板帶軋制過程數(shù)學模擬

1、《板帶軋制理論與工藝》,主講人 邸洪雙2008年3月,材料加工工程碩士研究生選修課,2 板帶軋制過程的數(shù)學模擬,,厚度計 ( #1機架入口, #1機架出口, #4機架出口, #5機架出口(2) ),,帶鋼速度儀 ( #1機架入口, #1~5機架出口 ),,板形儀 ( #5機架出口),張力計 ( #1機架入口, #1~5機架出口 ),,寶鋼益昌冷連軋機設備布置,STR: 轉向輥,BR： 張緊輥,WPD；焊縫檢測點,連軋系統(tǒng)的特點,

2、處理方法,以單機架的軋制特性為基礎，對連軋機所有機架的軋制因素聯(lián)立求解，求出軋機的整體特性。,單機（單元）,,連軋機組（整體）,,媒介：速度、張力、厚度,穩(wěn)態(tài),新的穩(wěn)態(tài),,過渡過程,,連續(xù)的擾動，不穩(wěn)定的過程,模擬研究的作用,建立連軋機的模擬系統(tǒng)，提供研究平臺,連軋過程控制系統(tǒng)設計,2.1 冷連軋靜態(tài)連軋理論,靜態(tài),狀態(tài)1,微小擾動,變量關系研究、軋制規(guī)程制定,過渡過程研究,2.1.1 基本方程,1）秒流量恒定（體積速度恒定）,i =

3、 1,2, …n,式中：,（2－1）,,2）出口帶材速度,i = 1,2, …n,式中:,（2－2）,E. Fink 公式,（2－3）,i = 1,2, …n,式中：,（2－4）,考慮電動機速度特性，對 的表達式進行整理，得到如下的具體表達式,（2－5）,i = 1,2, …n,式中：,（2－6）,軋制力Pi是原料厚度（H1）、各架入口厚度(Hi)、出口厚度（hi）、前張力（qfi）、后張力（qbi）、軋件的變形抗力（ki

4、）、摩擦系數(shù)（mi）、和軋件寬度 b 的函數(shù)。,（2－7）,2.1.2 冷連軋影響系數(shù)的計算方法,對于連軋帶鋼軋機穩(wěn)定軋制來說，前述的秒流量方程、速度方程和彈跳方程對所有機架均成立。某種外擾或人為地改變軋制條件會使各式中的幾個變量發(fā)生變化，并過渡到新的穩(wěn)定狀態(tài)。在新的穩(wěn)定狀態(tài)下，上述方程對所有機架均成立。這表明，無論軋制條件如何變化，各變量之間的關系不變，均受（2－1）、（2－2）和（2－6）制約。因而，軋輥輥縫、軋輥速度等發(fā)生變化時，

5、其他軋制變量的變化可通過求解上述方程構成的非線性方程組求出。,影響系數(shù)法是找出軋制條件發(fā)生微小變化后各變量間關系的方法。,此方法是通過進行泰勒級數(shù)展開，將二次以上的量略去，求出表示軋制變量微小變化量之間相互關系的一次方程，并通過求解這些方程式找出軋制變量間的相互關系。,1）Taylor 展開,n個,（2－8）,流量方程；n個,（2－10）,（2－9）,速度方程,（2－11）,（2－13）,（2－12）,將(2－12)代入(2－11)，再

6、將(2－11)和(2－10)代入(2－9)，得到：,速度方程；n個,（2－14）,（2－16）,（2－15）,將(2－15)代入(2－14)，得到：,厚度方程；n個,式（2－8）、（2－13）和（2－16）對連軋帶鋼軋機的所有機架均成立。因此，當連軋機組為 n 個機架時，可得到 3n 個方程式。當軋制過程處于穩(wěn)定狀態(tài)時，若出現(xiàn)某種外擾或人為地改變軋制條因素時，則穩(wěn)定狀態(tài)受到破壞，其影響涉及到所有機架，經(jīng)過過渡狀態(tài)后，達到新的穩(wěn)定狀態(tài)，這

