CN104826874A - 一种全连续热轧中粗轧过程的强制宽展控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种全连续热轧中粗轧过程的强制宽展控制方法，属于热轧板带轧制自动控制技术领域，本发明解决了同规格坯料经过平辊轧制自由宽展范围过窄的问题，在带孔型辊的水平轧机轧制过程中，将钢板沿着宽度方向分成五个区，分别计算各个区的强迫宽展量及狗骨变形回复量，从而得到最终刚才目标宽度，与传统平辊轧制自由宽展控制方法相比，该方法可将宽展量从传统的30mm～40mm提升到100～120mm，宽度精度可控制在0mm～3mm，可以广泛推广到板带轧制厂中，以提高板带产品的产品覆盖范围。

Description

一种全连续热轧中粗轧过程的强制宽展控制方法

技术领域

本发明属于热轧板带轧制自动控制技术领域，具体涉及一种全连续热轧中粗轧过程的强制宽展控制方法。

背景技术

在板带热连轧生产过程中，宽度控制是非常重要的控制环节，宽度精度是热轧带钢产品质量的重要指标，良好的宽度精度可以给热轧用户及后部工序创造更好的生产条件，同时，减少宽度偏差还可以降低切边损耗，提高成材率，达到节能降耗的目的；

宽度控制过程中，通常分为减宽轧制、等宽轧制和增宽轧制三种宽度控制形式，而机架的布置形式也多种多样，典型布置形式如图1所示：

图1(a)为双机架半连续式布置，R1可以是可逆或不可逆轧机，轧制1～3道次，R2为可逆轧机，轧制3～5道次；图1(b)为单机架半连续式布置，采用一架粗轧机R1进行5～7道次可逆轧制；为提高产量和板卷重量，宽度小于900mm以下的中宽带或窄带往往采用如图1(c)所示的全连续式布置，轧件沿单方向连续轧制，粗轧时间较短，生产能力大；

对于全连续轧制过程，由于立辊设备减宽能力的限制，往往采用等宽轧制或增宽轧制，轧件的自由宽展量一般在35mm～40mm，然而部分企业的连铸坯的宽度规格偏少，并不能涵盖设备最大能力下的所有产品宽度规格，亟需一种全连续热轧中粗轧过程的强制宽展控制方法，在保证宽度精度满足要求的情况下，实现小坯料生产宽规格产品。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种全连续热轧中粗轧过程的强制宽展控制方法，以达到提高轧件宽展量的控制效果的目的。

一种全连续热轧中粗轧过程的强制宽展控制方法，该方法采用全连续粗轧机组，包括以下步骤：

步骤1、确定全连续粗轧机组的各机架类型及尺寸参数，具体为：

将全连续粗轧机组的第一机架和第三机架设置为上下对称的孔型轧辊，将全连续粗轧机组的第二机架、第四机架和第五机架设置为平辊；并确定孔型轧辊的内径槽顶宽度值、内径槽底宽度值、单侧过渡区宽度、外径槽底宽度值、外径槽顶宽度值、轧辊槽底直径与槽顶直径差值；

步骤2、设定全连续粗轧机组各个机架入口和出口秒流量相等条件；

步骤3、将经过孔型轧辊轧制后的轧件进行分区，具体如下：

将坯料沿坯料宽度方向划分为五个区，即将传动侧和操作侧的两个对称孔型轧制坯料定为I区；将孔型轧辊内径轧制坯料定为III区；将传动侧和操作侧孔型轧辊槽底与槽顶的两个过渡区定为II区；

步骤4、确定坯料通过第一立辊和第一机架后的宽展参数，具体步骤如下：

步骤4-1、确定通过第一机架的坯料I区的宽展参数，包括：第一立辊在坯料I区的压下量、坯料I区的宽厚比、坯料I区的接触弧长、坯料I区的非狗骨部分自由宽展量、坯料I区的狗骨部分回复宽展量和坯料I区的出口宽度值；

步骤4-2、确定通过第一机架的坯料II区的宽展参数，包括：坯料II区的宽厚比、坯料II区的接触弧长、坯料II区的自由宽展量和坯料II区出口宽度值；

步骤4-3、确定通过第一机架的坯料III区的宽展参数，包括：坯料III区的宽厚比、坯料III区的接触弧长、坯料III区的自由宽展量和坯料III区出口宽度值；

步骤4-4、确定通过第一机架轧制后的坯料宽度；

步骤5、确定坯料通过第二机架轧制后的宽度参数，具体步骤如下：

步骤5-1、确定通过第二机架轧制的坯料I区宽度参数，包括：第二机架入口处坯料I区的宽厚比、坯料I区的接触弧长、通过第二机架轧制后的坯料I区宽展量；

步骤5-2、确定通过第二机架轧制的坯料II区宽度参数，包括：第二机架入口处坯料II区的宽厚比、坯料II区的接触弧长、通过第二机架轧制后的坯料II区宽展量；

步骤5-3、确定通过第二机架轧制的坯料III区宽度参数，包括：第二机架入口处坯料III区的宽厚比、坯料III区的接触弧长、通过第二机架轧制后的坯料III区宽展量；

步骤5-4、确定通过第二机架轧制后的坯料宽度；

步骤6、确定坯料通过第二立辊和第三机架后的宽展参数，具体步骤如下：

步骤6-1、确定通过第三机架的坯料I区的宽展参数，包括：第二立辊在坯料I区的压下量、坯料I区的宽厚比、坯料I区的接触弧长、坯料I区的非狗骨部分自由宽展量、坯料I区的狗骨部分回复宽展量和坯料I区的出口宽度值；

