第４５卷第４期 有色金属加工 ＮＯＮＦＥＲＲＯＵＳ ＭＥ１＿ＡＬＳ ＰＲＯＣＥＳＳｌＮＧ Ｖ０１．４５ ＮＯ．４ Ａｕｇｕｓｔ ２０１６ ２０１６年８月 双辊倾斜式铝带铸轧机铸轧力的计算分析 欧阳向荣 （中色科技股份有限公司，河南洛阳４７１０３９） 摘要：结合铸轧生产相关文献资料和现场实测生产数据，推导出了适合生产实践的铸轧力计算公式，用此公式计算结 果指导设计和生产简便而且实用。 关键词：双辊倾斜式铝带铸轧机；铸轧变形区；铸轧力；预应力 中图分类号：ＴＧ２３３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１—６７９５（２ｏ１６）ｏ４－００５３—０２ 双辊倾斜式铝带铸轧机广泛应用于铝加工企业。 系，实际生产中将预应力给值偏大，或生产软硬合金 预应力不变，均会增加能耗，并缩短相关零件寿命。 本文结合生产实测数据，对现有资料中介绍的计 算公式进行优化，并应用平行平板间的压缩过程代替 铸轧过程，推导出了较实用的铸轧力计算公式，希望 铝带材铸轧生产中，铸轧力是个重要参数，其值的大 小与铝合金的屈服极限、铸轧温度、铸轧变形区长度、 铸轧辊直径、生产铝带的带宽带厚等因素有关。由于 铸轧是铝液在逐渐进人轧辊由液态结晶冷凝为固态， 并经轧辊施以一定压力的轧制过程，各个影响因素也 是不断变化的，因此虽然有关铸轧力的计算公式较 多，但并没有一个较精确简便适用于工程应用的解析 计算公式。 铸轧机是预应力轧机，轧制前通过加载预应力消 能够在实践中指导设计人员或生产厂家选择合理的 生产参数。 １生产中实测数据 为得到需要的现场生产数据，在我公司供货的某 １８５０ｒｎｍ铸轧机现场，主要跟踪记录了１０７０纯铝和 除轧辊轴承座、轧辊轴承和牌坊之间的间隙，减少轧 辊冲击。预应力大小的选取与铸轧力大小有直接关 ３００３铝合金的生产数据，见表１。 表１ 现场记录铸轧生产数据 Ｔａｂ．１ Ａｃｔｕａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｄａｔａ ｄｕｒｉｎｇ ｃａｓｔｉｎｇ—ｒｏｌｌｉｎｇ ２ 铸轧变形区长度计算 铸轧生产中，高温铝液由铸嘴进入不断旋转的轧 辊中，不同于铸锭式热轧机，铸轧轧辊不仅承担着结 式中，Ｒ为铸轧辊半径’ｍｍ；△ｈ为绝对压下量＇ｍｍ。 ３铸轧力计算 ３．１初步计算铸轧力Ｆ 晶器作用冷却铝液，同时还承担轧制变形作用。铸轧 区包括液相区、结晶区和固相变形区。铸轧力主要是 由文献［１］可知，铸轧的预应力是铸轧力的２—３ 倍，那么，根据表１中实测数据，１０７０纯铝的铸轧力为 ３３６７—５０５０ｋＮ，３００３铝合金的铸轧力为４６００— 在固相变形区产生，因此，得到铸轧变形区长度是计 算前提。变形区通过测量取得数据很困难，这里采用 公式计算，由文献［１］可知，变形区长度￡＝√Ｒ△ ； 收稿日期：２０１６—０４—０５ ６９００ｋＮ。这种方法只适用于初步计算，且需要现场实 测预应力数值，计算数值范围太大且应用性不强。 作者简介：欧阳向荣（１９７０一），女，高级工程师，主要从事有色冶金设备设计工作。 有色金属Ｊｊｕ＇ｒ 第４５卷 ３．２ 已知铸轧平均压力计算铸轧力 化简上式，得： ｄ Ｏｒ 一 由文献［１］得到铸轧的轧制平均单位压力，１０７０ 纯铝约为４７ＭＰａ，３００３约铝合金为６２ ＭＰａ，铸轧力计 算公式，Ｆ＝ ；式中， 为轧制平均单位压力， ２ （２） 式中，下为铝带与铸轧辊之间的摩擦应力，ＭＰａ；ｈ 为轧件的平均厚度，ｍｍ。 ＭＰａ；Ｌ为轧制变形区长度，ｍｍ；Ｂ为带材宽度，ｍｍ。 由此可得，１０７０纯铝铸轧力约为３４６３ｋＮ，３００３铝合金 铸轧力约为４８１９ｋＮ。用此方法计算的铸轧力较准确， 但需要知道每种合金的轧制平均单位压力。 ３．３理论推导铸轧力公式 根据文献［１］， ： Ｋ （３） （４） 由于轧辊直径相对于铸轧变形区大得多，参考文 献［１］，假设用平行平板间的压缩过程代替轧制过程， 并假设铸轧辊面与轧件之间的压力沿轧制方向均匀 分布，如图１所示。 式中， 为铝带屈服极限，ＭＰａ。 