CN102601125A - 钢轨断面规格通长波动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高钢轨底宽通长控制精度的钢轨断面规格通长波动控制方法，包括以下步骤：根据钢轨在正常轧制情况下的钢轨断面尺寸检测曲线得出断面各尺寸通长波动异常部分在钢轨上的分布长度l和断面各尺寸波动的平均偏差，确定钢轨断面上的补偿部位，并确定与补偿部位相应的轧制部位的补偿值；根据轧制部位和补偿值选择补偿轧机和补偿道次，并确定补偿道次的补偿量；确定出需补偿长度L，轧制时在钢轨的需补偿长度L上给予补偿；当达到需补偿长度L后，补偿轧机上轧制部位的辊缝S回复到正常辊缝s，串动值Y正复到正常串动值y，有效控制了钢轨的断面规格通长波动，减少了轧制偏差，不需额外设备，主要用于钢轨轧制控制。

Description

钢轨断面规格通长波动控制方法

技术领域

本发明涉及一种钢轨尺寸波动控制方法，尤其是一种钢轨断面规格通长波动控制方法。

背景技术

采用万能生产线自动控制生产的钢轨，均存在断面规格通长波动的问题，即断面规格尺寸偏差幅度较大。不同规格、材质的钢轨，其断面规格波动的长度及偏差有所不同，但共同点是指向轧机方向的一端通常在长度方向0～15米(与轨高对应)的“波动段”内存在断面规格波动幅度高于其它部位的问题，而轧制力在通长方向上又相差不大，通过轧制力来进行补偿的AGC远不能消除“波动段”内的断面规格异常波动的问题。但波动段之后，钢轨通长的断面各尺寸随着轧制状态的稳定而得到了精确的控制，断面规格波动幅度变小。

断面规格波动控制是一个世界性的难题，一般采取优化孔型的办法来解决，但效果均不理想，采取加大切头段长度的办法来解决成本又太高。因此，高速重轨上线使用时均要对前述出现断面规格异常波动的“波动段”进行人工打磨，以使断面规格满足要求同时减少切头损失。

一般分析认为，造成钢轨断面规格波动的原因包括钢轨的连轧张力、温度波动、进钢冲击、AGC补偿滞后、机械设备响应速度慢等，此外，钢轨的头、腰、底三部分的延伸系数不一样，按理论其连轧张力应不相同，但实际生产中只能取一个最优张力值也是造成尺寸波动的原因。此外，轧制过程中的孔型磨损导致的轧制变化也是一个影响因素。

公开日为2009年2月11日，公开号为CN101362153A的中国专利申请公开了一种轧机液压AGC系统及其控制方法，整个系统以外环闭环和内环单闭环两者相结合的内外环双闭环方式连接而成，以测厚仪作为反馈元件，将测厚仪反馈值与厚度给定值的偏差信号先输入到基于Smith预估器功能的PID控制器再输入到内环单闭环中的PID控制器；将位置传感器、压力传感器、张力传感器和测速仪反馈值的偏差信号输入到PID控制器；PID控制器将这些信号由控制模块进行处理，使用触摸屏HMI设置和显示系统各参数，操作和监控各步骤，本发明引入基于Smith预估器功能的PID控制的策略，测厚仪的反馈响应速度快，显著提高了系统的控制精度和稳定性，安装和调试简单、操作方便、运行可靠。”

该专利申请必须要利用测厚仪来取得已通过轧制的板材厚度偏差来修正后续的轧制厚度，是依据测量在线轧件的参数来修正，其修正本身就具有一定的滞后性，尤其是刚开始轧制的一段板材根本没有任何数据来进行修正，因此刚开始轧制的一段板材其厚度误差就较大；其最终参数的执行是通过L2级的输入实现；并且由于该专利是专用于板材，板材的板形控制主要与压下量(辊缝)和辊形曲线两大因素有关，板厚精度决定了其补偿值很小；而钢轨断面形状复杂，除辊形因素和辊缝大小因素外，头、腰、底各部分延伸变形也有着相互影响，由此，不能直接将该方法运用到具有复杂截面的钢轨的尺寸波动控制，而要根据自然规律，去探索适合于钢轨复杂断面形状的补偿控制方法。

公开日为2006年8月23日，公开号为CN1820864A的中国专利申请公开了一种串列轧机的板厚控制方法，在串列轧机的任一个支架中，在被压延材料的前端到达下游侧的支架或卷绕装置时，对因在该支架出侧张力发生引起的该支架的压延负荷变化及出侧板厚变化进行预测，并根据这些预测值将该支架的轧辊间隙与所述出侧张力的发生时间配合地进行操作，以抵消出侧板厚的变化，能将因下一支架咬入时的出侧张力的发生及因前支架尾端脱出时的入侧张力的消失引起的板厚变化抑制成极小。

该专利申请同样是适用于板材的板厚控制方法，也是依据测量在线轧件的参数来修正，其修正仍然具有一定的滞后性，补偿值也很小，最终参数的执行也是通过L2级的输入实现。

注：在轧制控制中，L1级是指直接对独立设备的运行进行操作控制的系统；L2级是指各设备间控制系统，主要是人工控制轧件工艺参数及物流的系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种提高钢轨断面规格通长控制精度的钢轨断面规格通长波动控制方法。

本发明解决该技术问题的思路是，立足于一个更为宏观的角度，将同一规格产品的先后轧制过程纳入同一大系统，将在先的正常轧制结果作为反馈信号输入在后的轧制过程中进行控制。具体地是，根据在先轧制成品的实测结果，找出钢轨断面规格通长异常波动的波动段位置及其波动幅度，根据钢轨断面各部分延伸变形关系，在正常轧制控制方法下直接采用L1级输入进行针对性地调节，使得波动段内断面规格波动幅度减小，从而实现对波动段的轧制控制，达到钢轨通长的断面规格波动幅度减小、提高断面规格通长控制精度的控制目标。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：钢轨断面规格通长波动控制方法，包括以下步骤：

I、根据常规轧制生产获取需轧制钢轨在正常轧制情况下的断面各尺寸检测曲线，得出断面各尺寸通长波动异常部分在钢轨上的分布长度l和在分布长度l上断面各尺寸波动的平均偏差；

II、根据断面各尺寸波动的平均偏差确定钢轨断面上的补偿部位，并确定与补偿部位相应的轧制部位的辊缝补偿值K或轧辊串动补偿值Q；

III、根据补偿部位选择轧制相应部位的轧机作为补偿轧机，根据辊缝补偿值K或轧辊串动补偿值Q选择n个道次作为补偿道次，将辊缝补偿值K或轧辊串动补偿值Q分配至各补偿道次，并且，越靠近成品孔道次，单个补偿道次上的辊缝补偿量Kn或轧辊串动补偿量Qn的绝对值越小，n为补偿道次的数量，n为正整数，K1+……+Kn＝K，Q1+……+Qn＝Q；

IV、根据断面规格通长波动异常部分在钢轨上的分布长度l确定出需补偿长度L；

V、在轧制钢轨时，在钢轨需补偿长度L上，根据辊缝补偿量Kn确定补偿轧机上轧制部位的辊缝S＝s-Kn，其中s为正常轧制时的正常辊缝；当达到需补偿长度L后，所述辊缝S回复到正常轧制时的正常辊缝s；根据轧辊串动补偿值Q确定补偿辊的串动值X＝x+Qn，其中x为正常轧制时的正常串动值；当达到需补偿长度L后，所述补偿辊的串动值X回复到正常轧制时的正常串动值x。

更具体地，在步骤I中所述的断面尺寸为底宽，在步骤II中，如果底宽波动的平均偏差k满足|k|＞0.3mm，则在底宽部位直接进行补偿；如果底宽波动的平均偏差k满足|k|≤0.3mm，则在底宽部位或轨底厚度部位或腰厚部位进行补偿，相应的辊缝补偿值K采用下式确定：

