CN102688895A - 一种厚板轧机的钢锭消锥轧制控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种厚板轧机的钢锭消锥轧制控制方法,包括以下步骤:a,用于进行所述消锥轧制的厚板轧机接收将被轧制的钢锭的来料数据,所述来料数据包括钢锭尺寸以及钢锭的出炉温度;b,将所述钢锭移送至所述厚板轧机前,准备进入本道次的轧制;c,计算所述钢锭在本道次中的最大压下量;d,计算本道次中多个预定的设定点所对应的辊缝宽度;e,根据步骤d中计算得出的辊缝宽度,对所述钢锭执行本道次轧制;f,判断本道次轧制完成后,所述钢锭的厚度是否均匀分布。本发明的钢锭消锥轧制的控制方法,能够克服现有的人工进行消锥存在的不足,并自动可控地对钢锭进行消锥轧制。
Description
技术领域
本发明涉及厚板轧机的钢锭轧制控制,更具体地,是一种厚板轧机的钢锭消锥轧制控制方法。
背景技术
作为厚板轧制来料之一的钢锭通常不是规整的矩形,而是如图1所示,钢锭的长度为L,在厚度方向上存在大头厚度T1和小头厚度T2,在轧制时,首先要进行所谓的消锥轧制,即通过若干道次的轧制,把钢锭轧制成厚度均匀的普通来料。
在国内外的厚板厂家中,这种消锥轧制依靠操作工的经验来完成。具体地,操作人员通过轧制工艺单来了解锭型和出炉温度工艺,并根据经验针对钢锭锭型和出炉温度的不同,给出该钢锭的轧制道次数以及每道次固定辊缝值,然后采用手工辊缝控制模式,人工进行消锥轧制,并目测钢锭是否已轧平,如果未轧平,则继续进入下道次进行人工消锥处理,并最终直至把钢锭轧至厚度均匀。
人工地控制钢锭消锥轧制,存在一定的随机性,容易造成同规格产品的尺寸质量、生产过程成本的参差不齐,而对于新开工工厂或新近员工,由于比较缺乏生产经验,容易发生给定固定道次辊缝不合理,造成设备损伤的事故。
因此,需要一种新的钢锭消锥轧制的控制方法,从而能够克服现有的人工进行消锥存在的不足,并自动可控地对钢锭进行消锥轧制。
发明内容
本发明的目的,在于克服现有的人工消锥处理中存在的不足,从而提供了一种新的钢锭消锥轧制的控制方法。
本发明的钢锭消锥轧制的控制方法,包括以下步骤:
a,用于进行所述消锥轧制的厚板轧机接收将被轧制的钢锭的来料数据,所述来料数据包括钢锭尺寸以及钢锭的出炉温度;
b,将所述钢锭移送至所述厚板轧机前,准备进入本道次的轧制;
c,计算所述钢锭在本道次中的最大压下量;
d,计算本道次中多个预定的设定点所对应的辊缝宽度,其中所述设定点在所述钢锭长度方向上均匀分布;
e,根据步骤d中计算得出的辊缝宽度,对所述钢锭执行本道次轧制;
f,判断本道次轧制完成后所述钢锭的厚度是否均匀分布,如所述钢锭厚度未均匀分布,则继续执行所述步骤b、c、d、e,直至所述钢锭的厚度为均匀分布状态时,结束所述消锥轧制。
优选地,所述步骤c中计算所述钢锭在本道次中的最大压下量的步骤包括:
将所述钢锭的大头位置设置为计算点,并将本道次轧制前所述钢锭的大头厚度设置为起始厚度以及将本道次轧制前所述钢锭的大头宽度设置为起始宽度;
根据对所述计算点施加的最大许可轧制力矩及力臂、所述起始厚度、起始宽度、温度、轧辊半径以及轧制速度,计算本道次中的最大压下量。
优选地,所述计算本道次中的最大压下量利用西姆斯公式、采利柯夫公式以及美坂佳助公式进行。
优选地,所述步骤d中计算各所述多个设定点对应的辊缝宽度的步骤包括:
1)计算各所述设定点的压下量,并且各所述设定点中第J个设定点的坐标xJ为:xJ=length/M×J,其中,length为所述钢锭的长度,M为总的设定点数;本道次中各设定点压下量的计算公式为:
dhJ=0,xJ<xA;
dhJ=dhI,xJ>xA;
