1、高精度軋制理論及技術(shù)第1頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四教材：主要參考書：金屬塑性加工學(xué)軋制理論與工藝（第二版） 王廷溥，齊克敏主編，20021，高精度軋制技術(shù)，黃慶學(xué) 梁愛生著，冶金工業(yè)出版社，2002。 2，高精度板帶材軋制理論與實踐，美V.B金茲伯格著， 姜明東 王國棟等譯，冶金工業(yè)出版社，2000 3，帶鋼熱連軋的模型與控制，孫一康著，冶金工業(yè)出版社，20024，帶鋼冷連軋計算機控制，孫一康著，冶金工業(yè)出版社，20025，金屬塑性加工學(xué)-軋制理論與工藝（第二板）， 冶金工業(yè)出版社，2001 6， 第2頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四學(xué)

2、習(xí)目的：了解及掌握高精度軋制技術(shù)基礎(chǔ)理論知識。了解當(dāng)前國內(nèi)外現(xiàn)代軋制技術(shù)的（現(xiàn)狀、特點、發(fā)展） 新工藝、新技術(shù)、新發(fā)展第3頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四學(xué)習(xí)要求： 了解該學(xué)科的核心、科學(xué)前沿、發(fā)展動態(tài)。 如: 閱讀國內(nèi)核心刊物-鋼鐵、軋鋼、 金屬學(xué)報、特殊鋼等； 國外刊物- Iron and Steel Engineer The Iron and Steel Institute ISIJ International等。 第4頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四方法： 從基本理論掌握入手，理論聯(lián)系實際，學(xué)會分析及解決實際問題的方法和能力。第5頁，

3、共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四第二講 厚度控制原理及技術(shù) 厚度是板帶鋼最主要尺寸質(zhì)量指標(biāo)之一，厚度自控是現(xiàn)代板帶生產(chǎn)中不可缺少的重要組成部分。 高精度指厚度h 縱向的精確度-主要取決于有載輥縫的大小 橫向的精確度-主要取決于有載輥縫的形狀 研究其：影響因素、變化規(guī)律、控制措施 第6頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四1 Ph 圖的建立1.1 彈性曲線 表示軋機彈性變形與軋制力間關(guān)系曲線建立方法-實測分 軋板法改變輥縫S法、固定輥縫S法； 壓靠法人工零位法；第7頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四 軋機剛度系數(shù) Ktg=P/f

4、kg/mm K物理意義：當(dāng)軋機產(chǎn)生單位彈性變形時所需施加的負載量。1）典型圖示：S0： 原始空載輥縫 f：軋機彈性變形量HhPP f P S0h f gklS0f P 第8頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四對應(yīng)彈跳方程： P0：預(yù)壓靠力 S0 ：原始空載輥縫 S0 ：考慮預(yù)壓變形時的(相當(dāng))空載輥縫S ：壓力為0時輥縫指示器讀數(shù) 2）考慮預(yù)壓變形時彈性曲線 l P S S0 S 人工零位 S0 S0 hf=(P- P0)/k h（f） g k l k 0 P0 壓縮 拉伸 f f gkl與0kl對稱gf 0f=S 0f= S0+ S S0 HhP= P0輥縫指示器0 x

5、xx第9頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四1.2 塑性曲線當(dāng) B、H、R、.均一定時,可認為P隨h而變 定義：件塑性剛度系數(shù) h3 h1 h2 H (H)hhi Pi P 第10頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四1.3 彈塑性曲線（PH圖）為了討論方便，彈、塑性曲線均用直線代替： 1）不考慮預(yù)壓變形時PH圖PP0S0H (H)h h 對應(yīng)彈跳方程基本形式： S0：將曲線以直線取代時的（假定）空載輥縫K：軋機剛度系數(shù)第11頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四 可較直觀地分析H、h、P以及S0等參數(shù)關(guān)系，是彈跳方程和塑性方程聯(lián)

