CN100443205C - 一种基于平滑变化轧制规程的热轧带钢凸度控制方法 - Google Patents

Abstract

一种基于平滑变化轧制规程的热轧带钢凸度控制方法，涉及一种控制成品热带钢凸度的方法。针对现在带钢在热轧过程中弯辊系统对于板凸度控制不足的问题，本发明提供一种能基于平滑变化轧制规程的热轧带钢凸度控制方法，将轧制热带钢的机架按轧制顺序依次划分为上游机架、中游机架和下游机架，各机架压下率在80～120卷钢之前的轧制过程中随卷调整，在继第80～120卷钢之后的连续轧制过程中各机架保持与最后一次调整的压下率数值一致。本发明提供方法使各轧辊负荷分配的变化随时间逐卷平滑变化，没有突变性，函数结构简单，易于调整，该方法可以弥补了弯辊系统工作死区的存在及弯辊模型的系统误差，更精确地控制板凸度和平直度，利于推广应用。

Description

一种基于平滑变化轧制规程的热轧带钢凸度控制方法

技术领域

本发明涉及一种控制成品热带钢凸度的方法。

背景技术

热带钢在轧辊的一个轧制周期内，由于轧辊热凸度和磨损量的变化，带钢本身凸度也发生很大的变化。综合考虑磨损和热凸度的影响，在一个轧制周期内实测成品带钢凸度可由100μm变化到20μm。迄今为止，国内绝大部分热连轧机采用强力弯窜工作辊方式进行板形的控制，虽然弯窜辊控制技术比较成熟，而且被公认是控制板形的有效手段，但是由于工作辊弯窜方式存在工作死区，同时受弯辊力，特别是弯辊模型精度的限制，对于上述较大的凸度变化，仅依靠液压弯辊补偿不了。由于完整的板形控制系统是由机型-辊型-工艺-控制四个部分有机整合成的一体化系统，所以可从改变轧制规程即在工艺技术方面寻求解决方法。

发明内容

针对现在带钢在热轧过程中弯辊系统对于板凸度控制不足的问题，本发明提供一种能有效控制成品热轧带钢凸度的方法，该方法采用的平滑过渡函数结构简单，使用方便，对于板凸度和平直度的控制更精确。

一种基于平滑变化轧制规程的热轧带钢凸度控制方法，它是将轧制热带钢的轧机机架按轧制顺序依次划分为上游机架、中游机架和下游机架，各机架压下率在80～120卷钢之前的轧制过程中根据已轧钢卷数随卷调整，具体调整方法为：

下游机架的压下率r_i根据公式(A)逐卷增加：

$r_i=r_{0i}(1+a_i\frac{n_{\mathrm{pass}}}{n_{\mathrm{total}}})---\left(A\right)$

式中，r_0i为各机架基准相对压下率；n_pass为已轧钢卷数；n_total为一个轧制单位的钢卷总数；a_i为下游各机架相对压下率的时间影响系数；

下游机架压下率增加量的最大值控制在相应机架基准相对压下率的40％～50％范围内；

上游机架的压下率r_i按照公式(B)逐卷减小：

$r_i=r_{0i}(1-b_i\frac{n_{\mathrm{pass}}}{n_{\mathrm{total}}})---\left(B\right)$

式中，r_0i为各机架基准相对压下率；n_pass为已轧钢卷数；n_total为一个轧制单位的钢卷总数；b_i为上游各机架相对压下率的时间影响系数；

上游机架压下率减小量的最大值控制在相应机架基准相对压下率的40％～50％范围内；

中游机架承担剩余的负荷分配，其压下率波动范围控制在基准相对压下率的±60％范围内；

在继第80～120卷钢之后的连续轧制过程中各机架保持与最后一次调整的压下率数值一致。

本发明通过对轧制过程中轧辊热膨胀和磨损行为的研究分析，找出了工作辊辊面的综合形状曲线随轧制时间的变化规律，从而针对各机架提出了不同的轧辊热凸度补偿方法，确定了上游机架、中游机架、下游机架压下率变化的趋势，设计出了合理的负荷变化函数，在秒流量恒定的前提下，各轧辊负荷分配的变化随时间逐卷平滑变化，没有突变性，函数结构简单，易于调整，这样就保证了压下率变化时轧制的稳定性，特别是张力控制系统和厚度系统的稳定，同时考虑平直度的控制。因此，该方法弥补了弯辊系统工作死区的存在及弯辊模型的系统误差，更精确地控制板凸度和平直度，利于推广应用。

