中厚板轧机板形与板凸度控制技术的研究

摘要

板形和板凸度精度是中厚板的一项主要质量指标和决定其市场竞争力的重要因素。目前国内中厚板轧机的板形与板凸度控制质量与国际先进水平相比有明显的差距，控制技术和装备水平普遍比较落后。因此本文在首钢3500mm中厚板轧机和南钢2500mm中板轧机改造项目的基础上，对中厚板轧机的板形与板凸度控制技术进行全面、系统和深入的研究，形成了一套比较完整的研究方法，并开发出相应的控制模型；同时对中厚板轧机的发展方向CVC-PLUS轧机的板形控制技术进行辊型设计和控制特性的研究，建立了相应的分析模型。具体研究内容和主要结果如下：(1)建立了中厚板四辊轧机的工作辊和支撑辊磨损和热膨胀模型，提出了工作辊弯辊力设定策略。定量地研究了工作辊和支撑辊辊型、钢板宽度、轧制力、弯辊力等对钢板凸度的影响，揭示了中厚板轧机的板形控制特性和板形变化规律。通过影响函数法，提出和建立了适合在线控制的承载辊缝凸度计算模型，并在现场实践中得到了应用。 (2)通过对宝钢5300mm宽厚板CVC-PLUS轧机工作辊辊型的剖析和数学推导而提出了CVC-PLUS轧机工作辊辊型设计原理；针对宝钢引进的5300mm轧机，通过“试算法”提出了一种新的支撑辊辊型模型，并回归了辊型系数。结果表明，运用本文的支撑辊辊型模型，在工作辊横移状态下，可以在一定程度上均匀辊间接触压力。依据CVC-PLUS轧机板形理论，利用提出的辊型，研究了轧制力、钢板宽度和液压弯辊力等对辊缝凸度的影响。结果表明：CVC-PLUS轧机可以大幅提高中厚板轧机的板形控制范围。 (3)研究分析不同的中厚板轧机轧制规程设定。对普通四辊中厚板轧机采用负荷协调分配法制定轧制规程，以便在保证板形良好的同时，尽量发挥轧机的能力。而对中厚板CVC-PLUS轧机，提出了“带有板形控制的满负荷道次分配法”。通过CVC-PLUS辊型、液压弯辊和工作辊横移等强力板形控制手段，在充分发挥轧机最大能力的同时，又保证了最佳的板形控制质量。研究结果表明：相同设备参数的中厚板CVC-PLUS轧机同普通四辊轧机相比，轧制相同规格的轧件时，总道次数要少2～6个道次，而且板形控制质量要优于普通四辊轧机。 (4)建立了中厚板轧机板形控制系统。该系统针对普通中厚板轧机无板形检测装置的现状，将板形分为大边浪、边浪、良好和中浪、大中浪等五个级别，在线轧制时由操作工目测、实时输入板形信息，从而实现对板形的在线控制和调节；而对CVC-PLUS轧机则利用板形仪和凸度仪，进行动态凸度和平直度控制。本文的板形控制系统充分利用了实时在线板形信息进行反馈，与常规控制系统相比具有更强的鲁棒性和控制精度；另外深入研究了中厚板轧机厚度控制和板形控制的相互影向以及消除这种影响所采用的解耦算法和数学模型。 本文所开发的中厚板轧机板形与板凸度的控制方法和控制模型已成功应用于首钢中厚板厂和南钢中板厂等单位的中厚板轧机，证明了方法与模型的正确性和实用性，可以在国内其它中厚板轧机上进行推广应用。同时也为国内中厚板CVC-PLUS轧机的现场应用奠定了一定的基础。

