炼钢及连铸过程自动化复习资料

1、1炼钢及连铸过程自动化复习第一节转炉炼钢工艺过程装料、吹炼、脱氧；四脱，二去，二调整第二节 转炉炼钢计算机控制的目的和 今后的工作第三节 转炉炼钢计算机控制第四节 连续铸钢自动化2转炉炼钢计算机控制的目的和今后的工作1氧气吹炼转炉计算机控制的主要目的 氧气吹炼转炉计算机控制的主要目的是：使每炉吹炼终点的钢水温度和成分主要是含碳量命中率在允许的范围内，以获得质量合格的钢；减少吹炼次数，缩短吹炼时间，提高生产率；降低原材料的消耗；促进生产管理水平的提高，实现冶炼操作的合理化、标准化。3第三节 转炉炼钢计算机控制静态控制动态控制静态理论模型经验模型轨迹跟踪法动态停吹法吹炼条件控制法称量控制法45第四

2、节 连续铸钢自动化 连续铸钢技术是一项新工艺，它对钢水要求高，连续作业设备操作难度大，因此为了免除事故，保持正常生产、到达较高的质量和产量要求，自动检测和自动控制是必不可少的。根据统计，在连铸装置上采用某些自动控制系统后，可使浇注速度提高20%，并可提高铸坯成品率和改善铸坯质量。目前连续铸钢已向生产宽板坯、合金钢坯和薄板坯方向开展，在满足严格的指标要求的同时实现工艺过程的全面自动化。6图3-167连铸自动化主要控制内容钢包钢水脱氧自动控制保护渣自动参加控制结晶器锥度及宽度自动控制全自动浇注系统火焰切割后剩余毛刺的自动清理钢坯在热状态下自动打印标记钢坯搬运吊车的自动化8二冷区温度控制9第五章 轧

3、钢工艺过程及控制模型第一节 带钢热连轧生产工艺过程第二节 带钢热连轧计算机控制第三节 轧制过程计算机控制数学模型10 生产过程自动化是迅速提高冶金生产产量和质量的重要途径。近代冶金自动化的一个主要特点是应用电子计算机对生产过程进行全面的综合控制，而带钢热连轧是当代钢铁工业应用计算机控制最成熟而且也是最有成效的一个局部。112022/8/1311已学：冶金生产从控制角度可分为两类过程： 以热工系统为根本控制对象或以数据采集调度及热工参数控制为根本内容的“慢过程，属于这类的有原料准备、炼铁、炼钢及连铸过程。 以机电液压系统为根本控制对象以及快速闭环控制为根本内容的“快过程，属于这一类的有各类轧钢生

4、产过程，特别是冷热轧带钢连轧生产线。12热连轧技术开展史 第一套热连轧机于1926年诞生于美国 。我国第一套热轧宽带钢轧机始建于1957年，即鞍钢的半连续轧机 。我国现有辊身长度在1422mm以上的热轧宽带钢轧机30多套。 近十几年，热轧带钢工艺发生了一系列变化，连铸连轧、无头轧制及半无头轧制技术得到应用。为了与新开展的热轧带钢生产工艺相区别，将过去长期以来所采用的带钢热连轧工艺称为传统带钢热连轧。13第一节 带钢热连轧生产工艺过程 带钢热连轧机粗轧可分为半连续式、全连续式和四分之三连续式三种根本形式，无论哪一种形式，其生产工艺过程大致相同，现仅以某厂四分之三连续式现代带钢热连轧机为例简述其生

5、产工艺过程。14 粗轧区设置56 台粗轧机进行连续不可逆轧制，这种布置由于粗轧道次限制为56 道次，加上设备重量过大，生产线过长，目前根本不再采用。粗轧机的布置有四种方案1全连续式 1523/4连续式 3/4连续式粗轧机由可逆式轧机和不可逆式轧机组成 。这一布置增加了灵活性，缩短了轧线长度，但设备重量仍较大。163半连续式 即两机架均为可逆轧机，分别可轧制35 道次。174单机架 即采用一架强力粗轧机进行37 道次可逆轧制来满足精轧的坯料要求。采用单机架粗轧机的布置大大缩短了粗轧区长度，这对减少板坯温降十分有利，而这将直接影响精轧成品的厚度。18热连轧工艺布置图加热炉出口除鳞 精轧入口除鳞 精

