熱連軋過程及計算機控制

熱連軋過程及計算機控制第1頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六

主要內(nèi)容1.熱軋定義（DefinitionofHotRolling）2.熱連軋工藝（HotContinuousTechnology）3.帶鋼熱連軋計算機控制系統(tǒng)（ComputerControlSystemforHotStripMills）4.帶鋼熱連軋數(shù)學模型的基本方程（BasicEquationsofMathematicModelsforHotStripMills）第2頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六1.熱軋定義（DefinitionofHotRolling）

1.1熱軋

在金屬的再結(jié)晶溫度以上進行的加工稱為熱加工；在金屬的再結(jié)晶溫度以下進行的加工稱為冷加工。一般金屬的再結(jié)晶溫度在550~750度之間。低溫變形（850℃）左右。

在一定的條件下熱加工變形比其他加工方法，如冷加工具有一系列的優(yōu)點：(1)金屬在熱加工變形時，變形抗力較低，消耗能量較少。(2)金屬在熱加工變形時，其塑性升高，產(chǎn)生斷裂的傾向性減少。(3)與冷加工相比較，熱加工變形一般不易產(chǎn)生織構。(4)在生產(chǎn)過程中，不需要象冷加工那樣的中間退火，從而可使生產(chǎn)工藝簡化，生產(chǎn)效率提高。(5)熱加工變形可引起組織性能的變化，以滿足對產(chǎn)品某些組織與性能的要求。第3頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六圖1-1鐵碳合金相圖第4頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六

熱加工變形除具有上述優(yōu)點，使之在生產(chǎn)實踐中得到廣泛的應用外，同其他加工方法相比較它也有如下的不足：

(1)對薄或細的軋件由于散熱較快，在生產(chǎn)中保持熱加工的溫度條件比較困難；

(2)熱加工后軋件的表面不如冷加工生產(chǎn)的尺寸精確和光潔；

(3)熱加工后產(chǎn)品的組織及性能不如冷加工時均勻；

(4)從提高鋼材的強度來看，熱加工不及冷加工。熱加工變形可以認為是加工硬化和再結(jié)晶兩個過程的相互重疊。在此過程中由于再結(jié)晶能充分進行和變形時靠三向壓應力狀態(tài)等因素的作用，可使：

(1)鑄態(tài)金屬組織中的縮孔、疏松、空隙、氣泡等缺陷得到壓密或焊合。

(2)在熱加工變形中可使晶粒細化和夾雜物破碎。

(3)金屬在熱變形過程中產(chǎn)生帶狀組織。第5頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六2.熱連軋工藝（HotContinuousTechnology）

2.1帶鋼熱連軋生產(chǎn)工藝的發(fā)展

世界上第一套帶鋼熱連軋機（1470mm）于1924年在美國問世。我國第一套帶鋼熱連軋機（1700mm）于1958年在鞍鋼投產(chǎn)，我國第一套引進的帶鋼熱連軋機（1700mm）于1978年在武鋼投產(chǎn)（引進日本技術）。20世紀80年代寶鋼從德國引進的帶有板形控制的2050mm、1580mm熱帶軋機為第三代。2．1．1傳統(tǒng)帶鋼熱連軋機（ConventionalHot-stripMills）

傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝：板坯厚度200mm以上，長度為4.5~9m；具有一定容量的板坯庫；具有加熱爐區(qū)；具有粗軋區(qū)、精軋區(qū)、卷取區(qū)；具有后續(xù)的精整區(qū)。用于年產(chǎn)量在300萬噸以上以及帶寬1600mm以上的熱帶生產(chǎn)。最小厚度為1.2mm。根據(jù)粗軋機的布置，可將傳統(tǒng)帶鋼熱連軋機劃分為以下幾類：第6頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六（1）

單機架布置（SingleStand）（圖2-1,2-2）采用一個強力機架軋制3~7個道次。（2）全連續(xù)式熱帶軋機（FullContinuousHotStripMills）(圖2-3d)

