板帶軋制理論

1、板帶軋制理論(lln)及技術共七十一頁教材(jioci)：主要(zhyo)參考書：金屬塑性加工學軋制理論與工藝（第二版） 王廷溥，齊克敏主編，20021，高精度軋制技術，黃慶學 梁愛生著，冶金工業(yè)出版社，2002。 2，高精度板帶材軋制理論與實踐，美V.B金茲伯格著， 姜明東 王國棟等譯，冶金工業(yè)出版社，2000 3，帶鋼熱連軋的模型與控制，孫一康著，冶金工業(yè)出版社，20024，帶鋼冷連軋計算機控制，孫一康著，冶金工業(yè)出版社，20025，金屬塑性加工學-軋制理論與工藝（第二板）， 冶金工業(yè)出版社，2001 6， 共七十一頁學習(xux)目的：了解(lioji)及掌握高精度軋制技術基礎理論知識。

2、了解當前國內外現(xiàn)代軋制技術的（現(xiàn)狀、特點、發(fā)展） 新工藝、新技術、新發(fā)展共七十一頁學習(xux)要求： 了解該學科(xuk)的核心、科學前沿、發(fā)展動態(tài)。 如: 閱讀國內核心刊物-鋼鐵、軋鋼、 金屬學報、特殊鋼等； 國外刊物- Iron and Steel Engineer The Iron and Steel Institute ISIJ International等。 共七十一頁方法(fngf)： 從基本理論掌握入手，理論聯(lián)系實際，學會分析及解決實際問題(wnt)的方法和能力。共七十一頁第二講 厚度控制(kngzh)原理及技術 厚度是板帶鋼最主要尺寸質量指標之一，厚度自控是現(xiàn)代板帶生產中不可

3、缺少的重要組成部分。 高精度指厚度h 縱向的精確度-主要取決于有載輥縫的大小 橫向的精確度-主要取決于有載輥縫的形狀 研究其：影響因素、變化規(guī)律、控制措施 共七十一頁1 Ph 圖的建立1.1 彈性曲線 表示軋機(zh j)彈性變形與軋制力間關系曲線建立方法-實測分 軋板法改變輥縫S法、固定輥縫S法； 壓靠法人工零位法；共七十一頁 軋機剛度系數(shù) Ktg=P/f kg/mm K物理意義：當軋機產生單位彈性變形(bin xng)時所需施加的負載量。1）典型(dinxng)圖示：S0： 原始空載輥縫 f：軋機彈性變形量HhPP f P S0h f gklS0f P 共七十一頁對應彈跳方程： P0：預壓

4、靠力 S0 ：原始(yunsh)空載輥縫 S0 ：考慮預壓變形時的(相當)空載輥縫S ：壓力為0時輥縫指示器讀數(shù) 2）考慮預壓變形(bin xng)時彈性曲線 l P S S0 S 人工零位 S0 S0 hf=(P- P0)/k h（f） g k l k 0 P0 壓縮 拉伸 f f gkl與0kl對稱gf 0f=S 0f= S0+ S S0 HhP= P0輥縫指示器0 xxx共七十一頁1.2 塑性(sxng)曲線當 B、H、R、.均一定(ydng)時,可認為P隨h而變 定義：件塑性剛度系數(shù) h3 h1 h2 H (H)hhi Pi P 共七十一頁1.3 彈塑性(sxng)曲線（PH圖）為了討

5、論方便，彈、塑性曲線(qxin)均用直線代替： 1）不考慮預壓變形時PH圖PP0S0H (H)h h 對應彈跳方程基本形式： S0：將曲線以直線取代時的（假定）空載輥縫K：軋機剛度系數(shù)共七十一頁 可較直觀地分析H、h、P以及S0等參數(shù)關系，是彈跳方程和塑性方程聯(lián) 解的一種圖解形式； 直觀地反映(fnyng)了軋制條件和軋機剛度對h的影響，并能對軋機操作調整進 行分析，是厚控的基礎。 S0 (P- P0)/kH (H)hh P P0 0 P C等厚線彈跳方程： h：出口厚度 S0 ：考慮預壓變形時的(相當)空載輥縫P0：預壓靠力 P：軋制壓力K：軋機剛度系數(shù)2）考慮(kol)預壓變形時PH圖共七

