高精度轧制理论及技术精选文档.ppt

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1、高精度轧制理论及技术本讲稿第一页，共七十页教材：教材：主要参考书：主要参考书：金属塑性加工学轧制理论与工艺（第二版）金属塑性加工学轧制理论与工艺（第二版）王廷溥，齐克敏主编，王廷溥，齐克敏主编，200220021 1，高精度轧制技术，黄庆学，高精度轧制技术，黄庆学 梁爱生著，冶金工业出版社，梁爱生著，冶金工业出版社，20022002。2 2，高精度板带材轧制理论与实践，高精度板带材轧制理论与实践，美美V.BV.B金兹伯格著，金兹伯格著，姜明东姜明东 王国栋等译，冶金工业出版社，王国栋等译，冶金工业出版社，2000 2000 3 3，带钢热连轧的模型与控制，孙一康著，冶金工业出版社，带钢热连轧的

2、模型与控制，孙一康著，冶金工业出版社，200220024 4，带钢冷连轧计算机控制，孙一康著，冶金工业出版社，带钢冷连轧计算机控制，孙一康著，冶金工业出版社，200220025 5，金属塑性加工学，金属塑性加工学-轧制理论与工艺（第二板），轧制理论与工艺（第二板），冶金工业出版社，冶金工业出版社，2001 2001 6 6，本讲稿第二页，共七十页学习目的：学习目的：了解及掌握高精度轧制技术基础理论知识。了解及掌握高精度轧制技术基础理论知识。了解当前国内外现代轧制技术的（现状、特点、发展）了解当前国内外现代轧制技术的（现状、特点、发展）新工艺、新技术、新发展新工艺、新技术、新发展本讲稿第三页，共

3、七十页学习要求：学习要求：了解该学科的核心、科学前沿、发展动态。了解该学科的核心、科学前沿、发展动态。如如:阅读国内核心刊物阅读国内核心刊物-钢铁钢铁、轧钢轧钢、金属学报金属学报、特殊钢特殊钢等；等；国外刊物国外刊物-Iron and Steel Engineer Iron and Steel Engineer The Iron and Steel Institute The Iron and Steel Institute ISIJ InternationalISIJ International等等。本讲稿第四页，共七十页方法：方法：从基本理论掌握入手，理论联系实际，学会分析及从基本理论掌握

4、入手，理论联系实际，学会分析及解决实际问题的方法和能力。解决实际问题的方法和能力。本讲稿第五页，共七十页第二讲第二讲 厚度控制原理及技术厚度控制原理及技术 厚度是板带钢最主要尺寸质量指标之一，厚度自控是现代板带生厚度是板带钢最主要尺寸质量指标之一，厚度自控是现代板带生产中不可缺少的重要组成部分。产中不可缺少的重要组成部分。高精度指厚度高精度指厚度h h 纵向的精确度纵向的精确度-主要取决于有载辊缝的大小主要取决于有载辊缝的大小 横向的精确度横向的精确度-主要取决于有载辊缝的形状主要取决于有载辊缝的形状 研究其：影响因素、变化规律、控制措施研究其：影响因素、变化规律、控制措施 本讲稿第六页，共七

5、十页1 P1 Ph h 图的建立图的建立1.1 1.1 弹性曲线弹性曲线 表示轧机弹性变形与轧制力间关系曲线表示轧机弹性变形与轧制力间关系曲线建立方法建立方法-实测实测分分 轧板法改变辊缝轧板法改变辊缝S S法、固定辊缝法、固定辊缝S S法；法；压靠法人工零位法；压靠法人工零位法；本讲稿第七页，共七十页 轧机刚度系数 Ktg=P/f kg/mm K物理意义：当轧机产生单位弹性变形时所需施加的负载量。1 1）典型图示）典型图示：S0：原始空载辊缝 f：轧机弹性变形量HhPP f P S0h f gklS0f P 本讲稿第八页，共七十页对应弹跳方程弹跳方程：P0：预压靠力 S0：原始空载辊缝 S0