所有粗軋機均為連續(xù)式布置，沒有可逆道次。（3）

半連續(xù)式熱帶軋機（Semi-continuousHotStripMills）(圖2-3a)

粗軋機有兩個以上的可逆機座，或者全部為可逆機座。（4）

3/4連續(xù)式熱帶軋機（3/4ContinuousHotStripMills）(圖2-3c)4座粗軋機中有一個可逆機座。（5）

帶卷取箱的熱帶軋機（圖2-4）第7頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六Fig.2-1SchematicdiagramofSteckelmillFig.2-2LayoutofplanetarymillFig.2-4Hotstripmillwith

Coilbox第8頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六Fig.2-3Principallayoutsofhotstripmillsa)semi-continuous,b)withtwinreversingroughingtrain,c)three-quartercontinuous,d)fullycontinuous.第9頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六2．1．2連鑄連軋生產(chǎn)工藝（ContinuousCastingandRollingTechnology）

世界上第一條連鑄連軋生產(chǎn)線由德國SMS公司設計，于1989年在美國的NucorCrawfordsville廠投產(chǎn)，該生產(chǎn)線為CSP（CompactStripProduction）工藝，將連鑄和軋制直接結(jié)合在一條生產(chǎn)線上，并取消了加熱爐區(qū)和粗軋區(qū)。典型的薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)工藝有：（1）

CSP工藝(圖2-5)

由德國西馬克公司研制，第一條生產(chǎn)線于1989年在美國的NucorCrawfordsville廠投產(chǎn)，生產(chǎn)線全長約300米。目前大約2/3的薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)工藝為CSP線。一機一流生產(chǎn)能力大約100萬噸/年；兩機兩流為200萬噸/年。最小熱軋卷厚度為1.0mm。產(chǎn)品厚度為1.0~12.7mm（2）

ISP工藝（InlineStripProduction）(圖2-6)

在線熱帶鋼生產(chǎn)工藝由德國德馬克公司研制，于1992年1月在意大利的Arvedi鋼廠建成投產(chǎn)，設計能力50萬噸/年，實際產(chǎn)量84萬噸/年。這也是歐洲第一套薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線。生產(chǎn)線全長約180米。產(chǎn)品厚度為1.0~12.7mm。第10頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六Fig.2-5ThyssenKrupp的CSP機組第11頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六圖2-6Corus的ISP機組第12頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六（3）FTSRQ(FTSC)(FlexibleThinSlabRollingforQuality)工藝(圖2-7)FTSRQ(后該為FTSC)稱為生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品的靈活性薄板坯軋制，由意大利達涅利公司開發(fā)。第一條生產(chǎn)線于1997年在加拿大的Algoma鋼廠投產(chǎn)。產(chǎn)品厚度為1.0~16.0mm。（4）CONROLL（CONtinuousROLLing）工藝(圖2-8)

該工藝由奧鋼聯(lián)工程技術公司(VAI)開發(fā)，第一條生產(chǎn)線于1995年4月在美國的ArmcoMansfiled鋼廠投產(chǎn)。生產(chǎn)能力90~180萬噸/年（1×1流，2×2流），產(chǎn)品厚度1.8~12.7mm。（5）ASP（AngangStripProduction）工藝(圖2-9)

鞍鋼自行開發(fā)的、具有自主知識產(chǎn)權的1700中薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線（AngangStripProductlon．簡稱ASP)于2000年11月正式投產(chǎn)。一期工程由一臺新建中薄板連鑄機和原1700生產(chǎn)線異地改造后并配加步進梁式加熱爐一起組成一條現(xiàn)代化中薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線，設計能力為年產(chǎn)200萬噸。二期工程2003年再新建一臺中薄板坯連鑄機后，年產(chǎn)量可達250萬t。成品熱軋帶卷規(guī)格為(1．5—8．0)mmX(900—1550)mm,其中厚度在2.5mm以下的占50％。第13頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六圖2-7加拿大Algoma廠FTSC機組第14頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六圖2-8奧鋼聯(lián)CONROLL生產(chǎn)線第15頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六圖2-9鞍鋼ASP生產(chǎn)線第16頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六（6）CRP工藝（CRPTechnology）