6、确控制板材的宽度，同时也起到对准轧制中心线的作用，小立辊也被称为“轧边机。 1920 现代带钢热连轧机一般采用厚度为250360mm的初轧坯或连铸板坯作为原料，将要轧制的板坯堆放在板坯库内，轧制时根据轧制明细表中所规定的顺序，由吊车从板坯库将板坯一块一块送到上料辊道A上图4-1中的A1A6，并将板坯所在的辊道号通知计算机。由装在A、B辊道旁的冷金属检测器CDMCold Metal Detector检测板坯在辊道上的具体位置，计算机将根据CDM检测的信号来控制辊道的运转在同一组辊道上只能放一块板坯，以便计算机对板坯进行跟踪。在计算机控制下，板坯由A辊道传送到装料辊道B图4-1中的B1B6上。B辊

7、道位于炉前，板坯在这里定位即在炉前的适当位置停下来，然后由推钢机把板坯自动推入加热炉内。21图4-122 带钢热连轧机的板坯加热设备，一般由35座推钢式或步进梁式加热炉组成。图4-1所示的某厂四分之三带钢热连轧机目前有三座将来可扩展到五座步进梁式加热炉。在轧制普通碳素钢时，一般是按1号炉-2号炉-3号炉-1号炉的次序把钢坯装入到各加热炉中。3号炉专门用来加热硅钢。 板坯在加热炉内由步进梁一步一步地移向出料端一般前进一步的距离为600650mm。在距出料端部一定距离该厂为1450mm处的侧墙上装有射线处即射线接通时，步进梁自动停止前进，以防止炉内的第一块板坯从炉内掉下去或碰到出料炉门端部。当射线

8、检测器出现故障时，步进梁的前进极限位置由计算机来控制。23 当板坯在炉内加热到12501280的温度时，由推钢机将加热好的钢坯从炉内托出并放在C辊道图4-1中C1C6上。从C辊道到卷取机CL1、CL2、CL3的整个轧线上，装有假设干个热金属检测器HMDHot Metal Detector，用来对轧件进行跟踪。计算机根据HMD检测的位置信号，对轧线上相应设备进行设定和控制如立辊开口度、压下位置、轧制速度等设定。 板坯从炉中托出并放在C辊道上之后，就被传送到D1辊道，然后进入粗轧机组。板坯首先经大立辊VSBVertical Scale Breaker，并用14.716.7MPa(150170kg/

9、cm2)高压水去除附在板坯外表上的炉生氧化铁皮，接着被送到粗轧机组的R1、R2、R3、R4中进行轧制，将厚度为250360mm的初轧坯或连铸坯轧成厚度为3045mm的带坯。其中R2是可逆式轧机，在此轧机上一般轧制35个道次，最多轧7个道次。R2、R3、R4机架的入口都设有小立辊，在4号机架设有温度计RT4、宽度计WG及射线测厚计G，用以作为精轧机组设定计算的重要参数。24 中间辊道E分六段控制，其辊道的速度根据工艺的要求而改变。轧件从R4机架以300m/min的速度前进，此时辊道的速度与轧件同步，如果带坯较长，带尾离开R4机架后，中间辊道开始减速。当带尾端离开某一段辊道时，该辊道的速度又上升到

10、300m/min的速度，以等待下一块带坯的到来。 所有带坯在进入精轧机组前，均需切除不规那么和低温的头部。成品带钢厚度在、宽度在1000mm以下时要进行切尾。切下的头、尾、废料倒入汽车并运走。 切头后的带坯，经精轧机组前的高压水除鳞箱，除去外表上的二次氧化铁皮，再经连续精轧机组轧制成为的成品带钢。25 带钢被咬入精轧机架后，其相应的厚度控制系统投入工作，以减少带钢纵向厚度公差。当带钢被咬入第二架精轧机时，后面机架如F2机架的负荷继电器接通前面机架如F1机架的活套控制系统，使其投入工作，以保证带钢在恒定的微张力状态下进行轧制。 精轧机组由七个机架组成，其出口端装有温度计如FT7、宽度计WG、x射