6、十一頁2 厚度變化(binhu)原因及特點（規(guī)律）2.1 厚度差（h）類型： 1）頭部厚度偏差： 主要原因：空載輥縫設置不當(b dn)； 來料參數(shù)時未能及時調整S0 ；件厚 設定值 件長 1231232）同板厚差（縱向厚差）： 主要原因：是P使輥縫S0不變的情況下h 共七十一頁2.2 厚度變化(binhu)主要原因及特點 1）影響K的因素 K：當軋機產生單位彈性變形時所需施加(shji)的負載量 Kf（P、B、V、輥材質、凸度、D工與D支接觸狀態(tài).） 一般認為：在一定軋機上對一定產品B，可認為K不變0 S0 h2 h1 H h(H) K1 K2 K1 K2P K有利軋更薄 目前一般K5006

7、00t/mm 共七十一頁2）影響S0的因素 S0 決定軋機彈跳起始位置，包含： 壓下位置即S0h； 軋機部件(bjin)熱脹、輥磨損、偏心S0h； 0 S2 S1 S3 h2 h1 h3 H h(H) P 共七十一頁3）影響P的因素軋件及工藝(gngy)方面原因（1）軋件溫度、成分、組織性能不均等 T2Ch1 0 S0 h1 h2 H h(H) P 1 2 P1P2熱軋TC TC （K） P P/K h 21 0 S0 h1 h2 H h(H) h2h1 P 2 1 P2 P1 冷軋（K） P P/K h 共七十一頁V 2V 1（f 2 f 1） 0 S0 h2 h1 H h(H) P 2 1

8、 h2V 1 0 S0 h2 h1 H h(H) h2h1 1 2 油膜厚度 P2P1熱軋 輥速V較大時油膜厚度Sh V油膜厚度Shh SS V 共七十一頁（3）張力變化通過Qp、K起作用 例：穿帶、拋鋼時，帶鋼頭、尾張力是突然or消失的 1 0 S0 h2 h1 H h(H) h2q 1 P P1P2帶張力時的軋制力 入口、出口張力因子 m1取0.50.667、m2取0.3350.5） qQp、KP頭尾出現(xiàn)兩個(lin )厚度增大區(qū)切損共七十一頁（4）坯料尺寸變化0 S0 h1 h2 H1 H2 h(H) H 2H 1 h2h1 2 1 P P2P1 通過預設(y sh)定可使h大大，且軋機

9、K越易 消除H的影響h精度 B、HhPP/K S h Hh PP/K S h 共七十一頁3 厚度控制(kngzh)方法 厚度控制是通過測厚儀or 傳感器（如輥縫儀、壓頭等）對帶鋼實際軋出厚度h連續(xù)進行測量，并據(jù)實測值與給定值相比較后的偏差信號，借助控制回路和裝置or 計算機的功能程序，改變(gibin)壓下位置S、張力or 速度，把厚度控制在允許偏差范圍內。實現(xiàn)厚度的系統(tǒng)AGC 按厚度調節(jié)方式不同分反饋式、厚度計式、 前饋式、張力、液壓式等 共七十一頁3.1調壓下調厚 1）用測厚儀測厚的反饋式厚控系統(tǒng)（1）控制方法(fngf) 已知：M、K、h 實測： h* h 求S 厚度差運算 厚控裝置 執(zhí)

10、行機構 S h* hh 測厚儀 L 共七十一頁稱“壓下有效系數(shù)”or 輥縫傳遞系數(shù) 稱“放大系數(shù)由幾何關系： T2T1h2S10 S1 S2 h2 h1 H h(H) e f g i S h P P1 P2P T2T1C例：當來料溫度TC時h 控制措施調壓下S 共七十一頁Sh（2）特點討論 ： 壓下效率低 M大、K小時 C小ShhM小 C大Sh共七十一頁 P 對板形不利(bl)，不適合精調； 存在(cnzi)時間滯后；ShPP2P1執(zhí)行機構 S h* hh 測厚儀 L 厚度差運算 厚控裝置共七十一頁2）厚度計式（GMAGC、PAGC） 把整個機架作為測厚儀，在P發(fā)生時自動快速調整輥縫。 （1）