CPR工藝即鑄壓軋工藝(CastingPressingRolling)，由西馬克公司、蒂森公司和法國尤西諾爾·沙西洛爾(UsinorSacilor)公司共同開發(fā)，用于生產(chǎn)厚度小于25mm的合金鋼和普碳鋼熱軋帶材，其工藝原理見圖2-10。它利用澆鑄后的大壓下(60％-極限壓下量)，僅使用一組軋機，最終可生產(chǎn)厚度為6mm的薄帶卷。該工藝采用西馬克的漏斗型結(jié)晶器,出結(jié)晶器下口鑄坯厚度為50mm，直接進行液芯壓鑄和粗軋，早期的試驗裝置是一對鑄軋輥，后改為兩對，第一對擠壓輥可將鑄坯減薄至25～30mm，再進入第二對輥，粗軋鑄坯為13—20mm。該生產(chǎn)線包括一臺連鑄機、一臺感應爐、除鱗機、一臺四輥軋機。試驗線見圖2-11。第17頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六圖2-10CRP原理圖圖2-11蒂森公司的CRP試驗線示意圖第18頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六2．2帶鋼生產(chǎn)工藝的新動向（NewTrendsofHotStripProduction）（1）超薄帶鋼的生產(chǎn)（TheProductionofUltraThinStrip）傳統(tǒng)帶鋼熱連軋機和連鑄連軋生產(chǎn)工藝目前所能穩(wěn)定、正常生產(chǎn)的最薄帶鋼規(guī)格為1.0~1.2mm，生產(chǎn)0.8mm，甚至更薄的超薄帶鋼成為下一步的研究課題，熱帶生產(chǎn)工藝如能生產(chǎn)出0.8mm的帶鋼，就可以代替部分冷軋產(chǎn)品。由于熱軋奧氏體過程溫降很大，很難軋出很薄的產(chǎn)品，因此，鐵素體軋制就成為可能的軋制工藝。*輥縫工藝潤滑*高速AGC系統(tǒng)*

高精度質(zhì)量流控制系統(tǒng)*高性能板型控制系統(tǒng)*

F1前增設板形儀*

邊部加熱

軋制超薄帶(<1．0mm)時，需借助飛速變輥縫軋制技術。飛速變輥縫控制技術(FlyingGaugeControl，簡稱FGC)在軋制長尺坯時，為了防止鑄坯發(fā)飄和夾鋼，通常需將鑄坯頭尾軋成比鑄坯中部稍厚的規(guī)格，即兼容大壓下率的中部軋制和稍厚的頭尾軋制。例如，在軋制1．0mm厚的最終產(chǎn)品時，頭部軋成1．5mm規(guī)格，然后從l.5mm到1.0mm實施飛速變輥縫控制軋制，見圖1-12。第19頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六（2）無頭軋制和半無頭軋制的應用（TheApplicationofEndlessandSemi-endlessRolling）

所謂半無頭軋制工藝是指連續(xù)軋制長度相當于普通板坯最大長度4～6倍的板坯，然后再將其分切成要求重量的鋼卷。半無頭軋制工藝被認為克服了單卷軋制的通病,尤其是當軋制超薄帶材時，這一工藝既提高了收得率，又改善了帶鋼質(zhì)量和穿帶的穩(wěn)定性，具有明顯的優(yōu)勢。

1)生產(chǎn)超薄帶鋼和寬薄帶鋼，拓寬產(chǎn)品大綱而不降低收得率；

2)穩(wěn)定軋制條件以利于提高產(chǎn)品質(zhì)量和收得率；

3)消除了與穿帶和甩尾有關的麻煩，大大地降低了軋輥的消耗，提高了生產(chǎn)率。圖1-12飛速變輥縫控制軋制概念第20頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六第21頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六第22頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六