附图说明

图1是本发明所述方法轧制规程的平滑过渡变化曲线图，图2是本发明所述方法采用调节弯辊以补偿由轧制力增加而引起的热凸度的增加曲线图，图3是具体实施方式二所述轧制过程中改变负荷分配引起的出口板凸度的变化曲线示意图，图4是一个轧制周期内原有常规轧制规程(虚线区)与新轧制规程所轧带钢板凸度比较曲线图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式是一种基于平滑变化轧制规程的热轧带钢凸度控制方法，它是将轧制热带钢的轧机机架按轧制顺序依次划分为上游机架、中游机架和下游机架，各机架压下率在80～120卷钢之前的轧制过程中根据已轧钢卷数随卷调整，具体调整方法为：

下游机架的相对压下率r_i根据公式(A)逐卷增加：

$r_i=r_{0i}(1+a_i\frac{n_{\mathrm{pass}}}{n_{\mathrm{total}}})---\left(A\right)$

式中，r_0i为各机架基准相对压下率；n_pass为已轧钢卷数；n_total为一个轧制单位的钢卷总数；a_i为下游各机架相对压下率的时间影响系数；

下游机架相对压下率增加量的最大值控制在相应机架基准相对压下率的40％～50％范围内；

上游机架的相对压下率r_i按照公式(B)逐卷减小：

$r_i=r_{0i}(1-b_i\frac{n_{\mathrm{pass}}}{n_{\mathrm{total}}})---\left(B\right)$

式中，r_0i为各机架基准相对压下率；n_pass为已轧钢卷数；n_total为一个轧制单位的钢卷总数；b_i为上游各机架相对压下率的时间影响系数；

上游机架相对压下率减小量的最大值控制在相应机架基准相对压下率的40％～50％范围内；

中游机架承担剩余的负荷分配，其相对压下率波动范围控制在相应机架基准相对压下率的±60％范围内；

在继第80～120卷钢之后的连续轧制过程中各机架保持与最后一次调整的压下率数值一致。

所述各机架基准相对压下率为，上游机架27～36％，中游机架24～27％，下游机架10～24％。

上游各机架相对压下率的时间影响系数和下游各机架相对压下率的时间影响系数为大于0小于等于1。

所述一个轧制单位的钢卷总数在80～120范围内。

本发明的工作原理如下，参照图1和图2。图1中规程1是一个轧制单位开始时，各轧辊不具备热凸度及磨损，通过常规负荷分配方法制定的压下规程；规程2是轧制中期时，各轧辊具备了一定的热凸度及磨损，由规程1平滑变化得到的压下规程；规程3是轧制末期时，轧辊热凸度基本不变化，由规程2平滑变化得到的规程。

随着轧制过程的进行，轧辊体系增加的热量使其内能变化，温度升高。在热流密度一定的条件下，内能的变化与时间成比例关系，而温度变化与内能同样成比例关系，所以温度的变化与时间成比例关系。

轧制一定数量带钢后，轧辊热交换接近平衡，轧辊热凸度可近似用下式计算：

$\left.\begin{array}{c}u\left(R\right)=\frac{2\mathrm{\β}}{R}{\∫}_0^R(T_R-T_{R0})\mathrm{rdr}=\mathrm{\β\Δ}\stackrel{\‾}{T_R}R\\ \mathrm{\Δ}{\stackrel{\‾}{T}}_R={\∫}_0^R(T_R-T_{R0})2\mathrm{\πrdr}/\mathrm{\πR}\end{array}\right\}$