11、控制(kngzh)方法 實測：P*、S*通過彈跳方程計算任何時刻h* =S*+P*/K h 調S 執(zhí)行機構 S h*h L h+h*P*S*共七十一頁T2T1h2S10 S1 S2 h2 h1 H h(H) e f g i S h P P1 P2P T2T1h*P*S*+同理： 共七十一頁 對壓下機構的電氣(dinq)、機械系統(tǒng)及計算機程序運行等的滯后仍不能消除；2）特點討論 克服了傳遞時間的滯后靈敏度； h*P*S*+：輥熱膨脹、磨損補償 G：油漠厚度補償 間接測厚，精度不高，要進行補償；共七十一頁Hi* SiHi Hi* i架 L （1）控制方法：測Hi* Hi* 前饋送信號給第i架, 提

12、前調整壓下Si 3）前饋式主要(zhyo)用于H時的控制共七十一頁0 S2 S1 h1 h2 H1 H2 h(H)S hHabcdg12P1 P2P H2 H1 h2 h1 S2 H1 h2 h1 Q3 Q21利用前后張力來改變軋件塑性曲線斜率 厚控1）控制(kngzh)方法實測h*h據(jù)厚差值調節(jié)軋機速度調活套機構給定轉矩由彈跳方程增量形式： 壓力方程增量形式: 當 時： 共七十一頁（2）特點討論(toln) 控制中可使P保持不變； 慣性小、反映快、穩(wěn)定、精度高 ； 控制效果受限制；0 S0 h1 h2 H1 H2 h(H)hHg23PP H2 H1 h2 h1 Q3 n輸出各架軋機調節(jié)參數(shù)

13、Y N結束 重新負荷分配熱連軋帶鋼軋制規(guī)程設定計算流程框圖共七十一頁冷連軋軋制規(guī)程(guchng)設定計算框圖： 共七十一頁主要相關模型： 1）速度設定計算模型忽略前滑： 考慮前滑： 考慮張力影響時： bi：張力對前滑影響系數(shù) Ti ：相應機架前張力 考慮終軋溫度要求時熱連軋穿帶速度設定計算： 涉及前滑模型：熱軋 冷軋 共七十一頁由實測(sh c)TRnC（粗軋出口）按數(shù)學模型計算，包含：中間輥道輻射； 精軋各架溫降； （1）精軋開軋溫度：據(jù)TRnC及中間輥道溫降確定以輻射為主 （C） ：斯蒂芬玻爾茲曼常數(shù) 4.88kcal/m2.h.K4(5.69w/m2.K4) ：輻射率（1） 0.60.

14、8 ：運行時間 ：比重（kg/m3） c：比熱J/kg. C HR：粗軋出口厚(m) TRn：粗軋出口實測溫度（K） 2）溫度設定計算(j sun)模型共七十一頁（B）理論方法：設變形熱 接觸(jich)傳導熱損 機架間輻射及噴水看著一當量冷卻系統(tǒng)，令等價傳熱系數(shù)為Kd 等價傳熱系數(shù)可據(jù)實測值確定： or簡化式： tw：水溫 L：精軋機組間距(m) ：強迫對流換熱系數(shù)（W/ m2.C） (m/s或m/h) 則：（2）終軋溫度TFnC：一般：直接統(tǒng)計方法確定；理論方法；（A）統(tǒng)計模型：例武鋼： 共七十一頁且可反算出為保TFnC所需的精軋出口速度： 可見： 可利用軋速來調節(jié)(tioji)TFnC；

15、 可據(jù)TFnC要求確定精軋出口速度 各架軋件溫度： Li： i-1到i架間距(m) 共七十一頁3）壓力設定計算模型 適合熱軋的平均軋制壓力計算公式有 A.N.采利可夫 R.B.西姆斯公式（志田茂簡化式） S.愛克倫得公式 工程計算法公式 用工程計算公式：軋制壓力: 適合冷軋的軋制壓力計算公式有常用 Stone斯通公式 Bland-Forl布蘭德福特 及Hill希爾簡化式: P=KbLQpnq K：平面變形抗力 ：應力狀態(tài)系數(shù) nq：張力影響系數(shù) ：件實際的變形抗力（與鋼種、變形程度、變形速度、變形溫度有關） 可查現(xiàn)有資料（曲線）、用模型計算。 共七十一頁（1）變形(bin xng)阻力模型 熱