以底宽部位为补偿部位时，当k＜0时，辊缝补偿值K＝k×b+c，当k≥0时，辊缝补偿值K＝k×b-c；

以轨底厚度部位为补偿部位时，辊缝补偿值K＝-k×b÷b1，

以腰厚部位为补偿部位时，辊缝补偿值K＝k×b÷b2；

辊缝补偿值K的各计算式中，

K——辊缝补偿值，单位mm；

k——某一连续分布长度l上底宽波动的平均偏差，简称底宽波动的平均偏差，单位mm；

b——热收缩系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，b∈[1.012，1.014]；

c——底宽尺寸在后续轧制道次中的展宽量，单位mm，根据正常轧制的轧制工艺确定，后续轧制道次指补偿道次之后(不包括补偿道次)至轧制完成的那些轧制道次；

b1——轨底厚度部位的展宽系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，b1∈[0.2，0.3]；

b2——腰厚部位的拉缩系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，b2∈[0.05，0.10]。

在步骤I中所述的断面尺寸为轨高，在步骤II中，如果轨高波动的平均偏差y满足|y|＞0.3mm，则在头厚部位或轨底厚度部位直接进行补偿；如果轨高波动的平均偏差y满足|y|≤0.3mm，则在头厚部位或轨底厚度部位或头宽部位或腰厚部位进行补偿，相应的辊缝补偿值K采用下式确定：

以头厚部位为补偿部位时，辊缝补偿值K＝y×b；

以轨底厚度部位为补偿部位时，辊缝补偿值K＝y×b；

以头宽部位为补偿部位时，辊缝补偿值K＝-y×b÷b3；

以腰厚部位为补偿部位时，辊缝补偿值K＝y×b÷b4；

辊缝补偿值K的各计算式中，

K——辊缝补偿值，单位mm；

y——在分布长度l上轨高波动的平均偏差，简称轨高波动的平均偏差，单位mm；

b——热收缩系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，b∈[1.012，1.014]；

b3——头厚部位的展宽系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，b1∈[0.2，0.3]；

b4——腰厚部位的展宽系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，b4∈[0.3，0.35]。

在步骤I中所述的断面尺寸为对称f，f＝F1-F2，式中，F1为钢轨上腿长度，F2为钢轨下腿长度，在步骤II中，轧辊串动补偿值Q采用下式确定：

轧辊串动补偿值Q＝q×b÷c1，式中，

Q——轧辊串动补偿值，直接影响钢轨上腿或下腿的厚度，单位mm；

q——在分布长度l上对称波动的平均偏差，简称对称波动的平均偏差，单位mm；

b——热收缩系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，b∈[1.012，1.014]；

c1——展宽系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，c1∈[0.3，0.4]。

进一步的，在步骤III中，当轧辊串动补偿值Q满足|Q|＞3.5mm时，则将轧辊串动补偿值Q分配在至少两个补偿道次上，使得单个补偿道次上的轧辊串动补偿量Qn满足|Qn|≤3.5mm，当轧辊串动补偿值Q满足|Q|≤3.5mm时，则只在一个轧制道次上完成轧辊串动的补偿。

进一步的，在步骤III中，当辊缝补偿值K满足|K|＞1mm时，则将辊缝补偿值K分配在至少两个补偿道次上，使得单个补偿道次上的辊缝补偿量Kn满足|Kn|≤1mm；当辊缝补偿值K满足|K|≤1mm时，则只在一个轧制道次上完成辊缝的补偿。

更具体地，在步骤IV中，需补偿长度L按照下式进行确定，L＝l÷a×b，式中：

L——待轧制钢轨实际需补偿长度，单位m；

l——正常轧制时断面规格通长波动异常部分在钢轨上的分布长度，简称分布长度，单位m；

a    伸系数，与钢轨轧制过程中各道次的变形量有关，设补偿道次为由开坯指向成品孔的倒数第j道次，则a＝a1×a2×a3×…×aj，式中，aj为倒数第j道次的延伸系数，为根据轧制经验确定的无量纲常数；

b——热收缩系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，b∈[1.012，1.014]。

更具体地，在步骤III中，补偿轧机为精轧机和/或精轧机之前的轧机。

进一步的，在步骤V后进行以下步骤：VI、检测成品钢轨补偿段至正常轧制段之间过渡区域底宽的突变情况。

更具体地，所述的分布长度l和需补偿长度L均从钢轨指向轧机的端头开始连续计算。

本发明的有益效果是：在钢轨轧制的自动控制程序中，根据在先轧制产品断面规格波动情况，确定相应的补偿部位、补偿轧机、辊缝补偿值、补偿道次和辊缝补偿值或轧辊串动补偿值，并分配各个补偿道次的辊缝补偿量或轧辊串动补偿量，根据断面规格通长波动异常部分在钢轨上的分布长度确定需补偿长度，进而在钢轨需补偿长度上对补偿轧机相应轧制部位的辊缝或轧辊串动值进行调整，对于钢轨轧制始端这段轧制应力变化较大的区域具有很好的修正作用，从而有效控制了钢轨波动段的断面规格波动，使得整个钢轨产品的断面规格通长偏差减少，提高了产品质量；在轧制后还可以监测成品断面规格是否出现突变点，从而检测钢轨产品的断面规格通长波动是否合格。

附图说明

图1是本发明应用于轧制控制时的流程图。

图2是钢轨断面的示意图。

图3是实施例一～五及其对比例的轧机布置工艺图。

图4是图3中第二轧边机E2上钢轨轧制示意图。

图5是图3中万能轧机UF上钢轨轧制示意图。

图6是采用常规轧制方法生产的底宽波动曲线图(实施例一的对比例)。

图7是实施例一的底宽波动曲线图。

图8是采用常规轧制方法生产的底宽波动曲线图(实施例二的对比例)。

图9是实施例二的底宽波动曲线图。

图10是采用常规轧制方法生产的轨高波动曲线图(实施例三的对比例)。

图11是实施例三的轨高波动曲线图。

图12是采用常规轧制方法生产的轨高波动曲线图(实施例四的对比例)。

图13是实施例四的轨高波动曲线图。

图14是应用本发明及常规轧制方法生产的对称波动对比图表(实施例五及对比例)。

图中零部件、部位及编号：底宽F、钢轨上腿长度F1、钢轨下腿长度F2、头厚d、腰厚W、轨底厚度t、轨高H；开坯机BD1、开坯机BD2、万能轧机U1、第一轧边机E1、万能轧机U2、第二轧边机E2、万能轧机UF；钢轨轧件1、头部立辊2、底部立辊3、下水平辊4、上水平辊5、轧边机下水平辊6、轧边机上水平辊7。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

声明，为叙述简要，在本说明书中，断面规格指断面各尺寸，包括底宽F、轨高H、对称f、腰厚W、头厚d、头宽B、腿厚t，“断面规格通长波动异常部分在钢轨上的分布长度l”与“分布长度l”具有同一含义，“在分布长度l上底宽波动的平均偏差k”与“底宽波动的平均偏差k”具有同一含义。道次指轧制道次，倒数第1个道次为成品孔道次。

如图1～图14所示，本发明的钢轨断面规格通长波动控制方法包括以下步骤：

I、根据常规轧制生产获取需轧制钢轨在正常轧制情况下的断面各尺寸检测曲线，得出断面各尺寸通长波动异常部分在钢轨上的分布长度l和在分布长度l上断面各尺寸波动的平均偏差。

