六辊冷连轧机板形前馈控制模型的研究

冷连轧过程中,轧制力波动对板形的影响很大,需要采用弯辊力进行实时的补偿。针对六辊冷连轧机,分别研究了仅用工作辊弯辊和采用工作辊与中间辊弯辊相结合的板形前馈控制模型。实际控制效果表明,这两种板形前馈控制模型都能有效消除轧制力波动对板形产生的不利影响;采用工作辊弯辊的板形前馈控制模型只能控制由于轧制力波动产生的二次板形,而对四次板形几乎不产生影响;而采用工作辊与中间辊弯辊相结合的板形前馈控制模型则对二次和四次板形均具有很强的控制能力。     

HC冷轧机凸度工作辊使用制度

针对某四机架六辊高精度控制辊型(HC)冷轧机组大压下率轧制时弯辊力时常饱和的问题，可将末机架工作辊辊型优化为六次多项式曲线，赋予工作辊正凸度，并适当降低承载辊缝的二次凸度和四次凸度，这样既可以增强轧机板形控制能力，也可以实现对中间辊磨损凸度的在线补偿，降低工作辊弯辊力。工作辊最大凸度优化值应根据轧制品种、轧制厚度和宽度规格、中间辊辊期长短进行综合考量。轧制试验结果表明，在1个中间辊辊期的初始阶段采用平辊型工作辊，中后期阶段采用凸辊型工作辊，可实现中间辊磨损凸度和工作辊初始凸度的良好匹配；连续轧制时弯辊力始终处于良好的调控区间，且对轧制品种和宽规格的适应性明显增强，板形综合值小于8 IU的比例可提升10%以上。     

新型电磁调控轧机弯辊辊型电磁补偿及初始辊缝

 为解决薄带轧制过程中的各类板形问题,以新型电磁调控轧机为研究对象,利用Marc建立三维热-力耦合有限元模型,分析了弯辊和电磁调控轧辊综合作用下弯辊力和轧制力对轧辊辊型状态、板形分布、板坯边部应力、辊间接触应力、承载辊缝形状的影响规律。结果表明,弯辊机制的施加将直接促进电磁调控轧辊的稳定胀形,使电磁调控轧辊胀形凸度得到整体性补偿,并以板形良好为依据,给出新型调控轧机合理的弯辊力施加范围。对比分析了不同弯辊力和轧制力下辊缝函数的变化情况,形成不同的二次、四次凸度,为板形控制及初始辊缝设定提供依据。     

六辊冷轧机的弯辊力组合板形控制策略

针对现有六辊轧机对使用两组弯辊力进行四次板形控制的理论不足,提出了弯辊力组合板形控制策略.利用Marc有限元仿真计算软件建立辊系-轧件耦合模型,分析工作辊弯辊力与中间辊弯辊力板形调控特性的差别.在此基础上通过理论推导,建立了弯辊力组合板形控制策略的两种实现方式——在线闭环控制模型与基于弯辊力组合系数的设定参数在线调节方法.现场应用结果表明,弯辊力组合板形控制策略能够充分利用工作辊弯辊力与中间辊弯辊力板形调控特性的差别进行配合调节,对长期困扰生产的四次板形缺陷实施快速精确的控制.      

2050热连轧机组弯辊综合优化设定技术

针对2050热连轧机组在轧制过程中因弯辊力设定不合理导致轧制力波动幅度较大，并引起带钢出口板形质量较差的问题，结合该热连轧机组的设备参数及工艺特性，基于热连轧的轧制力模型和板形控制模型，提出了一套适用于热连轧机组的弯辊综合优化设定模型。将该模型应用到实际生产中，机组轧制力和非对称板形平直度波动幅度明显减小，有效改善了带钢的出口板形质量，同时提高了机组的经济效益。     

冷轧板形测控系统基础实验研究

介绍了气动板形检测辊的工作原理,提出了光纤传感器定位方法实现对检测辊圆周误差的鉴相补偿,完成了检测辊的动态标定,并得出其特性曲线.运用欧式距离的择近原则对板形模式进行分类,建立了板形模糊模式识别方法.利用虚拟仪器Labview技术开发了板形测控系统软件,该系统具有良好的图形交互界面和实时测试及控制功能,为研制高性能的板形闭环控制提供了理论和实践基础.通过气动板形仪在不同弯辊力和轧制力作用下在线测试300 mm可逆冷轧机带材张力信号,得出现场实测数据,并结合轧制经验得出弯辊力和轧制力对板形的影响冈子,最终实现板彤闭环控制.     