6、：考虑预压变形时的(相当)空载辊缝S：压力为0时辊缝指示器读数 2 2）考虑预压变形时弹性曲线）考虑预压变形时弹性曲线 l P S S0 S 人工零位 S0 S0 hf=(P-P0)/k h（f）g k l k 0 P0 压缩 拉伸 f f gkl与0kl对称gf 0f=S 0f=S0+S S0 HhP=P0辊缝指示器0 xxx本讲稿第九页，共七十页1.2 1.2 塑性曲线塑性曲线当 B、H、R、.均一定时,可认为P随h而变 定义：件塑性刚度系数 h3 h1 h2 H (H)hhi Pi P 本讲稿第十页，共七十页1.3 1.3 弹塑性曲线（弹塑性曲线（P PH H图）图）为了讨论方便，弹、塑

7、性曲线均用直线代替：1）不考虑预压变形时）不考虑预压变形时PH图图PP0S0H (H)h h 对应弹跳方程基本形式：弹跳方程基本形式：S0：将曲线以直线取代时的（假定）空载辊缝K：轧机刚度系数本讲稿第十一页，共七十页 可较直观地分析H、h、P以及S0等参数关系，是弹跳方程和塑性方程联 解的一种图解形式；直观地反映了轧制条件和轧机刚度对h的影响，并能对轧机操作调整进 行分析，是厚控的基础。S0 (P-P0)/kH (H)hh P P0 0 P C等厚线等厚线弹跳方程：弹跳方程：h：出口厚度 S0：考虑预压变形时的(相当)空载辊缝P0：预压靠力 P：轧制压力K：轧机刚度系数2 2）考虑预压变形时）

8、考虑预压变形时PH图图本讲稿第十二页，共七十页2 2 厚度变化原因及特点（规律）厚度变化原因及特点（规律）2.1 2.1 厚度差（厚度差（h h）类型：）类型：1）头部厚度偏差：）头部厚度偏差：主要原因：空载辊缝设置不当；来料参数时未能及时调整S0；件厚 设定值 件长 1231232 2）同板厚差（纵向厚差）：）同板厚差（纵向厚差）：主要原因：是P使辊缝S0不变的情况下h 本讲稿第十三页，共七十页2.2 2.2 厚度变化主要原因及特点厚度变化主要原因及特点 1 1）影响）影响K K的因素的因素 K：当轧机产生单位弹性变形时所需施加的负载量 Kf（P、B、V、辊材质、凸度、D工与D支接触状态.）

9、一般认为：在一定轧机上对一定产品B，可认为K不变0 S0 h2 h1 H h(H)K1 K2 K1 K2P K有利轧更薄 目前一般K500600t/mm 本讲稿第十四页，共七十页2 2）影响）影响S S0 0的因素的因素 S0 决定轧机弹跳起始位置，包含：压下位置即S0h；轧机部件热胀、辊磨损、偏心S0h；0 S2 S1 S3 h2 h1 h3 H h(H)P 本讲稿第十五页，共七十页3 3）影响）影响P P的因素的因素轧件及工艺方面原因轧件及工艺方面原因（1）轧件温度、成分、组织性能不均等 T1Ch2h1 0 S0 h1 h2 H h(H)P 1 2 P1P2热轧C C（K）P P/K h

10、21 0 S0 h1 h2 H h(H)h2h1 P 2 1 P2 P1 冷轧（K）P P/K h 本讲稿第十六页，共七十页V 2V 1（f 2 f 1）0 S0 h2 h1 H h(H)P 2 1 h2V 1 0 S0 h2 h1 H h(H)h2h1 1 2 油膜厚度 P2P1热轧 辊速V较大时油膜厚度Sh V油膜厚度Shh SS V 本讲稿第十七页，共七十页（3）张力变化通过Qp、K起作用 例：穿带、抛钢时，带钢头、尾张力是突然or消失的 1 0 S0 h2 h1 H h(H)h2q 1 P P1P2带张力时的轧制力 入口、出口张力因子 m1取0.50.667、m2取0.3350.5）q

