冷连轧机组板形控制1

1、冷连轧机组板形控制讲座冷连轧机组板形控制讲座主要内容主要内容1.1.板形基本概念板形基本概念2.2.影响因素影响因素3.3.控制手段控制手段4.4.讨论问题讨论问题冷轧板形理论冷轧板形理论 严格意义上讲，板形实际包括带钢横截面几何形状和带严格意义上讲，板形实际包括带钢横截面几何形状和带钢平坦度两个方面的内容，因此要定量描述钢平坦度两个方面的内容，因此要定量描述“板形板形”就涉及就涉及到这两个方面的多项指标：凸度、楔形、局部高点、边部减到这两个方面的多项指标：凸度、楔形、局部高点、边部减薄和平坦度。薄和平坦度。 带钢的横截面取决于轧辊在轧制时辊缝的实际大小及形带钢的横截面取决于轧辊在轧制时辊缝的

2、实际大小及形状，带钢的平坦度取决于与此有关各部分延伸的均匀程度。状，带钢的平坦度取决于与此有关各部分延伸的均匀程度。 尽管横截面和平坦度是两个不同的概念，但无论是横截尽管横截面和平坦度是两个不同的概念，但无论是横截面和平坦度方面的缺陷，其面和平坦度方面的缺陷，其根源根源都在于带钢在轧制过程中的都在于带钢在轧制过程中的不均匀变形（不均匀的压下与不均匀的延伸），不均匀变形（不均匀的压下与不均匀的延伸），实质实质是带钢是带钢内部残余应力的分布。内部残余应力的分布。 因此，横截面与平坦度有着内在的关系，通过调整因此，横截面与平坦度有着内在的关系，通过调整辊缝辊缝形状形状可以达到减小带钢的横向厚度差和改

3、善板形质量的目的。可以达到减小带钢的横向厚度差和改善板形质量的目的。板形相关的基本概念板形相关的基本概念横截面横截面凸度，楔形，凸度，楔形，局部高点，边部减薄局部高点，边部减薄平坦度平坦度浪高，浪形，浪高，浪形，I I值值横截面形状横截面形状平坦度的描述方法平坦度的描述方法 带钢任一位置的长度与中心位置的长度之间会有一带钢任一位置的长度与中心位置的长度之间会有一个差值，也就是延伸差。延伸差与中心位置的长度比个差值，也就是延伸差。延伸差与中心位置的长度比值，定义为相对延伸差，其单位也可以理解为每米长值，定义为相对延伸差，其单位也可以理解为每米长度的延伸差，按下式表示：度的延伸差，按下式表示：61

4、0mmLLx或者使用或者使用I-UnitI-Unit来表示：来表示：)(101mmUnitILL翘曲度、急峻度翘曲度、急峻度1 0 0vvRL 从翘曲的带钢切取一段置于平台上，如将最短纵条视从翘曲的带钢切取一段置于平台上，如将最短纵条视为一直线，最长纵条视为一正弦波，以翘曲波形来表示板为一直线，最长纵条视为一正弦波，以翘曲波形来表示板形，称为形，称为翘曲度翘曲度。式中：式中：波幅波幅vR波长波长vLVRVLVVLL平台带钢板形描述方法板形描述方法边浪边浪急峻度急峻度=/L -=/L -浪高浪高;L-;L-浪长浪长中浪中浪个数个数/ /米米 横截面与平坦度的关系横截面与平坦度的关系 带钢的带钢的

5、横截面横截面取决于轧辊在轧制时辊缝的实取决于轧辊在轧制时辊缝的实际大小及形状，带钢的际大小及形状，带钢的平坦度平坦度则取决于与此有关则取决于与此有关的各部分的延伸均匀程度。的各部分的延伸均匀程度。 因此，横截面和平坦度是两个不同的概念。因此，横截面和平坦度是两个不同的概念。但无论是横截面和平坦度方面的缺陷，其根源都但无论是横截面和平坦度方面的缺陷，其根源都在于带钢在轧制过程中的在于带钢在轧制过程中的不均匀变形不均匀变形（不均匀的（不均匀的压下与不均匀的延伸），实质是带钢内部压下与不均匀的延伸），实质是带钢内部残余应残余应力力的分布。可见，横截面与平坦度有着内在的关的分布。可见，横截面与平坦度有