步骤6-2、确定通过第三机架的坯料II区的宽展参数，包括：坯料II区的宽厚比、坯料II区的接触弧长、坯料II区的自由宽展量和坯料II区出口宽度值；

步骤6-3、确定通过第三机架的坯料III区的宽展参数，包括：坯料III区的宽厚比、坯料III区的接触弧长、坯料III区的自由宽展量和坯料III区出口宽度值；

步骤6-4、确定通过第三机架轧制后的坯料宽度；

步骤7、确定坯料通过第四机架轧制后的宽度参数，具体步骤如下：

步骤7-1、确定通过第四机架轧制的坯料I区宽度参数，包括：第四机架入口处坯料I区的宽厚比、坯料I区的接触弧长、通过第四机架轧制后的坯料I区宽展量；

步骤7-2、确定通过第四机架轧制的坯料II区宽度参数，包括：第四机架入口处坯料II区的宽厚比、坯料II区的接触弧长、通过第四机架轧制后的坯料II区宽展量；

步骤7-3、确定通过第四机架轧制的坯料III区宽度参数，包括：第四机架入口处坯料III区的宽厚比、坯料III区的接触弧长、通过第四机架轧制后的坯料III区宽展量；

步骤7-4、确定通过第四机架轧制后的坯料宽度；

步骤8、确定坯料通过第三立辊和第五机架轧制后的宽度参数，包括：第三立辊的压下量、坯料的宽厚比、坯料I区的接触弧长、坯料非狗骨部分自由宽展量、坯料I区的狗骨部分回复宽展量和第五机架出口处坯料宽度值；

步骤9、确定轧制过程中各机架的变形抗力，根据各机架的变形抗力和各机架出口坯料宽度获得各机架的轧制力，进而确定各机架的弹跳值；

步骤10、根据所获得的各机架的弹跳值和各机架出口坯料宽度获得各立辊的开口度，根据所获开口度调节立辊位置。

步骤1所述的尺寸参数，具体如下：

所述的第一机架孔型轧辊的内径槽顶宽度值为：辊面长度的30％～35％；

所述的第一机架孔型轧辊的内径槽底宽度值为：内径槽顶宽度加上过渡区宽度；

所述的第一机架孔型轧辊的单侧过渡区宽度为：10mm～12mm；

所述的第一机架孔型轧辊的外径槽底宽度值为：工作辊辊面长度的80％～85％；

所述的第一机架孔型轧辊的外径槽顶宽度值为：外径槽底宽度加上过渡区宽度；

所述的第一机架孔型轧辊的轧辊槽底直径与槽顶直径差值为：20～25mm；

所述的第三机架孔型轧辊的内径槽顶宽度值为：第一机架孔型轧辊的内径槽顶宽度值加2～6mm；

所述的第三机架孔型轧辊的内径槽底宽度值为：内径槽顶宽度加上过渡区宽度：

所述的第三机架孔型轧辊的单侧过渡区宽度为：10mm～12mm；

所述的第三机架孔型轧辊的外径槽底宽度值为：第一机架孔型轧辊的外径槽底宽度值加2～6mm：

所述的第三机架孔型轧辊的外径槽顶宽度值为：外径槽底宽度加上过渡区宽度：

所述的第三机架孔型轧辊的单侧过渡区宽度为：10mm～12mm；

所述的第三机架孔型轧辊的轧辊槽底直径与槽顶直径差值为：20～25mm。

步骤4-1、步骤6-1和步骤8所述的非狗骨部分自由宽展量Δws_i，计算公式如下：

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{ws}}_i={\mathrm{win}}_i\·[{\left(\frac{H_i}{h_i}\right)}^{A_i}-1.0]---\left(1\right)$

其中，win_i表示第i机架入口坯料宽度，h_i表示第i机架出口坯料厚度，H_i表示第i机架入口坯料厚度， $A_i=\exp [-1.64\·M_i^{0.376}\·{\left(\frac{{\mathrm{win}}_i}{L_i}\right)}^{0.016\·M_i}{\left(\frac{h_i}{R_i}\right)}^{0.015\·M_i}],$ M_i表示第i机架入口坯料宽厚比，L_i表示坯料的接触弧长，R_i表示第i机架半径。

步骤4-1、步骤6-1和步骤8所述的狗骨部分回复宽展量ΔwB_i，计算公式如下：

$\mathrm{\Δw}{B}_i=B_i\·{\mathrm{es}}_i{\left(\frac{h_i}{H_i}\right)}^{A_i}---\left(2\right)$

其中， $B_i=\exp [-1.877\·{\left(\frac{{\mathrm{es}}_i}{{\mathrm{win}}_i}\right)}^{0.063}\·{\left(\frac{h_i}{{\mathrm{Re}}_{i^{\′}}}\right)}^{0.441}\·{\left(\frac{{\mathrm{Re}}_{i^{\′}}}{{\mathrm{win}}_i}\right)}^{0.989}\·{\left(\frac{{\mathrm{win}}_i}{{\mathrm{weout}}_i}\right)}^{7.591}],$ es_i表示第i机架前的立辊压下量，h_i表示第i机架出口坯料厚度，H_i表示第i机架入口坯料厚度，Re_i′表示第i机架前的立辊半径，i′表示第i′立辊，weout_i表示第i机架前的立辊出口坯料宽度。

步骤9所述的各机架出口坯料宽度获得各机架的轧制力F_i，计算公式如下：

$F_i=1.15\×{\mathrm{wout}}_i\×\sqrt{R_i^{\′}{\mathrm{\Δh}}_i}\×Q_{\mathrm{pi}}\×{\mathrm{\σ}}_i---\left(3\right)$

其中，wout_i表示第i机架出口坯料宽度，R′_i表示坯料压扁半径，Δh_i表示第i机架压下量，σ_i表示变形抗力，Q_pi表示变形区应力状态函数：

$Q_{\mathrm{pi}}=0.794+0.242\frac{l_{\mathrm{ci}}}{h_{\mathrm{ci}}}+0.0412\·\frac{l_{\mathrm{ci}}}{h_{\mathrm{ci}}}\·{\mathrm{\ϵ}}_i-0.341\·{\mathrm{\ϵ}}_i+0.0746\·\frac{l_{\mathrm{ci}}}{h_{\mathrm{ci}}}\·{{\mathrm{\ϵ}}_i}^2---\left(4\right)$

式中：h_i表示第i机架出口坯料厚度，H_i表示第i机架入口坯料厚度， $l_{\mathrm{ci}}=\sqrt{R_i^{\′}\mathrm{\Δ}{h}_i},h_{\mathrm{ci}}=\frac{H_i+h_i}{2}.$