其中,dhJ为本道次第J个设定点的压下量,dh为所述步骤c中的本道次的最大压下量,xB为在本道次轧制前所述钢锭尚未进行消锥处理的区域的长度,xA为本道次轧制后尚未进行消锥处理的区域的长度;
2)根据本道次中各设定点的压下量dhJ,计算本道次中各设定点对应的轧制力forceJ,并利用如下公式计算本道次中各设定点对应的辊缝宽度:
gapJ=h-forceJ/P,forceJ>0;
gapJ=gap_last,forceJ=0;
其中,gapJ为本道次第J点的辊缝设定值,P为机架模数,gap_last为临近的有轧制力负载的计算点的辊缝值。
优选地,所述多个设定点的个数M为奇数。
优选地,所述多个设定点的个数M为3至21的奇数。
优选地,所述步骤f中判断本道次轧制完成后,所述钢锭的厚度是否均匀分布的步骤,包括:
判断本道次轧制完成后的出口厚度是否小于所述钢锭的小头厚度。
本发明的钢锭消锥轧制控制方法,能够克服现有的人工进行消锥存在的不足,并自动可控地对钢锭进行消锥轧制。
附图说明
图1为未经消锥处理前的钢锭的示意图;
图2为本发明钢锭消锥轧制的控制方法的流程图;
图3为图2中步骤S300的子流程图;
图4为图3中步骤S400的子流程图;
图5是利用本发明进行消锥轧制的钢锭的示意图。
具体实施方式
以下根据附图和具体的实施方式,对本发明的钢锭消锥轧制的控制方法进行详细说明。
参见图1,为本发明钢锭消锥轧制的控制方法的流程图。本发明的方法,包括以下步骤:
在步骤S100中,用于进行所述消锥轧制的厚板轧机接收将被轧制的钢锭的来料数据,所述来料数据包括钢锭尺寸以及钢锭的出炉温度;在步骤S200中,将所述钢锭移送至所述厚板轧机前,准备进入本道次的轧制;在步骤S300中,计算所述钢锭在本道次中的最大压下量;在步骤S400中,计算本道次中各多个预定的设定点对应的辊缝宽度,其中多个设定点在钢锭长度方向上均匀分布;在步骤S500中,根据步骤S400中计算得出的辊缝宽度,对所述钢锭执行本道次轧制;在步骤S600中,判断本道次轧制完成后,所述钢锭的厚度是否均匀分布,如所述钢锭厚度未均匀分布,则继续执行所述步骤S200、S300、S400、S500,直至所述钢锭的厚度为均匀分布状态时,结束所述消锥轧制。
以下结合附图,对本方法各个流程步骤进行进一步的详细说明。
步骤S100,厚板轧机接收钢锭的来料数据
该步骤中,在厚板轧机对钢锭进行轧制之前,首先通过其控制系统接收将要被轧制钢锭的来料数据,这些数据包括钢锭尺寸以及钢锭的出炉温度数据,其中钢锭尺寸包括钢锭的大头厚度、小头厚度、大头宽度、小头宽度以及长度。该数据传递给厚板轧机控制系统,为后续的钢锭自动消锥轧制控制提供了可能。
步骤S200,移送钢锭准备进入本道次轧制
在该步骤中,通过传输装置,将钢锭移动到厚板轧机前,准备进入本道次的轧制。如果本道次是第一道次,那么钢锭出炉后,直接移送到厚板轧机前,如果是其后消锥轧制中的道次,则钢锭在完成上一道次轧制后,如消锥处理尚未完成,重新被移动到厚板轧机前。
步骤S300,计算钢锭在本道次的最大压下量
具体地,如图3所示,步骤S300可分为子步骤S310和S320。在子步骤S310中,将本道次轧制前钢锭的大头位置设置为计算点,并将本道次轧制前钢锭的大头厚度(也即本道次钢锭的入口厚度)设置为起始厚度以及将本道次轧制前钢锭的大头宽度设置为起始宽度(也即本道次钢锭的入口宽度)。
在子步骤S320中,根据对所述计算点施加的最大许可轧制力矩及力臂、所述起始厚度、起始宽度、温度、轧辊半径以及轧制速度,计算本道次中的最大压下量。
在一个道次内,可采用如下公式进行最大压下量的计算:
torque=force×arm; (公式1)
force=force(H,dh,B,T,R,v);(公式2)