7、新舊穩(wěn)定狀態(tài)的關系可用式（2－8）、（2－13）和（2－16）來記述。通過求解這些方程式，可以用數(shù)值方法計算一個穩(wěn)定狀態(tài)和下一個穩(wěn)定狀態(tài)的關系。,2）關于軋制變量，冷軋帶鋼軋機具有下述關系,（2－17）,（2－18）,減少未知數(shù)的個數(shù),3）組成線性方程組,各架出口厚度變化,各架間張力變化,各架軋件變形抗力變化,各架摩擦系數(shù)變化,各架出口速度變化,各架設定轉速變化,各架輥縫變化,體積速度變化,軋件寬度變化,由上述可知軋制變量有（7n＋4）

8、個。因為一次方程式有 3n 個，所以可得到 3n 元聯(lián)立方程式。由于軋制變量受到 3n 元聯(lián)立方程式的限制，在（7n＋4）個軋制變量中，可使其中有（4n＋4）個變量獨立變化，剩余的3n個變量作為3n元聯(lián)立方程式的解，其自身不能獨立變化。所以，在所有（7n＋4）個軋制變量中， （4n＋4）個變量為自變量，3n 個變量為因變量。若設因變量矩陣為X，自變量矩陣為B，因變量的系數(shù)矩陣為A，則可得到如下方程式：,（2－19）,如果自變量B為已知，

9、求解式2－19能計算出B 變化時產(chǎn)生的軋制變量 X 的變化。這時可根據(jù)解析目的選擇獨立變量和非獨立變量來計算各種軋制特性。,例如，當軋機各機架的輥縫、軋制速度等發(fā)生變化時，求解這時給產(chǎn)品厚度、張力造成什么樣的變化時，首先設輥縫、軋制速度等為獨立變量，設產(chǎn)品活厚度、張力有關的變量為非獨立變量，求解式2－19即能得到所要求的解。相反，為了求解改變產(chǎn)品厚度或機架間張力設定值時所需的輥縫和軋制速度等操作量時，則可設產(chǎn)品厚度、機架間張力有關的軋制

10、變量為獨立變量，設輥縫和軋制速度為非獨立變量。但是，獨立變量和非獨立變量的個數(shù)必須與上述的一致。,另外，因變量和自變量的個數(shù)既便相符，若方程式2－19中的A矩陣的行列式為零 ，則方程有無數(shù)解。說明這種情況相對應的操作內容實際上是不可能實現(xiàn)的。,在某個穩(wěn)定狀態(tài)下，改變輥縫和軋制速度時，厚度和張力如何變化的問題，可依據(jù)前述的方法進行求解。,其中： 、 、 等表示 j 機架鑄輥

11、輥縫變化 、j 機架軋輥轉速變化 和 j 機架摩擦系數(shù)變化 對 i 機架出口厚度變化的影響系數(shù)。,4）冷軋帶鋼軋制特性分析,（1）對連軋機各機架出口厚度的影響,A）入口來料厚度對各機架出口厚度的影響,入口來料厚度的變化按相同的比率影響各架出口軋件厚度，也就是如果入口側厚度呈階梯形變化，則第1機架出口軋件厚度將發(fā)生變化，其比率也將持續(xù)到后面機架。,各機架出口厚度變化影

12、響系數(shù),,,,,,熱軋板坯厚度的變化對各機架出口板厚的影響,[ (Dh/h)i / (DH/H)i ],機 架,B）輥縫變化各機架出口厚度的影響,輥縫變化對精軋板帶厚度的影響以第1機架最為明顯，而第2、第5機架的影響較小，第3、第4機架幾乎不受影響。,各機架產(chǎn)品厚度變化影響系數(shù),,,,各機架輥縫變化對產(chǎn)品板厚的影響,,,,,[ (Dh/h)5/(DS/h)i ],C）軋輥速度變化對各機架出口厚度的影響,軋輥轉速對板帶產(chǎn)品厚度的影響，

