雙機(jī)架平整機(jī)軋機(jī)間延伸率分配模型的研究

雙機(jī)架平整機(jī)軋機(jī)間延伸率分配模型的研究

0延伸率的設(shè)定近年來，隨著平面壓板技術(shù)的發(fā)展，雙架配置已成為一種重要的配置形式。但是,由于雙機(jī)架平整機(jī)一般不配置測厚儀與測速儀等檢測裝置,其延伸率設(shè)定采用的是根據(jù)成品機(jī)械性能的要求給定總延伸率的方法。這樣,就存在兩個機(jī)架之間延伸率如何分配以及相應(yīng)軋制壓力與張力如何設(shè)定的問題。目前普遍采用的是通過人為給定一個經(jīng)驗的延伸率分配比例來設(shè)定張力及軋制壓力的方法。顯然,采用這種方法具有很大的局限性,對所平整帶材的鋼種與規(guī)格變化適應(yīng)性很差,遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代化大生產(chǎn)的需要。為此,筆者在大量的現(xiàn)場調(diào)研與理論分析的基礎(chǔ)上,以基態(tài)彎輥力下帶材的出口板形最好為準(zhǔn)則,建立了雙機(jī)架平整機(jī)機(jī)架間延伸率分配數(shù)學(xué)模型,同時給出了相應(yīng)的機(jī)架間張力與軋制壓力設(shè)定方法,并將其應(yīng)用于寶山鋼鐵股份有限公司(簡稱寶鋼)冷軋薄板廠1220雙機(jī)架平整機(jī),取得了良好的效果。1第2操作目標(biāo)函數(shù)根據(jù)金屬變形模型可知,對于雙機(jī)架平整機(jī)而言,在軋制過程中其任意機(jī)架帶材的前后張力可分別表示為σ1ji=f1(hji,Hji,Lji,B,Tj0,Tj1)(1)σ0ji=f0(hji,Hji,Lji,B,Tj0,Tj1)(2)式中,j為機(jī)架序號;hji為第j機(jī)架出口帶材厚度橫向分布值;Hji為第j機(jī)架入口帶材厚度橫向分布值;Lji為第j機(jī)架入口帶材板形分布值;Tj0為第j機(jī)架平均后張力;Tj1為第j機(jī)架平均前張力;B為帶材的寬度。而根據(jù)軋制理論中的輥系彈性變形模型可知,雙機(jī)架平整機(jī)任意一機(jī)架出口帶材的厚度分布值可表示為hji=f2(Pj,Sj,ΔDwji,ΔDbji,Hji,σ1ji,σ0ji)(3)式中,Pj為第j機(jī)架的軋制壓力設(shè)定值;Sj為第j機(jī)架的彎輥力;ΔDwji、ΔDbji分別為第j機(jī)架工作輥及支承輥的凸度分布值。同樣,根據(jù)軋制壓力模型可以知道,軋制壓力設(shè)定值可表示為Pj=f3(Tj0,Tj1,δj,B,Hˉˉˉj)Ρj=f3(Τj0,Τj1,δj,B,Ηˉj)(4)式中,δj為第j機(jī)架帶材的延伸率;HˉˉˉΗˉj為第j機(jī)架入口帶材平均厚度。顯然,對雙機(jī)架平整機(jī)而言,在上述參數(shù)中,以下等式恒成立:H2i=h1i(5)L2i=σ11i(6)T21=T10(7)Hˉˉˉ2=(1?δ1)Hˉˉˉ1Ηˉ2=(1-δ1)Ηˉ1(8)假設(shè)總延伸率為δ,定義機(jī)架間延伸率分配系數(shù)為ψ,即第1機(jī)架與第2機(jī)架之間的延伸率之比為ψ∶(1-ψ),因此第1機(jī)架與第2機(jī)架之間的延伸率分別可以表示為δ1=ψδ(9)δ2=(1-ψ)δ(10)這樣,對于一個特定的軋制過程而言,如果帶材來料參數(shù)HˉˉˉΗˉ1、H1i、L1i、B、δ以及ΔDwji、ΔDbji等參數(shù)確定,聯(lián)立式(1)～式(10),即可將表征成品板形的第2機(jī)架前張力橫向分布值σ12i用一個以延伸率分配系數(shù)ψ、平均前張力T21、中張力T20、后張力T10,以及各機(jī)架彎輥力S1、S2為自變量的函數(shù)來表示:σ12i=f4(ψ,T21,T20,T10,S1,S2)(11)而對于雙機(jī)架平整機(jī)而言,在總延伸率給定即成品的機(jī)械性能已經(jīng)保證的前提下,機(jī)架間張力設(shè)定與延伸率分配的目標(biāo)應(yīng)該是基態(tài)彎輥力下帶材的出口板形最好。