所謂鐵素鐵軋制是指軋件進入精軋機前，就完成γ-α的相變，即變成完全鐵素體。粗軋仍在全奧氏體狀態(tài)下完成，然后通過精軋機和粗軋機之間的超快速冷卻系統(tǒng)，使帶鋼溫度在進入第一架精軋機前降低到Ar3以下。這樣就克服了γ-α相變區(qū)軋制的危害。因而熱軋超薄帶鋼就變得非常容易。（3）鐵素體軋制（FerriteRolling）圖2-13傳統(tǒng)軋制工藝與鐵素體軋制工藝的比較圖2-14流動應力與溫度的關系第23頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六

與傳統(tǒng)的奧氏體區(qū)高溫軋制工藝相比，鐵素體低溫軋制工藝在經(jīng)濟、技術等方面有其獨到的特點：(1)鋼坯加熱溫度低，可較大幅度降低加熱能耗，提高加熱爐的產(chǎn)量；(2)低的加熱溫度可降低氧化燒損，提高成材率；低的加熱溫度可減少軋輥溫升，減少由熱應力引起的疲勞龜裂和斷裂，降低軋輥磨損；低溫軋制可降低二次氧化鐵皮量的20％~37％，提高熱軋產(chǎn)品的表面質(zhì)量，同時也可提高酸洗線的運行速度；(3)鐵素體區(qū)軋制可生產(chǎn)出晶粒較大、屈服強度、硬度均比較低的帶材，使冷軋變形率大大提高，平均可達87.5％，并且對鐵素體區(qū)軋制鋼卷進行冷軋時生產(chǎn)率可提高20％；(4)低碳鋼不需添加Ti、Nb等合金元素，能直接生產(chǎn)熱軋深沖帶鋼，可實現(xiàn)熱軋產(chǎn)品替代部分冷軋產(chǎn)品，降低成本；并可擴大冷軋產(chǎn)品范圍，生產(chǎn)極薄及寬度大的冷軋板。第24頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六3帶鋼熱連軋計算機控制系統(tǒng)（ComputerControlSystemforHotStripMills）

3.1帶鋼熱連軋計算機控制系統(tǒng)的主要功能帶鋼熱軋生產(chǎn)是目前應用計算機控制最為成熟的領域，其控制范圍包含了整個生產(chǎn)過程，從加熱爐入口、甚至從連鑄出口開始到成品庫，包括了軋制計劃，板坯庫管理，數(shù)學模型，設備控制和質(zhì)量控制以及傳動(電氣及液壓傳動)數(shù)字控制等各個層次，是軋鋼自動化領域中最為龐大，最為復雜的控制系統(tǒng)。帶鋼熱連軋計算機系統(tǒng)基本上分為三級，其系統(tǒng)功能框圖如下圖所示。(1)基礎自動化控制功能基礎自動化面向機組，面向設備及設備的機構。隨著電氣傳動的數(shù)字化以及液壓傳動的廣泛應用，數(shù)字傳動已逐步與基礎自動化成為一個整體?；A自動化控制功能按性質(zhì)可分為：軋件跟蹤及運送控制；順序控制和邏輯控制；設備控制及質(zhì)量控制。第25頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六第26頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六3級計算機控制系統(tǒng)Level-3生產(chǎn)控制級Level-2過程控制級PC2LBPOPS模型效果分析模型數(shù)據(jù)下載PDI數(shù)據(jù)傳輸軋輥數(shù)據(jù)傳輸設定數(shù)據(jù)顯示實測數(shù)據(jù)顯示軋機實測數(shù)據(jù)軋機設定數(shù)據(jù)操作工干預Level-1設備控制級AGC

AFCFGCAPC

工業(yè)以太網(wǎng)