13、以第1、第5機架最為明顯，第2機架造成的影響很小，第3、第4機架幾乎不產(chǎn)生影響。,各機架產(chǎn)品厚度變化影響系數(shù),,,,,,各機架輥速變化對產(chǎn)品厚度的影響,,[ (Dh/h)5/(Dv/v)i ],D）摩擦系數(shù)變化對各機架出口厚度的影響,第1、第5機架摩擦系數(shù)的變化對板帶產(chǎn)品厚度的影響很大，第2、第3和第4機架摩擦系數(shù)的 變化所造成的影響很小。,各機架出口厚度變化影響系數(shù),,,,,,各機摩擦系數(shù)變化對產(chǎn)品厚度的影響,[ (Dh/h)5/(D

14、m/m)i ],E）變形抗力變化對各機架出口厚度的影響,第1機架軋件變形抗力的變化對產(chǎn)品厚度的影響最大，第5機架變形抗力的變化對產(chǎn)品厚度的影響次之，第2、第3和第4機架軋件變形抗力的變化對產(chǎn)品厚度的影響不大。,各機架產(chǎn)品厚度變化影響系數(shù),,,,,,各機架變形抗力變化對產(chǎn)品厚度的影響,[ (Dh/h)5/(Dk/k)i ],（2）對連軋機機架間張力的影響,A）輥縫變化對張力的影響,如圖所示，增大第1機架的輥縫會使所有機架間的張量減小。,第

15、1機架輥縫變化對各機架間張力的影響（無張力控制的情況）,,,,,各機架間張力變化影響系數(shù),[ (Dt/t)i /(DS/h)1 ],第2 機架輥縫變化對各機架間張力的影響,增大第 2 機架的輥縫將會增大第 1 與第 2 機架間的張力，其他機架的張力幾乎不變。關于第3至第5機架輥縫的變化對張力的影響具有與第 2 機架輥縫變化對張力的影響相同的趨勢，輥縫變化將導致張力變化。,,,,,各機架間張力變化影響系數(shù),[ (Dt/t)i /(DS

16、/h)1 ],,,,,,用輥縫控制機架間張力時，考慮其特性常采用緊靠機架間張力變化的后一機架的輥縫來進行控制。,連軋機機架間張力控制系統(tǒng)（采用輥縫進行張力控制）,,,,,,B）軋輥速度變化對張力的影響,增加第1 架的軋輥速度將造成所有機架間的張力減小。,第1機架軋輥速度變化對各機架間張力的影響（無張力控制的情況）,,,,,各機架間張力變化影響系數(shù),[ (Dt/t)i /(Dv/v)1 ],而增加第2 架的軋輥速度，會使第1 和第2

17、機架間的張力增大，使第2 和第3 機架間的張力減小。對于第3 至第5 機架的軋輥速度具有與第2 機架軋輥速度相同的趨勢，增加某一機架軋輥的速度均會使該機架的后張力增加、前張力減小。,第2 機架軋輥速度變化對各機架間張力的影響（無張力控制的情況）,,,,,各機架間張力變化影響系數(shù),改變軋輥速度時雖然造成該機架前后張力發(fā)生變化，但是，為了獨立控制特定機架間的張力，有必要給予特別注意。下圖是控制第1和第2機架間張力的一個例子。由此可知，獨立

18、控制第1和第2機架間張力時，必須同時考慮(△V/V)2、 (△V/V)3 、 (△V/V)4 和(△V/V)5 。,改變第1和第2 機架間張力時軋輥速度的變化率（用軋輥速度控制張力的情況）,,,,,各機架間速度變化率,[ (Dv/v)i / (D t/t)1],連軋機 機架間張力控制系統(tǒng)（用軋輥速度控制張力）,采用軋輥速度控制機架間張力時，必須使進行張力控制的后一機架軋輥速度進行連動。,,,,,,,,,,,,,,,,,各機架輥縫變化

19、對產(chǎn)品厚度的影響,由下圖可知，進行定張力控制時（第1種情況），后部機架輥縫變化對產(chǎn)品厚度有影響，而不進行張力控制時（第2種情況） ，給產(chǎn)品厚度造成影響的是第1機架輥縫，其他機架輥縫的變化對產(chǎn)品厚度幾乎不產(chǎn)生 影響。,,,,,,各機架產(chǎn)品厚度變化影響系數(shù),,,,各機架輥縫變化,,,,,[ (Dh/h)5/(DS/h)i ],2.2 熱連軋靜態(tài)連軋理論,熱軋的情況可以認為與冷軋大致相同，其區(qū)別有如下幾點：,（1）熱軋必須考慮軋件溫度的變化；