上述公式1及公式2中,torque为轧制力矩,arm为轧制力臂,force为轧制力,H为起始厚度,dh为本道次的最大压下量,B为起始宽度,T为温度,R为轧机的轧辊半径,v为轧制速度。
公式2中,force(H,dh,B,T,R,v)为多个变量H,dh,B,T,R,v的函数运算公式。可使用多种常用的轧制力计算方法,在已知最大许可轧制力矩torque时,利用轧制力计算方法(force())的反运算,来求得对应的最大压下量dh。
例如,可使用西姆斯公式或其变体,来对最大压下量进行计算。西姆斯公式具体为:
公式3中,force为轧制力,dh为最大压下量,B为起始宽度,Qp为应力状态影响函数,R为轧辊半径,δ为平均变形抗力。
公式3中的应力状态影响函数Qp可进一步利用以下采利柯夫公式(公式4-6):
其中,H为钢锭的起始厚度,dh为本道次的最大压下量,R为轧辊半径。
公式3中的平均变形抗力δ可采用美坂佳助公式(公式7-9):
其中,k1、k2为与钢锭材料有关的模型系数,H为钢锭的起始厚度,dh为本道次的最大压下量,B为起始宽度,T为温度,R为轧辊半径,v为轧制速度。
为简化计算,轧制力臂可取为0.5。
由公式1-9可以看出,在其他条件已知的情况下,轧制力矩torque与压下量dh之间是一元非线性函数关系。当轧制力矩torque取设备许可最大数值时,对应的压下量dh就是最大压下量。由此,这个问题转换成求解由公式1-9组成的一元非线性方程。该一元非线性方程,可采用常用的弦截法或其他常规的方法来进行求解。从而最终得出本道次的最大压下量。
除上述方法外,还可利用本领域内常规使用的其他轧制力计算公式,来计算本道次的最大压下量。例如埃克隆德公式、志田公式等。另外,在工作条件相同的场合,还可对计算过程中的非线性方程求解方法进行简化,从而直接推导出最大压下量的计算公式。对于轧制力计算的更详细介绍,具体可参见以下文献:1、《中国中厚板轧制技术与装备》,王国栋主编,冶金工业出版社,2009年10月第一版,第4章,4.1节,轧制力模型,页180~页185;2、《金属塑性变形阻力》,周纪华、管克智著,机械工业出版社,1989年9月第一版;3、《板带轧制理论与实践》,日本钢铁协会编,中国铁道出版社,1990年12月第一版,第7章,变形抗力,页210~页258;4、《板带轧制工艺学》,V.B.金兹伯格著,冶金工业出版社,1998年7月第1版,第五篇,轧制参数计算,第17节,热轧变形抗力,页191~页212。
容易理解,当本道次的最大压下量dhi经轧制工序(步骤S500)被执行后,本道次的出口厚度Hi’为:
Hi’=Hi-dhi; (公式10)
而下道次的钢锭的起始厚度(即入口厚度)Hi+1为:
Hi+1=Hi’; (公式11)
其中Hi’为本道次的出口厚度,Hi+1为下道次的入口厚度。
上述一个道次中的入口厚度,是指在该道次中轧制前大头一侧的钢锭的厚度,也就是钢锭此时几何形状下的最大厚度;对应地,出口厚度是指该道次轧制后大头一侧的钢锭的厚度,也就是钢锭此时几何形状下的最大厚度。
步骤S400,确定钢锭上多个设定点对应的辊缝宽度
通过步骤S300获得本道次钢锭的最大压下量之后,可进一步基于该最大压下量,计算多个预定设定点对应的辊缝宽度。
预定的多个设定点,为均匀地分布在钢锭长度方向上的点。设定点的数量需能够足够满足轧制过程中各执行设备的控制精度需求,例如,对于轧制速度,设定点的个数设置必须能够给轧机传动电机的转动速度控制的传动系统给出明确可行的速度目标曲线,对于轧机辊缝控制压下系统而言,设定点个数的设置能够精细到如按此目标控制曲线执行,辊缝可以快速到位的程度,这是轧制出厚度平直钢板的基本条件之一。所以,设定点的个数不能过多,否则控制系统的精度无法达到要求,并且计算速度耗时过长。另外,在工艺上,钢板长度中心位置代表了钢板平均状况,因此需要把中心点包括在内,所以设定点的个数应为奇数。综上所述,设定点的个数优选地为3至21的奇数。设定点的确定,通常在轧机的设计阶段就已完成,并且一般在投入运行后不再修改。例如,在一个实施方式中,厚板轧机生产线将该设定点个数固定设置为7个;在另一个实施方式中,厚板轧机生产线将该设定点个数固定设置为9个。