11、线测厚计如XG，用以分别测量精轧机出口处带钢的温度、宽度和厚度。 带钢出精轧机组后，到G辊道或称输出辊道，在G辊道上装有喷水冷却装置，用来对带钢进行层流冷却，把已成材的带钢由850-800的终轧温度冷却到650-550的卷取温度。 26 钢卷卷完后，钢卷由带卷小车从卷取机上取出，置于运输线上V1-V7。运输线上装有极限开关式检测器LIAJ等，以便对钢卷进行跟踪。运输线的一侧设有检查线，需要进行检查的钢卷，在计算机的控制下自动停下，由钢卷升降台升起钢卷，再用运卷车将钢卷从运输链垂直方向抽出，用翻卷机把钢卷翻平在摇辊上，摇辊转动钢卷并展开6-30m于自由辊道上，对被展开的钢卷进行外表检查，并将检查

12、结果输入到计算机，计算机对所有成品的厚度、宽度、温度等质量数据进行质量统计，打捆后送入成品库。27282930第二节 带钢热连轧计算机控制一、带钢热连轧计算机控制系统简述二、带钢热连轧计算机控制功能一、带钢热连轧计算机控制系统简述311、带钢热连轧计算机控制系统的开展历程 带钢热连轧计算机控制系统的产生和完善，极大地促进了带钢热连轧机自动化的开展，从而进一步促进了带钢热连轧生产的开展，产生极大的经济效益。 本世纪60年代以前，带钢热连轧机自动化开展方面主要集中在调速系统、压下机构辊缝调节系统、活套调节系统、闭环模拟厚度控制系统。第一套厚度控制系统在1958年前投入使用，到1962年，已经有40

13、多套轧机上装备了模拟厚度控制系统。32 美国于60年代初、麦克劳思钢铁Meclouth Steel公司的1525mm带钢热连轧机上用计算机设定并控制了精轧机组的辊缝和速度，这是最早出现的带钢热连轧计算机控制系统。 60年代末，英国在一个钢厂实现了用计算机控制从加热炉到卷取机的整个带钢热连轧生产过程。 日本在热连轧机上采用计算机控制方面的工作，虽然起步在60年代中期，但开展速度很快。1964年新日本钢铁公司钢铁厂的1420mm带钢热连轧机局部采用计算机控制，1971年11月投入的新日本钢铁公司大分厂2235mm带钢热连轧机全部采用计算机控制，成为一项设计先进的典型。33 80年代，带钢热连轧机计

14、算机控制系统开展到日臻成熟，实现了高精度轧制、控制轧制、来料热装热送轧制直接轧制和节能型的低温轧制。控制的范围也从热连轧生产线向两侧扩展，包括了对板坯库、钢卷库、成品库的控制和管理。国外新建的带钢热连轧机配备了计算机控制系统，而且在对旧有的轧机改造工程中，最重要的一项内容就是采用计算机控制。在冶金工业中，带钢热连轧计算机控制系统是开展最迅速、最成熟和效果最明显的计算机系统，不仅提高了生产效率，而且大大改进了尺寸精度和性能，带来了巨大的经济效益。 1978年12月投产的武汉钢铁公司1700mm带钢热连轧机计算机系统，是我国引进的第一套带钢热连轧计算机控制系统。34 1989年投产的宝山钢铁总厂2

15、050mm带钢热连轧机，是当时国内自动化程度最高，具有现代世界先进水平的大型热连轧机组。其年产400万吨热带卷，精轧终轧速度可达25m/s，主轧线电气设备由德国SIEMENS公司提供，计算机控制系统采用分布式结构，由管理计算机系统、生产控制计算机系统、过程控制计算机系统以及根底自动化系统组成四级自动化系统。35 1993年11月，在武汉钢铁公司、重庆钢铁设计研究院、北京科技大学共同合作下，完成了武汉钢铁公司1700mm热连轧计算机系统的更新改造工程。随后，在1995年5月，武汉钢铁公司、北京科技大学等单位又共同完成了太原钢铁公司1549mm热连轧计算机系统的建立和开发。武汉钢铁公司和太原钢铁公

16、司的带钢热连轧计算机控制系统的建立和运行，标志着我国已经有能力依靠自己的力量设计和开发热连轧这样控制过程极为复杂、要求快速响应的计算机控制系统。362、带钢热连轧计算机控制系统开展特点 如果从60年代初算起，带钢热连轧计算机控制系统的开展已经有40年的历史了。归结起来，带钢热连轧计算机控制系统的开展特点主要有以下几项： 1系统的结构逐步分散化。实现系统的结构从单机集中控制、多机分区集中控制到分散控制这种变化过程，是为了更好地满足热连轧生产技术开展的需要。372控制功能不断完善。从代替人工操作的设定，开展到产品质量控制、节能控制、故障诊断，并实现了控制轧制。控制功能的不断完善，从简单到复杂，从低