需要說明的是,之所以把彎輥力設(shè)定在基態(tài),主要是考慮到使彎輥力在軋制過程中有足夠的上下調(diào)節(jié)范圍,最大限度地利用彎輥力對板形的控制能力。與此同時,在冷軋生產(chǎn)實踐中,人們一般是通過檢測帶材前張力的橫向分布來判斷板形的好壞,也就是說,板形控制的目標(biāo)就是使帶材橫向前張力差最小。基于此,在分析時可以把雙機(jī)架平整機(jī)張力設(shè)定與延伸率分配計算目標(biāo)函數(shù)表示為式中,Tjmin、Tjmax分別為卷取機(jī)所允許的最小與最大卷取張力;Tkmin、Tkmax分別為開卷機(jī)所允許的最小與最大開卷張力;Sj0為雙機(jī)架平整機(jī)第j機(jī)架的基態(tài)彎輥力,一般而言,Sj0=Sjmax+Sjmin2Sj0=Sjmax+Sjmin2;Sjmax、Sjmin分別為第j機(jī)架平整機(jī)的最大與最小彎輥力。對于這樣一個優(yōu)化計算問題,采用Pewell法可以較快地得出計算結(jié)果,計算框圖見圖1。顯然,在得出延伸率分配系數(shù)ψ、平均前張力T21、中張力T20、后張力T10的值之后,根據(jù)式(4)就可以求出相應(yīng)的第1機(jī)架、第2機(jī)架軋制壓力的設(shè)定值P1、P2。2帶材的板形精度寶鋼冷軋薄板廠為了解決1220雙機(jī)架平整機(jī)機(jī)架之間的延伸率分配問題,實現(xiàn)張力與軋制壓力的自動設(shè)定,同時提高平整成品的板形精度,與燕山大學(xué)合作,開發(fā)出了寶山鋼鐵股份有限公司冷軋薄板廠雙機(jī)架平整機(jī)軋制壓力設(shè)定與板形控制離線仿真軟件,并將其應(yīng)用到生產(chǎn)實踐,對所有平整帶材進(jìn)行了延伸率自動分配及張力與軋制壓力的自動設(shè)定,使用后效果非常明顯。根據(jù)現(xiàn)場三個多月的跟蹤統(tǒng)計與考核,使用該軟件后,帶材的板形精度整體提高了30%左右,90%以上的帶材平整后板形在4×10-5(4I)以內(nèi),為廠方創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。目前,廠方已經(jīng)決定將此軟件固定到二級機(jī)中以達(dá)到在線使用的目的。為進(jìn)一步分析模型使用效果,以寶鋼冷軋薄板廠1220雙機(jī)架平整機(jī)(其設(shè)備參數(shù)見表1)經(jīng)常生產(chǎn)的兩個典型規(guī)格產(chǎn)品為例,采用兩種延伸率分配模式(即原先的延伸率80∶20固定分配模式和現(xiàn)在的延伸率通過模型計算分配模式)分別軋制三卷帶材(相關(guān)軋制工藝參數(shù)見表2),測出出口帶材的板形值,結(jié)果如圖2、圖3所示。其中,圖2a、圖3a表示延伸率采用固定分配模式時三卷帶材的出口板形情況;圖2b、圖3b表示延伸率采用模型計算分配模式時三卷帶材的出口板形情況。需要說明的是,由于該平整機(jī)沒有板形儀,所以在測量板形時采用的是分割法,即將帶材沿寬度方向裁成20個小條,然后通過測量每條的長度反推出板形值,因此所得出的出口帶材板形分布值存在著一定的不連續(xù)性。通過圖2、圖3可以看出,采用本文的模型