16、軋：f（T、x%） 一般有： ：變形速度 e: 真變形 ke：影響系數(shù) 冷軋：f（、x%）一般有： ：累積變形程度（加工硬化） ：靜態(tài)下變形抗力 um：平均變形速度 對成份的影響往往采用對每一種(y zhn)鋼種積累一套數(shù)據(jù)法or用公式中系數(shù)修正。 共七十一頁（2）應力狀態(tài)系數(shù)模型 熱軋(r zh)：主要決定于變形區(qū)形狀參數(shù) 如： （志田茂公式） 典型的有sims公式 冷軋：主要決定于摩擦系數(shù) 典型的有Bland-Fordd的Hill簡化公式 （3）壓扁長度模型 考慮彈性壓扁時的變形區(qū)長度 ：壓扁半壓徑 E、：軋輥材質的彈性模量及泊桑系數(shù) 共七十一頁（4）張力影響系數(shù)設定(sh dn)計算模型

17、 a1、a2：可根據(jù)實測結果(ji gu)確定 當 a1=a2=a=0.5 時： 因后張比前張影響大 （5）輥縫設定計算模型 O：油膜軸承厚O=f(P、ng) SF：設定彎輥力引起G：輥縫零位G=f(GH、GW、G0) GH: 熱脹引起 GW：磨損引起G0：其它誤差引起的輥縫零位常數(shù) 共七十一頁4.2 設定模型(mxng)自學習 提高厚度精度前提 提高設定模型精度的提高 提高設定模型精度靠： 采用的模型結構 ； 系數(shù)的確定； 模型自學習的方法等； 1）影響設定模型精度(jn d)的因素 建立模型的各種假設 測量誤差 系統(tǒng)特性的誤差不斷利用即時信息進行系統(tǒng)的修正案 保模型精度-既自適應校正共七十

18、一頁（1）方法有： 增長記憶式遞推最小二乘法 限定記憶式遞推最小二乘法 卡曼濾波法 指數(shù)平滑法 常用指數(shù)平滑法： 基本公式： ：增益系數(shù)：自適應(shyng)系數(shù) *：利用實測數(shù)據(jù)得到的 相應系數(shù)的實測值 大小學習參數(shù) 實測值 計算值 軋件數(shù) 2）自適應方法 模型中加自適應系數(shù) 通過計算來修正模型本身系數(shù) 共七十一頁（2）自適應(shyng)校正對模型系數(shù)修正方法 加法自適應：y=f(x1、x2、x3、x4.、xn)+ 乘法自適應：y=f(x1、x2、x3、x4.、xn) 當yi、自變量xi能實測時，可利用實測數(shù)據(jù)計算出自適應系數(shù) * *=yi*-f* (x i1、x i2、.、x in) *

19、=yi*/f* (xi1、x i2、.、x in) 自適應校正系數(shù)修正模型自適應矯校正共七十一頁自適應系數(shù)-對本塊鋼而言，僅對模型中設定的自適應 系數(shù)進行修正，以提高本塊鋼的設定精度。 自學習系數(shù)-用于下塊鋼（同規(guī)格、同鋼種），是根據(jù) 自適應系數(shù)修正后的自適應系數(shù)來進行學 習 學習自模型系數(shù) 提高下塊鋼設 精度。 共七十一頁3）模型自學習 基本公式： ：增益系數(shù)其取值考慮 實測值可信度-不可信取小值； 學習速度- 需快速學習時取大值; 追求穩(wěn)定時取小值； i：自學習系數(shù) *i：經多次自適應修正(xizhng)后的自學習模型系數(shù)“實測值” 共七十一頁4.3 模型自學習(xux)舉例 可學習(xu