本发明优点：

本发明提出了一种全连续热轧中粗轧过程的强制宽展控制方法，解决了同规格坯料经过平辊轧制自由宽展范围过窄的问题，在带孔型辊的水平轧机轧制过程中，将钢板沿着宽度方向分成五个区，分别计算各个区的强迫宽展量及狗骨变形回复量，从而得到最终刚才目标宽度，与传统平辊轧制自由宽展控制方法相比，该方法可将宽展量从传统的30mm～40mm提升到100～120mm，宽度精度可控制在0mm～3mm，可以广泛推广到板带轧制厂中，以提高板带产品的产品覆盖范围。

附图说明

图1为热轧过程粗轧机组的典型布置形式示意图，其中，图(a)为双机架半连续式布置示意图，图(b)为单机架半连续式布置示意图，图(c)为全连续式布置示意图；

图2为本发明一种实施例的全连续粗轧机组布置图；

图3为本发明一种实施例的全连续热轧中粗轧过程的强制宽展控制方法流程图；

图4为本发明一种实施例的强制宽展轧辊孔型图；

图5为本发明一种实施例的强制宽展宽度分区示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明一种实施例做进一步说明。

本发明实施例中，选取轧制钢种：Q235B

来料宽度380mm，来料厚度165mm，R5出口厚度35mm，R5出口轧制速度2.0m/s，目标宽度为500mm，目标宽度热态值为507.7mm。R1～R5的轧机刚度均为3000kN/mm。

本发明实施例中，全连续热轧中粗轧过程的强制宽展控制方法，如图2所示，该方法采用全连续粗轧机组，方法流程图如图3所示，包括以下步骤：

步骤1、确定全连续粗轧机组的各机架类型及尺寸参数，具体为：

将全连续粗轧机组的第一机架R1和第三机架R3设置为上下对称的孔型轧辊，将全连续粗轧机组的第二机架R2、第四机架R4和第五机架R5设置为平辊；如图4所示，确定孔型轧辊的内径槽顶宽度值①、内径槽底宽度值②、单侧过渡区宽度、外径槽底宽度值③、外径槽顶宽度值④、轧辊槽底直径⑤与槽顶直径⑥差值；

R1孔型辊参数如下：

内径槽顶宽度W_IN_UP₁＝200mm

内径槽底宽度W_IN_BT₁＝220mm

外径槽底宽度W_SD_UP₁＝497mm

外径槽顶宽度W_SD_BT₁＝517mm

轧辊槽底直径D_BT₁＝668mm

轧辊槽顶直径D_UP₁＝688mm

R3孔型辊参数如下：

内径槽顶宽度W_IN_UP₃＝202mm

内径槽底宽度W_IN_BT₃＝222mm

外径槽底宽度W_SD_UP₃＝499mm

外径槽顶宽度W_SD_BT₃＝519mm

轧辊槽底直径D_BT₃＝670mm

轧辊槽顶直径D_UP₃＝690mm

平辊R2直径D₂＝mm，平辊R4直径D₄＝mm，平辊R5直径D₅＝mm，立辊E1直径E₁＝mm，立辊E2直径E₂＝mm，立辊E3直径E₃＝mm。

所述的尺寸参数，具体如下：

所述的第一机架R1孔型轧辊的内径槽顶宽度值为：辊面长度的30％～35％；

所述的第一机架R1孔型轧辊的内径槽底宽度值为：内径槽顶宽度加上过渡区宽度；

所述的第一机架R1孔型轧辊的单侧过渡区宽度为：10mm～12mm；

所述的第一机架R1孔型轧辊的外径槽底宽度值为：工作辊辊面长度的80％～85％；

所述的第一机架R1孔型轧辊的外径槽顶宽度值为：外径槽底宽度加上过渡区宽度；

所述的第一机架R1孔型轧辊的轧辊槽底直径与槽顶直径差值为：20～25mm；

所述的第三机架R3孔型轧辊的内径槽顶宽度值为：第一机架R1孔型轧辊的内径槽顶宽度值加2～6mm；

所述的第三机架R3孔型轧辊的内径槽底宽度值为：内径槽顶宽度加上过渡区宽度：

所述的第三机架R3孔型轧辊的单侧过渡区宽度为：10mm～12mm；

所述的第三机架R3孔型轧辊的外径槽底宽度值为：第一机架R1孔型轧辊的外径槽底宽度值加2～6mm：

所述的第三机架R3孔型轧辊的外径槽顶宽度值为：外径槽底宽度加上过渡区宽度：

所述的第三机架R3孔型轧辊的单侧过渡区宽度为：10mm～12mm；

所述的第三机架R3孔型轧辊的轧辊槽底直径与槽顶直径差值为：20～25mm。

步骤2、设定全连续粗轧机组各个机架入口和出口秒流量相等条件；

本发明实施例中，在全连续粗轧机轧制过程中，满足各机架间金属秒流量相等的原则，该过程与热连轧精轧机组秒流量计算过程不同，宽度都秒流量的影响较大，因此不可忽略轧件的宽展，流量模型为：

h_i·wout_i·v_i＝h_n·wout_n·v_n   (5)

其中，h_i表示第i机架出口钢板厚度，mm；h₁＝116.64mm，h₂＝85.84mm，h₃＝63.72mm，h₄＝47.6mm，h₅＝35.0mm；wout_i表示第i机架出口钢板宽度，mm；v_i表示第i机架出口钢板速度，m/s；h_n表示粗轧机组末架出口轧件厚度，mm；wout_n表示粗轧机组末架出口轧件厚度，mm；v_n表示粗轧机组末架出口轧件速度，m/s；

步骤3、将经过孔型轧辊轧制后的轧件进行分区，具体如下：

如图5所示，本发明实施例中，将钢板沿钢板宽度方向划分为五个区，传动侧和操作侧的两个对称孔型轧制钢板定为I区，轧辊内径轧制钢板定为III区，传动侧和操作侧孔型槽底与槽顶的两个过渡区定为II区，I区轧制钢板的出口厚度为hI_i，II区轧制钢板的出口厚度为hII_i，III区轧制钢板的出口厚度为hIII_i；