式中，u(R)为轧辊的热膨胀量；ΔT_R为轧辊的平均温度变化；β为轧辊材质线膨胀系数；v为泊松比；T_R为轧辊即时温度；T_R0为轧辊原始温度；R为轧辊半径。

由此可知，连续轧制时轧辊的热膨胀量与轧辊的平均温度成比例关系，而温度与轧制时间成比例关系。所以轧辊的热膨胀量与轧制时间成比例关系。

在不形成氧化铁皮的条件下，工作辊磨损程度与轧制长度成正比例增加。同时认为改变压下率对摩擦系数影响不大。

就一般情况而言，热凸度使辊面沿宽向具有抛物线形，轧辊热凸度对带钢凸度有较大影响。一个轧制单位结束时，第一机架(以下称F1，第二机架称F2，依次类推)轧辊热凸度最大量会达到250μm～300μm，F4的会达到200μm～250μm，在F7会达到100μm～150μm。将热凸度曲线和磨损曲线合成，就成为轧后工作辊辊面的综合形状曲线，随着轧制过程的进行工作辊辊面的综合形状曲线凸形逐渐减小。

在下游机架，由于轧件厚度减薄，金属横向流动性较弱，弯辊的控制能力也就相对弱，而上游机架的情况恰相反，轧件较厚，金属横向流动性较强，所以弯辊的控制能力也就较强。同时由于上游机架轧辊热凸度相对下游机架的偏大，所以应该将弯辊的功效重点实施于上游机架，以补偿其轧辊较大的热凸度，而偏弱于下游机架，这时下游机架热凸度的补偿依靠于轧制负荷的提高。所以随着轧制进程下游机架的相对压下率应逐步增大，同时上游机架的相对压下率应逐步减小。

由于轧辊的热膨胀量和工作辊磨损程度随着轧制卷数的增加而变化。那么各机架的相对压下率也应随着轧制进程而逐步变化，这点是本发明的出发点，也是本发明区别于其它凸度控制方法之处。

认为实际相对压下率是所轧钢卷数的函数，如果轧机有7机架，为了能在末架得到合乎要求的板凸度并保证良好平直度，连续轧制时下游F5、F6、F7架的相对压下率随着轧制时间的增加而逐卷增加，亦即随轧辊热凸度的增大而逐卷增大。增加方式采用线性形式。

$r_i=r_{0i}(1+a_i\frac{n_{\mathrm{pass}}}{n_{\mathrm{total}}})$

式中，r_0i为各机架基准相对压下率；n_pass为已轧钢卷数；n_total为一个轧制单位的钢卷总数；a_i为下游各机架相对压下率的时间影响系数；

通过a_i控制相对压下率增加的幅度。首先考虑的问题是相对压下率的增加会使轧制力增加，而轧制力不能超越单机架最大轧制力范围；其次是考虑轧制力增加时使轧辊热凸度增加，这时需要适当弯辊的介入来加以补偿，因为液压弯辊调节具有与其它规程变量不发生干扰的优势。如图2所示，原来的热凸度-轧制力关系为曲线1，工作点A在完好板形线F以上，当通过弯辊使轧辊有效凸度减小时，热凸度-轧制力关系曲线下降为曲线2，对应于工作轧制力P_A的完好板形工作点是B，当热凸度曲线下降与完好板形线相交或相切于B点时，便可以获得良好板形。

下游机架的相对压下率应逐步增大的同时上游机架的F1、F2、F3的相对压下率应逐步减小。减小方式同样采用与上式相同的线性结构函数，

$r_i=r_{0i}(1-b_i\frac{n_{\mathrm{pass}}}{n_{\mathrm{total}}})$

式中，b_i为上游各机架相对压下率的时间影响系数；

中游的F4机架承担剩余的负荷分配。

当轧制80～120卷钢后，轧辊热凸度趋于饱和，或者改变压下规程可能超出了以上规定的变化范围，从这时起保持各机架的负荷分配系数在微小范围内波动，或者保持与最后一次调整的压下率数值一致即可，80～120卷钢范围内的具体轧制数根据实际轧制力不能超出轧机所能承受的最大轧制力进行确定。