II、根据断面规格通长波动的平均偏差k确定钢轨断面上的补偿部位，并确定与补偿部位相应的轧制部位的辊缝补偿值K或轧辊串动补偿值Q；普通的板材在轧制时仅一台轧机即可，其仅有两个面受到轧制，仅在厚度方向进行约束，在调节板材时仅需控制上下轧辊的缝隙即可，不存在选择补偿部位，与普通的板材不同，如图1所示，钢轨轧件1具有较为复杂的断面，为了成型复杂的断面必须要使用多台轧机组成生产线以依次轧制钢轨轧件1的各个部位，从图3～图5可以看出，钢轨轧件1是经由多台轧机、多个轧制道次连续轧制成型，在同一轧机上也同时受到多个轧辊的作用，例如图4所示的轧边机上水平辊7和轧边机下水平辊6，以及图5所示的头部立辊2、底部立辊3、下水平辊4和上水平辊5，并且根据金属变形的规律，对某一部尺寸的改变必然影响到其它部位，因此钢轨轧制成型控制时要顾及断面各个部位之间的相互影响，这使得钢轨轧制控制变得更加复杂，但与此对立统一的是，也可以利用这种相互影响来达到控制的目标，即能够选择补偿部位。例如，对于底宽尺寸调控来说，所选择的补偿部位并不一定是直接影响底宽F的底宽部位，此时相应调节的是轧边机上上、下水平辊之间的辊缝；也可能是对底宽F产生间接影响的轨底厚度部位，此时调节万能轧机上底部立辊的辊缝；或腰厚部位，此时调节万能轧机上上、下水平辊之间的辊缝；对于轨高尺寸调控来说，所选择的补偿部位并不一定是直接影响轨高H的头厚部位或轨底厚度部位，此时相应调节的是万能轧机头部立辊或底部立辊的辊缝；也可能是对轨高H产生间接影响的头宽部位或腰厚部位，此时相应调节的是轧边机或成品轧机的上、下水平辊之间的辊缝或万能轧机的上、下水平辊之间的辊缝；对于对称调控来说，只能以万能轧机的可串动辊为补偿辊，轧辊串动补偿值Q可根据对称波动的平均偏差q得出；这与仅通过控制工作辊辊缝就能补偿的板材就有较大的区别。此外，辊缝补偿值K可根据相应尺寸波动的平均偏差利用经验公式推算得出，也可根据实际生产中的规律得出，根据不同生产条件，可以通过有限试验得到最佳的辊缝补偿值K或轧辊串动补偿值Q。

III、根据补偿部位选择轧制相应部位的轧机作为补偿轧机，根据辊缝补偿值K或轧辊串动补偿值Q选择n个道次作为补偿道次，将辊缝补偿值K或轧辊串动补偿值Q分配至各补偿道次，并且，越靠近成品孔道次，单个补偿道次上的辊缝补偿量Kn或轧辊串动补偿量Qn的绝对值越小，n为补偿道次的数量，n为正整数，K1+……+Kn＝K，Q1+……+Qn＝Q。

需要说明的是：K及Kn的正负应根据常规轧制工艺模型中确定的方向和辊缝补偿公式来确定，对此，本领域技术人员能够根据叠加的辊缝补偿量应使得相应辊缝变宽还是变窄来进行判断。Q及Qn的正负应根据常规轧制工艺模型中确定的方向和轧辊串动补偿公式来确定，对此，本领域技术人员能够根据叠加的轧辊串动补偿量应使得相应腿厚变大还是变小来进行判断。设万能轧机的下水平辊为可串动辊，常规轧制工艺模型中的正常串动值x是以向腿侧串动为正，轧辊串动补偿公式是补偿辊的串动值X＝x+Qn，其中x为正常轧制时的正常串动值，若q＞0，说明通常上腿长度F1＞下腿长度F2，要减小对称偏差需要减小下腿的腿厚，以增加下腿长度F2，则下腿应叠加向腿侧的串动以完成串动补偿，则Q及Qn应为正，反之，若q＜0，说明通常上腿长度F1＜下腿长度F2，要减小对称偏差需要增加下腿的腿厚，以减小下腿长度F2，则下腿应叠加向头侧的串动完成串动补偿，则Q及Qn应为负。

IV、根据断面规格通长波动在钢轨上的分布长度l确定出需补偿长度L，根据轧制的客观规律，需补偿长度L与分布长度l存在一定的对应关系，需补偿长度L可根据分布长度l利用经验公式推算得出，也可根据实际生产中的规律得出。

V、在轧制钢轨时，在钢轨需补偿长度L上，根据辊缝补偿量Kn确定补偿轧机上轧制部位的辊缝S＝s-Kn，其中s为正常轧制时的正常辊缝；当达到需补偿长度L后，补偿轧机上轧制部位的辊缝S回复到正常轧制时的正常辊缝s；根据轧辊串动补偿值Q确定补偿辊的串动值X＝x+Qn，其中x为正常轧制时的正常串动值；当达到需补偿长度L后，所述补偿辊的串动值X回复到正常轧制时的正常串动值x。

本发明与单个尺寸调节的控制方法的不同在于，必须在全面考虑断面各尺寸与标准尺寸之间的偏差，以及单个尺寸补偿对其余相关联尺寸的影响后，综合决定单个尺寸的补偿方式和补偿值。决定补偿值时应注意以下原则：第一，如果是对某单个尺寸是进行直接补偿，则对其它尺寸的影响可以忽略不计；第二，如果对某单个尺寸是进行间接补偿，则在确定补偿值时需预先分析其余与之有关联的尺寸与标准值的差值，选取最合理的一个或几个部位进行补偿，从而既保证该单个尺寸的尺寸精度，又提高相关联的其余各单个尺寸的尺寸精度，具体来说，与底宽有关联的尺寸有“腰厚、腿厚、对称”，与轨高有关联的尺寸有“腰厚、腿厚、头厚”，与对称有关联的尺寸有“腿厚、底宽”，如果间接补偿会导致相关联的尺寸的精度降低，则采用直接补偿，所述的直接补偿是指直接调控精确控制某尺寸的相应轧制部位的补偿方式，除此之外的补偿方式为间接补偿，当一个部位达不到要求的补偿量时，选择两个以上的部位进行补偿；第三，确定的主要保证底宽尺寸或者说与标准相差最大的尺寸是首先要保证的，如果其它尺寸不能达最优，则只须保证在标准范围内即可。

正常轧制一般是采用轧制力自动控制系统AGC，利用AGC可以检测已经轧制的前端钢轨的轧制力，利用检测出的偏差数据修正辊缝从而减少偏差，由于AGC实际上是通过前端的偏差来修正后端的钢轨，因此其修正是有滞后性，因此，对于刚开始轧制的一段钢轨或者轧制应力变化较大的一段钢轨，其修正就无法实行，但由于在常规轧制控制中突变段只有长度为l的一段钢轨，因此辊缝补偿仅用于波动段的轧制控制，在轧制完需补偿长度L后，就可回复到正常的AGC控制。钢轨的生产是由生产线上的各个轧机连续轧制而成，确定需补偿的部位后即可确定轧制相应部位的轧机作为可选的补偿轧机，进而利用辊缝补偿值K及辊缝补偿量Kn修正最终确定的补偿轧机的辊缝。

本发明的方法是配合现有的常规轧制控制方法来使用的，是利用已知的数据经过换算来补偿处于补偿道次时轧机的辊缝，并且仅在需补偿长度L上补偿，目的在于修正常规轧制控制的盲区和轧制力突变区，从而控制钢轨的断面规格通长波动在平稳的范围内，使得整条钢轨在长度方向上均具有较小的底宽偏差，提高产品的质量。试验证明，采用本发明的方法能够很好地控制钢轨断面规格通长波动，解决了人们长期以来一直想解决而又未能解决的问题，而且还无需采用额外的设备。

根据生产线的不同和轧制品种的不同，辊缝补偿值K与断面各尺寸波动的平均偏差的对应关系可能有所不同，但一般应考虑截面延伸变形规律及轧后热收缩对轧制的影响，在确定需补偿长度L时也同样要考虑这些影响。

根据长期的生产实践，发明人给出以下推荐的补偿部位确定方法和辊缝补偿值K估算公式。

如图2、图4及图5所示，若在步骤I中所述的断面尺寸为底宽F，在步骤II中，考虑钢轨轧件1头部、腰部、底部等变形的相互影响关系，确定底宽波动补偿是在钢轨轧件1的底宽部位进行还是在其它部位进行，如果底宽波动的平均偏差k满足|k|＞0.3mm，则在底宽部位直接进行补偿；如果底宽波动的平均偏差k满足|k|≤0.3mm，则在底宽部位或轨底厚度部位或腰厚部位进行补偿，相应的辊缝补偿值K采用下式确定：