20、,（2）原始厚度不是對各機架均有作用；,（3）機架間張力依靠活套機構進行調節(jié)，張力維持恒定；,（4）上游影響下游、下游不影響上游。,2.2.1 基本方程,1）體積速度恒定條件,i = 1,2, …n,（2－20）,2）軋件出口速度公式,i = 1,2, …n,式中：,（2－21）,（2－22）,i = 1,2, …n,（2－23）,在熱軋時，為了不使電機出現(xiàn)速度降，一般取,i = 1,2, …n,（2－24）,在具體計算過程中，通常使用

21、Sims的軋制理論公式。,（2－25）,3）機架出口厚度公式,在熱軋過程中，材料的變形抗力除受變形程度影響外，更重要的是還受變形速度和軋件溫度影響。因此，常將與變形速度有關的量引入到變形抗力公式中：,（2－26）,線性化求解與冷軋的方法相同，這里不再重復。,2.3 冷連軋動態(tài)連軋理論,前面講述了求解兩個穩(wěn)定狀態(tài)之間關系的方法，屬于靜態(tài)連軋理論（也稱靜態(tài)特性分析）。,動態(tài)連續(xù)軋制理論（也稱動態(tài)特性分析）是求解因外界影響因素或者軋制操作的原

22、因使軋制從前一個穩(wěn)定狀態(tài)過渡到下一個穩(wěn)定狀態(tài)的過渡特性的一種方法。,所謂外界影響因素是指加減速時摩擦系數(shù)的變化、油膜厚度的變化、軋機入口處來料厚度的變化等。動態(tài)特性分析是分析外界影響因素造成軋制狀態(tài)變化、各種組合控制系統(tǒng)（厚度控制系統(tǒng)和張力控制系統(tǒng)）以及軋制機制等所必需的手段。,目前，動態(tài)特性分析已成為制定軋機新的控制系統(tǒng)或運轉方案不可缺少的手段。,2.3.1基本方程,動態(tài)軋制過程的特點是從一個穩(wěn)定狀態(tài)過渡到下一個穩(wěn)定狀態(tài)后，秒流量（體

23、積速度有時與下一個穩(wěn)定狀態(tài)的體積速度不同）恒定不再成立。,（2－27）,（2－28）,1）出口帶材厚度方程,2）出口帶材速度,（2－29）,（2－30）,在平面變形條件下：,,,,,（2－31）,（2－32）,（2－33）,3）機架間張力關系,（2－34）,（2－35）,恒斷面,變斷面,a）相鄰機架后一架入口速度與前一架出口速度差模型,b）變斷面張力微分方程,,1,,,根據(jù)彈性變形理論,,所以,,（2－37）,（2－36）,（2－38）

24、,,令,且,（2－39）,則有,（2－40）,,（2－41）,2.3.2動態(tài)模擬解法,1）線性化方法,思路：,將過渡過程分解成若干個穩(wěn)定狀態(tài)，階梯型累積組合而成。故可以如靜態(tài)那樣線性化處理，解線性方程組，逐個求解微小階段之變化，各小段累積便得出總的變化。但時間間隔必須足夠小，以保證模擬精度。,根據(jù)前述的靜態(tài)連軋理論,設未知變量為,其增量為,設已知變量為,其增量為,（2－42）,其中,由1-42解出,進而得到,由t＝0開始,,,（2－43

25、）,,2.3.3動態(tài)模擬分析結果,若來料厚度階梯性增厚，當來料厚度變化部分到達該機架時，該機架的張力減小，板厚變化到達下一機架時其張力也減小，最終減小了各機架間的張力。,對應于熱軋來料厚度呈階梯性變厚時，各機架間張力的變化,,,,,Dtf4,Dtf1,Dtf2,Dtf 3,,各機架間的張力變化( Dtf i ) / MPa,經(jīng)歷的時間/s,若來料厚度階梯性增厚，當來料厚度變化部分到達該機架時，該機架的出口板厚增加至最大值，該厚度變化到