6、着内在的关系。因此，通过调整辊缝形状可以达到减小带钢系。因此，通过调整辊缝形状可以达到减小带钢的横向厚度差和改善板形质量的目的。的横向厚度差和改善板形质量的目的。板形缺陷的产生机理板形缺陷的产生机理 假设带钢沿宽度方向可以分为许多纤维，假设带钢沿宽度方向可以分为许多纤维，由于冷轧过程中没有宽展，只有沿轧制方向由于冷轧过程中没有宽展，只有沿轧制方向的延伸。根据体积不变原理，压下量较大的的延伸。根据体积不变原理，压下量较大的纤维条，其在轧制方向的延伸也较大。由于纤维条，其在轧制方向的延伸也较大。由于轧件是一连续体，各纤维条不同的延伸必然轧件是一连续体，各纤维条不同的延伸必然引起纤维条相互间的牵制效

7、应，延伸较长的引起纤维条相互间的牵制效应，延伸较长的纤维条受到压应力，较短的受拉应力。当纤维条受到压应力，较短的受拉应力。当压压应力应力达到某一临界值时，受压应力的地方便达到某一临界值时，受压应力的地方便发生发生屈曲失稳屈曲失稳，外观似波浪。，外观似波浪。冷轧钢板的板形缺陷冷轧钢板的板形缺陷影响因素影响因素 带钢在冷轧过程中，其横断面上各点的厚度带钢在冷轧过程中，其横断面上各点的厚度取决于轧辊在轧制时的实际辊缝；其平直度则取取决于轧辊在轧制时的实际辊缝；其平直度则取决于各部分延伸的均匀程度，这同样也取决于轧决于各部分延伸的均匀程度，这同样也取决于轧制时的制时的实际辊缝的形状与大小实际辊缝的形状

8、与大小。由于轧辊的弯曲。由于轧辊的弯曲而沿带钢宽度方向辊缝发生变化，使轧出的带钢而沿带钢宽度方向辊缝发生变化，使轧出的带钢沿宽度方向变的不均匀，这就导致带钢板形的不沿宽度方向变的不均匀，这就导致带钢板形的不良，而轧辊的弹性变形、辊温的变化及轧辊的磨良，而轧辊的弹性变形、辊温的变化及轧辊的磨损乃是使轧辊弯曲及使其实际辊缝发生变化的主损乃是使轧辊弯曲及使其实际辊缝发生变化的主要因素。特别是轧辊的磨损，每时每刻都在破坏要因素。特别是轧辊的磨损，每时每刻都在破坏着正常的辊形，使辊缝发生不均匀的变化。着正常的辊形，使辊缝发生不均匀的变化。板形的影响因素板形的影响因素 归结起来，影响辊缝形状的因素主要归结

9、起来，影响辊缝形状的因素主要有以下几点：有以下几点：轧辊的轧辊的弹性弯曲变形弹性弯曲变形轧辊的轧辊的热膨胀热膨胀轧辊的轧辊的磨损磨损轧辊的轧辊的弹性压扁弹性压扁轧辊的轧辊的原始辊型原始辊型板形良好条件板形良好条件（相似性原则）（相似性原则）冷连轧机组板形良好条件：冷连轧机组板形良好条件：入口和出口相对（比例）凸度保持一致：入口和出口相对（比例）凸度保持一致：根据板壳的弹性稳定理论，实际带钢良好板形条件应写成：根据板壳的弹性稳定理论，实际带钢良好板形条件应写成：在来料平直的情况下，比例凸度差值即为相对长度差，考虑在来料平直的情况下，比例凸度差值即为相对长度差，考虑到相对长度差的正负对应不同的板形