20、x)系數(shù)、Kd 1）溫度模型自學習 (m/s或m/h) 學習系數(shù)（等價傳熱系數(shù)）確定： 模型系數(shù)自學習： 共七十一頁2）軋制(zh zh)壓力模型自學習 3）輥縫零位自學習 4）穿帶自適應（動態(tài)設定） 共七十一頁5 . AGC系統(tǒng)分析方法 廣泛采用(ciyng)P-H圖解法和解析法 5.1 P-H圖解法 基于彈跳方程，特點： 直觀的分析造成厚差的原因 即討論軋件帶來的擾動 產生的后果 定量分析各種厚控方案 即討論軋機帶來的擾動 AGC消除厚差結果 共七十一頁當H h 控制措施可q、可調S0 S02 S0 S01 h1 h2 H1 H2 h(H) P P0 q2 q1 S2 S1 S h H 定

21、義: 彈跳方程： 厚控方法： 關系式： 共七十一頁5.2 解析(ji x)法 常采用非線性方程線性化的方法來建立(jinl)各工藝參數(shù)、控制參數(shù)P、S、V、H、K、q、h等之間的解析關系: 壓力方程 P= f(H、h、K、T、q、f) 彈跳方程考慮的是各參數(shù)的對h的影響 對增量加以討論 .(1) 增量形式 增量形式 .(2) 共七十一頁1）厚度方程： (2)代入（1）聯(lián)解得： 厚度方程.(3) 擾動量 控制量 其中： ak、af等同理 aSF同理,當CCF時 工藝參數(shù)不變時- 只有來料厚度變化時- 共七十一頁2）壓力(yl)方程： (3)代入（1）聯(lián)解得: .(4) 其中： bk、bf等同理

22、3) 張力(zhngl)方程： 共七十一頁5.3 控制(kngzh)輸出量的計算 1）AGC實施(shsh)方式： 位置內環(huán)、厚度外環(huán)：需確定h與控制量調節(jié)量S的關系電動壓下常用，不能消除軋輥偏心 壓力內環(huán)、厚度外環(huán)：需確定h與控制量調節(jié)量P關系 給定值 給定值 液壓壓下常用，用恒壓力控制能消除偏心的影響 厚度外環(huán)消除軋件工藝參數(shù)、控制參數(shù)的影響 共七十一頁2）反饋(fnku)輸出量的計算 （1）位置內環(huán)、厚度外環(huán)時：輸出 S Ss：設定or鎖定值 只考慮H、K 調整量 共七十一頁（2）壓力內環(huán)、厚度外環(huán)時：輸出 P Ps：設定or鎖定值 A）來料厚差H外擾 H 產生h、PH 調壓下S 產生P

23、S 給定值 h0 調壓下 產生PS 共七十一頁B）偏心(pinxn)外擾 常用恒壓力控制 P0 C）來料抗力(kn l)K外擾 K 給定值 h0 調壓下 產生 共七十一頁3）前饋輸出量的計算(j sun) 前饋（預控）可克服時間(shjin)滯后加快響應性對突發(fā)變量調節(jié)效果好 A）位置內環(huán)、厚度外環(huán)時： 由H 預計產生h 提前調S給定值 h0 提前調 共七十一頁B）壓力(yl)內環(huán)、厚度外環(huán)時 H 產生h、PH 提前調S 引起PSh0 調壓下 產生PS 給定值 共七十一頁C）預報延時時間：測得H后，需延時一段時間后輸出(shch)給定值PR、SR反饋(fnku)控制：h+h hh由于存在系統(tǒng)時間滯后，h波動段較長前饋控制：預控延長時間 h波動段長度 提前預控 ：h 使階躍性波動得到更好控制 共七十一頁6. AGC系統(tǒng)的組成(z chn) 6.1傳統(tǒng)AGC系統(tǒng)由以下功能組成 前饋AGC（x射線測厚儀）反饋AGC （間接測厚儀） 監(jiān)控AGC （x射線測厚儀） 加減速補償偏心補償 彎輥補償 +熱連軋 鎖定方法 尾部補償 活套補償 冷軋 張力AGC（張力儀） 流量AGC（測速儀） +共七十一頁6.2硬度前饋AGC(KFF-AGC)-冷、熱軋(r zh)