[科普中国]-辊缝控制

辊缝控制是冷轧板带加工的核心控制技术之一，近年来随着科学技术的不断进步，先进的辊缝控制技术不断涌现，并日臻完善，辊缝控制技术的发展，促进了冷轧板带工业的装备进步和产业升级，生产效率和效益大幅提升。

概念辊缝直观来说是指板带材的翘曲度，其实质是板带材内部残余应力的分布。只要板带材内部存在残余应力，即为辊缝不良。如残余应力不足以引起板带翘曲，称为“潜在”的辊缝不良；如残余应力引起板带失稳，产生翘曲，则称为“表观”的辊缝不良。1

表示方法辊缝的表示方法有相对长度差表示法、波形表示法、张力差表示法和厚度相对变化量表示法等多种方式。其中前两种方法在生产控制过程中较为常用。1

缺陷分析常见的辊缝缺陷有边部波浪、中间波浪、单边波浪、二肋波浪和复合波浪等多种形式，主要是由于轧制过程中带材各部分延伸不均，产生了内部的应力所引起的。

为了得到高质量的轧制带材，必须随时调整轧辊的辊缝去适合来料的板凸度，并补偿各种因素对辊缝的影响。对于不同宽度、厚度、合金的带材只有一种最佳的凸度，轧辊才能产生理想的目标辊缝。因此，辊缝控制的实质就是对承载辊缝的控制，与厚度控制只需控制辊缝中点处的开口精度不同，辊缝控制必须对轧件宽度跨距内的全辊缝形状进行控制。1

主要因素影响辊缝的主要因素有以下几个方面∶

（1）轧制力的变化；

（2）来料板凸度的变化；

（3）原始轧辊的凸度；

（4）板宽度；

（5）张力；

（6）轧辊接触状态；

（7）轧辊热凸度的变化。1

先进技术改善和提高辊缝控制水平，需要从两个方面入手，一是从设备配置方面，如采用先进的辊缝控制手段，增加轧机刚度等；二是从工艺配置方面，包括轧辊原始凸度的给定、变形量与道次分配等。

常规的辊缝控制手段主要有弯辊控制技术、倾辊控制技术和分段冷却控制技术等。近年来，一些特殊的控制技术，如抽辊技术（HC轧机和UC系列轧机）、涨辊技术（VC轧机和IC轧机）、轧制力分布控制技术（DSR动态辊缝辊）和轧辊边部热喷淋技术等先进的辊缝控制技术，得到日益广泛的应用。在此，分别就其中几种典型技术作以简单介绍。2

抽辊技术抽辊技术，又称HC轧机轧辊横移辊缝控制系统。HC轧机是20世纪70年代日本日立公司和新日铁钢铁公司联合研制的新式6辊轧机。HC（HighCrown）即高性能轧辊凸度。该轧机是在普通4辊轧机的基础上，在支撑辊和工作辊之间安装一对可轴向移动的中间辊，中间辊的轴向移动方向相反。

通过对普通4辊轧机轧辊挠曲的分析，工作辊与支撑辊之间超出轧件宽度区域的有害接触区，导致了轧辊的过度挠曲。这种挠曲不仅取决于轧制力的大小，而且取决于轧件宽度。另一方面，在工作辊上施加弯辊力时，轧辊的挠曲会在超出轧件宽度部分受到支撑辊的约束。HC轧机是通过中间辊的横移，消除了支撑辊与工作辊之间的有害接触区，提高了轧制的辊缝控制能力，可适用于任何宽度带材的轧制。HC轧机目前已发展出多种形式，如中间辊传动的HCM6辊轧机；中间辊和工作辊均能窜动的HCMW6辊轧机；中间辊带辊型曲线的HC--CVC轧机；及HCW、UCM、UVMW、MB、UC2~UC4等多种改进型轧机。

优点：辊缝控制能力强，不需要太大的弯辊力即可较好的调整辊缝；可消除支撑辊与工作辊边部的有害接触部分，减轻边部减簿和裂变倾向；由于工作辊径较小（比普通4辊轧机小30%左右），可加大压下量，实现大压下量轧制，并减少能耗；*采用标准无凸度辊，就能满足各种宽度带材的轧制，减少了轧辊的备件。