26、達下一機架時，機架間張力減小，帶鋼厚度因此而增厚。,對應于熱軋來料厚度呈階梯性變厚時，各架出口厚度的變化,,,,,,各機架出口厚度變化( Dhi ) / mm,經(jīng)歷的時間/s,Dh5,Dh1,Dh4,Dh 3,Dh2,對應第 1 機架輥縫階梯性變化時，各架出口厚度的變化,第1機架輥縫減小時，第1機架出口板厚減薄，板厚變更點在通過各機架的瞬間各機架出口板厚減小，并且板厚變更點即使通過了5機架也持續(xù)減薄，要經(jīng)過一定時間的調整。,,,,,,

27、各機架出口厚度變化( Dhi ) / mm,經(jīng)歷的時間/s,Dh5,Dh1,Dh4,Dh 3,Dh2,對應第 1 機架輥縫階梯性變化時，各機架間張力的變化,第1機架輥縫減小時，造成出口厚度減小的原因是機架間張力在輥縫減小的瞬間減小，在變化變更點達到下一機架時刻上升，最終增大了各機架間的張力。,,,經(jīng)歷的時間/s,各機架間的張力變化( Dtf i ) / MPa,Dtf4,Dtf1,Dtf2,Dtf 3,,,對應第 5 機架輥縫階梯性

28、變化時，各架出口厚度的變化,減小第5機架輥縫，則瞬間產(chǎn)品厚度減小。同時，由于第4與第5機架間張力減小，第4機架出口厚度增大，最終導致第5機架出口板厚幾乎不減小。,,,,,,Dh5,Dh1,Dh4,Dh 3,Dh2,各機架出口厚度變化( Dhi ) / mm,經(jīng)歷的時間/s,對應第 5 機架輥縫階梯性變化時，各架出口張力的變化,,,,,各機架間的張力變化( Dtf i ) / MPa,Dtf4,Dtf1,Dtf2,Dtf 3,經(jīng)歷的時

29、間/s,使第1機架速度增加，則第1與第2機架間張力大幅度降低，第1機架、第2機架出口板厚增大，這一板厚變化最終傳播到最后機架，結果第5機架出口板厚增大。,對應第 1 機架軋輥速度階梯性變化時，各架出口厚度的變化,,Dh5,Dh1,Dh4,Dh 3,Dh2,,,,,各機架出口厚度變化( Dhi ) / mm,經(jīng)歷的時間/s,使第1機架速度增加，則第1與第2機架間張力大幅度降低，同時各機架間張力均減小。,對應第 1 機架軋輥速度階梯性變化

30、時，各機架張力的變化,,,,,各機架間的張力變化( Dtf i ) / MPa,Dtf4,Dtf1,Dtf2,Dtf 3,經(jīng)歷的時間/s,對應第 3 機架軋輥速度階梯性變化時，各架出口厚度的變化,增加中間機架（例如第3機架）的速度，第3與第4機架間張力減小，相反第2與第3機架間張力增大。第5機架出口板厚雖發(fā)生過渡性變化，但最終幾乎不變。,Dh5,Dh1,Dh4,Dh 3,Dh2,,,,,,各機架出口厚度變化( Dhi ) / mm,

31、經(jīng)歷的時間/s,對應第 3 機架軋輥速度階梯性變化時，各架出口張力的變化,Dtf4,Dtf1,Dtf2,Dtf 3,,,,,各機架間的張力變化( Dtf i ) / MPa,經(jīng)歷的時間/s,增加第5機架的速度，第4與第5機架間張力增加，第5機架出口板厚減小。同時，因為第4機架出口板厚減小，故改變第5機架軋輥速度后，第4機架出口板厚變化的部分達到第5機架出口時，第5機架出口板厚發(fā)生調整。,對應第 5機架軋輥速度階梯性變化時，各架出口厚度

32、的變化,,Dh5,Dh1,Dh4,Dh 3,Dh2,,,,,各機架出口厚度變化( Dhi ) / mm,經(jīng)歷的時間/s,對應第 5機架軋輥速度階梯性變化時，各架出口張力的變化,Dtf4,Dtf1,Dtf2,Dtf 3,,,,,經(jīng)歷的時間/s,各機架間的張力變化( Dtf i ) / MPa,軋制狀態(tài)的變化通過機架間張力對前段機架板厚以及前段機架張力的影響僅限于前段相鄰的一個機架，該機架之前的機架（非鄰近）幾乎不受影響。因此，影響第5

