电磁调控轧辊的热力胀形行为及高效控制方法

doi:10.12068/j.issn.1005-3026.2024.05.007

摘要/Abstract

摘要：

为研究辊形电磁调控技术（roll profile electromagnetic control technology，RPECT）的热力胀形行为，采用有限元方法分析了不同电流密度及频率下综合辊凸度、热力贡献辊凸度以及力凸度占比等随接触区热量的变化规律，探究了接触区热量与热力胀形能力的映射关系及其成立条件.结果表明，在接触区热量的中低取值范围内，同一接触区热量所对应的热力调控能力不会受磁参数影响，故提出将接触区热量作为输入参数与调控能力之间桥梁的RPECT高效控制策略.该策略通过提升磁参数来快速达到接触区的目标温升效果，进而获取目标调控能力.以20 μm的辊缝凸度需求为例，经原始与高效控制策略间的对比发现，新策略的调控时间可有效地缩短至原调控时间的19.57%.

关键词: 辊形电磁调控技术, 热力胀形行为, 接触区热量, 调控能力, 高效控制策略

Abstract:

To study the thermal‐force bulging behavior of roll profile electromagnetic control technology （RPECT）， the variation laws of the comprehensive roll crown， the thermal‐force contribution roll crown and the ratio of the force crown with the heat of contact zone under different current densities and frequencies were analyzed by finite element method， and the mapping relationship and establishment condition between the heat of contact zone and the thermal‐force bulging ability were explored.The results show that， within the range of the middle and low values of the heat of contact zone， the thermal‐force control ability corresponding to the same value of the heat of contact zone cannot be affected by the magnetic parameters.Therefore， an efficient control strategy of RPECT can be proposed， which takes the heat of contact zone as the bridge value between the input parameter and the control ability.The strategy can quickly achieve the target temperature rise effect of the contact zone by increasing the magnetic parameters， and then obtain the target control ability.Taking the roll gap crown requirement of 20 μm as an example， the comparison between the original and the efficient control strategy shows that the control time of the new strategy can be effectively shortened to 19.57% of the original control time.

Key words: roll profile electromagnetic control technology, thermal‐force bulging behavior, heat of the contact zone, control ability, efficient control strategy

中图分类号:

TG 156

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图/表 13

图1 RPECT的技术原理图（a）—电磁调控元件示意图；（b）—热源生成原理；（c）—辊形构成.

Fig.1 Technical principle schematic of RPECT

图2 辊形电磁调控仿真模型及其局部细化

Fig.2 Simulation model of roll profile electromagnetic control and local refinement

表1 辊形电磁调控模型参数

Table 1 Model parameters of roll profile electromagnetic control

参数	取值	参数	取值
轧辊直径/mm	270	辊身长度/mm	300
轧辊内孔直径/mm	100	ES接触区直径/mm	100
ES接触区长度/mm	100	ES感应直径/mm	50
ES感应区长度/mm	50	ES边部区直径/mm	98
初始温度/℃	26	IC断面面积/mm²	169
电流密度/（A·mm^-2）	3~6	电流密度基础值/（A·mm^-2）	5
电流频率/Hz	50~800	电流频率基础值/Hz	400

图3 辊形电磁调控实验平台

Fig.3 Roll profile electromagnetic control experiment platform

图4 模型验证结果

Fig.4 Results of model verification

图5 不同电磁参数下Qc及C的变化情况（a）—电流密度变动；（b）—电流频率变动.

Fig.5 Variation of Qc and C under differentelectromagnetic parameters

图6 不同电磁参数下热力胀形能力随Qc变化情况（a）—电流密度变动；（b）—电流频率变动.

Fig.6 Variation of thermal?force bulging abilitywith changing Qc under differentelectromagnetic parameters

图7 不同电流密度和电流频率下ηf随Qc变化情况（a）—电流密度变动；（b）—电流频率变动.

Fig.7 Variation of ηf with changing Qc under differentcurrent densities or frequencies

图8 接触区热量为100 kJ时不同工况的电磁棒温度分布（a）—3 A·mm-2（480 s）；（b）—4 A·mm-2（186 s）；（c）—5 A·mm-2（100 s）；（d）—6 A·mm-2（66 s）.

Fig.8 Temperature distribution of ES under different working conditions when the heat of the contact zone is 100 kJ

图9 接触区热量300 kJ时不同电流密度工况的电磁棒及轧辊温度分布（a）—电磁棒温度场5 A·mm-2（480 s）；（b）—电磁棒温度场6 A·mm-2（250 s）；（c）—轧辊温度场5 A·mm-2（480 s）；（d）—轧辊温度场6 A·mm-2（250 s）.

Fig.9 Temperature distribution of ES and ECR under different current density when the heat of the contact zone is 300 kJ

图10 凸度目标为10 μm的RPECT热力胀形控制策略

Fig.10 Thermal‐force bulging control strategy of RPECT when the target value of roll crown is 10 μm

图11 原始控制策略与高效控制策略的热力胀形能力（a）—综合胀形能力；（b）—热力贡献凸度.

Fig.11 Thermal-force bulging ability of the original and efficient control strategies

图12 原始控制策略与高效控制策略的电磁棒及轧辊温度分布（a）—原始控制策略的电磁棒温度场；（b）—高效控制策略的电磁棒温度场；（c）—原始控制策略的电磁调控轧辊温度场；（d）—高效控制策略的电磁调控轧辊温度场.

Fig.12 Temperature distribution of ES and ECR of the original and efficient control strategies

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