将式（３）代入（２），得： ｄ ：一 ｘ ｈ （５）‘ 根据文献［１］，采用精确平面塑性条件： （ｐ一 ） ＋４ ：ｇ２ 所以，Ｐ—Ｏｒ ＝０ （６） （７） 将式（７）代人（５）并积分，得： ＝一 （８） 由于Ｘ＝ｆ时，Ｐ＝０，得： ｐ＝Ｋ 一Ｘ （９） 总铸轧力为： 图１ 铸轧变形区内微元体受力示意图 Ｆｉｇ．１ Ｆｏｒｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｍｉｃｒｏｕｎｉｔ ｉｎ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｐ＝２ＢＩｐｄ Ｊ（１０） Ｏ ｚｏｎｅ ｄｕｒｉｎｇ ｃａｓｔｉｎｇ—ｒｏｌｌｉｎｇ 将式（９）代人（１０），得： Ｐ＝ＫＢ １２／ｈ （１１） 由Ｘ方向受力平衡条件∑Ｆ ＝０，得： ‘式中，ｚ为铸轧变形区长度一半，ｍｍ。 由式（１１）计算的铸轧力见表２。 ｈ一【２ ・ｄ ＋（Ｏｒ ＋ｄ Ｏｒ ）・ ］＝０ （１） 表２ Ｔａｂ．２ 从表２计算结果可以看出，计算出的铸轧平均单 位压力与文献［１］中很接近，求出的铸轧力也在上面 缸选型、预应力大小、轧辊轴承寿命、牌坊截面等计 算。同时也可帮助现场操作人员根据合金品种不同 初步计算的铸轧力范围之中，说明利用式（１１）计算铸 轧力既符合相关文献，又符合现场实测的相关数据， 且此公式计算实用方便，完全可应用到工程计算中。 选择合理的预应力，从而提高生产产品精度、降低能 耗、提高相关零部件的使用寿命。 参考文献 ［１］板带铸轧理论与技术［Ｍ］．冶金工业出版社， ［２］铝合金连续铸轧和连铸连轧技术［Ｍ］．冶金工业出版社， ４ 结语 铸轧力的大小是铸轧机重要参数，设计人员可据 此进行相关参数的计算，如主电机力能参数、压上油 （下转第５９页） 第４期 有色金属加工 ５９ 速波动、零位偏差和单独的控制增益修改，影响到液 压缸位置的变化； （２）窜辊控制 制过程中，精轧机出口安装的板型仪表将测量的数据 实时反馈到一级自动化控制系统，一级自动化控制系 统计算并提供实时弯曲控制参数对每个机架进行轧 通过液压伺服控制和一系列液压缸执行机构的 制力偏差调整，实现各个机架间的纠正，并在轧制过 数字闭环调节来进行窜辊控制。其基本功能包括操 程中予以校准。 作员手动控制、预设定并协调来自相关设备自动产生 的参数。窜辊控制电一液压阀控制相应机架上轴向 ３ 结束语 安装的液压缸，缸的运动可以带动上、下辊以轧制中 随着铝板带产品的应用越来越广，产量越来越 心线为参考做水平串动。通过对液压回路中的电一 大，客户对于产品质量的要求也越来越高，这就对自 液压阀控制，可以实现大范围的位置控制。由于轧棍 动化控制系统提出了更高的要求。控制精度的提高 的串动可能与其它辊接触，所以轧辊在串动中必须转 依赖于安装的测量传感器及设备（如液压位置传感 动。轧辊位置串动量依靠辊缝轧制力和轧辊速度计 器、测压头和测厚仪等）测量精度，以及控制系统执行 算得出； 速度及网络通讯速度。同时，在日常设备维护保养 （３）自动板型控制 中，还要经常校准各类测量传感器，及时修正补偿值， 通过调节机架轧辊弯曲以达到目标板型。在轧 充分发挥出设备性能。 Ｌｅｖｅｌ １ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ“１＋５＂Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｈｏｔ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｒｏｌｌｉｎｇ ＣＨＥＮ Ｒｅｎｚｈｉ （Ｎａｎｓｈａｎ Ｌｉｇｈｔ Ａｌ！ｏｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，ＬｏｎｓｋＯＨ ２６５７０６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ Ｐａｌｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｎｄ ｍａｉｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｌｅｖｅｌ １ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｓｔｒｉｐ ｈｏｔ ｒｏｌｌｉｎｇ ｍｉｌｌ，ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｍｐｌ￣ａｓｉｓ ｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ａｓ ＡＧＣ，ｒｏｌｌ ｓｈｉｆｔｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｓｈａｐｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ ｆｉｎｉｓｈ ｒｏｌｌｉｎｇ ｗｈｉｃｈ ｈａｄ ｇｒｅａｔｅｒ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｆｉｎａｌ ｐｒｏｄｕｃｔ ｑｕａｌｉｔｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｕｍａｎ ｍａｃｈｉｎｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ；ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｓ；ｒｏｌｌ ｓｈｉｆｔｉｎｇ；ｓｈａｐｅ （上接第５４页） Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃａｓｔｉｎｇ・Ｒｏｌｌｉｎｇ Ｆｏｒｃｅ ｏｆ Ｔｉｌｔｉｎｇ Ｔｗｉｎ－Ｒｏｌｌ Ｓｔｒｉｐ Ｃａｓｔｅｒ ＯＵＹＡＮＧ Ｘｉａｎｇｒｏｎｇ （Ｃｈｉｎａ Ｎｏｎｆｅｒｒｏｕｓ Ｍｅｔａｌｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｌｕｏｙａｎｇ ４７１０３９，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｔｈｅ ｄｅｒｉｖａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｒｍｕｌａ ｔｏ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｃａｓｔｉｎｇ－ｒｏｉｌｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ｉｎ ａｃｔｕａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｂｙ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｒｅｌａｔｅｄ ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ ｗｉｔｈ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｄａｔａ ｏｎ ｓｉｔｅ；ｉｔ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ ｔｈａｔ ｉｔ ｗａｓ ｓｉｍｐｌｅ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃａｂｌｅ ｔｏ ｇｕｉｄｅ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｆｒＯｍ ｔｈｅ ｆｏｒｍｕｌａ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｉｌｔｉｎｇ ｔｗｉｎ—ｒｏｌｌ ｓｔｒｉｐ ｃａｓｔｅｒ；ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｚｏｎｅ ｄｕｒｉｎｇ ｃａｓｔｉｎｇ—ｒｏｌｌｉｎｇ；ｃａｓｔｉｎｇ－ｒｏｌｌｉｎｇ ｆｏｒｃｅ；ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｉｎｇ ｆｏｒｃｅ