11、Qp、KP头尾出现两个厚度增大区切损本讲稿第十八页，共七十页（4）坯料尺寸变化0 S0 h1 h2 H1 H2 h(H)H 2H 1 h2h1 2 1 P P2P1 通过预设定可使通过预设定可使h h 大大大大，且轧机，且轧机KK越易越易 消除消除H H 的影响的影响h h精度精度 B、HhPP/K S h Hh PP/K S h 本讲稿第十九页，共七十页3 3 厚度控制方法厚度控制方法 厚度控制是通过测厚仪or 传感器（如辊缝仪、压头等）对带钢实际轧出厚度h连续进行测量，并据实测值与给定值相比较后的偏差信号，借助控制回路和装置or 计算机的功能程序，改变压下位置S、张力or 速度，把厚度控制

12、在允许偏差范围内。实现厚度的系统AGC 按厚度调节方式不同分反馈式、厚度计式、前馈式、张力、液压式等 本讲稿第二十页，共七十页3.13.1调压下调厚调压下调厚 1 1）用测厚仪测厚的反馈式厚控系统）用测厚仪测厚的反馈式厚控系统（1 1）控制方法）控制方法 已知：M、K、h 实测：h*h 求S 厚度差运算厚度差运算 厚控装置厚控装置 执行机构执行机构 S h*hh 测厚仪测厚仪 L 本讲稿第二十一页，共七十页称“压下有效系数”or 辊缝传递系数 称“放大系数由几何关系：T2T1h2S10 S1 S2 h2 h1 H h(H)e f g i S h P P1 P2P T2T1C例：当来料温度当来料

13、温度CC时时h h 控制措施调压下控制措施调压下S S 本讲稿第二十二页，共七十页Sh（2 2）特点讨论）特点讨论 ：压下效率低 M大、K小时 C小ShhM小 C大Sh本讲稿第二十三页，共七十页 P 对板形不利，不适合精调；存在时间滞后；ShPP2P1执行机构执行机构 S h*hh 测厚仪测厚仪 L 厚度差运算厚度差运算 厚控装置厚控装置本讲稿第二十四页，共七十页2 2）厚度计式（）厚度计式（GMGMAGCAGC、P PAGCAGC）把整个机架作为测厚仪，在P发生时自动快速调整辊缝。（1 1）控制方法）控制方法 实测：P*、S*通过弹跳方程计算任何时刻h*=S=S*+P*/K h 调S 执行机

14、构执行机构 S h*h L h+h*P*S*本讲稿第二十五页，共七十页T2T1h2S10 S1 S2 h2 h1 H h(H)e f g i S h P P1 P2P T2T1h*P*S*+同理：本讲稿第二十六页，共七十页 对压下机构的电气、机械系统及计算机程序运行等的滞后仍不能消除；2 2）特点讨论）特点讨论 克服了传递时间的滞后灵敏度；h*P*S*+：辊热膨胀、磨损补偿 G：油漠厚度补偿 间接测厚，精度不高，要进行补偿；本讲稿第二十七页，共七十页Hi*SiHi Hi*i架 L（1）控制方法：测Hi*Hi*前馈送信号给第i架,提前调整压下Si 3 3）前馈式主要用于）前馈式主要用于H H 时

15、的控制时的控制本讲稿第二十八页，共七十页0 S2 S1 h1 h2 H1 H2 h(H)S hHabcdg12P1 P2P H2 H1 h2 h1 S2 H1 h2 h1 Q3 Q21利用前后张力来改变轧件塑性曲线斜率 厚控1 1）控制方法）控制方法实测h*h据厚差值调节轧机速度调活套机构给定转矩由弹跳方程增量形式：压力方程增量形式:当 时：本讲稿第三十一页，共七十页（2 2）特点讨论）特点讨论 控制中可使P保持不变；惯性小、反映快、稳定、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输出各架轧机调节参数 Y N结束 重新负荷