33、機架出口板厚的因素是第1、第5機架的軋制速度以及第1機架的輥縫變化，雖然涉及到其他因素的過渡性影響，但最終幾乎不變。由動態(tài)特性分析的結果可知，調整狀態(tài)與前面論述的靜態(tài)特性分析結果一致，并且表明了軋制狀態(tài)的變化調整后，影響小的中間機架輥縫與軋輥速度的變化對厚度的過渡性影響。,歸納總結,所謂中間機架輥縫與軋輥速度的變化不影響產(chǎn)品厚度這一看法是在頻率小的區(qū)域。在頻率高的區(qū)域，中間機架的影響是明顯的。,2.4 熱連軋動態(tài)連軋理論,熱連軋與冷連軋

34、的不同在于機架間張力的發(fā)生機制。冷連軋張力較大，依靠速度差來建立張力。熱連軋時，機架間軋件的張力由活套機構的轉矩來控制。在求解含有張力變化的動態(tài)特性時，需要求解含有活套運動方程式的模型。,2.4.1 基本方程,1） 厚度方程,2） 軋制力方程,3）軋制速度方程,（2－44）,（2－45）,（2－46）,（2－47）,（2－48）,（2－49）,（2－50）,熱連軋機概念圖,4）機架間張力公式,考慮機架間軋件的入口和出口速度，建立t時

35、刻機架間的張力表達式。,活套長度,,熱軋帶鋼的應力應變關系,（2－51）,（2－52）,（2－53）,（2－54）,式中,張應力,5）活套運動方程,熱軋必須精確控制機架間張力，因此活套的運動方程十分重要?；钐纂姍C主軸的力矩方程式,（2－55）,6）活套運動方程,對于任意的活套角，給出活套傳動轉矩Tref，使作用于板帶上的張力成為目標張力,7）速度控制裝置,2.5 連續(xù)軋制理論的應用,冷連軋機板厚控制系統(tǒng)設計步驟,冷連軋機的靜態(tài)特性分析

36、,冷連軋機的動態(tài)特性分析,,,1. 對各種干擾產(chǎn)生的板厚變化的變化量進行分析,2. 探索修正產(chǎn)品板厚變化不良的有效手段,3. 對因干擾和板厚控制產(chǎn)生的軋制負荷變化、機架間張力變化進行量化處理,4. 確定機架間張力控制形式,5. 確定板厚控制形式,,,,1. 研究控制系統(tǒng)的響應性,2. 控制系統(tǒng)的詳細設計,3. 確定控制參數(shù),變形抗力大，僅依靠軋輥使帶鋼生產(chǎn)變形會造成軋制力過大，難以獲得預想的壓下率，導致無法軋制薄規(guī)格產(chǎn)品。,利用

37、機架間張力進行軋制。,,靜態(tài)特性分析,動態(tài)特性分析,張力控制方式發(fā)生變化，將引起軋制特性產(chǎn)生很大變化，即板厚控制思路會造成本質上的差異。,充分把握軋制特性,,,,2.5.1 冷連軋機軋制的基本思路,2.5.2 機架間張力控制方式引起的軋制特性變化,機架間張力控制方式,,（1）張力極限控制 —— 在機架間張力進入目標張力范圍時不進行控制，只對偏離目標張力范圍的情況案下述第2或第3種方法進行張力控制。,（2）用軋輥速度控制機架間張力,（3）

38、用輥縫控制機架間張力,下面研究在連軋機上采用上述3 種張力控制方式時的軋制特性。,應用各種張力控制方式時的軋制特性可以利用前述的靜態(tài)特性分析方法進行計算。此時必須將各種張力控制方式所對應的軋制參數(shù)分為獨立變量和非獨立變量。,以下根據(jù)機架間張力控制方式的不同來說明軋制參數(shù)（原料板厚、輥縫、輥速、摩擦系數(shù)、變形抗力等）對各機架出口板厚的影響程度。,A 入口側原料厚度的影響,用輥速控制機架間張力時，入口側板厚的變化對各機架出口板厚的影響按由第