TCM設定模型

·軋制規(guī)程計算

·設定計算

·模型學習計算

·模型數(shù)據(jù)存儲OPS數(shù)據(jù)輸出

工程文件輸出實測數(shù)據(jù)獲得PC1

軋機預設定第27頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六(2)過程自動化控制功能

過程自動化面向整個生產(chǎn)線，其中心任務是對生產(chǎn)線上各機組和各個設備進行設定計算，為此其核心功能為對粗軋、精軋機組負荷進行分配(包括最優(yōu)化計算)及數(shù)學模型的預(報)估，為了實現(xiàn)此核心功能為對粗軋、精軋機組負荷進行分配(包括最優(yōu)化計算)，過程控制計算機必須設有板坯(數(shù)據(jù))跟蹤、初始數(shù)據(jù)輸入、在線數(shù)據(jù)采集以及模型自學習等為設定模型服務及配套的功能。熱連軋過程自動化控制的主要功能是精軋機組的厚度設定模型和板形設定數(shù)學模型，設定值計算后，下送到基礎自動化，由設備控制功能執(zhí)行。(3)生產(chǎn)控制級功能生產(chǎn)控制級用于協(xié)調(diào)煉鋼、連鑄、熱連軋以及冷連軋間的生產(chǎn)計劃，并以熱連軋為中心與上游及下游交換數(shù)據(jù)。生產(chǎn)控制除生產(chǎn)計劃(軋制計劃)的編制外，還負責板坯庫、成品庫的管理，質(zhì)量管理以及磨輥的管理等工作。3帶鋼熱連軋計算機控制系統(tǒng)第28頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六

3.2帶鋼熱連軋計算機控制系統(tǒng)的設計原則由于用戶對熱軋板質(zhì)量的要求越來越高，因此計算機控制系統(tǒng)已經(jīng)是冷、熱連軋不可缺少的組成都分。隨著液壓控制系統(tǒng)的廣泛應用(液壓壓下、液壓彎輥、液壓竄輥機構)，全部控制都將作用于軋輥—軋件形成的變形區(qū)。（1）冷、熱連軋控制系統(tǒng)需滿足的兩個要求：

1)高速控制連軋機組除了一些順序邏輯控制可以采用通用的可編程控制器(PLC)

外，大部分功能要求實現(xiàn)高速控制，控制周期l～l0ms，為此需大量采用

HPC(高性能控制器)，HPC為多CPU控制器。2)高速通訊由于多個控制功能(例如厚度控制、張力控制、板形控制)最終都作用到變形區(qū)，因此存在較強的功能間耦合，需要相互傳遞補償信息。數(shù)據(jù)更新時間往往要求為l～2ms。第29頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六（2）系統(tǒng)設計遵循的原則

1)系統(tǒng)結(jié)構開放計算機系統(tǒng)結(jié)構應以國際標準的VME及PCI總線作為基礎，從而實現(xiàn)系統(tǒng)開放，開放的系統(tǒng)結(jié)構有利于系統(tǒng)今后的擴充和升級。2)采用多CPU結(jié)構高性能控制器采用高檔CPU，保證最快控制周期可達lms，適合于應用在分布式生產(chǎn)過程的快速系統(tǒng)中。更重要的是，硬件檔次緊跟當前最流行的CPU指標，硬件集成化程度高，百分之百的工業(yè)級芯片，適用于各種溫度環(huán)境和工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境。在高速通訊網(wǎng)絡方面，與第三廠家的良好接口和高可靠性的過程I／O接口、使得用戶能方便配置各類快速系統(tǒng)。多CPU結(jié)構和實時多任務操作系統(tǒng)環(huán)境，非常適合于冷、熱連軋計算機控制系統(tǒng)這樣的實時多任務的工作方式。3)系統(tǒng)盡可能采用遠程I／O