以底宽部位为补偿部位时，当k＜0时，辊缝补偿值K＝k×b+c，当k≥0时，辊缝补偿值K＝k×b-c；

以轨底厚度部位为补偿部位时，辊缝补偿值K＝-k×b÷b1，

以腰厚部位为补偿部位时，辊缝补偿值K＝k×b÷b2；

辊缝补偿值K的各计算式中，

K——辊缝补偿值，单位mm；

k——在分布长度l上底宽波动的平均偏差，根据底宽检测曲线得到，单位mm；

b——热收缩系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，b∈[1.012，1.014]；

c——底宽尺寸在后续轧制道次中的展宽量，单位mm，根据正常轧制的轧制工艺确定，后续轧制道次指补偿道次之后(不包括补偿道次)至轧制完成的那些轧制道次；

b1——轨底厚度部位的展宽系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，b1∈[0.2，0.3]；

b2——腰厚部位的拉缩系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，b2∈[0.05，0.10]。

在底宽F波动量较大时，宜通过控制底宽部位来直接调节底宽F。以底宽部位为补偿部位时，当k＜0时，辊缝补偿值K＝k×b+c，当k≥0时，辊缝补偿值K＝k×b-c。在钢轨生产中，如果底宽F与标准底宽相比偏小，即k＜0时，需要抬辊以加大辊缝，辊缝补偿值K＝k×b+c应满足K＜0，分配时也应保证Kn＜0，辊缝S＝s-Kn，即补偿时的辊缝大于正常辊缝；反之，如果底宽F与标准底宽相比偏大，即k＞0时，需要压辊以减小辊缝，辊缝补偿值K＝k×b-c应满足K＞0，分配时也应保证Kn＞0，辊缝S＝s-Kn，即补偿时的辊缝小于正常辊缝。

此外，在底宽F波动量较小时，可以通过控制轨底厚度来间接控制底宽F，也可以选择通过控制其它部位来间接控制底宽F。

例如，在钢轨生产中，如果钢轨轨底厚度t与标准轨底厚度相比偏厚，则可通过减薄轨底厚度t增加底宽F，其变化量的关系按经验公式推算：ΔF＝-b1×Δt，其中减号“-”表示底宽F的变化量ΔF与轨底厚度t的变化量Δt成反比，b1——轨底厚度部位的展宽系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，b1∈[0.2，0.3]，变化量Δt通过调整万能轧机底部立辊3即可实现，此时控制轨底厚度t的轧机的辊缝补偿值K＝-k×(1.012～1.014)÷(0.2～0.3)。

又如，在钢轨生产中，如果钢轨腰厚W与标准腰厚相比偏厚时，则可通过减薄腰厚W来减小底宽F，其变化量的关系按经验公式推算：ΔF＝b2×ΔW，其中无减号“-”，表示底宽F的变化量ΔF与腰厚W的变化量ΔW成正比，b2——腰厚部位的拉缩系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，b2∈[0.05，0.10]，变化量ΔW通过调整万能轧机上水平辊5垂直压下即可实现，此时控制腰厚W的轧机的辊缝补偿值K＝k×(1.012～1.014)÷(0.05～0.10)。

上述方法间接地调整了底宽F，这种调整方式的好处在于不仅可以调整底宽F，还可以调节轨底厚度t或者腰厚W，同时保证钢轨多个尺寸的精确性，从而生产出质量更好的钢轨。

如图2、图4及图5所示，若在步骤I中所述的断面尺寸为轨高H，在步骤II中，考虑钢轨轧件1头部、腰部、底部等变形的相互影响关系，确定轨高波动补偿是在钢轨轧件1的头厚部位、轨底厚度部位进行或是在其它部位进行，如果轨高波动的平均偏差y满足|y|＞0.3mm，则在头厚部位或轨底厚度部位直接进行补偿；如果轨高波动的平均偏差y满足|y|≤0.3mm，则在头厚部位、轨底厚度部位或头宽部位或腰厚部位进行补偿，相应的辊缝补偿值K采用下式确定：

以头厚部位为补偿部位时，辊缝补偿值K＝y×b；

以轨底厚度部位为补偿部位时，辊缝补偿值K＝y×b，

以头宽部位为补偿部位时，辊缝补偿值K＝-y×b÷b3；

以腰厚部位为补偿部位时，辊缝补偿值K＝y×b÷b4；

辊缝补偿值K的各计算式中，

K——辊缝补偿值，单位mm；

y——在分布长度l上轨高波动的平均偏差，根据轨高H的检测曲线得到，单位mm；

b——热收缩系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，b∈[1.012，1.014]；

b3——头宽部位的展宽系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，b1∈[0.2，0.3]；

b4——腰厚部位的展宽系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，b4∈[0.3，0.35]。

在轨高H波动量较大时，宜通过控制头厚部位或轨底厚度部位来直接调节轨高H。钢轨断面尺寸检测标准中，对钢轨的轨底厚度有要求，而对头厚无要求，因此，如果轨底厚度是在标准范围内的，通常选择对头厚进行补偿，使轨高发生改变。以头厚部位为补偿部位时，辊缝补偿值K＝y×b，此时选择的补偿轧机一般为终轧机之前精确控制头厚尺寸的轧机；如果轨底厚度没有在标准范围内，且轨底厚度与轨高同时小于或大于标准尺寸，则可以轨底厚度部位为补偿部位，辊缝补偿值K＝y×b，此时选择的补偿轧机一般为终轧机之前精确控制头厚尺寸的轧机。

在轨高H波动量较小时，除了可以控制头厚部位或轨底厚度部位来直接调节轨高H以外，也可以通过控制头宽B或腰厚W来间接控制轨高H。

例如，在钢轨生产中，如果轨高H与标准相比偏小且钢轨底宽F与标准底宽相比偏大，则可通过减小头宽B增加头厚d，以增加轨高H，此时选择的补偿轧机一般为终轧机前直接控制底宽尺寸的轧机，其变化量的关系按经验公式推算：ΔH＝Δd＝-(0.20～0.30)ΔB，其中减号“-”表示头厚d的变化量Δd与头宽B的变化量ΔB成反比，b3——头宽部位的展宽系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，b3∈[0.2，0.3]，变化量ΔB通过调整轧边机上、下水平辊或成品孔轧机的上、下水平辊即可实现，此时控制头宽B的轧机的辊缝补偿值K＝y×b÷b3＝y×(1.012～1.014)÷(0.2～0.3)。

又如，在钢轨生产中，如果钢轨腰厚W与标准腰厚相比偏厚时，则可通过减薄腰厚W来减小轨高H，其变化量的关系按经验公式推算：ΔH＝b4×ΔW，轨高H的变化量ΔH与腰厚W的变化量ΔW成正比，b4——腰厚部位的展宽系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，b4∈[0.3，0.35]，变化量ΔW通过调整万能轧机上水平辊5垂直压下即可实现，此时控制腰厚W的轧机的辊缝补偿值K＝ΔW×b÷b4，y×(1.012～1.014)÷(0.3～0.35)。

如图2、图4及图5所示，若在步骤I中所述的断面尺寸为对称f，在步骤II中，轧辊串动补偿值Q采用下式确定：

轧辊串动补偿值Q＝q×b÷c1，式中，

Q——轧辊串动补偿值，直接影响钢轨上腿或下腿的厚度，单位mm；

q——在分布长度l上对称波动的平均偏差，简称对称波动的平均偏差，单位mm；

b——热收缩系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，b∈[1.012，1.014]；

c1——展宽系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，c1∈[0.3，0.4]。

对称f的调整与其余的尺寸如底宽F或腰厚W的调整不同，其只能依靠调节上腿或下腿的腿厚进行间接调整，因此，其补偿部位是确定的，只是根据调整量的大小确定是在一个轧制道次上调整还是在至少两个轧制道次上调整。