如图4所示,对设定点对应辊缝宽度的计算,可进一步地分为子步骤S410和子步骤S420。
在子步骤S410中,计算各设定点的压下量。如上所述,该多个预定的设定点在钢锭长度方向上均匀地分布在所述钢锭上,并且各设定点中第J个设定点的坐标xJ为:
xJ=length/M×J, (公式12)
其中,J为从0到M-1之间的整数,length为所述钢锭的长度,M为总的设定点数;本道次中各设定点压下量的计算公式为:
dhJ=0,xJ<xA;
dhJ=dhI,xJ>xA;
结合图5,公式13中,dhJ为本道次第J个设定点的压下量,dhI为步骤S300中的本道次的最大压下量,xB为在本道次轧制前所述钢锭尚未进行消锥处理的区域的长度,xA为本道次轧制后尚未进行消锥处理的区域的长度。
在步骤S420中,根据本道次中各设定点的压下量dhJ,计算本道次中各设定点对应的轧制力forceJ,并利用如下公式计算本道次中各设定点对应的辊缝宽度:
gapJ=h-forceJ/P,forceJ>0;(公式14)
gapJ=gap_last,forceJ=0;
其中,gapJ为本道次第J点的辊缝设定值,P为机架模数,gap_last为临近的有轧制力负载的计算点的辊缝值。例如,当设定点个数为7个时,假如第1-4个点本道次轧制中有轧制力,第5-7个点没有轧制力,则第5-7个点的辊缝宽度采用它们的临近的点、即第4个点的辊缝宽度。上述机架模数,又称为轧机刚度,是指轧制中轧机弹性变形1mm时所承受的轧制力大小。
步骤S500,根据各设定点的辊缝宽度,对钢锭执行本道次轧制
在该步骤中,根据上步骤S400中计算所得的各设定点对应的辊缝宽度,可利用常规的液压自动压下位置控制模式,控制轧机执行计算的辊缝多点设定值,进行轧制过程的厚度控制。在这种模式下,轧机基础自动化系统把给定的多点设定值拟合沿长度方向的辊缝设定曲线,并在轧制过程中根据设定曲线,自动执行辊缝压下位置的调整。
对于钢锭小头部分先进入机架的轧制模式,当机架的轧制压力传感器测量值小于有效测量范围时,可判断本道次轧制完成,轧制压力传感器的有效测量范围是根据压力传感器型号和传感器本身的技术参数来定的,比如在一个实施方式中,5米轧制的厚板轧机上所使用的压力传感器的最小值给定为4.0E6牛顿。
另一方面,对于大头部分先进入机架的轧制模式,当轧制压力传感器测量值小于有效测量范围以后,再延时一段时间t,可判断本道次轧制完成。其中:
t=xA/v (公式15)
其中xA如图5所示,为本道次轧制后尚未进行消锥处理的区域的长度,v为轧制速度。
当大头部分先进轧机时,以压力传感器最小值4.0E6牛顿为例,压力传感器测量到的数据小于4.0E6牛顿后,不是立即触发生成“本道次轧制完成”这一电气信号,而是触发一个t秒钟的倒计时秒表模块功能,t的计算公式见公式15,当倒计时秒表计时结束后,再触发生成“本道次轧制完成”电气信号。这个电气信号是控制系统中辊道马达速度控制模块(控制钢锭在轧制辊道上的移动)的关键信号,当这个信号触发时,辊道开始降速,让钢锭停下来,再逆向转动,让钢锭开始新一轮的轧制。
步骤S600,判断钢锭厚度是否均匀分布,以确定是否结束轧制