隨著現(xiàn)場總線應用的日益廣泛，系統(tǒng)與傳動(電氣及液壓)及各子系統(tǒng)一般通過現(xiàn)場總線連接，實現(xiàn)以通信電纜(光纜)代替I／O電纜，大量減少電纜數(shù)量及電纜鋪設工作量，使系統(tǒng)更加可靠。3帶鋼熱連軋計算機控制系統(tǒng)第30頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六4)人機界面采用OPS十OPU結(jié)構，即操作臺除了必須的緊急按鈕等操作器具外，主要由OPS(帶CRT顯示及專用觸模式鍵盤的操作員站)及OPU(帶燈輔助功能鍵盤)組成。5)系統(tǒng)具有高可靠性正常連續(xù)生產(chǎn)是冷、熱連軋機的基本要求，也是提高產(chǎn)品質(zhì)量和效率的根本保證。因此，軋制過程計算機控制系統(tǒng)要求具有很高的可靠性。一般要求整個系統(tǒng)的故障率小于0.2％，也就是說，如果系統(tǒng)的考核時間為720小時，系統(tǒng)允許出現(xiàn)故障及故障恢復時間總共不能超過1．44小時。6)具有較強的系統(tǒng)診斷能力，一般提供系統(tǒng)診斷站，提高系統(tǒng)可靠性和維護效率。7)每個操作員站的數(shù)據(jù)點一般不超過l024點，但要求數(shù)據(jù)刷新要快，一般要求數(shù)據(jù)刷新小于500ms。第31頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六

3.3軋制過程計算機系統(tǒng)配置典型結(jié)構為了滿足冷、熱連軋計算機控制系統(tǒng)對于高速控制和高速通訊的要求，國外大電氣公司都設計有針對性的大型分布式計算機控制系統(tǒng)。但從系統(tǒng)的拓樸結(jié)構上看基本上可歸納為兩類系統(tǒng)，即區(qū)域控制群結(jié)構和超高速網(wǎng)結(jié)構。（1）區(qū)域控制器群結(jié)構屬于區(qū)域控制器群這一結(jié)構的有GE的INNOVATION系統(tǒng)和西門子的SIROLL系統(tǒng)(圖3-1)，其特點是采用高速網(wǎng)將控制連軋機組的各控制器(PLC及HPC)連成一個控制器群以解決各HPC間的快速數(shù)據(jù)交換(1~2ms)。

系統(tǒng)由Ll(一級)基礎自動化級，L2(二級)過程自動化級及L3(三級)生產(chǎn)控制級構成。基礎自動化級內(nèi)采用高速網(wǎng)后分為二層，上層為區(qū)域主管及用于質(zhì)量控制的HPC(例如厚度控制，板形控制)。下層則為主傳動數(shù)字控制器和機架控制器(SC)。機架控制器實際上即為本機架各液壓機構(液壓壓下，彎輥，串輥)的液壓傳動數(shù)字控制器(液壓APC)。因此可以說下層為傳動(電氣傳動及液壓傳動)的數(shù)字控制器。3帶鋼熱連軋計算機控制系統(tǒng)第32頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六圖3-1區(qū)域控制器群結(jié)構第33頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六(2)超高速網(wǎng)結(jié)構屬于這一結(jié)構的有日立系統(tǒng)、三菱系統(tǒng)(圖3-2)以及ALSTOM的ALSPA系統(tǒng)。這一系統(tǒng)的特點是所有控制器都平鋪地連接在Ll／L2間的超高速網(wǎng)上，利用超高速網(wǎng)的寬頻帶，各控制器間以及L1與L2間以五種速度交換數(shù)據(jù)。同一區(qū)域內(nèi)控制器可以以1~2ms的周期交換數(shù)據(jù)；不同區(qū)域的控制器可以以50ms或100m周期交換數(shù)據(jù)；Ll與L2間可以用50ms(跟蹤信息)、100ms(數(shù)據(jù)采樣)及500ms(設定值下送)周期交換數(shù)據(jù)；L1與L2與人—機界面系統(tǒng)的服務器可以用500或1000ms周期交換數(shù)據(jù)。無論是“區(qū)域控制器群”還是“超高速網(wǎng)”結(jié)構，由于解決了1~2ms的超高速數(shù)據(jù)交換，都很好地滿足了冷、熱連軋過程的“二高”要求。3帶鋼熱連軋計算機控制系統(tǒng)第34頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六圖3-2超高速網(wǎng)結(jié)構第35頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六