根据实践经验，同一轧制道次当其辊缝补偿量大于1mm时，会出现补偿精度大于0.1mm的情况，同时轧机的液压系统会因快速变化而出现轧机压下系统轻微抖动现象，补偿后的规格尺寸容易出现明显的突变点。为进一步改善补偿效果，当辊缝补偿值K满足|K|＞1mm时，则将辊缝补偿值K分配在至少两个补偿道次上，使得单个补偿道次上的辊缝补偿量Kn满足|Kn|≤1mm，式中，n为补偿道次的数量，n为正整数，K1+……+Kn＝K，以此逐渐地补偿钢轨轧件的断面规格通长波动，并且越靠近成品孔道次，其单个补偿道次上被分配的辊缝补偿量Kn的绝对值越小，这就使得钢轨轧件受到的补偿是逐渐减少的，其受到的轧制力也逐步变化到平稳状态，因此最后的成品钢轨的精度就更高，质量更好；当辊缝补偿值K满足|K|≤1mm时，其补偿值较小，则只在一个轧制道次上完成辊缝的补偿，即n＝1，K＝K1，减少需调整的轧机数量。显然地，K1、K2、……、Kn一般应同正或同负。

同理，同一轧制道次上当其轧辊串动补偿量大于3.5mm时，会出现补偿精度大于0.1mm的情况，同时轧机的液压系统会因快速变化而出现轧机压下系统轻微抖动现象，补偿后的规格尺寸容易出现明显的突变点。为进一步改善补偿效果，当轧辊串动补偿值Q满足|Q|＞3.5mm时，则将轧辊串动补偿值Q分配在至少两个轧制道次上，使得单个补偿道次上的轧辊串动补偿量Qn满足|Qn|≤3.5mm，式中，n为补偿轧机的数量，n为正整数，Q1+……+Qn＝Q，以此逐渐地补偿钢轨轧件1的对称通长波动，并且越靠近成品孔道次的补偿道次，其被分配的轧辊串动补偿量Qn的绝对值|Qn|越小，这就使得钢轨轧件受到的补偿是逐渐减少的，其受到的轧制力也逐步变化到平稳状态，因此最后的成品钢轨的精度就更高，质量更好；当轧辊串动补偿值Q满足|Q|≤3.5mm时，其补偿值较小，则只在一个轧制道次上完成轧辊串动的补偿，即n＝1，Q＝Q1，减少需调整的轧机数量。显然地，Q1、Q2、……、Qn一般应同正或同负。

根据申请人长期的生产实践，发明人给出以下推荐的需补偿长度估算公式，在步骤IV中，需补偿长度L按照下式进行确定，L＝l÷a×b，式中：

L——待轧制钢轨实际需补偿长度，单位m；

l——正常轧制时断面规格通长波动异常部分在钢轨上的分布长度，简称分布长度，单位m；

a——延伸系数，与钢轨轧制过程中各道次的变形量有关，设补偿道次为由开坯指向成品孔的倒数第j道次，则a＝a1×a2×a3×…×aj，式中，aj为倒数第j道次的延伸系数，为根据轧制经验确定的无量纲常数；

b——热收缩系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，b∈[1.012，1.014]。

依据上式计算出的需补偿长度L还可以进一步根据经验数据进行修正，以达到最佳。

为提高补偿精度，步骤III中的补偿轧机宜选择为精轧机和/或精轧机之前的轧机。

为了检测控制效果，在步骤V后进行以下步骤：VI、检测成品钢轨补偿段至正常轧制段之间过渡区域断面规格的突变情况。利用对成品钢轨的检测来考察过渡区域是否存在规格突变点，实时掌握产品质量，以便还可以进一步根据检测数据对控制进行修正，提高产品的质量。

如前所述，波动剧烈的位置通常是钢轨轧件的开始段，因为此时常规轧制控制系统还不能起到很好的调节作用，轧制力突变以及AGC的控制盲区均位于钢轨开始轧制的部位，即分布长度l通常只有连续的一段。因此，为简化控制，所述的分布长度l和需补偿长度L均从钢轨指向轧机的端头开始连续计算，在进行偏差补偿时，也可仅考虑这一部位，其它部位的偏差可通过常规轧制控制模式来修正，其补偿控制流程可参见图1所示。

从理论来说，本发明的控制方法起作用只与轧机的液压响应速度有关，但实际上，如果断面规格通长波动异常部分在钢轨上的分布长度l本身很短，则应用本发明方法的效果并不明显，为此，推荐在步骤IV中，需补偿长度L≥2m。

此外，优选的常规轧制控制方法是对轧件各部位轧制力进行AGC控制。

实施例一

如图3、图4、图5和图6、图7所示，以轧制60kg/mU75V钢轨为例，其标准底宽F为150mm，轧机布置工艺图参见图3，60kg/mU75V钢轨采用七机架生产钢轨，开坯机组为两个机架，分别为开坯机BD1、开坯机BD2，万能机组为五机架，三架万能，分别为万能轧机U1、万能轧机U2和万能轧机UF，二架轧边，分别为第一轧边机E1、第二轧边机E2，按图3工艺布置的轧机轧制钢轨时，万能轧机UF、第二轧边机E2、万能轧机U2各轧制1道次，而第一轧边机E1轧2道次、万能轧机U1轧3道次，其常规轧制模型中，辊缝变化量是以辊缝变宽为正，倒数第二架轧机即第二轧边机E2为最后一架精确控制底宽F的轧机，用以下步骤进行断面规格通长波动控制。

I、根据正常轧制的情况，分析60kg/mU75V在正常轧制情况下的断面各尺寸检测曲线，该曲线如图6所示，根据曲线得出断面规格通长波动主要体现为底宽F的波动，其波动异常部分在钢轨上的分布长度l＝9.5m，底宽波动的平均偏差k＝-0.8mm，即比150mm的标准值小0.8mm。

II、断面规格通长波动偏差|k|＝0.8mm＞0.3mm，确定直接在底宽部位进行补偿，因此至少要选择直接控制底宽的精轧机即第二轧边机E2作为补偿轧机，根据正常轧制工艺，万能轧机UF上成品孔道次中底宽部位的展宽量c＝0.1mm，k＝-0.8mm＜0，则底宽部位的辊缝补偿值K＝k×b+c＝-0.8×1.013+0.1≈-0.71mm，且|K|≤1mm。

III、根据轧机机架的布置形式，第二轧边机E2后为精轧机UF，由于辊缝补偿值K满足|K|≤1mm，宜n＝1，K＝K1，即只在一个轧制道次上完成辊缝的补偿，精确确定底宽F的最后一架轧机为第二轧边机E2，为提高补偿精度，选择第二轧边机E2作为补偿轧机，确定补偿道次为倒数第2道次，j＝2。

IV、考虑万能轧机UF上成品孔延伸系数a1＝1.15，第二轧边机E2道次的延伸系数a2＝1.016，延伸系数a＝a1×a2，a＝1.15×1.016＝1.17，60kg/mU75V的热收缩系数b＝1.013，可得出需补偿长度L＝l÷a×b＝9.5÷1.17×1.013≈8.22(m)。

V、在基础自动化上进行程序优化，根据其正常轧制工艺，第二轧边机E2上底宽部位正常轧制时的正常辊缝s＝10.41mm，在需补偿长度L＝8.22m上根据辊缝补偿量K1＝-0.71mm确定第二轧边机E2上的相应辊缝S＝s-K1＝10.41-(-0.71)＝11.12(mm)，即将第二轧边机E2上的轧边机上水平辊7或轧边机下水平辊6抬高0.71mm即可，当达到需补偿长度L后，辊缝回复到正常辊缝，即当第二轧边机E2轧件轧出长度为8.22m时，其底宽部位的辊缝由初始的11.12mm变为正常的10.41mm。

VI、根据液压响应速度监测成品底宽F是否出现突变点。从第二轧边机E2液压的响应速度看，响应时间为250毫秒，轧制速度为2.4m/s，则对应轧件长度为600mm，经检测发现不存在任何突变点。

利用常规轧制方法生产的60kg/mU75V钢轨底宽F波动曲线图参见图6，本例生产出的钢轨底宽F波动曲线图参见图7，从图6和图7的对比可以看出，常规轧制方法生产的60钢轨底宽F在起始阶段的偏差高达1.1mm，平均偏差也达到0.8mm。而本例生产的60kg/mU75V钢轨底宽F偏差均在0.4mm以内。