6、解的一種圖解形式； 直觀地反映了軋制條件和軋機剛度對h的影響，并能對軋機操作調(diào)整進 行分析，是厚控的基礎(chǔ)。 S0 (P- P0)/kH (H)hh P P0 0 P C等厚線彈跳方程： h：出口厚度 S0 ：考慮預(yù)壓變形時的(相當(dāng))空載輥縫P0：預(yù)壓靠力 P：軋制壓力K：軋機剛度系數(shù)2）考慮預(yù)壓變形時PH圖第12頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四2 厚度變化原因及特點（規(guī)律）2.1 厚度差（h）類型： 1）頭部厚度偏差： 主要原因：空載輥縫設(shè)置不當(dāng)； 來料參數(shù)時未能及時調(diào)整S0 ；件厚 設(shè)定值 件長 1231232）同板厚差（縱向厚差）： 主要原因：是P使輥縫S0不變的

7、情況下h 第13頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四2.2 厚度變化主要原因及特點 1）影響K的因素 K：當(dāng)軋機產(chǎn)生單位彈性變形時所需施加的負載量 Kf（P、B、V、輥材質(zhì)、凸度、D工與D支接觸狀態(tài).） 一般認為：在一定軋機上對一定產(chǎn)品B，可認為K不變0 S0 h2 h1 H h(H) K1 K2 K1 K2P K有利軋更薄 目前一般K500600t/mm 第14頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四2）影響S0的因素 S0 決定軋機彈跳起始位置，包含： 壓下位置即S0h； 軋機部件熱脹、輥磨損、偏心S0h； 0 S2 S1 S3 h2 h1 h3 H

8、 h(H) P 第15頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四3）影響P的因素軋件及工藝方面原因（1）軋件溫度、成分、組織性能不均等 T2Ch1 0 S0 h1 h2 H h(H) P 1 2 P1P2熱軋TC TC （K） P P/K h 21 0 S0 h1 h2 H h(H) h2h1 P 2 1 P2 P1 冷軋（K） P P/K h 第16頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四V 2V 1（f 2 f 1） 0 S0 h2 h1 H h(H) P 2 1 h2V 1 0 S0 h2 h1 H h(H) h2h1 1 2 油膜厚度 P2P1熱軋 輥

9、速V較大時油膜厚度Sh V油膜厚度Shh SS V 第17頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四（3）張力變化通過Qp、K起作用 例：穿帶、拋鋼時，帶鋼頭、尾張力是突然or消失的 1 0 S0 h2 h1 H h(H) h2q 1 P P1P2帶張力時的軋制力 入口、出口張力因子 m1取0.50.667、m2取0.3350.5） qQp、KP頭尾出現(xiàn)兩個厚度增大區(qū)切損第18頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四（4）坯料尺寸變化0 S0 h1 h2 H1 H2 h(H) H 2H 1 h2h1 2 1 P P2P1 通過預(yù)設(shè)定可使h大大，且軋機K越易 消

10、除H的影響h精度 B、HhPP/K S h Hh PP/K S h 第19頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四3 厚度控制方法 厚度控制是通過測厚儀or 傳感器（如輥縫儀、壓頭等）對帶鋼實際軋出厚度h連續(xù)進行測量，并據(jù)實測值與給定值相比較后的偏差信號，借助控制回路和裝置or 計算機的功能程序，改變壓下位置S、張力or 速度，把厚度控制在允許偏差范圍內(nèi)。實現(xiàn)厚度的系統(tǒng)AGC 按厚度調(diào)節(jié)方式不同分反饋式、厚度計式、 前饋式、張力、液壓式等 第20頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四3.1調(diào)壓下調(diào)厚 1）用測厚儀測厚的反饋式厚控系統(tǒng)（1）控制方法 已知：M

11、、K、h 實測： h* h 求S 厚度差運算 厚控裝置 執(zhí)行機構(gòu) S h* hh 測厚儀 L 第21頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四稱“壓下有效系數(shù)”or 輥縫傳遞系數(shù) 稱“放大系數(shù)由幾何關(guān)系： T2T1h2S10 S1 S2 h2 h1 H h(H) e f g i S h P P1 P2P T2T1C例：當(dāng)來料溫度TC時h 控制措施調(diào)壓下S 第22頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四Sh（2）特點討論 ： 壓下效率低 M大、K小時 C小ShhM小 C大Sh第23頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四 P 對板形不利，不適合