目录

文摘

英文文摘

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1绪论

1.1研究背景、目的和意义

1.2国内外中厚板轧机的发展

1.2.1国外中厚板轧机的发展

1.2.2国内中厚板轧机的发展

1.3板形与板凸度控制技术研究进展

1.3.1板形与板凸度控制理论的发展

1.3.2板形与板凸度控制技术

1.4中厚板轧制规程分配方法的发展

1.5板形控制系统

1.6本文的主要研究内容

2中厚板轧机板形与板凸度基本理论

2.1板形和板凸度的基本概念

2.1.1板凸度

2.1.2边部减薄

2.1.3中厚板断面形状的表达式

2.1.4板平直度

2.1.5良好平直度的条件

2.1.6板平直度与板凸度的关系

2.1.7中厚板板形和板凸度的控制策略

2.1.8中厚板板凸度的影响因素

2.2中厚板CVC(PLUS)轧机辊系变形理论模型的建立

2.2.1中厚板CVC(PLUS)轧机的力学受力模型分析

2.2.2中厚板CVC(PLUS)轧机辊系变形基本方程

2.3本章小结

3普通四辊中厚板轧机板形与板凸度控制技术的研究

3.1中厚板轧机板形与板凸度控制特点

3.1.1板形与板凸度控制手段有限

3.1.2板凸度具有遗传效应

3.1.3多耦合控制

3.2中厚板轧机板形与板凸度干扰因素与控制策略

3.2.1板形与板凸度的干扰因素

3.2.2板形与板凸度的控制手段

3.2.3板形与板凸度的控制策略

3.3中厚板轧机板形与板凸度控制性能分析

3.3.1板凸度与轧辊辊型的关系

3.3.2板凸度与轧件宽度的关系

3.3.3辊间压力分布与辊型之间的关系

3.4中厚板轧机板凸度计算模型

3.5中厚板轧机轧辊磨损模型

3.5.1工作辊磨损模型

3.5.2支撑辊磨损模型

3.6中厚板轧机工作辊热膨胀模型

3.6.1工作辊温度场有限差分模型

3.6.2工作辊温度场的计算

3.6.3工作辊热辊型的计算

3.7中厚板轧机最佳弯辊力设定

3.7.1弯辊力设定策略

3.7.2弯辊力设定计算结果分析

3.8本章小结

4中厚板CVC-PLUS轧机板形与板凸度控制技术的研究

4.1中厚板CVC-PLUS轧机辊型曲线设计

4.1.1 CVC-PLUS轧机工作辊辊型曲线的理论设计

4.1.2 CVC-PLUS轧机工作辊辊型曲线的实际验证

4.1.3 CVC-PLUS轧机支撑辊辊型曲线设计

4.2中厚板CVC-PLUS轧机辊型分析

4.3宝钢CVC-PLUS轧机板形与板凸度控制性能分析

4.3.1辊缝凸度的影响因素

4.3.2 CVC-PLUS轧机辊缝凸度调节范围

4.4 CVC-PLUS轧机与普通CVC轧机控制特性比较

4.4.1轧机对轧制力而言的横向刚度

4.4.2工作辊弯辊力的横向刚度

4.4.3工作辊与支撑辊辊间压力系数及最大辊间单位压力

4.5 CVC-PLUS轧机在中厚板生产中的应用

4.5.1 CVC-PLUS轧机辊缝凸度模型

4.5.2 CVC-PLUS轧辊横移时的厚度压下补偿

4.6本章小结

5考虑板形的中厚板轧机最优轧制规程分配

5.1中厚板轧制规程的特点

5.2轧制规程分配方法的发展过程

5.2.1能耗曲线法

5.2.2轧制理论法

5.2.3负荷分配的优化算法

5.3普通四辊中厚板轧机轧制规程的计算

5.3.1负荷函数和等负荷规程分配法

5.3.2等负荷协调分配法

5.4中厚板CVC-PLUS轧机轧制规程计算

5.5本章小结

6中厚板轧机板形控制系统

6.1板形控制系统的组成

6.2板形控制系统的基础自动化级

6.3板形控制系统的过程控制级

6.4板形控制系统的预设定

6.5板形和板厚的联合控制

6.5.1中厚板轧机刚度与板厚控制

6.5.2 AGC控制补偿

6.5.3板形设定补偿控制

6.6本章小结

7现场应用

7.1平面布置、轧机设备参数

7.1.1轧机平面布置

7.1.2轧机主要设备参数

7.2轧制规程的现场应用

7.3板形与板凸度控制模型的现场应用

7.4应用效果与问题

7.5本章小结

8结论

参考文献

攻读博士学位期间的工作

致谢

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