下表1所示为应用本发明方法前后钢轨轧制头10m的底宽数值对比。

表1

轧制长度(mm)	底宽(前)	底宽(后)
			0.2	148.9	150.06
0.4	148.92	149.66
			0.6	148.93	149.73
0.8	148.95	149.69
			1	148.95	149.99
1.2	148.96	149.73
			1.4	148.96	149.7
1.6	148.98	149.84
			1.8	148.99	149.98
2	149	149.76
			2.2	149	149.87
2.4	149.02	149.9
			2.6	149.12	149.98
2.8	149.12	149.62
			3	149.15	149.97
3.2	149.2	149.72
			3.4	149.31	149.67
3.6	149.33	150.04
			3.8	149.4	149.81
4	149.45	149.76
			4.2	149.44	149.77
4.4	149.48	150.01
			4.6	149.54	149.92
4.8	149.56	149.7
			5	149.6	149.93
5.2	149.63	150.05
			5.4	149.67	149.89
5.6	149.7	149.75
			5.8	149.75	149.74
6	149.78	149.77
			6.2	149.85	150
6.4	149.95	149.7

6.6	149.99	149.68
			6.8	150	149.69
7	150.2	150.09
			7.2	150.31	149.64
7.4	149.98	149.6
			7.6	150.29	149.9
7.8	150.15	149.9
			8	150.32	149.67
8.2	150.15	149.77
			8.4	150.19	149.74
8.6	150.29	149.81
			8.8	149.95	149.94
9	150.17	149.95
			9.2	150.13	149.64
9.4	150.1	149.64
			9.6	149.95	149.62
9.8	150.28	149.68
			10	150.27	150.01

实施例二

如图3、图4、图5和图8、图9所示，另一批次60kg/mU75V钢轨，正常轧制的及轧机布置与实施例一相同，轧机布置工艺图参见图3，按图3工艺布置的轧机轧制钢轨时，仍然是万能轧机UF、第二轧边机E2、万能轧机U2各轧制1道次，第一轧边机E1轧2道次、万能轧机U1轧3道次，但轧制工艺细节略有不同，应用本发明方法控制该另一批次60kg/mU75V钢轨的轧制。

I、根据正常轧制的情况，分析60kg/mU75V在正常轧制情况下的断面各尺寸检测曲线，根据曲线得出断面规格通长波动主要体现在底宽F和轨底厚度t，其波动异常部分在钢轨上的分布长度l＝5.0m，分布长度l的起始点为钢轨指向轧机的端头，底宽波动的平均偏差k＝-0.25mm，即比标准值小0.25mm；同时，根据测量钢轨轨底厚度t平均比标准值厚1mm。

II、断面规格通长波动偏差|k|＝0.25mm≤0.3mm，轨底厚度t比标准值厚0.6mm，根据钢轨断面各部分变形关系，确定以轨底厚度部位为补偿部位；考虑万能轧机UF上成品孔轧件热收缩系数b＝1.013，轨底厚度部位的展宽系数b1＝0.25，可得出需调整的钢轨轨底厚度部位的辊缝补偿值：K＝-k×1.013÷0.25≈-(-0.25)×1.013÷0.25＝1.013(mm)。

III、虽然辊缝补偿值K满足|K|＞1mm，但差值约在0.01mm，与控制的误差精度相比，可不分配到两个轧制道次上进行补偿，仍选择n＝1，K＝K1，只在一个轧制道次上完成辊缝的补偿，由于补偿部位为轨底厚度部位，万能轧机UF是精确确定轨底厚度t的最后一架轧机，为提高补偿精度，选择万能轧机UF作为补偿轧机，确定补偿道次为倒数第1道次，j＝1。

IV、考虑万能轧机UF上成品孔延伸系数a1＝1.08，延伸系数a＝a1＝1.08，0kg/mU75V的热收缩系数b＝1.013，可得出需补偿长度L＝l÷a×b＝5÷1.08×1.013≈4.69(m)。

V、在基础自动化上进行程序优化，根据其正常轧制工艺，万能轧机UF上轨底厚度部位正常轧制时的正常辊缝s＝8.0mm，在需补偿长度L＝4.69m上根据辊缝补偿量K1＝1.013mm确定万能轧机UF上的相应辊缝S＝s-K1＝8.0-1.013＝6.987(mm)，即将万能轧机UF的底部立辊3压下1.013mm即可，在基础自动化上进行程序优化，当达到需补偿长度L后，辊缝回复到正常辊缝，即当万能轧机UF轧件轧出长度为4.69m时，其轨底厚度部位的辊缝由初始的6.987mm变为正常的8.0mm，此时成品孔的轨底厚度t由原来的12.6mm变为了12.6-(1.013÷1.08)＝11.66(mm)，处于标准要求的11.5～12.75mm之内。

VI、根据液压响应速度监测成品底宽F是否出现突变点。UF响应时间为250毫秒，轧制速度为3.5m/s，则对应轧件长度为875mm，经测量发现不存在任何突变点。

利用常规轧制方法生产的60kg/mU75V钢轨底宽F波动曲线图参见图8，本例生产出的钢轨底宽F波动曲线图参见图9，从图8和图9的对比可以看出，常规轧制方法生产的60钢轨底宽F在起始阶段的偏差高达1.1mm，平均偏差也达到0.8mm。而本例生产的60kg/mU75V钢轨底宽F偏差均在0.4mm以内。

下表2所示为应用本发明方法前后钢轨轧制头5m的底宽数值对比。

表2

实施例三

如图3、图4、图5和图10、图11所示，以轧制60kg/mU75V钢轨为例，其标准轨高H为176mm，轧机布置工艺图参见图3，60kg/mU75V钢轨采用七机架生产钢轨，开坯机组为两个机架，分别为开坯机BD1、开坯机BD2，万能机组为五机架，三架万能，分别为万能轧机U1、万能轧机U2和万能轧机UF，二架轧边，分别为第一轧边机E1、第二轧边机E2，按图3工艺布置的轧机轧制钢轨时，万能轧机UF、第二轧边机E2、万能轧机U2各轧制1道次，而第一轧边机E1轧2道次、万能轧机U1轧3道次，其常规轧制模型中，辊缝变化量是以辊缝变宽为正，万能轧机UF为最后一架精确控制轨高H的轧机，用以下步骤进行断面规格通长波动控制。

I、根据正常轧制的情况，分析60kg/mU75V在正常轧制情况下的断面各尺寸的检测曲线，该曲线如图10所示，根据曲线得出断面规格通长波动主要体现为轨高H的波动，其异常部分在钢轨上的分布长度l＝9.6m，轨高波动的平均偏差y＝0.6mm，即比176mm的标准值大0.6mm。

II、轨高波动的平均偏差y满足|y|＝0.6mm＞0.3mm，确定对轨高H进行直接补偿，即补偿部位为头厚部位或轨底厚度部位，由于轨底厚度部位符合标准，因此选择以钢轨断面检测标准中没有要求的头厚部位为补偿部位，其辊缝补偿值K＝y×b＝0.6×1.013≈0.61mm，且|K|≤1mm。

III、根据轧机机架的布置形式，头厚部位为补偿部位，要选择直接控制头厚的万能轧机作为补偿轧机，辊缝补偿值K满足|K|≤1mm，宜n＝1，K＝K1，即只在一个轧制道次上完成辊缝的补偿，因终轧机万能轧机UF无法对头厚进行直接控制，选择倒数第二架万能轧机即万能轧机U2作为补偿轧机，确定补偿道次为倒数第3道次，j＝3；

IV、考虑万能轧机UF上成品孔延伸系数a＝1.15，第二轧边机E2道次的延伸系数a2＝1.016，万能轧机U2道次的延伸系数a3＝1.18，延伸系数a＝a1×a2×a3，a＝1.15×1.016×1.18≈1.38，60kg/mU75V的热收缩系数b＝1.013，可得出需补偿长度L＝l÷a×b＝9.6÷1.38×1.013≈7.05(m)；