17、级到高级，也是来自于提高产品质量、降低能耗，降低生产本钱、减少环境污染等方面的要求。3控制范围不断扩大。60年代初期，以控制精轧机为主，主要是进行压下位置和轧制速度的预设定。60年代中后期，控制范围扩大到加热炉、初轧机、精轧机、卷取机。80年代，控制范围又扩大到板坯库、钢卷库、成品库以及热平整线和热剪切线，从而覆盖了整个热轧厂。384控制精度不断提高。随着控制功能不断完善，对产品的控制精度也不断提高，表4-1给出了目前的品质指标。39 现代带钢热连轧机具有高速、连续、高产、优质、低耗等特点。正是由于带钢热连轧计算机控制系统的日臻完善，才使得上述特点充分显示出来。反过来说，只有不断开展热连轧机得

18、综合自动化，才能保证这样大型、复杂得轧机经济地运行。 表4-2的数据反映出几十年来带钢热连轧开展过程中的主要特征，这些特征与计算机的应用是密切相关的40二、带钢热连轧计算机控制功能 图4-2归纳了带钢热连轧计算机控制功能。图4-3图4-6分别是加热炉区、粗轧区、精轧区、卷取区控制功能简图。414243 板坯和轧制方案的原始数据是由生产控制级计算机传送给过程控制级计算机的。如果没有生产控制计算机，就要通过初始数据输入PDI-Primary Data Input终端直接输入到过程控制级计算机中，PDI具有数据输入、查询、修改、删除、排序和显示等功能。 板坯被装载到上料辊道A辊道以后，要测量长度和重

19、量。测量装置自动完成测量后，要把实测数据传送给计算机。计算机要对测量数据进行检查，发现异常那么输出报警信息，请求操作人员进行相应处理。44 计算机把PDI中的板坯号和操作人员通过人机接口MMI装置输入的板坯号进行比较，以保证上料板坯和生产轧制方案一致，这叫板坯确认，又叫板坯识别。如果发现异常，就要根据实际情况，或者重新排序，或者做“缺号处理，或者将板坯撤消。 在加热炉入口辊道B辊道，计算机对已经测量和确认过的板坯，按照规定的炉号、炉列进行板坯移动和炉前定位控制，控制板坯的炉前对中停止，这是由B辊道自动位置控制APC-Automatic Position Control程序来完成的。45 计算机

20、确定推钢机的移动行程，并且对这个设定计算值进行合理性检查，在满足装钢条件时，通过APC程序控制推钢机把板坯装入加热炉内的预定位置。 计算机控制步进梁的周期运动。当正常轧钢时，步进梁进行上升-前进-下降-后退的反复循环动作，使板坯逐渐移向加热炉出口侧。当发生异常情况例如出钢时间大于规定时间时，计算机控制步进梁进行上升-下降的踏步动作。 板坯被装到A辊道上以后，就由过程控制计算机进行跟踪。加热炉区的跟踪又可以划分成加热炉入口跟踪、加热炉炉内跟踪和加热炉出口跟踪。加热炉区跟踪能为加热炉区的设定计算和顺序控制提供实时的信息。46 计算机利用有限差分法差分法：是把根本方程和边界条件一般均为微分方程近似改

21、用差分方程代数方程来表示，把求解微分方程的问题该成求解代数方程的问题，即将解析解改为数值解在线模拟板坯在加热炉内的加热过程，计算出炉内每块板坯的温度，并且通过数学模型，计算出各段炉温的目标值，作为燃烧控制的基准值，加热炉燃烧控制时由仪表调节器完成的。 计算机根据轧件的尺寸和轧件的“运动方程，预测轧件在粗轧区、精轧区、卷取区的运行时间，并且根据轧线上的生产状况和加热炉烧钢情况，决定板坯从加热炉抽出的时间，进行轧制节奏Mill Pacing控制。除了全自动抽钢方式节奏方式以外，还可以有定时抽钢和强制抽钢方式。47 当有抽钢请求时，计算机首先要检查抽钢的各种条件是否满足，然后进行抽钢行程的计算，并通