3.4CSP計算機系統(tǒng)主要功能3帶鋼熱連軋計算機控制系統(tǒng)第36頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六

連鑄計算機（板坯連鑄過程控制）

軋制計算機（軋制過程控制：設定、AGC、卷取溫度控制、速度控制等）

生產(chǎn)控制計算機（產(chǎn)品性能、產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)傳送等）

板形計算機（軋件板形控制）第37頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六4.帶鋼熱連軋數(shù)學模型的基本方程（BasicEquationsofMathematicModelsforHotStripMills）4.1彈跳方程軋機彈跳量一般可達2～5mm，對于開坯軋機或開坯道次來說，由于每道壓下量大(往往在幾十毫米以上)，一般可不考慮軋機的彈跳量。但對于熱軋和冷軋薄板來說，情況就完全不同了，由于壓下量僅為幾個毫米甚至小于1mm(冷軋則更小)，軋機的彈跳量與壓下量屬同一數(shù)量級，甚至彈跳量超過鋼板厚度，因此必須考慮彈跳影響，并需對彈跳值進行精確計算，這樣才能得到符合公差要求的產(chǎn)品。軋機操作時所能調(diào)節(jié)的只是軋輥空載輥縫S’，而薄板軋機操作中一個最大的困難是如何通過調(diào)節(jié)S’來達到所需要的帶鋼厚度。根據(jù)彈跳現(xiàn)象可寫出以下關系式(圖4—1)第38頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六式中SP——有載輥縫，mm；

h——軋件厚度，mm；

S’——空載輥縫，mm；

C’——機座總剛度，kN／nm。剛度的定義為軋輥輥縫增大1mm所需要的軋制力大小，根據(jù)試驗表明，機座彈性變形的特性如圖4-1所示。從圖4-1中可以看出剛度是軋制力的函數(shù)C’=f(P)，而且機座的彈性變形與軋制力并非線性關系，在小軋制力時為一曲線，當軋制力大到一定值以后，力和變形才能近似呈線性關系。這一現(xiàn)象的產(chǎn)生可用零件之間存在接觸變形和軸承間隙等來解釋。這一非線性區(qū)并不穩(wěn)定，每次換輥后都有變化，特別是軋制力接近于零時的變形(實際上是間隙)很難精確確定，亦即輥縫的實際零位很難確定，因此上面的關系式很難實際應用。圖4-1軋機彈跳曲線第39頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六

在現(xiàn)場實際操作中，為了消除上述不穩(wěn)定段的影響，都采用了所謂人工壓零位的方法，即先將軋輥壓靠到一定的預壓靠力P0，此時將輥縫儀的指示清零（作為零位），這樣可克服不穩(wěn)定段的影響。軋輥壓靠第40頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六(1)在軋制過程中，軋輥和機架的溫度都有所升高(直到某一穩(wěn)定狀態(tài))，將產(chǎn)生熱膨脹，同時由于軋輥不斷磨損，因而使輥縫發(fā)生“漂移”。因此在上述公式中應增加補償量，以符號“G”表示，稱為輥縫零位。(2)當支撐輥采用油膜軸承時，其油膜厚度與軋輥轉(zhuǎn)速和軋制力大小有關，因此在加速過程中，油膜厚度的變化將影響輥縫的精度，其變化量用O表示?；谶@兩點考慮，彈跳方程可寫成：

第41頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六4.2輥縫形狀方程由于軋出帶鋼的斷面形狀(凸度)即是有載輥縫形狀，因此帶鋼斷面形狀控制(板形控制)實質(zhì)上是對有載輥縫形狀的控制(圖4-3)。影響有載輥縫形狀的因素較多，包括：

(1)使輥系彎曲變形(含有一些剪切變形)的軋制力；

(2)使輥系彎曲變形的彎輥力；

(3)改變軋輥輥型的熱輥型和磨損輥型；

(4)改變軋輥輥型的CVC技術，PC技術及其他可控制輥型技術。因此有載輥縫形狀可用以下方程描述:式中，CR——輥縫中部開度與板邊處開度之差，即為與帶鋼凸度有關的有載輥縫形狀，mm；