10、，又考虑到带钢边部和到相对长度差的正负对应不同的板形，又考虑到带钢边部和中部稳定性条件的不同，板形良好条件可写成：中部稳定性条件的不同，板形良好条件可写成：板形控制策略板形控制策略ShohetShohet和和TownsendTownsend曲线曲线中浪区中浪区边浪区边浪区板形的影响因素板形的影响因素影响辊缝形状的因素主要有以下几点：影响辊缝形状的因素主要有以下几点：轧辊的弹性弯曲变形轧辊的弹性弯曲变形轧辊的原始辊型轧辊的原始辊型轧辊的磨损轧辊的磨损轧辊的热膨胀轧辊的热膨胀轧辊的弹性弯曲变形轧辊的弹性弯曲变形4 4辊轧机建模图辊轧机建模图施加载荷后变形图施加载荷后变形图4 4架上工作辊，设定曲线

11、架上工作辊，设定曲线0.05mm0.05mm4 4架下工作辊，设定曲线架下工作辊，设定曲线0.05mm0.05mm4 4架上支持辊，设定曲线架上支持辊，设定曲线0.08mm0.08mm4 4架下支持辊，设定曲线架下支持辊，设定曲线0.08mm0.08mm磨削曲线抽查情况磨削曲线抽查情况上下线辊磨损情况上下线辊磨损情况4 4架支持辊上下线曲线对比架支持辊上下线曲线对比4 4架支持辊上下线曲线对比架支持辊上下线曲线对比4 4架工作辊上下线曲线对比架工作辊上下线曲线对比4 4架工作辊上下线曲线对比架工作辊上下线曲线对比轧辊的热膨胀轧辊的热膨胀机架类型OsmDs 1上辊46505149471下辊475

12、05251492上辊49535553472下辊49535452493上辊47515251463下辊49525452504上辊47525452484下辊49545653495上辊46454745435下辊4651514948下线轧辊辊面温度测量：下线轧辊辊面温度测量：根据经典公式根据经典公式计算得轧辊热膨胀为计算得轧辊热膨胀为0.90.9* *0.0000130.000013* *525525* *（52-4652-46）=0.04mm=0.04mm）ttDKDbctt（比例凸度与良好板形条件比例凸度与良好板形条件比例凸度定义：比例凸度定义：C Cp p=C=Cr r / h/ h单位厚度上的凸

13、度单位厚度上的凸度良好板形条件：良好板形条件：比例凸度恒定比例凸度恒定（精轧机组由出口到入口凸度与厚度成比例增大）（精轧机组由出口到入口凸度与厚度成比例增大）板凸度与板形板凸度与板形良好条件良好条件板凸度板凸度板中心处厚度与边部代表点处厚度之差。有时为强调它没有板中心处厚度与边部代表点处厚度之差。有时为强调它没有将边部减薄考虑进去，又称它为中心板凸度，它可以表示为：将边部减薄考虑进去，又称它为中心板凸度，它可以表示为：1hceChh(1-9)式中：式中：h hc c板中心处厚度，板中心处厚度，mmmm；h he e1 1边部代表点处厚度，边部代表点处厚度，mmmm。phCCh(1-10)con

14、stpC (1-11)比例凸度：板凸度与轧件平均厚度之比比例凸度：板凸度与轧件平均厚度之比在金属轧制过程中，良好板形条件可以表示为：在金属轧制过程中，良好板形条件可以表示为：板形与板凸度的关系板形与板凸度的关系板凸度与板形有密切的关系。因为冷轧过程中要求严板凸度与板形有密切的关系。因为冷轧过程中要求严格保证良好板形条件，所以轧制过程中虽然板凸度的绝对格保证良好板形条件，所以轧制过程中虽然板凸度的绝对值不断减小，但比例凸度应保持不变。值不断减小，但比例凸度应保持不变。若轧前、轧后的比例凸度分别为若轧前、轧后的比例凸度分别为 CpCp1 1和和CpCp2 2，则比例凸，则比例凸度变化为度变化为 ：