当步骤S500完成后,在该步骤中判断钢锭厚度是否均匀分布,如所述钢锭厚度未均匀分布,则继续执行所述步骤S200-S500,直至钢锭的厚度为均匀分布状态时,结束消锥轧制。可基于本道次轧制完成后的出口厚度是否大于所述钢锭的小头厚度,来确定钢锭厚度是否均匀分布。当出口厚度小于或等于钢锭的小头厚度时,则钢锭厚度为均匀分布状态,此时消锥轧制完成。否则,当出口厚度大于所述钢锭的小头厚度时,则说明钢锭消锥尚未完成,应继续执行步骤S200-S500,直至钢锭的出口厚度小于或等于其小头厚度时,结束消锥轧制。
实施例
以下通过具体的实施例,以说明利用本发明对钢锭进行消锥轧制的效果。该实施例中,钢锭尺寸具体为:大头厚度890mm,小头厚度750mm,宽度2255mm,长度2430mm。轧辊半径:550mm。轧制力计算采用西姆斯公式,每道次工艺参数为起始道次温度1147℃,此后每道次降低2℃,速度恒定为0.2m/s,轧制力臂取0.1m,最大许可轧制力矩为3200KNm。设定点数M=3,各点的相对位置为x1=0,x2=0.5,x3=1.0。
在轧制过程中,轧机位置压下采用液压自动压下位置控制模式,控制轧机执行上面表格中的辊缝多点设定值,进行轧制过程的厚度控制。该实施例中完成消锥轧制共需六道次,各道次压下量如下表1:
表1
计算各道次出口量、设定辊缝如下表2:
表2
道次号 | 设定点 | 入口厚度(mm) | 出口厚度(mm) | 辊缝(mm) |
1 | 1 | 890 | 863.95 | 875.2 |
1 | 2 | 822.98 | 822.98 | 876 |
1 | 3 | 750 | 750 | 876 |
2 | 1 | 863.95 | 838.54 | 849.3 |
2 | 2 | 822.98 | 822.98 | 849.5 |
2 | 3 | 750 | 750 | 849.5 |
3 | 1 | 838.54 | 813.75 | 824 |
3 | 2 | 822.98 | 813.75 | 825.9 |
3 | 3 | 750 | 750 | 824.6 |
4 | 1 | 813.75 | 788.17 | 797.9 |
4 | 2 | 813.75 | 788.17 | 798.1 |
4 | 3 | 750 | 750 | 798.1 |
5 | 1 | 788.17 | 762.6 | 771.9 |
5 | 2 | 788.17 | 762.6 | 772.1 |
5 | 3 | 750 | 750 | 772.1 |
6 | 1 | 762.6 | 736.87 | 745.7 |
6 | 2 | 762.6 | 736.87 | 746 |
6 | 3 | 750 | 736.87 | 748.2 |
以上数据表明,消锥轧制结束后,钢锭各段厚度都为736.87mm,从而顺利地达到了对钢锭进行消锥的目的。
本发明的钢锭消锥轧制控制方法,由于在消锥轧制中,对多个设定点进行了辊缝设定,从而可成功地利用现有的具有多点压下功能的轧机系统来完成消锥轧制。而多点压下功能,是专为厚板轧机的板坯轧制而设计的,因此对于国内外已有轧机的多点下压功能而言,都要求每个段都具有压下量或者都没有压下量。如果直接将该功能用于钢锭的消锥轧制则是不可行的,这是因为,由于钢锭形状的原因,大头和小头的厚度差有时很大,例如100mm,如果按照常规的多点压下功能,在每个消锥轧制道次中,钢锭长度方向的各段如果都有压下量的话,则所需要的辊缝液压缸调节范围远远超出了轧机设备的最大能力。而利用本发明对多点进行不同的辊缝设定模式,可使得钢锭长度方向上的各段,有部分段(靠近大头部分)有压下量(即具有载荷),而部分段(靠近小头部分)没有压下量(即无载荷),从而成功地将常规厚板轧机的多点压下功能应用于消锥处理中。