P——軋制力，kN；

F——彎輥力，kN；

KP——輥系在軋制力作用下的彎曲變形，又稱為軋機橫向剛度，kN／mm；

KF——輥系在彎輥力作用下的彎曲變形，又稱為彎輥橫向剛度，kN／mm。第42頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六ωC——可控輥型，根據(jù)采用CVC或PC等技術確定其值，mm；

ωH——熱輥型，為此需建立熱輥型模型，mm；

ωW—一磨損輥型，為此需建立統(tǒng)計型磨損模型，rnm；

ωO——初始輥型，根據(jù)板形控制需要進行輥型設計和磨輥，mm；△——入口帶鋼凸度，mm；

E0，EC，E∑——相應系數(shù)。對于熱軋帶鋼來說，ωH，ωW為擾動量，ωC及F為控制量，而軋制力可以看作擾動量，亦可作為控制量。一般對于設有彎輥、竄輥(或PC輥)板形控制手段的軋機可不再利用軋制力來控制凸度，而對于缺乏板形控制裝置的軋機，則可以通過負荷分配，特別是后3～4機架的軋制力分配來保證板形良好。

正如上面公式所列，空載輥縫形狀決定于輥系的輥型，主要為：

(1)軋輥磨輥所確定的工作輥及支撐輥初始(冷)輥型；

(2)工作輥的熱輥型；

(3)工作輥的磨損輥型；

(4)CVC，PC等可控輥型。而有載輥縫形狀除了決定于空載輥縫形狀外還將決定于：

(1)軋制力所造成的輥系彎曲變形及壓扁變形；

(2)彎輥力所造成的輥系彎曲變形。第43頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六

因此，輥縫形狀的確定，將涉及輥系的一批“輥型”模型及彎曲、壓扁模型等。這些模型并不能簡單地寫出一個或一批方程。圖4-2軋輥壓扁（縱向厚度）圖4-3軋輥彎曲（橫向厚度）第44頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六4.3平直度方程為了保持板形良好(不起浪)，必須使軋件沿寬度方向上各點的延伸率相等，亦即沿寬度方向的各點的壓縮率應相同。實際上軋件的橫斷面邊緣和中間存在著一定的厚差稱為凸度，如圖4-4所示。如果來料已有凸度△，則軋出的成品亦應有一定的凸度δ才能保證其板型良好。

即在來料平直度良好時，入口和出口相對凸度相等，這是軋出平直度良好帶鋼的基本條件。要指出的是由于軋輥與軋件接觸的寬度上存在壓扁，在板寬邊緣處由于壓扁的過渡而存在邊部減薄。因此上面各公式中的he。指的是離實際邊部約40mm處的板厚。圖4-4軋件入口和出口端面形狀第45頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六軋前端面軋后端面第46頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六

4.4流量方程

流量方程：

式中-----入口和出口帶鋼寬度，mm；

L-----入口帶鋼長度，mm；

-----入口和出口帶鋼厚度，mm；

-----入口和出口帶鋼速度，m/s。對熱連軋有兩類流量方程：（1）

一個機架變形區(qū)入口和出口的流量方程

第47頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六對于熱連軋精軋機組，寬展很小，所以：

或者

式中f為前滑；為后滑；為軋輥線速度。（2）多個機架的流量方程

或

一個機架的變形區(qū)流量方程（變形區(qū)入口和出口流量恒等）是完全正確的，但多個機架的流量方程，則僅在穩(wěn)態(tài)下正確。第48頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六

可從兩個方面來論證多機架流量方程的局限性：

(1)當由于某種擾動而使i機架出口厚度產(chǎn)生一個變動(例如使某一段帶鋼變厚)。在這一段帶鋼尚未進下一機架前，i和i+1機架間各段帶鋼速度相等，但流量不等(厚度較厚的該段帶鋼流量大)，因而此時對于這一段變厚的帶鋼來說，i和i+1機架出口流量是不相等的(