22、过程序控制抽钢机的前进与后退。把加热好的钢坯放在出炉辊道的中心上，根据前进方向是否有钢坯来决定辊道的运转速度，移动板坯进入粗轧区。 当“下一块板坯将被抽出时，过程控制计算机进行粗轧设定计算，通过数学模型，计算出粗轧区域控制所需要的全部基准值。粗轧设定RSU-Rougher Set-Up计算的计算时序为板坯从加热炉抽出时设定、板坯到达粗轧机入口时再次设定。粗轧机设定的工程主要有：48水平轧机各机架、各道次的压下位置立辊轧机各机架、各道次的开口度侧导板的位置水平轧机的咬入速度、轧制速度、抛钢速度前后辊道的速度除鳞方式测量仪表的基准值压下前滑补偿值。前滑：轧件的出口速度大于轧辊在该处的线速度，这是由

23、于金属流动引起的。49粗轧机设定计算使用的数学模型主要有：压下负荷分配模型温度模型轧制力模型轧制力矩模型功率模型前滑模型弹跳模型50 根底自动化级计算机根据RSU算出的基准值，通过APC程序完成压下、侧导板的位置设定。 板坯在粗轧可逆轧机R2机架要经过3道次或5道次轧制。可逆轧机及其前后辊道既要正向运转，也要反向运转，因此，根底自动化计算机要对可逆轧机进行顺序控制，包括R2轧机速度控制、辊道速度控制、正反向运转控制、除鳞喷水控制。 在粗轧区域，计算机还要进行自动宽度控制，因为带钢在精轧机组太薄，计算机无法再对宽度进行控制。关于AWC的详细请参见第七章和有关文献。51 从粗轧机组出口到精轧机组入

24、口的辊道叫做延时辊道Delay Table，按辊道的编号也称为E辊道。计算机控制E辊道速度，既要缩短带坯的运行时间，又要防止前后两块带坯相撞。当板坯进入最后一架粗轧机R4机架时，E辊道的速度与R4机架同步。当带钢的尾部离开R4轧机时，计算机进行碰撞条件检查，如果不发生碰撞情况，那么控制E辊道高速运转，否那么控制E辊道低速运转，直到不再会碰撞时才转为高速运转。当本块带坯到达切头飞剪前面的热金属检测器HMD54时，如果先行带钢仍旧处于F1 ON的情况，计算机要判断本块带钢到达F1时是否会与先行带钢碰撞，如果F1 OFF，那么要对轧机辊缝速度进行是否到达设定值的检查，假设有碰撞可能，或检查通不过，那

25、么发出摆动Osillation命令，使E辊道反转延时10s后再正向前进。这样来回摆动每次接通HMD54时重复检查一次，直到检查合格后，计算机发出解除摆动指令为止。当带坯使HMD54 ON并经过一段延迟时间以后，计算机控制E辊道按剪切速度运行，以保证与飞剪同步。当带坯到达飞剪再经过一段延迟时间以后，计算机控制E辊道的速度与精轧机同步，并考虑压下补偿。52 当带坯到达粗轧机出口处，计算机对这一带坯进行数据采集和处理，然后就进行精轧机设定FSU-Finisher Set-Up计算，通过数学模型，计算出精轧区域控制所需要的基准值。FSU计算时序为带钢进入粗轧机组出口处，以及HMD54 ON。精轧机组设

26、定的工程主要有：延迟辊道E辊道的压下补偿切头剪侧导板和精轧侧导板的位置除鳞和机架间冷却喷水设备的喷水方式压下位置轧机的穿带速度、加速度、最高速度活套的高度、张力、平衡重各种测量仪表厚度仪、宽度仪、凸度仪、平直度仪的基准值，补偿值53精轧机设定计算使用的数学模型主要有：压下分配模型或能耗模型温度模型轧制力模型轧制功率模型前滑模型辊缝模型自学习模型54 精轧设定计算过程可以用下面几句话概括：根据带钢成品的目标厚度和来料带坯厚度，用压下分配模型决定各机架的出口板厚，用表格法决定精轧机组末机架的穿带速度；以精轧机组末机架为基准机架，用秒流量相等的原理和前滑模型，求出各机架的穿带速度；根据粗轧出口实测温

27、度，用温度模型求出带钢在各机架的出口温度，用轧制力模型计算各机架的轧制力；用功率模型来检查压下分配及速度分配是否在轧机极限条件的范围之内，如超出极限值，那么必须修改压下分配和速度分配；根据预报给出的轧制力，用弹跳模型计算各机架的弹跳量；最后，用辊缝模型求出各机架的辊缝设定值。55 过程控制计算机在进行精轧设定FUS的同时，还进行板形设定Shape Set-Up计算或称为凸度设定计算。设定的工程主要有： 工作辊的弯辊力 工作辊的串动移动量 根底自动化级计算机完成板形和平直度的闭环控制，以便使带钢的凸度和平直度到达期望的目标值。关于板形内容可参见第七章或查阅有关文献。56 计算机对飞剪的控制包括剪