从20世纪70年代以来，世界各国已建HC轧机200多架，直到至今仍是一种较流行的机种。2

CVC辊辊缝控制CVC辊辊缝控制技术是德国西马克-德马格公司于1980年开发的。CVC（CoutinuouslyVariableCrown）的原意是连续可变凸度。经过20多年的发展与完善，CVC轧机已发展出很多种机型，广泛应用于冷轧板带生产中。先进的控制策略和控制手段相结合，使CVC技术成为目前世界上最先进的轧制技术之一。它的控制原理很简单，就是将上、下轧辊辊身磨削成相同的S形CVC曲线，上、下辊的位置倒置180度，当曲线的初始相位为零时，形成等距的S形平行辊缝，通过轧辊窜动机构，使上、下CVC轧辊相对同步窜动，就可在辊缝处产生连续变化的正、负凸度轮廓，从而适应工艺对轧辊在不同条件下，能迅速、连续、任意改变辊缝凸度的要求。

UPC轧机是德国MDS研制的万能辊缝控制轧机，是继HC、CVC技术之后又一种可改善辊缝的轧辊横移式轧机。其原理是将普通4辊轧机的工作辊磨成雪茄型，大、小头相反布置，构成一个不同凸度的辊缝。

UPC轧机投产的数量不及HC轧机和CVC轧机，最早使用UPC技术的是德国克虏伯1250轧机和芬兰2000轧机。2

涨辊技术涨辊技术，又称VC辊缝可变凸度支撑辊辊缝控制技术。VC（VariableCrown）原意为在线可变凸度支撑辊，是由日本住友金属公司于1977年开发成功的，轧机的轧辊为辊套型轧辊，主要由芯轴、辊套、密封油腔、油路、旋转连接器和高压泵站等部分组成。

VC辊控制辊缝的原理较简单，辊套和芯轴之间设有密封油腔，通过改变油腔内的压力，即使支撑辊改变辊形（轧辊凸度）油腔压力与直径胀大在一定范围内呈线性关系，且可做无级调节，因此，可以参与到闭环辊缝控制系统中。

优点：

减少支撑辊的换辊次数，避免贮存多个不同辊型的轧辊；*可补偿轧辊磨损及热辊形；在带材轧制加、减速阶段，可有效补偿因轧制速度的变化引起的轧制力波动和轧辊凸度变化；在线改造方便，仅需用VC辊代替原有支撑辊即可。

局限性：

VC辊制造较困难；高压旋转接头及油腔密封维护困难；调整轧辊凸度的幅度较小。3

轧制力分布控制技术轧制力分布控制技术，又称DSR动态辊缝辊高精度辊缝控制。DSR动态辊缝辊高精度辊缝控制（即轧制力分布控制）技术，是由法国VAIClecim公司于20世纪90年代推出的，主要由静止辊芯、旋转辊套、7个柱塞式液压缸、推力垫及电液伺服阀等部分组成。

DSR动态辊缝辊多用于四辊轧机的支撑辊，可成对使用，也可单独使用。其工作原理∶根据辊缝仪测量计算出的实际曲线与目标辊缝曲线比较，得到一组偏差，通过7个单独调控的液压压下缸，沿整个带宽经旋转辊套给板带分布相应的轧制力，来进行高精度的辊缝（平直度）控制。

DSR动态辊缝辊高精度辊缝控制具有突出的优点，是高精度辊缝控制执行器的一次历史性飞跃。主要表现在∶能消除对称性和非对称性的辊缝缺陷；辊缝控制不影响厚度控制；能动态高精度控制辊缝。充分发挥DSR方式高精度辊缝控制能力的关键，在于辊缝仪系统的测量精度、计算精度以及偏差转换为伺服阀调控信号的精度。一般辊缝仪应达到1I单位的测量精度。

DSR虽有突出的优点，但其结构相对复杂，检修和维护难度大，且价格昂贵，因此目前尚未大范围普及。3

本词条内容贡献者为:

尹维龙 - 副教授 - 哈尔滨工业大学