本发明实施例中，热连轧生产线为区分设备的位置，通常分为两侧，传动侧是指驱动轧机转动的主电机安装位置的那一侧，操作侧指的是操作室所在的那一侧，所以传动侧和操作侧分别指的是轧制生产线的两侧；

步骤4、确定钢板通过第一立辊E1和第一机架R1后的宽展参数，具体步骤如下：

步骤4-1、确定通过第一机架R1的钢板I区的宽展参数，包括：第一立辊E1在钢板I区的压下量、钢板I区的宽厚比、钢板I区的接触弧长、钢板I区的非狗骨部分自由宽展量、钢板I区的狗骨部分回复宽展量和钢板I区的出口宽度值；

本发明实施例中，坯料经过立辊E1轧边后，边部产生狗骨形状，因其变形并未渗透到心部，因此，可视为其变形主要发生在I区。

立辊E1在I区的压下量esI₁为：

esI₁＝winI₁-weoutI₁   (6)

${\mathrm{winI}}_1=\frac{1}{2}[\mathrm{wslb}-\frac{1}{2}(w\_\mathrm{IN}\_D{W}_1)]---\left(7\right)$

${\mathrm{weoutI}}_1=\frac{1}{2}[\mathrm{weou}{t}_1-\frac{1}{2}(w\_\mathrm{IN}\_D{W}_1)]---\left(8\right)$

其中，winI₁表示I区入口宽度，mm；wslb表示钢板宽度，mm；weout₁表示立辊E1出口宽度，mm；W_IN_DW₁表示内径槽底宽度，mm；

I区宽厚比MI₁为：

${\mathrm{MI}}_1=\frac{{\mathrm{winI}}_1}{{\mathrm{HI}}_1}---\left(9\right)$

其中，HI₁表示I区入口厚度，即为钢板厚度，mm。

I区接触弧长LI₁为：

${\mathrm{LI}}_1=\sqrt{{\mathrm{RI}}_1\·({\mathrm{HI}}_1-{\mathrm{hI}}_1)}---\left(10\right)$

其中，hI₁表示I区出口厚度，mm；RI₁表示R1轧辊槽底半径，其值等于mm，D_BT₁表示第一机架槽底直径；

I区钢板非狗骨部分自由宽展量ΔwsI₁为：

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{wsI}}_1={\mathrm{winI}}_1\·[{\left(\frac{{\mathrm{HI}}_i}{{\mathrm{hI}}_i}\right)}^{{\mathrm{AI}}_1}-1.0]---\left(11\right)$

${\mathrm{AI}}_1=\exp [-1.64\·{\mathrm{MI}}_1^{0.376}\·{\left(\frac{{\mathrm{winI}}_1}{{\mathrm{LI}}_1}\right)}^{0.016\·{\mathrm{MI}}_1}{\left(\frac{{\mathrm{hI}}_1}{{\mathrm{RI}}_1}\right)}^{0.015\·{\mathrm{MI}}_1}]---\left(12\right)$

I区狗骨部分的回复宽展量ΔwBI₁为：

$\mathrm{\Δw}{\mathrm{BI}}_1={\mathrm{BI}}_1\·\mathrm{es}{I}_1{\left(\frac{{\mathrm{hI}}_1}{{\mathrm{HI}}_1}\right)}^{{\mathrm{AI}}_1}---\left(13\right)$

${\mathrm{BI}}_1=\exp [-1.877\·{\left(\frac{{\mathrm{esI}}_1}{{\mathrm{winI}}_1}\right)}^{0.063}\·{\left(\frac{{\mathrm{hI}}_1}{{\mathrm{Re}}_{1^{\′}}}\right)}^{0.441}\·{\left(\frac{{\mathrm{Re}}_1}{{\mathrm{winI}}_1}\right)}^{0.989}\·{\left(\frac{{\mathrm{winI}}_1}{{\mathrm{weoutI}}_1}\right)}^{7.591}]---\left(14\right)$

其中，Re₁表示立辊E1半径，mm。

可得I区出口宽度值woutI₁为：

woutI₁＝weoutI₁+cwI₁·(ΔwsI₁+ΔwBI₁)   (15)

其中，cwI₁表示宽度自学习系数，其取值范围在0.9～1.1，这里取1.0。

本发明实施例中，woutI₁＝88.62mm；

步骤4-2、确定通过第一机架R1的钢板II区的宽展参数，包括：钢板II区的宽厚比、钢板II区的接触弧长、钢板II区的自由宽展量和钢板II区出口宽度值；

II区宽厚比MII₁为：

${\mathrm{MII}}_1=\frac{{\mathrm{winII}}_1}{{\mathrm{HII}}_1}---\left(16\right)$

其中，winII₁为II区入口宽度，其值为mm；HII₁表示II区入口厚度，即为坯料厚度，mm。

II区接触弧长LII₁：

${\mathrm{LII}}_1=\sqrt{{\mathrm{RII}}_1\·({\mathrm{HII}}_1-h{\mathrm{II}}_1)}---\left(17\right)$

其中，RII₁为R1轧辊槽底与槽顶过渡区半径平均值，其值等于mm。D_BT₁表示第一机架槽底直径，D_UP₁表示第一机架槽顶直径；

II区钢板自由宽展量ΔwsII₁为：

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{wsII}}_1=\mathrm{win}{\mathrm{II}}_1\·[{\left(\frac{{\mathrm{HII}}_1}{{\mathrm{hII}}_1}\right)}^{{\mathrm{AII}}_1}-1.0]---\left(18\right)$

${\mathrm{AII}}_1=\exp [-1.64\·{{\mathrm{MII}}_1}^{0.376}\·{\left(\frac{{\mathrm{winII}}_1}{{\mathrm{LII}}_1}\right)}^{0.016\·{\mathrm{MII}}_1}{\left(\frac{{\mathrm{hII}}_1}{{\mathrm{RII}}_1}\right)}^{0.015\·{\mathrm{MII}}_1}]---\left(19\right)$