16、分配热连轧带钢轧制规程热连轧带钢轧制规程设定计算流程框图设定计算流程框图本讲稿第三十六页，共七十页冷连轧轧制规程设定计算框图：本讲稿第三十七页，共七十页主要相关模型：主要相关模型：1）速度设定计算模型忽略前滑：考虑前滑：考虑张力影响时：bi：张力对前滑影响系数 Ti：相应机架前张力 考虑终轧温度要求时热连轧穿带速度设定计算：涉及前滑模型：热轧 冷轧 本讲稿第三十八页，共七十页由实测TRnC（粗轧出口）按数学模型计算，包含：中间辊道辐射；精轧各架温降；（1）精轧开轧温度：）精轧开轧温度：据TRnC及中间辊道温降确定以辐射为主 （C）：斯蒂芬玻尔兹曼常数 4.88kcal/m2.h.K4(5.69

17、w/m2.K4)：辐射率（1）0.60.8 ：运行时间：比重（kg/m3）c：比热J/kg.C HR：粗轧出口厚(m)TRn：粗轧出口实测温度（K）2）温度设定计算模型本讲稿第三十九页，共七十页（B）理论方法：设变形热 接触传导热损 机架间辐射及喷水看着一当量冷却系统，令等价传热系数为Kd 等价传热系数可据实测值确定：or简化式：tw：水温 L：精轧机组间距(m)：强迫对流换热系数（W/m2.C）(m/s或m/h)则：（2）终轧温度）终轧温度TFnC：一般：直接统计方法确定；理论方法；（A）统计模型：例武钢：本讲稿第四十页，共七十页且可反算出为保TFnC所需的精轧出口速度：可见：可利用轧速来调

18、节TFnC；可据TFnC要求确定精轧出口速度 各架轧件温度：Li：i-1到i架间距(m)本讲稿第四十一页，共七十页3）压力设定计算模型 适合热轧热轧的平均轧制压力计算公式有 A.N.采利可夫 R.B.西姆斯公式（志田茂简化式）S.爱克伦得公式 工程计算法公式 用工程计算公式：轧制压力:适合冷轧冷轧的轧制压力计算公式有常用 Stone斯通公式 Bland-Forl布兰德福特 及Hill希尔简化式:P=KbLQpnq K：平面变形抗力 ：应力状态系数 nq：张力影响系数 ：件实际的变形抗力（与钢种、变形程度、变形速度、变形温度有关）可查现有资料（曲线）、用模型计算。本讲稿第四十二页，共七十页（1）

19、变形阻力模型 热轧：f（T、x%）一般有：变形速度 e:真变形 ke：影响系数 冷轧：f（、x%）一般有：累积变形程度（加工硬化）：静态下变形抗力 um：平均变形速度 对成份的影响往往采用对每一种钢种积累一套数据法or用公式中系数修正。本讲稿第四十三页，共七十页（2）应力状态系数模型 热轧：热轧：主要决定于变形区形状参数 如：（志田茂公式）典型的有sims公式 冷轧：冷轧：主要决定于摩擦系数 典型的有Bland-Fordd的Hill简化公式（3）压扁长度模型 考虑弹性压扁时的变形区长度：压扁半压径 E、：轧辊材质的弹性模量及泊桑系数 本讲稿第四十四页，共七十页（4）张力影响系数设定计算模型 a

20、1、a2：可根据实测结果确定 当 a1=a2=a=0.5 时：因后张比前张影响大（5）辊缝设定计算模型 O：油膜轴承厚O=f(P、ng)SF：设定弯辊力引起G：辊缝零位G=f(GH、GW、G0)GH:热胀引起 GW：磨损引起G0：其它误差引起的辊缝零位常数 本讲稿第四十五页，共七十页4.2 4.2 设定模型自学习设定模型自学习 提高厚度精度前提 提高设定模型精度的提高 提高设定模型精度靠：采用的模型结构；系数的确定；模型自学习的方法等；1）影响设定模型精度的因素）影响设定模型精度的因素 建立模型的各种假设 测量误差 系统特性的误差不断利用即时信息进行系统的修正案 保模型精度-既自适应自适应校正

