双机架中板轧制过程设定模型的研究

摘要

本文以文丰3000mm中厚板轧机改造项目为背景，以双机架轧机控制模型为主线，对双机架轧机过程机系统框架、轧制过程设定模型、模型偏差修正方法、双机架压下规程分配算法和侧弯现象等进行了研究，开发了相应的在线控制软件，现场应用取得了良好的效果。具体研究内容和主要结果如下： (1)针对文丰中板厂双机架轧机的工艺特点，设计了符合现场要求的轧机过程控制模型设定系统。该系统可以在线完成过程跟踪、实测数据的在线滤波处理、等待出炉确认计算、坯料测温修正计算、阶段修正计算、道次修正计算、自学习计算等重要功能。 (2)采用影响函数法计算辊系弹性变形对轧机弹跳的影响，并建立适合在线设定计算的辊系弹性变形模型，该模型预测偏差在0.15mm以内。针对实际轧制过程绝对油膜厚度零点不确定的现象，引入相对油膜厚度零点的概念，并给出相对油膜厚度的测量和建模方法，从而提高升减速过程的厚度控制精度。 (3)为提高中厚板轧机板形控制能力，分析不同尺寸锥度的支撑辊对轧件板凸度控制能力和弯辊控制能力的影响，得知：①当锥形的高度增加时，钢板出口凸度随之下降。当锥形的高度从0增加到1mm时钢板出口凸度下降最快，而在2～3mm之间时，钢板凸度基本维持不变。且宽板的凸度控制能力明显优于窄板。②随着锥形长度的增加，钢板出口凸度逐渐下降。如果保持钢板宽度不变，则钢板出口凸度近似与锥形长度呈线性关系。但宽板的控制能力明显优于窄板。③带锥支撑辊可大幅度改善工作辊弯辊的控制效果。通过实际应用，可以将支撑辊的换辊周期从5万t/次提高到7万t/次。 (4)将与厚度控制密切相关的轧制力模型、温度模型、弹跳模型视为一个整体，分析各个模型的偏差对最终设定精度的影响，然后制定综合自学习策略，最大限度地发挥整体自学习的效果，从而有效改善模型设定精度，提高了厚度控制精度。在此基础上提出锁定目标厚度的辊缝调整策略，进一步提高综合自学习策略的鲁棒性，避免最后3个道次辊缝调整出现超调的现象。实践证明这种调整策略可以使得异板差的控制精度平均提高23％。 (5)分析了实测温度偏差的修正方法，得出温度模型精度与黑度、轧件厚度的关系，并指出，厚度大于30 mm时，黑度系数的变化对热辐射温降的计算结果的影响较小。而厚度只有10mm左右时，黑度系数的变化对热辐射温降的计算结果的影响较大。然后根据有限差分法得出表面温度和平均温度的函数关系，并针对温度测量的不确定性，提出轧制力-温度实测校核法，利用实测轧制力来确定实测温度的上下限，提高实测温度的可用性。应用结果表明采用温度偏差算法和轧制力-温度实测校核法，温度的预测偏差基本可控制在15℃左右，满足在线控制要求。 (6)制订双机架轧制过程粗、精轧的轧制节奏匹配算法。同时基于控温轧制的要求，从设备安全、轧制空间和时间的角度制订控温厚度和控温温度的优化计算方法，使得终轧温度和控温温度都得到有效的保障，并使得轧机的负荷得到合理利用，避免资源的浪费。同时在理论推导基础上得到多道次的轧件宽展计算公式，并制订合理的转钢厚度优化算法，从而有效提高钢板宽度控制精度。对于展宽比在1.25以下的钢板，其宽度精度可以提高5～8mm。为提高道次压下率，分析了扭振对道次压下量的影响，提出适用于中厚板轧制的头部增厚法，计算和实践证明，这种方法能够有效提高轧制负荷，不同规格的压下规程基本上可减少轧制道次1～2道。 (7)分析中厚板侧弯形成原因，并对钢板宽向温度不均、坯料楔形、轧辊辊形及轧机机架两侧刚度不同等因素的影响进行了分析。然后采用影响函数法对横向不对称辊系弹性变形进行计算，并推导出侧弯的简化计算公式。文丰中板厂的实际应用证明，采用合理的侧弯调整策略，可以将侧弯量由最初的45mm/10m改善为28mm/10m，有效地提高成材率。 本文的研究结果，针对双机架中厚板在线实时控制，具有很强的实用性。所开发的中厚板轧机过程控制模型已成功应用于文丰中板厂轧制生产线，为我国中厚板轧机过程模型控制研究起到积极的促进作用。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究背景、目的和意义