28、切方式、剪切长度和起动飞剪剪切。剪切方式有三种：切头、切尾和二分割。一般来说，带坯都要进行切头，以使头部整齐，易于精轧机和卷取机咬入。是否切尾，根据成品的厚度和宽度规格而定。剪切方式可由计算机决定，也可由操作人员决定。过去一般采用“定长度剪切，由操作人员设定切头、切尾的长度。近年来开展为根据带坯的不同头部形状，进行“最正确长度剪切，以提高成材率。切头时，飞剪的速度例如120m/min要高于带坯的速度例如100m/min，切尾时飞剪的速度要低于带速带坯的速度。当HMD60 ON时，测速辊下降，以便测量带坯的实际运行速度。当HMD60 ON时，带坯的速度调到与飞剪的速度相适应。HMD61 ON经过

29、一定的延迟时间后，起动飞剪切头。切尾时飞剪的起动仍旧靠热金属检测器HMD61的信号。57 计算机控制精轧机组进行升速轧制，首先使用穿带速度使带钢咬入F1F7机架，然后采用第一加速度，提高轧制速度。当带钢被卷取机卷取时，采用第二加速度，使轧制速度到达预先给定的最高速度。当带钢尾部离开减速机架由计算机确定为F1或F2机架时，采用第一减速度，F7机架OFF时，采用第二减速度，使轧机的速度降到穿带速度。 计算机对精轧机组速度控制包括主电机起动和运行顺序控制、各机架穿带速度的粗调和精调、动态速度补偿、速度微调和逐移微调、加减速控制、主机点动控制、紧急停车控制等等。58 在带钢咬入精轧机组前段机架F1F3

30、时，计算机根据精轧设定计算时预测的轧制力和实测轧制力的偏差，通过一定的算法，变更后段机架F5F7的压下位置，使压下位置设定的更为准确，以便尽量减少带钢头部得厚度偏差，这叫做穿带自适应控制，又叫精轧动态设定。 在带钢轧制过程中，自动厚度控制AGC-Automatic Gage Control程序动态地自动调节辊缝，以便消除或减少带钢纵向厚度偏差，得到符合厚度公差要求并且厚度均匀的产品。关于AGC的详细表达见第六章。这里要强调的一点是，现代新建带钢热连轧机和对旧轧机的改造，广泛采用液压AGC系统，这是因为液压AGC的响应速度快，控制精度高，并且能够改变轧机刚性系数。59 另外，新型轧机还将实现板形

31、的前馈控制和反响控制可参见有关文献 过程控制计算机，根据带钢成品规格和精轧温度控制的要求，决定除鳞和机架间喷水方式。根底自动化计算机，控制开始喷水和停止喷水的时序。当第i机架ON时，第i机架与第i+1机架之间的喷水装置开始喷水。当第i机架OFF时，停止喷水。近年来，在机架间喷水控制方面又有新开展，就是通过改变水压和水量来控制精轧温度的均匀性。除了通过改变喷水方式来改变水量以外，还通过动态地调节阀门的开度来控制水量的大小。60 带钢在精轧机组的轧制过程中，计算机通常采用如下几种控制手段，对精轧温度进行动态控制：决定适当的穿带速度调整轧机的加速度调整机架间喷水集管的数量调整冷却水的压力和流量 关于

32、精轧温度控制的详细表达参见第五章。61 带钢在精轧机组连轧时 ，通过活套装置的缓冲作用，保持恒定的微张力、为活套量控制。计算机对活套的控制主要有以下功能：活套的高度控制活套的张力控制活套的顺序控制起落套活套的补偿控制62 带钢进入精轧机组第1架以后，计算机进行卷取设定Colling Set-Up计算，计算出卷取区域控制所需要的基准值。卷取区域包括精轧出口至卷取机前面的辊道的设定工程主要有：夹送辊的开口度辊缝助卷机的开口度辊缝侧导板的开口度卷筒的张力、超前率夹送辊的超前率、滞后率辊道的超前率、滞后率63 卷取设定计算不需使用复杂的数学模型，一般采用表格法和简单计算公式相结合的方法，所以近年来，在