21、本讲稿第四十六页，共七十页（1）方法有：增长记忆式递推最小二乘法 限定记忆式递推最小二乘法 卡曼滤波法 指数平滑法指数平滑法 常用指数平滑法：常用指数平滑法：基本公式：增益系数：自适应系数*：利用实测数据得到的 相应系数的实测值 大小学习参数 实测值 计算值 轧件数 2）自适应方法）自适应方法 模型中加自适应系数 通过计算来修正模型本身系数 本讲稿第四十七页，共七十页（2）自适应校正对模型系数修正方法）自适应校正对模型系数修正方法 加法自适应：y=f(x1、x2、x3、x4.、xn)+乘法自适应：y=f(x1、x2、x3、x4.、xn)当yi、自变量xi能实测时，可利用实测数据计算出自适应系数

22、 *=yi*-f*(x i1、x i2、.、x in)*=yi*/f*(xi1、x i2、.、x in)自适应校正系数修正模型自适应矫校正本讲稿第四十八页，共七十页自适应系数自适应系数-对本块钢而言，仅对模型中设定的自适应 系数进行修正，以提高本块钢的设定精度。自学习系数自学习系数-用于下块钢（同规格、同钢种），是根据 自适应系数修正后的自适应系数来进行学 习 学习自模型系数 提高下块钢设 精度。本讲稿第四十九页，共七十页3）模型自学习）模型自学习 基本公式：增益系数其取值考虑 实测值可信度-不可信取小值；学习速度-需快速学习时取大值;追求稳定时取小值；i：自学习系数*i：经多次自适应修正后的

23、自学习模型系数“实测值”本讲稿第五十页，共七十页4.3 4.3 模型自学习举例模型自学习举例 可学习系数、Kd 1）温度模型自学习）温度模型自学习(m/s或m/h)学习系数（等价传热系数）确定：模型系数自学习：本讲稿第五十一页，共七十页2）轧制压力模型自学习）轧制压力模型自学习 3）辊缝零位自学习）辊缝零位自学习 4）穿带自适应（动态设定）穿带自适应（动态设定）本讲稿第五十二页，共七十页5.AGC5.AGC系统分析方法系统分析方法 广泛采用P-H图解法和解析法 5.1 P-H5.1 P-H图解法图解法 基于弹跳方程，特点：特点：直观的分析造成厚差的原因 即讨论轧件带来的扰动 产生的后果 定量分

24、析各种厚控方案 即讨论轧机带来的扰动 AGC消除厚差结果 本讲稿第五十三页，共七十页当H h 控制措施可q、可调S0 S02 S0 S01 h1 h2 H1 H2 h(H)P P0 q2 q1 S2 S1 S h H 定义定义:弹跳方程：弹跳方程：厚控方法：厚控方法：关系式：关系式：本讲稿第五十四页，共七十页5.2 5.2 解析法解析法 常采用非线性方程线性化的方法来建立各工艺参数、控制参数P、S、V、H、K、q、h等之间的解析关系:压力方程 P=f(H、h、K、T、q、f)弹跳方程考虑的是各参数的对h的影响 对增量加以讨论 .(1)增量形式 增量形式.(2)本讲稿第五十五页，共七十页1）厚度

25、方程）厚度方程：(2)代入（1）联解得：厚度方程厚度方程.(3)扰动量 控制量 其中：ak、af等同理 aSF同理,当CCF时 工艺参数不变时-只有来料厚度变化时-本讲稿第五十六页，共七十页2）压力方程压力方程：(3)代入（1）联解得:.(4)其中：bk、bf等同理 3)张力方程张力方程：本讲稿第五十七页，共七十页5.3 5.3 控制输出量的计算控制输出量的计算 1）AGC实施方式实施方式：位置内环、厚度外环：位置内环、厚度外环：需确定h与控制量调节量S的关系电动压下常用，不能消除轧辊偏心 压力内环、厚度外环：压力内环、厚度外环：需确定h与控制量调节量P关系 给定值 给定值 液压压下常用，用恒