12、精調(diào)； 存在時間滯后；ShPP2P1執(zhí)行機構(gòu) S h* hh 測厚儀 L 厚度差運算 厚控裝置第24頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四2）厚度計式（GMAGC、PAGC） 把整個機架作為測厚儀，在P發(fā)生時自動快速調(diào)整輥縫。 （1）控制方法 實測：P*、S*通過彈跳方程計算任何時刻h* =S*+P*/K h 調(diào)S 執(zhí)行機構(gòu) S h*h L h+h*P*S*第25頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四T2T1h2S10 S1 S2 h2 h1 H h(H) e f g i S h P P1 P2P T2T1h*P*S*+同理： 第26頁，共70頁，202

13、2年，5月20日，21點43分，星期四 對壓下機構(gòu)的電氣、機械系統(tǒng)及計算機程序運行等的滯后仍不能消除；2）特點討論 克服了傳遞時間的滯后靈敏度； h*P*S*+：輥熱膨脹、磨損補償 G：油漠厚度補償 間接測厚，精度不高，要進行補償；第27頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四Hi* SiHi Hi* i架 L （1）控制方法：測Hi* Hi* 前饋送信號給第i架, 提前調(diào)整壓下Si 3）前饋式主要用于H時的控制第28頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四0 S2 S1 h1 h2 H1 H2 h(H)S hHabcdg12P1 P2P H2 H1 h2

14、h1 S2 H1 h2 h1 Q3 Q21利用前后張力來改變軋件塑性曲線斜率 厚控1）控制方法實測h*h據(jù)厚差值調(diào)節(jié)軋機速度調(diào)活套機構(gòu)給定轉(zhuǎn)矩由彈跳方程增量形式： 壓力方程增量形式: 當(dāng) 時： 第31頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四（2）特點討論 控制中可使P保持不變； 慣性小、反映快、穩(wěn)定、精度高 ； 控制效果受限制；0 S0 h1 h2 H1 H2 h(H)hHg23PP H2 H1 h2 h1 Q3 n輸出各架軋機調(diào)節(jié)參數(shù) Y N結(jié)束 重新負荷分配熱連軋帶鋼軋制規(guī)程設(shè)定計算流程框圖第36頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四冷連軋軋制規(guī)程設(shè)定

15、計算框圖： 第37頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四主要相關(guān)模型： 1）速度設(shè)定計算模型忽略前滑： 考慮前滑： 考慮張力影響時： bi：張力對前滑影響系數(shù) Ti ：相應(yīng)機架前張力 考慮終軋溫度要求時熱連軋穿帶速度設(shè)定計算： 涉及前滑模型：熱軋 冷軋 第38頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四由實測TRnC（粗軋出口）按數(shù)學(xué)模型計算，包含：中間輥道輻射； 精軋各架溫降； （1）精軋開軋溫度：據(jù)TRnC及中間輥道溫降確定以輻射為主 （C） ：斯蒂芬玻爾茲曼常數(shù) 4.88kcal/m2.h.K4(5.69w/m2.K4) ：輻射率（1） 0.60.8 ：

16、運行時間 ：比重（kg/m3） c：比熱J/kg. C HR：粗軋出口厚(m) TRn：粗軋出口實測溫度（K） 2）溫度設(shè)定計算模型第39頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四（B）理論方法：設(shè)變形熱 接觸傳導(dǎo)熱損 機架間輻射及噴水看著一當(dāng)量冷卻系統(tǒng)，令等價傳熱系數(shù)為Kd 等價傳熱系數(shù)可據(jù)實測值確定： or簡化式： tw：水溫 L：精軋機組間距(m) ：強迫對流換熱系數(shù)（W/ m2.C） (m/s或m/h) 則：（2）終軋溫度TFnC：一般：直接統(tǒng)計方法確定；理論方法；（A）統(tǒng)計模型：例武鋼： 第40頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四且可反算出為保T

17、FnC所需的精軋出口速度： 可見： 可利用軋速來調(diào)節(jié)TFnC； 可據(jù)TFnC要求確定精軋出口速度 各架軋件溫度： Li： i-1到i架間距(m) 第41頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四3）壓力設(shè)定計算模型 適合熱軋的平均軋制壓力計算公式有 A.N.采利可夫 R.B.西姆斯公式（志田茂簡化式） S.愛克倫得公式 工程計算法公式 用工程計算公式：軋制壓力: 適合冷軋的軋制壓力計算公式有常用 Stone斯通公式 Bland-Forl布蘭德福特 及Hill希爾簡化式: P=KbLQpnq K：平面變形抗力 ：應(yīng)力狀態(tài)系數(shù) nq：張力影響系數(shù) ：件實際的變形抗力（與鋼種、變形程