15、21pppCCC2hcepChhChh1ceHpHHCCHH根据比例凸度定义有：根据比例凸度定义有：板形与板凸度的关系板形与板凸度的关系252510 2 21006.3661977VVpppcLLCClCl 式中：式中： 翘曲度，翘曲度，% %； C CP P比例凸度差，比例凸度差，% %。严格按照比例凸度恒定的原则严格按照比例凸度恒定的原则翘曲度与比例凸度变化之间有下述关系：翘曲度与比例凸度变化之间有下述关系：主要内容主要内容基本概念及描述方法基本概念及描述方法影响因素影响因素控制方法控制方法板形控制手段板形控制手段 5 5机架全机架全6 6辊轧机辊轧机, , 有五种板形控制手段：有五种板形

16、控制手段：压下倾斜控制压下倾斜控制工作辊正负弯辊工作辊正负弯辊中间辊正弯辊中间辊正弯辊中间辊窜辊中间辊窜辊乳液分段冷却控制乳液分段冷却控制板形控制系统的执行机构板形控制系统的执行机构预设定预设定 当一个钢卷的焊缝到达当一个钢卷的焊缝到达S S辊或卷取卷辊或卷取卷3 3圈圈信号来信号来时，二级数学模型计算出各相关板形调控机构的调时，二级数学模型计算出各相关板形调控机构的调节量，例如工作辊弯辊力、中间辊弯辊、中间辊横节量，例如工作辊弯辊力、中间辊弯辊、中间辊横移量等，再把设定值传送给基础自动化系统，这就移量等，再把设定值传送给基础自动化系统，这就是板形控制的预设定计算，板形控制的预设定是决是板形控

17、制的预设定计算，板形控制的预设定是决定板形控制和获得最佳的预设定值。定板形控制和获得最佳的预设定值。 设定计算虽然也可以进行自适应、自学习，但设定计算虽然也可以进行自适应、自学习，但设定计算的结果很难实时、准确地进行反馈修正，设定计算的结果很难实时、准确地进行反馈修正，因此对设定计算的数学模型提出了很高的要求。因此对设定计算的数学模型提出了很高的要求。闭环控制闭环控制 板形闭环反馈控制是在稳定轧制工作条板形闭环反馈控制是在稳定轧制工作条件下，以板形仪实测的板形信号为反馈信息，件下，以板形仪实测的板形信号为反馈信息，计算实际板形与目标板形的偏差，并通过反计算实际板形与目标板形的偏差，并通过反馈计

18、算模型分析计算消除这些偏差所需的板馈计算模型分析计算消除这些偏差所需的板形调控手段的调节量，然后不断地对轧机的形调控手段的调节量，然后不断地对轧机的各板形调节指令，使轧机能对轧制中带钢的各板形调节指令，使轧机能对轧制中带钢的板形进行连续的、动态的、实时的调节，最板形进行连续的、动态的、实时的调节，最终使产品的板形达到稳定良好。终使产品的板形达到稳定良好。板形仪板形仪 由于冷轧是带张力的轧制由于冷轧是带张力的轧制, ,在轧制过程在轧制过程中，大的张力掩盖了实际的板形缺陷中，大的张力掩盖了实际的板形缺陷, ,这使这使得轧制时的带钢看上去似乎平直，而一旦得轧制时的带钢看上去似乎平直，而一旦除去卷取张力后，带钢板形缺陷又重新显除去卷取张力后，带钢板形缺陷又重新显露出来。因此，只有精确地检测带钢露出来。因此，只有精确地检测带钢内部内部张应力分布张应力分布，才能及时通过轧机自动控制，才