26、压力控制能消除偏心的影响 厚度外环厚度外环消除轧件工艺参数、控制参数的影响 本讲稿第五十八页，共七十页2）反馈输出量的计算）反馈输出量的计算（1）位置内环、厚度外环时：位置内环、厚度外环时：输出 S Ss：设定or锁定值 只考虑H、K 调整量 本讲稿第五十九页，共七十页（2）压力内环、厚度外环时：压力内环、厚度外环时：输出 P Ps：设定or锁定值 A）来料厚差H外扰 H 产生h、PH 调压下S 产生PS 给定值 h0 调压下 产生PS 本讲稿第六十页，共七十页B）偏心外扰 常用恒压力恒压力控制 P0 C）来料抗力K外扰 K 给定值 h0 调压下 产生 本讲稿第六十一页，共七十页3）前馈输出量

27、的计算）前馈输出量的计算 前馈（预控）可克服时间滞后加快响应性对突发变量调节效果好 A）位置内环、厚度外环时：）位置内环、厚度外环时：由H 预计产生h 提前调S给定值 h0 提前调 本讲稿第六十二页，共七十页B）压力内环、厚度外环时）压力内环、厚度外环时 H 产生h、PH 提前调S 引起PSh0 调压下 产生PS 给定值 本讲稿第六十三页，共七十页C）预报延时时间：测得H后，需延时一段时间后输出给定值PR、SR反馈控制：h+h hh由于存在系统时间滞后，h波动段较长前馈控制：预控延长时间 h波动段长度 提前预控：h 使阶跃性波动得到更好控制 本讲稿第六十四页，共七十页6.AGC6.AGC系统的

28、组成系统的组成 6.16.1传统传统AGCAGC系统由以下功能组成系统由以下功能组成 前馈AGC（x射线测厚仪）反馈AGC（间接测厚仪）监控AGC（x射线测厚仪）加减速补偿偏心补偿 弯辊补偿+热连轧 锁定方法 尾部补偿 活套补偿 冷轧 张力AGC（张力仪）流量AGC（测速仪）+本讲稿第六十五页，共七十页6.26.2硬度前馈硬度前馈AGC(KFF-AGC)-AGC(KFF-AGC)-冷、冷、热轧热轧中广泛采用中广泛采用 前馈前馈AGC问题在于：对来料硬度波动K造成的h只能通过设有反馈AGC的反馈控制 来纠偏 前馈AGC作用；对连轧，H随各架AGC已逐渐，而对后几架K成为提高AGC 精度的重点；K

29、具有重发性，即来料K对每个机架都将产生一个新的h KKFAGC提高了AGC功能及厚度控制精度 本讲稿第六十六页，共七十页2）输出量的计算）输出量的计算 实测 P*ij（i架、j点）S*ij 1）KFF-AGC控制方案控制方案 对连轧：在后几架投入KFF-AGC对投入机架进行前馈 用投入前的一架实测的P*、S*计算带钢各段的K*K本讲稿第六十七页，共七十页（1）热连轧KFF-AGC常用方案 通过Rn出口实 测信息获 前馈控制精轧机组F2-Fn 利用F1实测 信息获 OR:实 测P*3、S*3 h*3K*3 K0：基准强度 KE：据材料加工硬化特性不同的强度增量值（2）冷轧KFF-AGC常用方案 本讲稿第六十八页，共七十页3）控制量的确定）控制量的确定 调压下 对位置内环位置内环，控制量给定值 对压力内环压力内环，控制量给定值 实测 P*ij、S*ij 由压力方程 本讲稿第六十九页，共七十页谢谢 谢谢本讲稿第七十页，共七十页