33、有的带钢热连轧计算机控制系统中，已将卷取设定计算的功能从过程控制级下放到根底自动化级。 带钢头部离开精轧机组末机架开始到头部卷取为止，计算机控制热运动辊道Hot Run Tabel的速度比精轧机组末机架的速度快即超前速度，使得辊道给带钢一个向前的拉力，防止带钢头部起皱。带钢头部咬入卷取机后，辊道与精轧机组速度同步。带钢尾部离开精轧机组减速机架精轧前三架中的某一机架被计算机确定为减速机架时计算机控制辊道的速度比精轧机的抛钢速度慢即滞后速度，使得辊道给带钢一个向后的拉力，以防止带钢尾部起皱。64 带钢在精轧机组出口侧得辊道上运行时，计算机通过预先设定以及动态调节层流冷却装置得冷却水段的数目和喷水方

34、式来控制带钢的卷取温度。 卷取完了的钢卷被卸卷小车放置在运输链上，向下工序运输。计算机判断操作人员对该钢卷是否发出“钢卷检查请求，如果有请求，那么把钢卷送到检查线上，检查结果通过人机接口设备输入到计算机，以便打印报表。65 钢卷称重结束后，称重机把钢卷的实际重量传送给计算机，计算机要对称重结果进行检查，判断钢卷重量是否合理。如果卷重异常，那么把计算重量作为钢卷重量，并产生报警信息。如果称重正常，计算机就设定“称重完成标志，并向打印机输出打印命令和钢卷号，打印报表。 至此，过程控制计算机对轧件的控制结束。钢卷在钢卷库、成品库的控制与管理交生产控制级计算机完成。66 另外，在带钢热连轧计算机控制系

35、统中还具有三个功能，它们是自学习功能、质量分类和模拟轧钢功能。 自学习功能是利用前一块带钢实际轧制结果，反过来计算下一块带钢将要使用的一系列参数，以便使数学模型更加精确。前一块带钢的实测数据并不是直接使用，而是要用反映系统稳定性的平滑系数给予修正。一般的带钢热连轧计算机系统参与自学习的参数有：粗轧机单位压力、精轧温度模型系数、轧制力模型系数、合金钢的钢种系数等等。67 质量分类是按照预先给定的偏差范围，对每个带钢成品的实测厚度、宽度、精轧出口温度、卷取温度、带钢的凸度和平直度进行统计，计算出各种偏差情况占带钢总长度的百分比是多少。过程控制计算机把成品的厚度、宽度、温度、凸度和平直度的目标值及分

36、类范围例如40m、20等传送给根底自动化计算机，根底自动化计算机完成质量分类功能，然后将分类的实际结果发送给过程控制计算机，作为控制精度的评价目标。目前带钢热连轧计算机控制系统中，一般是把带钢分成1m为单位来进行质量分类。68 模拟轧钢是利用软件，根据预先确定的时间间隔，模拟轧件通过轧制生产线从加热炉出口温度至卷取机时所产生的各种检测信号，以此起动相应的程序运行。除了轧制线上没有真正轧件以外，对计算机控制系统而言，应用程序的运行与实际轧钢根本相同，只有那些需要使用实际测量值并具有反响控制功能的程序例如AGC、AWC、自适应等不能真正运行。通过模拟轧钢，可以对系统进行调试，并可以对机械、电气、计

37、算机设备进行检查。69第三节 轧制过程计算机控制数学模型一、轧制力模型二、热轧金属塑性变形阻力模型三、前滑模型四、轧机刚度模型五、流量方程六、热连轧带钢温降模型70一、轧制力模型 轧制力P是各类轧机最重要的设备参数与工艺参数，它广泛应用于机械设备的强度设计与校核，同时又是制定工艺制度、调整轧机以及强化轧制、以扩大产品范围和充分合理地挖掘设备潜力的重要原始参数。在计算机控制技术中，轧制力模型对于轧机辊缝设定、负荷分配、厚度调节系统的增益系数、最优控制具有很重要作用。轧制力模型的预报精度直接影响设定精度，它对厚度精度和板形质量等控制产生直接影响。因此轧制力模型在计算机控制技术中占有非常重要的地位，