1750mm冷连轧机弯辊力模型研究与设定

针对1 750mm冷连轧机组的设备特点,计算并分析了弯辊力对成品带钢板形的影响规律。深入研究了带钢宽度、带钢入口厚度、中间辊横移量、带钢凸度、单位轧制力、轧辊辊径和轧辊凸度等因素对最优弯辊力的影响。通过统计分析和理论计算,利用Origin软件进行多元回归拟合,最终建立了冷连轧过程最优弯辊力预设定模型。采用新模型设定计算弯辊力的最大偏差低于5.67%,成品带钢的板形标准差平均值降至1.83IU。实践证明,该弯辊力模型具有较高的板形控制精度和较好的板形控制稳定性。     

冷连轧机板形板厚解耦设定补偿研究

首先论述了冷连轧机板形板厚解耦控制的必要性,然后针对当前板形板厚解耦控制大多针对动态轧制过程的现状,提出板形板厚解耦设定补偿的思想,它包括预设定补偿和自适应穿带解耦控制。预设定补偿是解决设定过程中弯辊力对板形板厚耦合系统的影响;自适应穿带解耦控制是针对穿带过程中轧制力预报不精确的板形板厚解耦方法。     

板形理论的进步与应用

金属塑性加工中板形理论的进步分三个阶段轧辊变形理论;轧件变形理论;轧件轧辊统一变形理论.本文推导出了四维轧制差分方程,以厚度为控制量的二维板形差分方程,以轧辊实时凸度和弯辊力为控制量的二维板形差分方程.构造了二次型目标函数,可用贝尔曼动态规划方法求出板形板厚最优控制综合,轧辊实时凸度估计和最佳弯辊力设定.     

轧辊偏移条件下六辊轧机的板形调控特性

为提高冷轧带钢六辊轧机辊系的稳定性,目前常采用轧辊偏移方法.本文通过ABAQUS有限元软件建立辊系-轧件一体化耦合模型,对不同轧辊偏移辊系进行受力分析,揭示了不同轧辊偏移条件对六辊轧机板形调控特性的影响规律.结果表明,中间辊正向偏移轧制时,工作辊弯辊力对二次凸度调控功效最好,对四次凸度影响较大;在四种偏移方式条件下,中间辊弯辊力在0~300 kN范围内对带钢二、四次凸度调控功效基本相同;中间辊正向偏移轧制时,中间辊弯辊力在300~500 kN范围内对带钢二次凸度调控功效最好;工作辊正向偏移轧制时,中间辊弯辊力对四次凸度影响较大;不同轧辊偏移条件下中间辊窜辊对带钢二次凸度调控趋势基本相同,且负窜辊对二次凸度的调控功效优于正窜辊,工作辊正、反向偏移轧制条件下中间辊窜辊对四次凸度影响较大.      

基于CF-PSO-SVM的冷连轧非稳态工作辊弯辊模型优化

 板形质量是冷轧带钢重要的技术质量指标,同时工作辊弯辊是改善冷轧带钢板形质量的最有效的控制手段之一。冷连轧机组在高速稳定的轧制过程中板形控制精度能够达到较高的水平,但在升降速非稳态的轧制过程中板形控制效果非常不理想,这也成为制约冷轧带钢产品质量的不利因素。为了提高冷连轧机在升降速非稳态轧制过程中带钢板形的控制精度,在深入研究了冷连轧弯辊力设定原理的基础上,利用智能算法和包括出入口带钢厚度、机架间口张力、轧制速度、中间辊窜辊、带钢宽度、轧辊倾斜以及轧制力等现场实际轧制大数据样本,提出了一种基于粒子群算法优化支持向量机的工作辊弯辊力预测模型。同时阐明了粒子群优化算法和支持向量机的基本原理,引入压缩因子的概念,提升了粒子群算法参数寻优的效率,选取冷连轧机组五机架为研究对象,利用拉依达准则对轧制数据样本进行处理,通过平均绝对误差、均方差误差和平均绝对误差百分比等评价指标对比预测模型的性能。结果表明,改进的预测模型具有良好的模型预测性能和泛化能力,同时根据实际生产数据样本,回归出基于轧制速度和辊间弹性系数的弯辊力缝补偿模型,并验证了模型的有效性,模型的投入降低了板形控制系统的负荷,改善了非稳态轧制过程中的板形控制精度,产品头尾部的质量合格率提高了5.1%。     

Research and Application of Dynamic Substitution Control of Actuators in Flatness Control of Cold Rolling Mill

The work roll bending control has a strong ability to eliminate the symmetrical flatness defects of strip. However, if the incoming strip is coming with severe symmetrical flatness defects, it happens that the position limit of work roll bending is prone to be reached or exceeded during the execution of the displacement, resulting in the residual symmetrical flatness defects without further elimination, as well as a limited flatness control process. Abilities of work roll bending and intermediate roll bending / shifting for flatness control have been analyzed based on the actuator efficiencies for the purpose of solving the problem of work roll bending control reaching threshold. Meanwhile, a self‐learning determination model of actuator efficiency factors, which can be utilized to determine the actuator efficiency factors online accurately, was developed from the measurement data extracted from the rolling mill. Models of intermediate roll bending and intermediate roll shifting substitution control in case of work roll bending control over‐limitation have been developed, in accordance with the practical conditions and the degree of work roll bending over‐limitation. Applications show that the substitution control can play an important role in the residual symmetrical flatness deviation control, which should have been removed completely by the work roll bending control.     