可得II区出口宽度值为：

woutII₁＝winII₁+cwII₁·ΔwsII₁

其中，cwII₁为宽度自学习系数，其取值范围在0.9～1.1，这里取1.0。

本发明实施例中，woutII₁＝12.12mm；

步骤4-3、确定通过第一机架R1的钢板III区的宽展参数，包括：钢板III区的宽厚比、钢板III区的接触弧长、钢板III区的自由宽展量和钢板III区出口宽度值；

该步骤计算过程与步骤4-2类似，计算III区出口宽度woutIII₁。

本发明实施例中，woutIII₁＝230.64mm；

步骤4-4、确定通过第一机架R1轧制后的钢板宽度；

计算钢板经过带孔型辊机架R1轧制的钢板宽度：

wout₁＝2·woutI₁+2·woutII₁+woutIII₁＝432.12mm   (20)

钢板在槽顶位置出口厚度为：htop₁＝106.61mm

钢板在槽顶位置出口厚度为：hbt₁＝126.61mm

步骤5、确定钢板通过第二机架R2轧制后的宽度参数，具体步骤如下：

步骤5-1、确定通过第二机架R2轧制的钢板I区宽度参数，包括：第二机架R2入口处钢板I区的宽厚比、钢板I区的接触弧长、通过第二机架R2轧制后的钢板I区宽展量；

R2轧制入口处I区宽厚比MI₂为：

$M{I}_2=\frac{{\mathrm{winI}}_2}{{\mathrm{HI}}_2}---\left(21\right)$

其中，winI₂表示R1机架I区出口宽度，即为对应的R2机架入口宽度，mm；HI₂表示R1机架I区出口厚度，即为对应的R2机架入口厚度，mm。

I区接触弧长LI₂：

${\mathrm{LI}}_2=\sqrt{{\mathrm{RI}}_2\·({\mathrm{HI}}_2-{\mathrm{hI}}_2)}---\left(22\right)$

其中，hI₂为R1机架I区出口厚度又经过R2轧制后的厚度，mm。

I区R1机架I区出口钢板又经过R2轧制后的宽展量ΔwsI₂为：

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{wsI}}_2={\mathrm{winI}}_2\·[{\left(\frac{{\mathrm{HI}}_2}{{\mathrm{hI}}_2}\right)}^{{\mathrm{AI}}_2}-1.0]---\left(23\right)$

${\mathrm{AI}}_2=\exp [-1.64\·{{\mathrm{MI}}_2}^{0.376}\·{\left(\frac{{\mathrm{winI}}_2}{{\mathrm{LI}}_2}\right)}^{0.016\·{\mathrm{MI}}_2}{\left(\frac{{\mathrm{hI}}_2}{{\mathrm{RI}}_2}\right)}^{0.015\·{\mathrm{MI}}_2}]---\left(24\right)$

可得R1机架I区出口钢板又经过R2轧制后的宽度：

woutI₂＝winI₂+cwI₂·ΔwsI₂＝96.11mm   (25)

其中，cwI₂为宽度自学习系数，其取值范围在0.9～1.1，这里取1.0。

步骤5-2、确定通过第二机架R2轧制的钢板II区宽度参数，包括：第二机架R2入口处钢板II区的宽厚比、钢板II区的接触弧长、通过第二机架R2轧制后的钢板II区宽展量；

此步骤与步骤5-1类似，计算II区出口宽度woutII₂＝13.33mm。

步骤5-3、确定通过第二机架R2轧制的钢板III区宽度参数，包括：第二机架R2入口处钢板III区的宽厚比、钢板III区的接触弧长、通过第二机架R2轧制后的钢板III区宽展量；

此步骤与步骤5-1类似，计算III区出口宽度woutIII₂＝236.35mm。

步骤5-4、确定通过第二机架R2轧制后的钢板宽度；

wout₂＝2·woutI₂+2·woutII₂+woutIII₂＝455.23mm   (26)

R2出口厚度：h₂＝85.84mm

步骤6、确定钢板通过第二立辊E2和第三机架R3后的宽展参数；

与步骤4类似，计算孔型辊R3的I区、II区和III区出口宽度woutI₃、woutII₃和woutIII₃，然后计算钢板经过带孔型辊机架R3轧制的钢板宽度：

具体步骤如下：

步骤6-1、确定通过第三机架R3的钢板I区的宽展参数，包括：第二立辊E2在钢板I区的压下量、钢板I区的宽厚比、钢板I区的接触弧长、钢板I区的非狗骨部分自由宽展量、钢板I区的狗骨部分回复宽展量和钢板I区的出口宽度值；

本发明实施例中，woutI₃＝116.02mm

步骤6-2、确定通过第三机架R3的钢板II区的宽展参数，包括：钢板II区的宽厚比、钢板II区的接触弧长、钢板II区的自由宽展量和钢板II区出口宽度值；

本发明实施例中，woutII₃＝11.61mm

步骤6-3、确定通过第三机架R3的钢板III区的宽展参数，包括：钢板III区的宽厚比、钢板III区的接触弧长、钢板III区的自由宽展量和钢板III区出口宽度值；

本发明实施例中，woutIII₃＝228.48mm

步骤6-4、确定通过第三机架R3轧制后的钢板宽度；

wout₃＝2·woutI₃+2·woutII₃+woutIII₃＝483.74   (27)

钢板在槽顶位置出口厚度为：htop₁＝52.98；

钢板在槽顶位置出口厚度为：hbt₁＝72.98；

步骤7、确定钢板通过第四机架R4轧制后的宽度参数；

与步骤5类似，确定孔型辊R3的I区、II区和III区出口宽度经过平辊R4轧制后的宽度woutI₄、woutII₄和woutIII₄，确定孔型辊R3轧制的钢板经过R4轧制的宽度参数：

