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武钢2250mm热连轧机组是国内首条“超宽”热轧中薄板生产线,7架精轧机全部采用CVC机型,其技术和装备处于国际先进水平,在板带热连轧领域树立了一个新的标杆。板形问题是带钢生产中的核心问题,影响板形的因素很多,除机型、辊形、工艺和控制模型四个基本因素外,轧件的塑性变形、轧辊的弹性变形、断裂剥落失效以及局部磨损等力学行为对轧制过程以及带钢的板形质量同样具有重要影响。本文对这些力学问题的计算模型进行了研究,并结合武钢2250mm热连轧机,从理论和实践两个方面进行了深入细致的分析,主要在以下几方面取得了创造性的研究成果:
(1)建立了轧辊与轧件一体化的有限元模型,很好地解决了轧辊的弹性变形与轧件塑性变形同时高效求解问题,为轧辊变形,工作辊与支持辊、工作辊与轧件的接触,辊形及弯辊等对板形的作用、轧辊应力等问题的研究提供了有效的分析手段;
(2)针对2250mm热连轧机的工艺条件,对轧辊之间及轧辊与轧件之间的接触状况进行了分析,发现了轧制力和摩擦力的分布特点,为轧件截面形状变化、轧件边部增厚、轧辊边部磨损分析提供了理论依据;
(3)从轧辊接触应力分析入手,结合机械应力和热应力分析,对热轧机中常见的轧辊裂纹、剥落等严重影响生产的轧辊失效问题进行了研究,确定了轧辊内应力的分布规律,为轧辊失效的判定提供了具体方法;
(4)根据工作辊与轧件间的接触状态分析,建立了基于轧制压力和摩擦力分布的工作辊磨损模型,通过局部磨损不均匀系数等参数,很好地表达了2250mm轧机工作辊的“猫耳”状磨损模式。研究了辊缝润滑对降低轧辊不均匀磨损的作用以及以高速钢轧辊为代表的低磨损工作辊在提高板形质量中的作用。提出了横向不均匀润滑轧制理论,为从根本上改善轧辊的不均匀磨损问题提供了理论依据。