V、在基础自动化上进行程序优化，根据其正常轧制工艺，万能轧机U2上头厚部位正常轧制时的正常辊缝s＝8.51mm，在需补偿长度L＝7.05m上根据辊缝补偿量K1＝0.61mm确定万能轧机U2上的相应辊缝S＝s-K1＝8.51-0.61＝7.9(mm)，即将万能轧机U2上的头部立辊2压下0.61mm即可，当万能轧机U2轧件轧出长度为7.05m时，其头厚部位的辊缝由初始的7.9mm变为正常的8.51mm；

VI、根据液压响应速度监测成品底宽F是否出现突变点。从万能轧机U2液压的响应速度看，响应时间为250毫秒，轧制速度为2m/s，则对应轧件长度为500mm，经检测发现不存在任何突变点。

利用常规轧制方法生产的60kg/mU75V钢轨轨高H波动曲线图参见图6，本例生产出的钢轨轨高H波动曲线图参见图7，从图6和图7的对比可以看出，常规轧制方法生产时，轨高H在起始阶段的偏差高达0.6mm，而本实施例中，轨高H的偏差基本在±0.2mm以内。

下表3所示为应用本发明方法前后钢轨轧制头10m的轨高数值对比。

表3

实施例四

如图3、图4、图5和图12、图13所示，另一批次60kg/mU75V钢轨，正常轧制的及轧机布置与实施例一相同，轧机布置工艺图参见图3，按图3工艺布置的轧机轧制钢轨时，仍然是万能轧机UF、第二轧边机E2、万能轧机U2各轧制1道次，第一轧边机E1轧2道次、万能轧机U1轧3道次，但轧制工艺细节略有不同，应用本发明方法控制该另一批次60kg/mU75V钢轨的轧制。

I、根据正常轧制的情况，分析60kg/mU75V在正常轧制情况下的断面各尺寸的检测曲线，该曲线如图12所示，根据曲线得出断面规格通长波动主要体现在轨高H和腰厚W，其异常部分在钢轨上的分布长度l＝7.2m，轨高波动的平均偏差y＝-0.25mm，即比176mm的标准值小0.25mm，且腰厚W平均为16.9mm比标准值16.5mm大0.4mm。

II、轨高波动的平均偏差y满足|y|＝0.25mm＜0.3mm，结合腰厚W偏厚的情况，确定通过减薄轨腰厚度进行补偿，即补偿部位为腰厚部位，其辊缝补偿值K＝y×b÷b4＝0.25×1.013÷0.35≈0.72mm，且|K|≤1mm。

III、根据轧机机架的布置形式，腰厚部位为补偿部位，要选择腰厚变化后轨高能自由展宽的万能UF轧机或轧边机作为补偿轧机。由于辊缝补偿值K满足|K|≤1mm，宜n＝1，K＝K1，即只在一个轧制道次上完成辊缝的补偿，选择倒数第一架万能轧机即万能轧机UF作为补偿轧机，确定补偿道次为倒数第1道次，j＝1；

IV、由于是成品UF万能轧机上进行补偿，j＝1，a＝1，则延伸系数a＝a1＝1，60kg/mU75V的热收缩系数b＝1.013，可得出需补偿长度L＝l÷a×b＝7.2÷1×1.013≈7.29(m)；

V、在基础自动化上进行程序优化，根据其正常轧制工艺，万能轧机UF上头厚部位正常轧制时的正常辊缝s＝6.5mm，在需补偿长度L＝7.29m上根据辊缝补偿量K1＝0.72mm确定万能轧机UF上的相应辊缝S＝s-K1＝6.50-0.72＝5.78(mm)，即将万能轧机UF的上辊5压下0.72mm即可，当万能轧机UF轧件轧出长度为7.29m时，其腰部的辊缝由初始的5.78mm变为正常的6.50mm；此时钢轨的腰厚由原来的16.9mm变为了(16.9-0.72)×1÷1.013＝16.19mm，处于标准要求的15.5～17.0mm之内；

VI、根据液压响应速度监测成品底宽F是否出现突变点。从万能轧机UF液压的响应速度看，响应时间为250毫秒，轧制速度为2m/s，则对应轧件长度为500mm，经检测发现不存在任何突变点。

下表4所示为应用本发明方法前后钢轨轧制头10m的轨高数值对比。

表4

实施例五

如图3、图4、图5和图14所示，以轧制60kg/mU75V钢轨为例，轧机布置工艺图参见图3，60kg/mU75V钢轨采用七机架生产钢轨，开坯机组为两个机架，分别为开坯机BD1、开坯机BD2，万能机组为五机架，三架万能，分别为万能轧机U1、万能轧机U2和万能轧机UF，二架轧边，分别为第一轧边机E1、第二轧边机E2，万能轧机上，上水平辊2为压下调整辊，下水平辊3为可串动辊，轧制钢轨时，万能轧机UF、第二轧边机E2、万能轧机U2各轧制1道次，而第一轧边机E1轧2道次、万能轧机U1轧3道次，常规轧制工艺模型中的正常串动值x是以向腿侧串动为正，用以下步骤进行断面规格通长波动控制。

I、根据正常轧制的情况，分析60kg/mU75V在正常轧制情况下断面各尺寸的检测曲线，该曲线如图14所示，根据曲线得出断面规格通长波动主要体现在对称f，其异常部分在钢轨上的分布长度l＝15m，对称波动的平均偏差q＝2.63mm＞0，且始终是上腿长度F1＞下腿长度F2。

II、以万能轧机的可串动辊为补偿辊，根据正常轧制工艺，精轧机下腿展宽系数c1＝0.4，下水平辊3的轧辊串动补偿值Q＝q×b÷c1＝2.63×1.013÷0.4＝6.66(mm)，且|Q|＞3.5mm。

III、根据轧机机架的布置形式，万能轧机U2后为精轧机UF，由于轧辊串动补偿值|Q|＞3.5mm，因此将补偿量分配在两个补偿道次上，即n＝2，由于轧边机不能调节对称，选择以万能轧机U2、万能轧机UF为补偿轧机，由于UF为精轧机，因此U2轧机的补偿值分配为3.5mm，UF轧机的补偿值分配为3.16mm，即U2轧机的补偿道次上的轧辊串动补偿量Q1＝3.5mm，UF轧机的补偿道次上的轧辊串动补偿量Q2＝3.16mm。

IV、考虑万能轧机UF上成品孔的延伸系数a1＝1.15，在E2上的延伸系数a2＝1.016，在U2上的延伸系数a3＝1.18。热收缩系数b＝1.013，可得出：

U2轧机上的需补偿长度L＝15÷1.15÷1.016÷1.18×1.013≈11.02(m)；

UF轧机上的需补偿长度L＝15÷1.15×1.013≈13.21(m)。

V、在基础自动化上进行程序优化，根据其正常轧制工艺，万能轧机U2上采用正常轧制工艺时的正常串动值x＝-1.79mm，在需补偿长度L＝11.02m上根据轧辊串动补偿量Q1＝3.5mm确定万能轧机U2上的下水平辊4的串动值X＝x+Q1＝-1.79+3.5＝1.71(mm)，即将万能轧机U2上的下水平辊4叠加向腿侧的3.5mm的串动量，当万能轧机U2轧件轧出长度为11.02m时，其下水平辊4的串动值X由初始的1.71mm变为正常的-1.79mm；

UF轧机采用与U2同样的方法进行补偿：根据其正常轧制工艺，万能轧机UF上正常轧制时的正常串动值x＝1.2mm，在需补偿长度L＝13.21m上根据轧辊串动补偿量Q2＝3.16mm确定万能轧机U2上的下水平辊4的串动值X＝x+Q1＝1.2+3.16＝4.36(mm)，即将万能轧机UF上的下水平辊4叠加向腿侧的3.16mm的串动量，当万能轧机U2轧件轧出长度为13.21m时，其下水平辊4的串动值X由初始的4.36mm变为正常的1.2mm。

VI、根据液压响应速度监测成品对称F是否出现突变点。从万能轧机U2及万能轧机UF液压的响应速度看，响应时间为250毫秒，轧制速度为2.4m/s，则对应轧件长度为600mm，经检测发现不存在任何突变点。