具体步骤如下：

步骤7-1、确定通过第四机架R4轧制的钢板I区宽度参数，包括：第四机架R4入口处钢板I区的宽厚比、钢板I区的接触弧长、通过第四机架R4轧制后的钢板I区宽展量；

本发明实施例中，woutI₄＝122.31mm

步骤7-2、确定通过第四机架R4轧制的钢板II区宽度参数，包括：第四机架R4入口处钢板II区的宽厚比、钢板II区的接触弧长、通过第四机架R4轧制后的钢板II区宽展量；

本发明实施例中，woutII₄＝12.98mm

步骤7-3、确定通过第四机架R4轧制的钢板III区宽度参数，包括：第四机架R4入口处钢板III区的宽厚比、钢板III区的接触弧长、通过第四机架R4轧制后的钢板III区宽展量；

本发明实施例中，woutIII₄＝233.74mm

步骤7-4、确定通过第四机架R4轧制后的钢板宽度；

wout₄＝2·woutI₄+2·woutII₄+woutIII₄＝504.32mm   (28)

出口厚度为：h₄＝47.59；

步骤8、确定钢板通过第三立辊E3和第五机架R5轧制后的宽度参数，包括：第三立辊E3的压下量、钢板的宽厚比、钢板I区的接触弧长、钢板非狗骨部分自由宽展量、钢板I区的狗骨部分回复宽展量和第五机架R5出口处钢板宽度值；

立辊E3的压下量es₅为：

es₅＝win₅-weout₅   (29)

win₅＝wout₄   (30)

其中：win₅为R5入口宽度，其值等于R4出口宽度，mm；weout₅为立辊E3出口宽度，mm；

宽厚比M₅为：

$M_5=\frac{{\mathrm{win}}_5}{H_5}---\left(31\right)$

其中：H₅为R5入口厚度，即为R4出口厚度，mm。

I接触弧长为：

$L_5=\sqrt{R_5\·(H_5-h_5)}---\left(32\right)$

其中：h₅为R5出口厚度，mm。R₅为R5轧辊半径，mm。

钢板非狗骨部分自由宽展量L₅为：

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{ws}}_5={\mathrm{win}}_5\·[{\left(\frac{H_5}{h_5}\right)}^{A_5}-1.0]---\left(33\right)$

$A_5=\exp [-1.64\·{M_5}^{0.376}\·{\left(\frac{{\mathrm{win}}_5}{L_5}\right)}^{0.016\·M_5}{\left(\frac{h_5}{R_5}\right)}^{0.015\·M_5}]---\left(34\right)$

I区狗骨部分的回复宽展量ΔwB₅为：

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{wB}}_5=B_5\·{\left(\frac{h_5}{H_5}\right)}^{A_5}---\left(35\right)$

$B_5=\exp [-1.877\·{\left(\frac{{\mathrm{es}}_5}{{\mathrm{win}}_5}\right)}^{0.063}\·{\left(\frac{h_5}{{\mathrm{Re}}_3}\right)}^{0.441}\·{\left(\frac{{\mathrm{Re}}_3}{{\mathrm{win}}_5}\right)}^{0.989}\·{\left(\frac{{\mathrm{win}}_5}{{\mathrm{weout}}_5}\right)}^{7.591}]---\left(36\right)$

其中：Re₃为立辊E3半径，mm。

可得R5出口宽度值为：

wout₅＝weout₅+cw₅·(Δws₅+ΔwB₅)＝507.73   (37)

其中，cw₅表示宽度自学习系数，其取值范围在0.9～1.1，这里取1.0。

出口厚度为：h₅＝35.0

步骤9、确定轧制过程中各机架的变形抗力，根据各机架的变形抗力和各机架出口钢板宽度获得各机架的轧制力，进而确定各机架的弹跳值；

步骤9-1、轧制过程中各机架的变形抗力；

本发明实施例中，根据负荷分配系数计算平辊轧机R1～R5的出口平均厚度为h₁，h₂，h₃，h₄，h₅。

各个机架变形抗力σ_i为：

${\mathrm{\σ}}_i={\mathrm{\σ}}_0\exp (a_1{T}_i+a_2){\left(\frac{u_i}{10}\right)}^{(a_3{T}_i+a_4)}[a_6{\left(\frac{e_i}{0.4}\right)}^{a_5}-(a_6-1)\left(\frac{e_i}{0.4}\right)]---\left(38\right)$

其中，i＝1，...5，T_i＝(t_i+273)/1000；T_i表示变形温度，℃；σ₀表示基准变形抗力，即t＝1000℃、e_i＝0.4和u＝10s^-1时的变形抗力，Pa；a₁～a₆-模型系数，a₁＝-0.265，a₂＝3.379，a₃＝0.1436，a₄＝-0.0734，a₅＝0.4673，a₆＝1.579；u_i表示平均变形速度，s^-1；

平轧时：

$u_i=\frac{v_{\mathrm{Ri}}}{l_{\mathrm{ci}}^{\′}}\ln \frac{H_i}{h_i}---\left(39\right)$

其中，v_Ri表示平轧轧制速度，m/s；l′_ci表示平轧考虑轧辊压扁的接触弧长，mm；

立轧时：

$u=\frac{v_{\mathrm{Ei}}}{l_{\mathrm{cEi}}^{\′}}\ln \frac{B_{0i}}{B_{\mathrm{Ei}}}---\left(40\right)$

其中，v_Ei表示立轧轧制速度，m/s；l′_cEi表示立轧考虑轧辊压扁的接触弧长，mm；B_0i表示立辊轧制前轧件宽度，mm；B_Ei表示立辊轧制前后轧件宽度，mm；

e_i表示变形程度(真应变)：

$e_i=\ln \frac{H_i}{h_i}---\left(41\right)$

步骤9-2：计算各个机架的轧制力：

轧制力F_i计算如下：

$F_i=1.15\×{\mathrm{wout}}_i\×\sqrt{R_i^{\′}\mathrm{\Δ}{h}_i}\×Q_{\mathrm{pi}}\×{\mathrm{\σ}}_i---\left(42\right)$