热轧薄规格带钢平整过程板形控制技术

为了提高热轧薄规格带钢平整的板形质量,在平整机上采用了新的辊形配置。在支撑辊上采用变接触式 支撑辊辊形,在工作辊上采用六次方多项式正凸度辊形。变接触支撑辊辊形可以降低轧辊挠曲变形和边部应力的 集中,增大弯辊力的调控功效。采用正凸度工作辊辊形,可以弥补平整机的磨损辊形,延长平整轧制计划单位的长 度。此辊形配置在首钢迁钢热轧平整机上应用,保证了平整改善薄规格带钢板形质量,延长了平整轧制计划的长度。     

基于有限元与神经网络的板形调控功效

 针对冷连轧机组中的6辊CVC轧机,利用大型非线性有限元软件MSC.Marc建立仿真模型,对多种轧制条件下轧件的弹塑性变形和辊系的弹性变形进行了耦合计算,得到了6辊CVC冷轧机工作辊弯辊、中间辊弯辊、中间辊横移的板形调控功效离散值。研究了不同轧制工艺参数、轧件参数和轧辊参数对各板形调节机构调控功效的影响规律,并得出相应的板形调控功效系数。以有限元计算结果为样本,利用BP神经网络强大的非线性映射功能,建立了板形调控功效的神经网络计算模型,为板形在线闭环控制模型提供高精度的板形调控功效,解决了有限元计算耗时长,难以满足在线控制要求的问题。     

UCM冷连轧机边降控制工作辊辊形优化

国内大量应用的1 700 mm以下的UCM冷连轧机组不具备工作辊窜辊功能,只能依靠工作辊边部辊形设计对硅钢板带进行边降控制。提出了针对UCM冷连轧机的工作辊端部辊形设计方法,在大幅提高边降控制能力的同时,通过边部保护段的设计有效减少断带风险。辊形曲线有利于轧辊磨削,避免轧辊表面质量对带钢表面造成影响。充分利用工作辊与中间辊弯辊的板形调控特性,使用高效实用的弯辊力组合板形控制方法,对轧制过程中产生的二次和四次板形缺陷实施快速精确的控制,在控制硅钢边降的同时很好地抑制板形问题,具有重要的研究价值与推广前景。     

Development and application of roll contour configuration in temper rolling mill for hot rolled thin gauge steel strip

Abstract

In order to improve the flatness of hot rolled thin gauge steel strip, a new type of roll contour configuration was developed for a four-high temper rolling mill based on the finite element method analysis. The roll contour configuration consists of a variable contact back-up roll contour and a positive crown work roll contour. Both can be described as sixth order polynomial functions. The variable contact back-up roll not only reduces the roll stack deflection and contact stress concentration between work and back-up rolls, but also increases the control capability of the bending force of the work roll. Positive crown work roll contour is utilised to compensate roll wear and in turn the length of temper rolling schedule can be prolonged. After this roll contour configuration was applied on the temper rolling mill of Qiangang Company of Shougang Group, the flatness of hot rolled thin gauge strip was improved by 10% and the working efficiency was also increased as the length of temper rolling schedule was increased.     

变接触轧制技术在热带钢轧机上的应用

阐述了变接触轧制技术的原理.从理论上分析了变接触轧制技术在提高承载辊缝横向刚度、增加弯辊力调控功效、改善辊间接触压力分布方面的作用.通过在宽带钢热连轧机上的长时间应用证明:变接触轧制技术可以显著改善轧后带钢的板形质量、降低轧辊消耗和增加轧制单位公里数.     

热连轧控制系统优化设计和最优控制

提出了用于热连轧分层递阶智能控制中的张力复合最优控制系统,板形板厚协调最优控制和速度设定的温度控制等３个子控制系统的优化设计方案,应用轧制主程和二次型目标函数推出板形板厚协调闭环最优控制、穿带过程辊缝最佳校正、轧辊凸度实时估计,最佳轧辊凸度设定和最佳弯辊力设定等热连轧过程优化策略。