利用常规轧制方法和本实施例方法生产的60kg/mU75V钢轨对称f的波动曲线图参见图14，前15米对称波动对比如下表5。

表5

可以看出，常规轧制方法生产的60钢轨对称f在起始阶段的偏差高达3.2mm，平均偏差也达到2.63mm。而本实施例生产的60kg/mU75V钢轨对称f的偏差基本能控制在1.0mm以内。显然，本实施例的对称差值远小于常规轧制，指向轧机端的对称已得到控制，在所补偿的15米内也不存在对称突变点。

从以上各例可以看出，应用本发明的方法，依据在先轧制产品对补偿长度、补偿部位和辊缝补偿量进行了科学的预判，克服了原有控制方法的缺点，使得钢轨的断面规格波动始终得到控制，保证了整个产品的质量，且在进行控制时无需依靠额外的设备，只需原有的设备即可，因此成本较低。

Claims (10)

1.钢轨断面规格通长波动控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

I、根据常规轧制生产获取需轧制钢轨在正常轧制情况下的断面各尺寸检测曲线，得出断面各尺寸通长波动异常部分在钢轨上的分布长度l和在分布长度l上断面各尺寸波动的平均偏差；

II、根据断面各尺寸波动的平均偏差确定钢轨断面上的补偿部位，并确定与补偿部位相应的轧制部位的辊缝补偿值K或轧辊串动补偿值Q；

III、根据补偿部位选择轧制相应部位的轧机作为补偿轧机，根据辊缝补偿值K或轧辊串动补偿值Q选择n个道次作为补偿道次，将辊缝补偿值K或轧辊串动补偿值Q分配至各补偿道次，并且，越靠近成品孔道次，单个补偿道次上的辊缝补偿量Kn或轧辊串动补偿量Qn的绝对值越小，n为补偿道次的数量，n为正整数，K1+……+Kn＝K，Q1+……+Qn＝Q；

IV、根据断面规格通长波动异常部分在钢轨上的分布长度l确定出需补偿长度L；

V、在轧制钢轨时，在钢轨需补偿长度L上，根据辊缝补偿量Kn确定补偿轧机上轧制部位的辊缝S＝s-Kn，其中s为正常轧制时的正常辊缝；当达到需补偿长度L后，所述辊缝S回复到正常轧制时的正常辊缝s；根据轧辊串动补偿值Q确定补偿辊的串动值X＝x+Qn，其中x为正常轧制时的正常串动值；当达到需补偿长度L后，所述补偿辊的串动值X回复到正常轧制时的正常串动值x。

2.如权利要求1所述的钢轨断面规格通长波动控制方法，其特征在于：在步骤I中所述的断面尺寸为底宽(F)，在步骤II中，如果底宽波动的平均偏差k满足|k|＞0.3mm，则在底宽部位直接进行补偿；如果底宽波动的平均偏差k满足|k|≤0.3mm，则在底宽部位或轨底厚度部位或腰厚部位进行补偿，相应的辊缝补偿值K采用下式确定：

以底宽部位为补偿部位时，当k＜0时，辊缝补偿值K＝k×b+c，当k≥0时，辊缝补偿值K＝k×b-c；

以轨底厚度部位为补偿部位时，辊缝补偿值K＝-k×b÷b1，

以腰厚部位为补偿部位时，辊缝补偿值K＝k×b÷b2；

辊缝补偿值K的各计算式中，

K——辊缝补偿值，单位mm；

k——在分布长度l上底宽波动的平均偏差，简称底宽波动的平均偏差，单位mm；

b——热收缩系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，b∈[1.012，1.014]；

c——底宽尺寸在后续轧制道次中的展宽量，单位mm，根据正常轧制的轧制工艺确定，后续轧制道次指补偿道次之后(不包括补偿道次)至轧制完成的那些轧制道次；

b1——轨底厚度部位的展宽系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，b1∈[0.2，0.3]；

b2——腰厚部位的拉缩系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，b2∈[0.05，0.10]。

3.如权利要求1所述的钢轨断面规格通长波动控制方法，其特征在于：在步骤I中所述的断面尺寸为轨高(H)，在步骤II中，如果轨高波动的平均偏差y满足|y|＞0.3mm，则在头厚部位或轨底厚度部位直接进行补偿；如果轨高波动的平均偏差y满足|y|≤0.3mm，则在头厚部位或轨底厚度部位或头宽部位或腰厚部位进行补偿，相应的辊缝补偿值K采用下式确定：

以头厚部位为补偿部位时，辊缝补偿值K＝y×b；

以轨底厚度部位为补偿部位时，辊缝补偿值K＝y×b；

以头宽部位为补偿部位时，辊缝补偿值K＝-y×b÷b3；

以腰厚部位为补偿部位时，辊缝补偿值K＝y×b÷b4；

辊缝补偿值K的各计算式中，

K——辊缝补偿值，单位mm；

y——在分布长度l上轨高波动的平均偏差，简称轨高波动的平均偏差，单位mm；

b——热收缩系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，b∈[1.012，1.014]；

b3——头厚部位的展宽系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，b1∈[0.2，0.3]；

b4——腰厚部位的展宽系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，b4∈[0.3，0.35]。

4.如权利要求1所述的钢轨断面规格通长波动控制方法，其特征在于：在步骤I中所述的断面尺寸为对称f，f＝F1-F2，式中，F1为钢轨上腿长度，F2为钢轨下腿长度，在步骤II中，轧辊串动补偿值Q采用下式确定：

轧辊串动补偿值Q＝q×b÷c1，式中，

Q——轧辊串动补偿值，直接影响钢轨上腿或下腿的厚度，单位mm；

q——在分布长度l上对称波动的平均偏差，简称对称波动的平均偏差，单位mm；

b——热收缩系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，b∈[1.012，1.014]；

c1——展宽系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，c1∈[0.3，0.4]。

5.如权利要求4所述的钢轨断面规格通长波动控制方法，其特征在于：在步骤III中，当轧辊串动补偿值Q满足|Q|＞3.5mm时，则将轧辊串动补偿值Q分配在至少两个补偿道次上，使得单个补偿道次上的轧辊串动补偿量Qn满足|Qn|≤3.5mm，当轧辊串动补偿值Q满足|Q|≤3.5mm时，则只在一个轧制道次上完成轧辊串动的补偿。

6.如权利要求1、2或3所述的钢轨断面规格通长波动控制方法，其特征在于：在步骤III中，当辊缝补偿值K满足|K|＞1mm时，则将辊缝补偿值K分配在至少两个补偿道次上，使得单个补偿道次上的辊缝补偿量Kn满足|Kn|≤1mm；当辊缝补偿值K满足|K|≤1mm时，则只在一个轧制道次上完成辊缝的补偿。

7.如权利要求1～5中任意一项权利要求所述的钢轨断面规格通长波动控制方法，其特征在于：在步骤IV中，需补偿长度L按照下式进行确定，L＝l÷a×b，式中：

L——待轧制钢轨实际需补偿长度，单位m；

l——正常轧制时断面规格通长波动异常部分在钢轨上的分布长度，简称分布长度，单位m；

a——延伸系数，与钢轨轧制过程中各道次的变形量有关，设补偿道次为由开坯指向成品孔的倒数第j道次，则a＝a1×a2×a3×…×aj，式中，aj为倒数第j道次的延伸系数，为根据轧制经验确定的无量纲常数；

b——热收缩系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，b∈[1.012，1.014]。

8.如权利要求1～5中任意一项权利要求所述的钢轨断面规格通长波动控制方法，其特征在于：在步骤III中，补偿轧机为精轧机和/或精轧机之前的轧机。

9.如权利要求1～5中任意一项权利要求所述的钢轨断面规格通长波动控制方法，其特征在于：在步骤V后进行以下步骤：VI、检测成品钢轨补偿段至正常轧制段之间过渡区域底宽(F)的突变情况。

10.如权利要求1～5中任意一项权利要求所述的钢轨断面规格通长波动控制方法，其特征在于：所述的分布长度l和需补偿长度L均从钢轨指向轧机的端头开始连续计算。

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