变形区应力状态函数Q_pi：

$Q_{\mathrm{pi}}=0.794+0.242\frac{l_{\mathrm{ci}}}{h_{\mathrm{ci}}}+0.0412\·\frac{l_{\mathrm{ci}}}{h_{\mathrm{ci}}}\·{\mathrm{\ϵ}}_i-0.341\·{\mathrm{\ϵ}}_i+0.0746\·\frac{l_{\mathrm{ci}}}{h_{\mathrm{ci}}}\·{{\mathrm{\ϵ}}_i}^2---\left(43\right)$

其中， ${\mathrm{\ϵ}}_i=\frac{H_i-h_i}{H_i},l_{\mathrm{ci}}=\sqrt{R_i^{\′}\mathrm{\Δ}{h}_i},h_{\mathrm{ci}}=\frac{H_i+h_i}{2}$

步骤9-3计算轧制过程中各个机架的弹跳值sp_i；

${\mathrm{sp}}_i=\frac{F_i-F_0}{M_i}---\left(44\right)$

其中，sp_i表示各个机架的弹跳值，mm；F_i表示各个机架的轧制力，kN；F₀表示各个机架的零点轧制力，kN；M_i表示各个机架的轧机刚度，kN/mm；

三个立辊E1、E2和E3的开口度E_i为：

E_i＝weout_i+sp_i   (45)

步骤10、根据所获得的各机架的弹跳值和各机架出口钢板宽度获得各立辊的开口度，根据所获开口度调节立辊位置。

确定最终轧制规程：

表1

本发明在1立-2平-1立-2平-1立-1平的700mm全连续粗轧机组中，应用本发明，产品宽展量由传统方法的35mm～40mm，提高至120mm～130mm，大幅度提高了同一坯料生产不同宽度规格的覆盖范围，可有效解决企业连铸坯规格少导致的部分产品规格真空现象。

在本发明中，采用宽度方向分区方式计算各个机架的宽度、厚度等参数，实现秒流量的精确控制，可将宽度精度控制在0mm～3mm。

Claims (5)

1.一种全连续热轧中粗轧过程的强制宽展控制方法，该方法采用全连续粗轧机组，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、确定全连续粗轧机组的各机架类型及尺寸参数，具体为：

将全连续粗轧机组的第一机架和第三机架设置为上下对称的孔型轧辊，将全连续粗轧机组的第二机架、第四机架和第五机架设置为平辊；并确定孔型轧辊的内径槽顶宽度值、内径槽底宽度值、单侧过渡区宽度、外径槽底宽度值、外径槽顶宽度值、轧辊槽底直径与槽顶直径差值；

步骤2、设定全连续粗轧机组各个机架入口和出口秒流量相等条件；

步骤3、将经过孔型轧辊轧制后的轧件进行分区，具体如下：

将坯料沿坯料宽度方向划分为五个区，即将传动侧和操作侧的两个对称孔型轧制坯料定为I区；将孔型轧辊内径轧制坯料定为III区；将传动侧和操作侧孔型轧辊槽底与槽顶的两个过渡区定为II区；

步骤4、确定坯料通过第一立辊和第一机架后的宽展参数，具体步骤如下：

步骤4-1、确定通过第一机架的坯料I区的宽展参数，包括：第一立辊在坯料I区的压下量、坯料I区的宽厚比、坯料I区的接触弧长、坯料I区的非狗骨部分自由宽展量、坯料I区的狗骨部分回复宽展量和坯料I区的出口宽度值；

步骤4-2、确定通过第一机架的坯料II区的宽展参数，包括：坯料II区的宽厚比、坯料II区的接触弧长、坯料II区的自由宽展量和坯料II区出口宽度值；

步骤4-3、确定通过第一机架的坯料III区的宽展参数，包括：坯料III区的宽厚比、坯料III区的接触弧长、坯料III区的自由宽展量和坯料III区出口宽度值；

步骤4-4、确定通过第一机架轧制后的坯料宽度；

步骤5、确定坯料通过第二机架轧制后的宽度参数，具体步骤如下：

步骤5-1、确定通过第二机架轧制的坯料I区宽度参数，包括：第二机架入口处坯料I区的宽厚比、坯料I区的接触弧长、通过第二机架轧制后的坯料I区宽展量；

步骤5-2、确定通过第二机架轧制的坯料II区宽度参数，包括：第二机架入口处坯料II区的宽厚比、坯料II区的接触弧长、通过第二机架轧制后的坯料II区宽展量；

步骤5-3、确定通过第二机架轧制的坯料III区宽度参数，包括：第二机架入口处坯料III区的宽厚比、坯料III区的接触弧长、通过第二机架轧制后的坯料III区宽展量；

步骤5-4、确定通过第二机架轧制后的坯料宽度；

步骤6、确定坯料通过第二立辊和第三机架后的宽展参数，具体步骤如下：

步骤6-1、确定通过第三机架的坯料I区的宽展参数，包括：第二立辊在坯料I区的压下量、坯料I区的宽厚比、坯料I区的接触弧长、坯料I区的非狗骨部分自由宽展量、坯料I区的狗骨部分回复宽展量和坯料I区的出口宽度值；

步骤6-2、确定通过第三机架的坯料II区的宽展参数，包括：坯料II区的宽厚比、坯料II区的接触弧长、坯料II区的自由宽展量和坯料II区出口宽度值；

步骤6-3、确定通过第三机架的坯料III区的宽展参数，包括：坯料III区的宽厚比、坯料III区的接触弧长、坯料III区的自由宽展量和坯料III区出口宽度值；

步骤6-4、确定通过第三机架轧制后的坯料宽度；

步骤7、确定坯料通过第四机架轧制后的宽度参数，具体步骤如下：

步骤7-1、确定通过第四机架轧制的坯料I区宽度参数，包括：第四机架入口处坯料I区的宽厚比、坯料I区的接触弧长、通过第四机架轧制后的坯料I区宽展量；

步骤7-2、确定通过第四机架轧制的坯料II区宽度参数，包括：第四机架入口处坯料II区的宽厚比、坯料II区的接触弧长、通过第四机架轧制后的坯料II区宽展量；

步骤7-3、确定通过第四机架轧制的坯料III区宽度参数，包括：第四机架入口处坯料III区的宽厚比、坯料III区的接触弧长、通过第四机架轧制后的坯料III区宽展量；