1.2中厚板轧机的发展趋势

1.3中厚板轧机控制技术的发展

1.3.1中厚板生产计算机控制技术的发展

1.3.2轧机过程设定模型

1.3.3厚度控制模型

1.3.4产品性能控制

1.3.5平面形状控制

1.3.6板形控制

1.4本文的主要研究内容

第2章轧机过程设定系统的建立

2.1中厚板轧线设备及生产工艺

2.1.1生产工艺

2.1.2轧线设备及检测仪表

2.2轧制生产线的计算机系统设计

2.2.1控制系统的硬件设计

2.2.2计算机控制系统的软件及网络平台

2.3过程设定系统组成和调用逻辑

2.3.1过程设定系统组成

2.3.2过程控制模型设定功能调用逻辑

2.3.3实时数据的前置处理

2.4本章小结

第3章轧机设定模型研究

3.1弹跳模型

3.1.1常见弹跳模型分析

3.1.2考虑辊系弹性变形的弹跳模型

3.1.3油膜厚度计算模型

3.1.4应用效果

3.2轧制力模型分析

3.2.1轧辊压扁半径的影响

3.2.2变形区形状影响函数

3.2.3变形抗力的影响

3.2.4应变累计的影响

3.3温度模型分析

3.4板凸度模型

3.4.1板凸度模型

3.4.2凸度—平直度矢量分析

3.4.3带锥支撑辊对板凸度控制能力的影响分析

3.5本章小结

第4章模型设定偏差的调整策略

4.1厚度控制的综合自学习策略

4.1.1设定模型的关联

4.1.2综合自学习策略

4.2实测温度偏差修正方法

4.2.1温度变化规律分析

4.2.2开轧温度的处理

4.2.3轧制力—温度实测校核法

4.2.4应用效果分析

4.3锁定目标厚度的辊缝调整法

4.3.1传统辊缝调整策略

4.3.2辊缝设定精度对终轧厚度精度的影响

4.3.3辊缝对出口厚度敏感度分析

4.3.4锁定目标厚度的辊缝直接调整算法

4.3.5塑性系数误差对辊缝调整量的影响

4.3.6应用效果分析

4.4本章小结

第5章双机架轧制压下规程分配

5.1国内外中厚板压下规程的应用

5.2 双机架多阶段压下规程分配方法

5.2.1中厚板轧制策略的制定

5.2.2转钢厚度的优化确定

5.2.3展宽阶段和第一伸长阶段压下规程的制定

5.2.4第二伸长阶段轧制规程的计算

5.2.5控温厚度和控温温度的优化计算

5.3增大道次压下量的头部增厚法

5.3.1轧制过程轧制扭矩的变化特点

5.3.2头部增厚法

5.4本章小结

第6章侧弯产生和理论计算

6.1侧弯产生原因

6.1.1坯料楔形对侧弯的影响

6.1.2轧机两侧刚度不均

6.1.3推床对中精度差

6.1.4轧辊辊型对侧弯的影响

6.1.5轧件横向温度分布不均匀对侧弯的影响

6.2横向不对称辊系变形分析

6.3侧弯理论公式的研究

6.4侧弯控制的应用效果

6.5本章小结

第7章结论

参考文献

攻读博士学位期间完成的工作

致谢

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