18、度、變形速度、變形溫度有關(guān)） 可查現(xiàn)有資料（曲線）、用模型計算。 第42頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四（1）變形阻力模型 熱軋：f（T、x%） 一般有： ：變形速度 e: 真變形 ke：影響系數(shù) 冷軋：f（、x%）一般有： ：累積變形程度（加工硬化） ：靜態(tài)下變形抗力 um：平均變形速度 對成份的影響往往采用對每一種鋼種積累一套數(shù)據(jù)法or用公式中系數(shù)修正。 第43頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四（2）應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)模型 熱軋：主要決定于變形區(qū)形狀參數(shù) 如： （志田茂公式） 典型的有sims公式 冷軋：主要決定于摩擦系數(shù) 典型的有Bland-F

19、ordd的Hill簡化公式 （3）壓扁長度模型 考慮彈性壓扁時的變形區(qū)長度 ：壓扁半壓徑 E、：軋輥材質(zhì)的彈性模量及泊桑系數(shù) 第44頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四（4）張力影響系數(shù)設(shè)定計算模型 a1、a2：可根據(jù)實測結(jié)果確定 當(dāng) a1=a2=a=0.5 時： 因后張比前張影響大 （5）輥縫設(shè)定計算模型 O：油膜軸承厚O=f(P、ng) SF：設(shè)定彎輥力引起G：輥縫零位G=f(GH、GW、G0) GH: 熱脹引起 GW：磨損引起G0：其它誤差引起的輥縫零位常數(shù) 第45頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四4.2 設(shè)定模型自學(xué)習(xí) 提高厚度精度前提 提

20、高設(shè)定模型精度的提高 提高設(shè)定模型精度靠： 采用的模型結(jié)構(gòu) ； 系數(shù)的確定； 模型自學(xué)習(xí)的方法等； 1）影響設(shè)定模型精度的因素 建立模型的各種假設(shè) 測量誤差 系統(tǒng)特性的誤差不斷利用即時信息進行系統(tǒng)的修正案 保模型精度-既自適應(yīng)校正第46頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四（1）方法有： 增長記憶式遞推最小二乘法 限定記憶式遞推最小二乘法 卡曼濾波法 指數(shù)平滑法 常用指數(shù)平滑法： 基本公式： ：增益系數(shù)：自適應(yīng)系數(shù) *：利用實測數(shù)據(jù)得到的 相應(yīng)系數(shù)的實測值 大小學(xué)習(xí)參數(shù) 實測值 計算值 軋件數(shù) 2）自適應(yīng)方法 模型中加自適應(yīng)系數(shù) 通過計算來修正模型本身系數(shù) 第47頁，共70

21、頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四（2）自適應(yīng)校正對模型系數(shù)修正方法 加法自適應(yīng)：y=f(x1、x2、x3、x4.、xn)+ 乘法自適應(yīng)：y=f(x1、x2、x3、x4.、xn) 當(dāng)yi、自變量xi能實測時，可利用實測數(shù)據(jù)計算出自適應(yīng)系數(shù) * *=yi*-f* (x i1、x i2、.、x in) *=yi*/f* (xi1、x i2、.、x in) 自適應(yīng)校正系數(shù)修正模型自適應(yīng)矯校正第48頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四自適應(yīng)系數(shù)-對本塊鋼而言，僅對模型中設(shè)定的自適應(yīng) 系數(shù)進行修正，以提高本塊鋼的設(shè)定精度。 自學(xué)習(xí)系數(shù)-用于下塊鋼（同規(guī)格、同鋼種），是