综上所述，各机架的相对压下率的变化趋势为，轧制初始时，上游机架压下率较大，下游机架的较小，轧制中期各架的压下率相对平均，随着轧制进程，上游机架压下率逐卷减小，相对压下率减小量的最大值控制在初始相对压下率的40％～50％范围内。下游的逐卷增加，第五机架和第六机架相对压下率的增加量控制在初始相对压下率的50％范围内，而第七机架重点用于成品带钢平直度的控制，其相对压下率的增加量控制在初始相对压下率的40％范围内。中游机架承担剩余的负荷分配，其压下率波动范围控制在初始相对压下率的±60％范围内。规程的变化直至轧制80～120卷钢后结束。

具体实施方式二：本实施方式针对120卷钢选择轧制规程，采用7机架轧机，其中F1、F2、F3机架为上游机架，F4机架为中游机架，F5、F6、F7机架为下游机架，各机架基准相对压下率为，F1：33～35％，F2：30～33％，F3：27～30％，F4：24～27％，F5：21～24％，F6：16～19％，F7：10～12％。

采用本发明所述方法设置精轧各机架的相对压下率，使其逐卷平滑变化，从而控制带钢的板凸度，压下率增加或减小的方式采用线性结构的函数。

开始轧制时，控制上游机架轧辊的相对压下率r_i按照公式(B)逐卷减小：

$r_i=r_{0i}(1-b_i\frac{n_{\mathrm{pass}}}{n_{\mathrm{total}}})---\left(B\right)$

式中，r_0i为各机架基准相对压下率；n_pass为已轧钢卷数；n_total为一个轧制单位的钢卷总数；b_i为上游各机架相对压下率的时间影响系数；

下游机架轧辊的相对压下率r_i根据公式(A)逐卷增加：

$r_i=r_{0i}(1+a_i\frac{n_{\mathrm{pass}}}{n_{\mathrm{total}}})---\left(A\right)$

式中，r_0i为各机架基准相对压下率；n_pass为已轧钢卷数；n_total为一个轧制单位的钢卷总数；a_i为下游各机架相对压下率的时间影响系数；

中游机架轧辊承担剩余的负荷分配。

相对压下率随着轧制时间变化的函数采用线性形式，压下率的变化幅度可通过各架相对压下率的时间影响系数进行调整，使卷与卷之间的相应机架压下率没有突变，具有平滑过渡的特征。在具体操作中，上述公式涉及的时间影响系数根据预先设定的轧制力、已轧轧件的板形指标进行控制，相对压下率的时间影响系数在0～1范围之内，但要求最终得到的实际轧制力不超出轧机所能承受的最大轧制力。

在轧制第1卷钢时，各机架轧辊的压下率见下图的A规程，在轧制第41卷钢时，各机架轧辊的压下率见下图的B规程，在轧制第81卷钢时，各机架轧辊的压下率见下图的C规程。

表1实轧时所用压下规程(相对压下率)

对轧制结果进行检验，A规程到C规程凸度差为60μm，可以补偿工作辊热凸度的变化。在这三种压下规程下的精轧入口和出口的比例凸度几乎相等，实轧时精轧入口厚度26mm，出口2.3mm。在一个轧制单位中，随着轧制过程的进行，改变压下分配模式由A过渡到B再过渡到C，这种方法可以将凸度控制一个恒定范围内，即在80μm左右，如图3中粗实线所示，其中细实线的1是A规程，2是B规程，3是C规程；粗实线是A→B→C。可以看出，只要适当修改初始辊凸度，则出口板凸度可以控制在任意要求的水平上，并在轧制中基本保持不变。