38、可以说是计算机控制轧制过程的核心模型。71 热轧钢板轧机除开坯道次外的一个轧制特点是：接触弧水平投影和轧件平均高度之比大于1。即l/h1，一般在。此时沿轧件高度方向变形比较均匀，因而由于轧件的不均匀变形而产生的外区影响不存在了=1，而接触弧上摩擦力称外摩擦是造成应力状态的主要因素。同时由于轧件宽度b较大，b/l?5，这样轧制时宽展量很小，因此一般采用以下公式计算轧制力值： P=BlnK 4-1式中：B-轧件平均宽度mm； l-考虑轧辊压扁后变形区长度； n-外摩擦应力状态影响系数； K-系数，K=1.15; -高速高温下的材料的变形阻力。72 1西姆斯公式 西姆斯公式是在奥罗万Orowan理论

39、根底上，作为一系列的假设而推导得到，在热轧轧制力的计算和热连轧计算机控制的轧制力数学模型中得到广泛的应用。 西姆斯认为热扎时在整个变形区，轧辊和轧件接触外表上都不产生相对滑动全粘着，并认为轧制板带时宽展极小，可以忽略不计，因此，把板带轧制看作为平面变形问题，但不采用平断面假设。奥罗万认为，变形区中任取一平直小条，它在变形过程中不一定继续保持平直，因此，在分析应力平衡时，截取的任意形状的曲线小条见图4-7，假设此曲线和两个轧辊的交点a，a和b，b，所连的直线段平行于两轧辊的连心线，并设任意曲线实际时曲面bb上合力的水平力为T，而曲面aa上合力的水平力为T+dT。73图4-774 假设接触弧上单位

40、压力为p，那么小条上所受的力为pRd，其水平分力为2 psinRd。而摩擦力的水平分力为2 tcosRd。列出其平衡微分方程式得75767778 2热轧钢板时轧制力的简化计算 由于西姆斯公式比较繁杂，不便于计算机在线控制轧钢生产，因此，很多学者发表了西姆斯公式的简化公式，为计算轧制力带来了许多方便，下面介绍两个有代表意义的简化公式。 1新日铁日本公式 新日铁为我国某1700热连轧厂提供了精轧机应力状态n的计算模型，该模型是以Sims理论公式为根底，同时在所采集现场轧制各规格时所得到各种参数根底上，统计回归出各架轧机应力状态计算公式。7980 2滑移线理论公式 8182二、热轧金属塑性变形阻力模

41、型 金属塑性变形阻力是指单向应力状态下金属材料塑性变形所需要单位面积上的力。它的大小不仅与金属材料的化学成分有关，而且还取决于塑性变形的物理条件变形温度、变形速度和变形程度。 由于变形阻力是轧制力计算公式中的一个重要的物理参数，因此几十年来不少学者致力于金属塑性变形阻力的实验室研究工作，发表了一些有用的数据。83 迄今为止，在变形阻力研究中都采用以下函数形式：84 随着计算机控制轧制数学模型的开展，60年代中期开始出现了一批采用变形阻力公式而发表的数据，公式的结构大同小异，下面介绍一些典型的变形阻力数学模型公式。由于现有作为电子计算机控制用的金属塑性变形阻力数学模型，往往是以专利形式，很难从一

42、般文献资料中找到。即使是公布于众的数学模型，往往是由于时间上的失效才能收集得到。851新日铁日本公式 新日铁为我国某1700热连轧机所提供得变形阻力数学模型是：862北京科技大学金属塑性变形阻力数学模型 周纪华、管克智利用高速变形凸轮试验机，对我国自产的近百种钢在高温、高速下，进行了近十年的变形阻力试验研究变形温度为11231523K，变形速度为5100s-1，变形程度为，为适应计算机控制对变形阻力模型的要求，把各种钢的试验数据按公式4-16结构进行非线性回归，得到各项回归系数，其系数值如表4-6至4-15所示。878889三、前滑模型 现场测定和试验的大量研究都证明，在一般轧制条件下，轧辊圆周速度和轧制速度不相等的。轧件出口速度比圆周速度大，因此，轧件在轧辊间在出口处产生相对滑动，称前滑。而轧件入口速度比轧辊圆周速度低，因此轧件与轧辊间在入口处也产生相对滑动，但与出口处相对滑动方向相反，称后滑。由于前后滑对单位压力有较大的影响，因此必须建立前后滑的数学模型，以便在计算单位压力时考虑它们的影响。901、前滑模型 由于存在前后滑，那么在变形区中必然存在着一点，这点上的金属移动速度与轧辊圆周速度相等，该点称为中性点中和点。此点的断面称为中性面中和面。中性点到轧