综上所述,本发明的钢锭消锥轧制的控制方法,可以自动进行各道次压下量分配,自动给出各点对应辊缝设定值,并采用液压压下自动压下位置控制模式进行自动化消锥轧制。一方面,消除了人为控制钢锭消锥轧制存在的随机性,避免了新进员工缺乏经验可能带来的生产损失。另一方面,本发明也为一些不具备手工轧制功能的厚板轧机产线提供了自动轧制的可行方案。
Claims (7)
1.一种厚板轧机的钢锭消锥轧制控制方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
a,用于进行所述消锥轧制的厚板轧机接收将被轧制的钢锭的来料数据,所述来料数据包括钢锭尺寸以及钢锭的出炉温度;
b,将所述钢锭移送至所述厚板轧机前,准备进入本道次的轧制;
c,计算所述钢锭在本道次中的最大压下量;
d,计算本道次中多个预定的设定点所对应的辊缝宽度,其中所述设定点在所述钢锭长度方向上均匀分布;
e,根据步骤d中计算得出的辊缝宽度,对所述钢锭执行本道次轧制;
f,判断本道次轧制完成后所述钢锭的厚度是否均匀分布,如所述钢锭厚度未均匀分布,则继续依次执行所述步骤b、c、d、e,直至所述钢锭的厚度为均匀分布状态时,结束所述消锥轧制。
2.根据权利要求1所述的厚板轧机的钢锭消锥轧制控制方法,其特征在于,所述步骤c中计算所述钢锭在本道次中的最大压下量的步骤包括:
将所述钢锭的大头位置设置为计算点,并将本道次轧制前所述钢锭的大头厚度设置为起始厚度以及将本道次轧制前所述钢锭的大头宽度设置为起始宽度;
根据对所述计算点施加的最大许可轧制力矩及力臂、所述起始厚度、起始宽度、温度、轧辊半径以及轧制速度,计算本道次中的最大压下量。
3.根据权利要求2所述的厚板轧机的钢锭消锥轧制控制方法,其特征在于,所述计算本道次中的最大压下量利用西姆斯公式、采利柯夫公式以及美坂佳助公式进行。
4.根据权利要求1所述的厚板轧机的钢锭消锥轧制控制方法,其特征在于,所述步骤d中计算各所述多个设定点对应的辊缝宽度的步骤包括:
1)计算各所述设定点的压下量,各所述设定点中第J个设定点的坐标xJ为:xJ=length/M×J,其中,length为所述钢锭的长度,M为总的设定点数;本道次中各设定点压下量的计算公式为:
dhJ=0,xJ<xA;
dhJ=dhI,xJ>xA;
其中,dhJ为本道次第J个设定点的压下量,dh为所述步骤c中的本道次的最大压下量,xB为在本道次轧制前所述钢锭尚未进行消锥处理的区域的长度,xA为本道次轧制后尚未进行消锥处理的区域的长度;
2)根据本道次中各设定点的压下量dhJ,计算本道次中各设定点对应的轧制力forceJ,并利用如下公式计算本道次中各设定点对应的辊缝宽度:
gapJ=h-forceJ/P,forceJ>0;
gapJ=gap_last,forceJ=0;
其中,gapJ为本道次第J点的辊缝设定值,P为机架模数,gap_last为临近的有轧制力负载的计算点的辊缝值。
5.根据权利要求4所述的厚板轧机的钢锭消锥轧制控制方法,其特征在于,所述多个设定点的个数M为奇数。
6.根据权利要求5所述的厚板轧机的钢锭消锥轧制控制方法,其特征在于,所述多个设定点的个数M为3至21的奇数。
7.根据权利要求1所述的厚板轧机的钢锭消锥轧制控制方法,其特征在于,所述步骤f中判断本道次轧制完成后,所述钢锭的厚度是否均匀分布的步骤,包括:
判断本道次轧制完成后的出口厚度是否小于所述钢锭的小头厚度。
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2011
- 2011-03-23 CN CN201110070026.XA patent/CN102688895B/zh active Active
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