一个完整轧制周期的实轧情况如图4所示，说明了采用上述的新规程和传统规程时带钢凸度C_h25变化的比较。图中虚线区域为采用传统轧制规程的成品板凸度范围，由100μm变化到20μm，超出了目标值的要求范围。而采用平滑改变压下负荷的新规程时所轧带钢凸度如图中实心原点区域所示，由60μm变化到30μm，完全满足凸度的控制要求。因此，理论计算和实轧过程都证明了，用本发明所述平滑逐卷改变轧制负荷分配的方法，可以在保证板形的前提下，有效控制所轧带钢的板凸度。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同之处在于，所述轧机为6机架，其中F1、F2、F3机架为上游机架，F4机架为中游机架，F5、F6机架为下游机架。

本发明所述方法可用于轧辊会发生膨胀的对任何材料进行轧制的过程，除了本发明所述钢材料外，还可用于对铜、铝及其他材料的轧制，只要应用本发明所述的方法，都应在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于平滑变化轧制规程的热轧带钢凸度控制方法，其特征在于将轧制热带钢的轧机机架按轧制顺序依次划分为上游机架、中游机架和下游机架，各机架压下率在轧制80～120卷钢范围内的某一卷钢之前的过程中根据已轧钢卷数随卷调整，所述的80～120卷钢范围内的某一卷钢的具体卷数根据实际轧制力不能超出轧机所能承受的最大轧制力进行确定；具体调整方法为：

下游机架的压下率r_i根据公式(A)逐卷增加：

$r_i=r_{0i}(1+a_i\frac{n_{\mathrm{pass}}}{n_{\mathrm{total}}})---\left(A\right)$

式中，r_0i为各机架基准相对压下率；n_pass为已轧钢卷数；n_total为一个轧制单位的钢卷总数；a_i为下游各机架相对压下率的时间影响系数；

下游机架压下率增加量的最大值控制在相应机架基准相对压下率的40％～50％范围内；

上游机架的压下率r_i按照公式(B)逐卷减小：

$r_i=r_{0i}(1-b_i\frac{n_{\mathrm{pass}}}{n_{\mathrm{total}}})---\left(B\right)$

式中，r_0i为各机架基准相对压下率；n_pass为已轧钢卷数；n_total为一个轧制单位的钢卷总数；b_i为上游各机架相对压下率的时间影响系数；

上游机架压下率减小量的最大值控制在相应机架基准相对压下率的40％～50％范围内；

中游机架承担剩余的负荷分配，其压下率波动范围控制在相应机架基准相对压下率的±60％范围内；

在所述的80～120卷钢范围内的某一卷钢之后的连续轧制过程中各机架保持与最后一次调整的压下率数值一致。

2.根据权利要求1所述的一种基于平滑变化轧制规程的热轧带钢凸度控制方法，其特征在于所述各机架基准相对压下率为，上游机架27～36％，中游机架24～27％，下游机架10～24％。

3.根据权利要求1所述的一种基于平滑变化轧制规程的热轧带钢凸度控制方法，其特征在于上游各机架相对压下率的时间影响系数和下游各机架相对压下率的时间影响系数为大于0小于等于1。

4.根据权利要求1所述的一种基于平滑变化轧制规程的热轧带钢凸度控制方法，其特征在于一个轧制单位的钢卷总数在80～120范围内。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种基于平滑变化轧制规程的热轧带钢凸度控制方法，其特征在于所述轧制热带钢的轧机机架为7机架，其中F1、F2、F3机架为上游机架，F4机架为中游机架，F5、F6、F7机架为下游机架。

6.根据权利要求5所述的一种基于平滑变化轧制规程的热轧带钢凸度控制方法，其特征在于各机架基准相对压下率为，F1：33～35％，F2：30～33％，F3：27～30％，F4：24～27％，F5：21～24％，F6：16～19％，F7：10～12％。

7.根据权利要求1、2、3或4所述的一种基于平滑变化轧制规程的热轧带钢凸度控制方法，其特征在于所述轧制热带钢的轧机机架为6机架，其中F1、F2、F3机架为上游机架，F4机架为中游机架，F5、F6机架为下游机架。

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