步骤7-4、确定通过第四机架轧制后的坯料宽度；

步骤8、确定坯料通过第三立辊和第五机架轧制后的宽度参数，包括：第三立辊的压下量、坯料的宽厚比、坯料I区的接触弧长、坯料非狗骨部分自由宽展量、坯料I区的狗骨部分回复宽展量和第五机架出口处坯料宽度值；

步骤9、确定轧制过程中各机架的变形抗力，根据各机架的变形抗力和各机架出口坯料宽度获得各机架的轧制力，进而确定各机架的弹跳值；

步骤10、根据所获得的各机架的弹跳值和各机架出口坯料宽度获得各立辊的开口度，根据所获开口度调节立辊位置。

2.根据权利要求1所述的全连续热轧中粗轧过程的强制宽展控制方法，其特征在于，步骤1所述的尺寸参数，具体如下：

所述的第一机架孔型轧辊的内径槽顶宽度值为：辊面长度的30％～35％；

所述的第一机架孔型轧辊的内径槽底宽度值为：内径槽顶宽度加上过渡区宽度；

所述的第一机架孔型轧辊的单侧过渡区宽度为：10mm～12mm；

所述的第一机架孔型轧辊的外径槽底宽度值为：工作辊辊面长度的80％～85％；

所述的第一机架孔型轧辊的外径槽顶宽度值为：外径槽底宽度加上过渡区宽度；

所述的第一机架孔型轧辊的轧辊槽底直径与槽顶直径差值为：20～25mm；

所述的第三机架孔型轧辊的内径槽顶宽度值为：第一机架孔型轧辊的内径槽顶宽度值加2～6mm；

所述的第三机架孔型轧辊的内径槽底宽度值为：内径槽顶宽度加上过渡区宽度：

所述的第三机架孔型轧辊的单侧过渡区宽度为：10mm～12mm；

所述的第三机架孔型轧辊的外径槽底宽度值为：第一机架孔型轧辊的外径槽底宽度值加2～6mm：

所述的第三机架孔型轧辊的外径槽顶宽度值为：外径槽底宽度加上过渡区宽度：

所述的第三机架孔型轧辊的单侧过渡区宽度为：10mm～12mm；

所述的第三机架孔型轧辊的轧辊槽底直径与槽顶直径差值为：20～25mm。

3.根据权利要求1所述的全连续热轧中粗轧过程的强制宽展控制方法，其特征在于，步骤4-1、步骤6-1和步骤8所述的非狗骨部分自由宽展量Δws_i，计算公式如下： ${\mathrm{\Δws}}_i={\mathrm{win}}_i\·[{\left(\frac{H_i}{h_i}\right)}^{A_i}-1.0]---\left(1\right)$

其中，win_i表示第i机架入口坯料宽度，h_i表示第i机架出口坯料厚度，H_i表示第i机架入口坯料厚度， $A_i=\exp [-1.64\·M_i^{0.376}\·{\left(\frac{{\mathrm{win}}_i}{L_i}\right)}^{0.016\·M_i}{\left(\frac{h_i}{R_i}\right)}^{0.015\·M_i}],$ M_i表示第i机架入口坯料宽厚比，L_i表示坯料的接触弧长，R_i表示第i机架半径。

4.根据权利要求1所述的全连续热轧中粗轧过程的强制宽展控制方法，其特征在于，步骤4-1、步骤6-1和步骤8所述的狗骨部分回复宽展量ΔwB_i，计算公式如下：

${\mathrm{\ΔwB}}_i=B_i\·{\mathrm{es}}_i{\left(\frac{h_i}{H_i}\right)}^{A_i}---\left(2\right)$

其中， $B_i=\exp [-1.877\·{\left(\frac{{\mathrm{es}}_i}{{\mathrm{win}}_i}\right)}^{0.063}\·{\left(\frac{h_i}{{\mathrm{Re}}_{i^{\′}}}\right)}^{0.441}\·{\left(\frac{{\mathrm{Re}}_{i^{\′}}}{{\mathrm{win}}_i}\right)}^{0.989}\·{\left(\frac{{\mathrm{win}}_i}{{\mathrm{weout}}_i}\right)}^{7.591}],$ es_i表示第i机架前的立辊压下量，h_i表示第i机架出口坯料厚度，H_i表示第i机架入口坯料厚度，Re_i′表示第i机架前的立辊半径，i′表示第i′立辊，weout_i表示第i机架前的立辊出口坯料宽度。

5.根据权利要求1所述的全连续热轧中粗轧过程的强制宽展控制方法，其特征在于，步骤9所述的各机架出口坯料宽度获得各机架的轧制力F_i，计算公式如下：

$F_i=1.15\×{\mathrm{wout}}_i\×\sqrt{R_i^{\′}\mathrm{\Δ}{h}_i}\×Q_{\mathrm{pi}}\×{\mathrm{\σ}}_i---\left(3\right)$

其中，wout_i表示第i机架出口坯料宽度，R′_i表示坯料压扁半径，Δh_i表示第i机架压下量，σ_i表示变形抗力，Q_pi表示变形区应力状态函数：

$Q_{\mathrm{pi}}=0.794+0.242\frac{l_{\mathrm{ci}}}{h_{\mathrm{ci}}}+0.0412\·\frac{l_{\mathrm{ci}}}{h_{\mathrm{ci}}}\·{\mathrm{\ϵ}}_i-0.341\·{\mathrm{\ϵ}}_i+0.0746\·\frac{l_{\mathrm{ci}}}{h_{\mathrm{ci}}}\·{\mathrm{\ϵ}}_i^2---\left(4\right)$

式中：h_i表示第i机架出口坯料厚度，H_i表示第i机架入口坯料厚度， $l_{\mathrm{ci}}=\sqrt{R_i^{\′}{\mathrm{\Δh}}_i},h_{\mathrm{ci}}=\frac{H_i+h_i}{2}.$