊辊形，通过反圆弧设计减小边部倒角变化率，均匀化带钢边部应力，保证轧机边降控制水平不降低前提下提高生产稳定性。EDC工作辊辊形曲线呈两侧对称分布，单侧包括中间平辊段、防断带控制段和跑偏控制段。由于UCM轧机不具备工作辊窜辊功能，根据产品宽度分布规律划分多个宽度区间，设计多套辊形适应不同宽度区间的轧制。采用数值模拟技术建立带钢轧制三维弹塑性有限元模型，模拟分析了传统倒角工作辊与EDC工作辊辊形的带钢边部应力情况及边降控制效果，结果表明，EDC工作辊辊形对应带钢边部应力明显减小。在相同弯辊力条件下，EDC工作辊辊形对边降改善效果更为明显，在不施加弯辊力情况下，传统倒角工作辊对应带钢边降量为15 μm，EDC工作辊辊形对应带钢边降量为8 μm，边降控制效果优于传统倒角工作辊。辊形参数编写到Python软件实现曲线参数高效自动化求解，能够根据现场辊形使用情况及产品边降需求调整辊形参数大小，具有一定灵活性。将EDC工作辊辊形曲线应用于某1 420UCM酸连轧机组调试，现场板形正常，生产稳定，同板差不超过7 μm达标率由单圆弧辊形32%提升至56%，增幅达到75%，效果提升显著。同时，机组断带率由0.1%控制到0.02%以下。

关键词：UCM轧机；辊形优化；曲线设计；Python计算；数值模拟；现场应用

1 引言

冷轧无取向硅钢又称为电工钢，是家电、电力、军工等领域广泛应用的软磁材料，主要用于制作电动机、发电机、变压器等设备定转子铁芯。硅钢横向同板差是衡量硅钢产品的一个重要性能指标，其直接影响了电机叠片系数及整机性能。近年来，随着终端用户对电机性能要求不断提高，对冷轧硅钢横向同板差提出了更高的要求。硅钢边降作为影响硅钢横向同板差的重要因素，指带钢在轧制过程中边部厚度减薄量，主要由轧辊弹性压扁在带钢边部存在过渡区域引起。

如何提升硅钢边降控制水平是硅钢轧制的一个重要研究课题。带钢断面形状由轧机承载辊缝形状决定，而工作辊原始辊形作为影响轧机承载辊缝形状的一个重要因素，工作辊辊形优化对减小硅钢边降起到显著作用。针对六辊UCM冷轧机，目前业内常用的辊形优化手段是对工作辊边部进行倒角设计，通过减小轧辊边部弹性压扁量，实现控制硅钢边部减薄的目的。胡柯等针对UCM可逆式冷轧机断面形状控制问题，提出一种辊形精细优化方法，同时配合板形目标平直度调整方案，显著改善了硅钢横向同板差水平；董志奎等建立辊间接触应力和板形计算模型，通过目标函数最优化方法设计轧辊辊形曲线，保证轧辊均匀磨损的同时提高了弯辊力对板形的控制效果；令狐克志等基于三维弹塑性有限元建立了六辊CVC辊系模型，详细分析了不同板形调控手段对带钢二次凸度、四次凸度影响规律，并配合辊形优化成功消除了带钢边中复合浪。

工作辊采用传统边部倒角设计，虽然可以控制带钢边降，但由于边部倒角变化率增加，带钢紧边程度越来越严重，易造成带钢边裂或断带事故。因此，有必要设计一套既能减小带钢边降又能避免断带的工作辊辊形。

2 精选图表

3 结论

(1)针对六辊UCM轧机采用传统倒角工作辊生产带来的带钢边部拉紧断带问题，自主设计了一套EDC防断带辊形，通过第二段反圆弧设计减小边部倒角变化率，均匀化带钢边部应力，在保证轧机边降控制能力的同时降低了断带风险。并将辊形参数编入Python软件，实现了EDC工作辊辊形曲线高效自动化求解。

(2)在仿真模拟环境下建立辊系-轧件三维弹塑性有限元模型，对比分析了传统倒角工作辊和EDC工作辊辊形在不同工作辊弯辊力条件下的边降调控效果。模拟数据表明，相同条件下，EDC工作辊辊形对带钢边降改善效果更为显著。

(3)将EDC-1 230辊形应用于某1 420 mm酸连轧机组，现场调试数据表明，同板差不超过7 μm比例由32%提升至56%，增幅达到75%。EDC辊形全面投用后，机组断带率由0.1%减小至0.02%以下。EDC工作辊辊形技术具有较强的轧机边降控制能力，断带风险低、生产稳定，对硅钢高精度断面控制具有重要意义。