随着用户对带钢板形（凸度和平坦度）质量要求越来越高，辊形设计与辊形配置技术是板形控制中最直接有效的技术之一，也一直是一个研究热点。CVC（Continuous Variable Crown）连续可变凸度辊形是1982年国外研制的一种控制板形的方法。目前，世界上已有超过150架各类轧机采用了CVC技术。但是，如何给CVC工作辊配置支承辊辊形是一个难题。为此，研究人员设计了一种可以与CVC工作辊最优配置的均压支承辊辊形，并在首钢迁钢2250mm热连轧机组得到了应用。
辊形配置不当致使事故频发
首钢迁钢2250mm热连轧机组于2006年底投产，是首钢的第一条薄板生产线。精轧机组6个机架四辊轧机的工作辊采用国外公司设计的CVC辊形，支承辊均为平辊。
为了解决2250mm热连轧机组支承辊剥落事故频发的问题，该公司在2008年推广应用了变接触（VCR）支承辊辊形，改善了工作辊与支承辊辊间接触压力分布，效果明显，粗轧机组轧辊剥落的问题得到了根治。VCR支承辊辊形的特点是可以消除工作辊与支承辊间的有害接触区，使得接触长度适应所轧制带钢宽度，改善辊间的压力分布，避免了压力集中。VCR支承辊辊形也推广到了精轧机组，对带钢横断面控制有明显效果。然而，在精轧机组下游机架，VCR支承辊辊形与CVC工作辊配置使用，支承辊的磨损辊形就没有了上游机架和粗轧机架VCR辊形的自保持特性，出现了非均匀磨损，中部呈现CVC的形状。平支承辊与CVC工作辊配置，无论哪一个机架都出现了非均匀磨损，而且呈现箱形，中部还具有CVC的形状。
与CVC工作辊配对使用时，平支承辊具有最差的磨损辊形，其次是下游机架的VCR支承辊。考虑到CVC工作辊的辊形存在非对称的形状特点，研究人员设计了CVC支承辊辊形，来试图解决与CVC工作辊配置支承辊的问题。CVC支承辊辊形CVCbr，与CVC工作辊辊形类似。2009年，CVC支承辊辊形投入了实际应用。下机后的磨损辊形与VCR支承辊辊形出现了相同的结果，在下游机架同样出现了非均匀磨损，而且也是在轧辊辊身的一半部分被磨得很平。
在CVC支承辊辊形应用的过程中，另外一个不利影响是在F5机架发生了多次工作辊边部剥落的轧辊失效事故。剥落位置分别发生在下辊传动侧和上辊操作侧，而且距离轧辊边部的距离范围均为400mm到500mm。发生轧辊剥落的位置恰巧是在支承辊CVC辊形与边部倒角结合后的尖点与工作辊接触的位置，在CVC曲线上扬的趋势段，与倒角方向相反，导致此过渡尖点。此尖点会导致辊间压力集中，最终产生轧辊疲劳剥落。
轧辊磨损对板形控制有很大的影响，轧辊非均匀磨损又与辊间接触压力分布相关。接触压力集中位置，在赫兹接触压力的作用下，轧辊容易出现微小疲劳裂纹，如果磨削时没有发现或者磨削不彻底，那么容易发生裂纹扩展，最终导致剥落事故发生。因此，找到更加合适的支承辊辊形与CVC工作辊辊形配置使用，避免上述问题，成了研究人员的主要工作内容。
结合CVC和VCR优点的均压支承辊辊形
为了解决上述轧辊非均匀磨损和剥落问题，研究人员将VCR支承辊辊形曲线与CVC支承辊辊形曲线进行线性叠加，进而生成一种新的辊形曲线。此辊形曲线具备了CVC和VCR两种曲线的优点，使得边部辊形过渡光滑，同时中部又具有CVC的形状，具有均匀辊间接触压力的功能，故取名为均压支承辊辊形。
研究人员采用有限元分析方法对所设计的均压支承辊辊形与CVC工作辊配置的辊系变形特性进行了分析，同时也与平支承辊、VCR和CVC支承辊辊形的结果进行了对比。
沿辊身方向的接触压力均匀分布对降低轧辊疲劳破坏有利，好的支承辊辊形可以做到这点。在带钢宽度为1750mm，弯辊力与工作辊横移分别为150t和150mm的工况条件下，4种支承辊与CVC工作辊配置的辊间接触压力分布计算结果显示：平支承辊和CVC支承辊辊形与CVC工作辊配置时，在轧辊的边部存在接触压力集中；而VCR支承辊辊形和新设计的均压支承辊辊形与CVC配置时，没有压力集中。从计算结果看，新设计的均压支承辊辊形与CVC配置使用，不存在辊间接触压力集中的问题，可以给辊系工作提供良好的工况条件。
采用平支承辊和CVC支承辊辊形时，在轧辊两端或者一端存在压力集中，超出所轧制带钢宽度范围，也就是说存在有害接触区，同样对带钢横断面控制不利。
4种辊形配置的承载辊缝计算结果显示，VCR和均压支承辊辊形可以显著提高承载辊缝横向刚度。
从上述分析结果看，所设计的均压支承辊辊形可以使得辊间接触压力分布均匀，可以避免轧辊疲劳破坏，同时还具有改善带钢板形质量的能力。
改善轧辊下机磨损辊形和带钢横断面形状质量
2010年，研究人员在首钢迁钢2250mm热连轧生产线的精轧机组上进行了此均压支承辊辊形的试验与推广应用工作。应用效果良好，F5机架的工作辊剥落问题得到了有效解决，可以作为CVC工作辊辊形配对使用的最优支承辊辊形，具体应用效果体现在轧辊下机磨损辊形和带钢横断面形状质量改善两个方面。
均压支承辊辊形在精轧机组应用，与CVC工作辊配置，下机后的磨损辊形结果表明：轧辊磨损均匀，磨损辊形与设计辊形类似，辊形自保持性良好。采用此辊形后，与上、下游机架的支承辊的磨损辊形一样，没有发生VCR和CVC支承辊在下游机架出现的非均匀磨损情况。这证明此均压支承辊辊形具有良好的CVC工作辊匹配效果，使得辊间接触压力均匀化。
研究人员对均压支承辊辊形应用前、后的带钢凸度控制结果进行了对比。应用均压支承辊辊形后，带钢在凸度数值上有20um的降低，而且凸度控制的稳定性得到加强。他们在2个轧制单位内各随机选出一卷带钢，对它们的厚度横断面轮廓进行了比较，结果显示，带钢的横断面轮廓改善幅度较大，凸度和边降都得到了降低。应用此均压支承辊辊形后，带钢横断面轮廓改善的效果要归功于此辊形具有高横向刚度的承载辊缝的特性。他们对2250mm热连轧生产线生产的供冷轧用热轧带钢的板形控制精度进行了统计，应用此均压支承辊辊形后，带钢凸度控制精度有10%的提高。
总而言之，均压支承辊辊形曲线是VCR和CVC支承辊辊形曲线的叠加，可以使得支承辊与工作辊接触长度随着所轧制带钢宽度改变，消除了边部有害接触区，同时又能使得辊身中部很好地与CVC工作辊配合，使得辊系具有高横向刚度特性。这不仅能解决轧辊因辊间接触压力集中导致的剥落问题，还可以提高带钢凸度控制精度和稳定性。此均压支承辊辊形具有很好的辊形自保持特性，磨损均匀，可以降低轧辊的磨削量，降低辊耗。
信息来源：《中国冶金报》