22、根據(jù) 自適應(yīng)系數(shù)修正后的自適應(yīng)系數(shù)來進行學(xué) 習(xí) 學(xué)習(xí)自模型系數(shù) 提高下塊鋼設(shè) 精度。 第49頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四3）模型自學(xué)習(xí) 基本公式： ：增益系數(shù)其取值考慮 實測值可信度-不可信取小值； 學(xué)習(xí)速度- 需快速學(xué)習(xí)時取大值; 追求穩(wěn)定時取小值； i：自學(xué)習(xí)系數(shù) *i：經(jīng)多次自適應(yīng)修正后的自學(xué)習(xí)模型系數(shù)“實測值” 第50頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四4.3 模型自學(xué)習(xí)舉例 可學(xué)習(xí)系數(shù)、Kd 1）溫度模型自學(xué)習(xí) (m/s或m/h) 學(xué)習(xí)系數(shù)（等價傳熱系數(shù)）確定： 模型系數(shù)自學(xué)習(xí)： 第51頁，共70頁，2022年，5月20日，21點4

23、3分，星期四2）軋制壓力模型自學(xué)習(xí) 3）輥縫零位自學(xué)習(xí) 4）穿帶自適應(yīng)（動態(tài)設(shè)定） 第52頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四5 . AGC系統(tǒng)分析方法 廣泛采用P-H圖解法和解析法 5.1 P-H圖解法 基于彈跳方程，特點： 直觀的分析造成厚差的原因 即討論軋件帶來的擾動 產(chǎn)生的后果 定量分析各種厚控方案 即討論軋機帶來的擾動 AGC消除厚差結(jié)果 第53頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四當(dāng)H h 控制措施可q、可調(diào)S0 S02 S0 S01 h1 h2 H1 H2 h(H) P P0 q2 q1 S2 S1 S h H 定義: 彈跳方程： 厚控方

24、法： 關(guān)系式： 第54頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四5.2 解析法 常采用非線性方程線性化的方法來建立各工藝參數(shù)、控制參數(shù)P、S、V、H、K、q、h等之間的解析關(guān)系: 壓力方程 P= f(H、h、K、T、q、f) 彈跳方程考慮的是各參數(shù)的對h的影響 對增量加以討論 .(1) 增量形式 增量形式 .(2) 第55頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四1）厚度方程： (2)代入（1）聯(lián)解得： 厚度方程.(3) 擾動量 控制量 其中： ak、af等同理 aSF同理,當(dāng)CCF時 工藝參數(shù)不變時- 只有來料厚度變化時- 第56頁，共70頁，2022年，5月

25、20日，21點43分，星期四2）壓力方程： (3)代入（1）聯(lián)解得: .(4) 其中： bk、bf等同理 3) 張力方程： 第57頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四5.3 控制輸出量的計算 1）AGC實施方式： 位置內(nèi)環(huán)、厚度外環(huán)：需確定h與控制量調(diào)節(jié)量S的關(guān)系電動壓下常用，不能消除軋輥偏心 壓力內(nèi)環(huán)、厚度外環(huán)：需確定h與控制量調(diào)節(jié)量P關(guān)系 給定值 給定值 液壓壓下常用，用恒壓力控制能消除偏心的影響 厚度外環(huán)消除軋件工藝參數(shù)、控制參數(shù)的影響 第58頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四2）反饋輸出量的計算 （1）位置內(nèi)環(huán)、厚度外環(huán)時：輸出 S Ss：

26、設(shè)定or鎖定值 只考慮H、K 調(diào)整量 第59頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四（2）壓力內(nèi)環(huán)、厚度外環(huán)時：輸出 P Ps：設(shè)定or鎖定值 A）來料厚差H外擾 H 產(chǎn)生h、PH 調(diào)壓下S 產(chǎn)生PS 給定值 h0 調(diào)壓下 產(chǎn)生PS 第60頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四B）偏心外擾 常用恒壓力控制 P0 C）來料抗力K外擾 K 給定值 h0 調(diào)壓下 產(chǎn)生 第61頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四3）前饋輸出量的計算 前饋（預(yù)控）可克服時間滯后加快響應(yīng)性對突發(fā)變量調(diào)節(jié)效果好 A）位置內(nèi)環(huán)、厚度外環(huán)時： 由H 預(yù)計產(chǎn)生h 提前調(diào)S給定值 h0 提前調(diào) 第62頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四B）壓力內(nèi)環(huán)、厚度外環(huán)時 H 產(chǎn)生h、PH 提前調(diào)S 引起PSh0 調(diào)壓下 產(chǎn)生PS 給定值 第63頁，共70頁，2022年，5月20日，21點43分，星期四C）預(yù)報延時時間：測得H后，需延時一段時間后輸出給定值PR、SR反