39、1機架到第5機架的順序逐漸減小。因此，第5機架出口側的影響力變小。,不進行張力控制以及用輥縫控制張力時，入口側板厚變化使各機架出口板厚按相同比例變化，第5機架出口側板厚也受同樣的影響。,,,,,,各機架出口厚度變化影響系數(shù),,,,,,,,,,,熱軋板坯厚度的變化對各機架出口板厚的影響,[ (Dh/h)5/(DH/H)i ],B 輥縫的影響,用輥縫進行控制張力時，第1機架的輥縫對產(chǎn)品厚度的影響最大，第5機架輥縫造成的影響最小。與不進行張力

40、控制時相比，用輥速進行張力控制時，第3、第4、第5機架輥縫造成的影響大，第1機架造成的影響小,,,,,,各機架產(chǎn)品厚度變化影響系數(shù),,,,,各機架輥縫變化對產(chǎn)品板厚的影響,,,,,[ (Dh/h)5/(DS/h)i ],C 輥速的影響,不進行張力控制以及用輥縫進行張力控制時，第1機架和第5機架的輥速對產(chǎn)品厚度有較大的影響，第2、第3、第4機架的輥速對產(chǎn)品厚度的影響不大。,各機架產(chǎn)品厚度變化影響系數(shù),,,,,,,,,,,各機架輥速變化對產(chǎn)

41、品厚度的影響,各機架輥速變化,,[ (Dh/h)5/(Dv/v)i ],D 軋輥與軋件間摩擦系數(shù)的影響的影響,不進行張力控制，第1和第2機架的摩擦系數(shù)變化對產(chǎn)品厚度影響很大。采用輥縫進行張力控制時，第1機架摩擦系數(shù)的變化對產(chǎn)品厚度的影響很大。對此，采用速度進行張力控制時，第3、第4、第5機架造成的影響大。,,,,,,各機架出口厚度變化影響系數(shù),,,,,,,,,,,各機摩擦系數(shù)變化對產(chǎn)品厚度的影響,[ (Dh/h)5/(Dm/m)i ],

42、E 變形抗力的影響,不進行張力控制以及用輥縫進行控制張力時，兩種情況都是第1機架的變形抗力變化對產(chǎn)品厚度的影響大，第2至第5機架的變形抗力影響小。與此相反，用輥速進行張力控制時，第3、第4和第5機架的變形抗力變化對產(chǎn)品厚度的影響大。,,,,,,,,,,,,,,,,各機架變形抗力變化對產(chǎn)品厚度的影響,[ (Dh/h)5/(Dk/k)i ],各機架變形抗力變化,各機架產(chǎn)品厚度變化影響系數(shù),小 結,根據(jù)上述分析，可以得出如下結論：,

43、不進行張力控制以及采用輥縫進行張力控制時具有大致相同的特性，也就是第1機架的干擾（入口原料厚度、變形抗力、摩擦系數(shù)等）以及輥縫、輥速等軋制變量對產(chǎn)品厚度造成很大的影響，而中間機架中的軋制參數(shù)對產(chǎn)品厚度幾乎沒有影響，最末機架的輥速變化對產(chǎn)品厚度造成很大影響。,用輥速控制機架間張力時則表現(xiàn)出完全不同的特性。也就是后段機架中的干擾（變形抗力、摩擦系數(shù)等）以及輥縫對產(chǎn)品厚度造成很大影響。入口側原料厚度和第1機架的輥縫等的影響較小。,不進行張力控

44、制時，如果改變第5機架的輥速，使最末機架出口厚度控制達到目標值。結果會造成第4、第5機架間的張力發(fā)生波動。進行張力控制時，則需要同時改變第5機架的輥速和輥縫，使最末機架出口厚度以及第4、第5機架間的張力控制達到目標值。兩種情況下軋制參數(shù)的變化如下：,2.5.3 冷連軋機機架間張力控制,（1）最末機架出口厚度發(fā)生波動時軋制參數(shù)的變化,不進行張力控制時：,在第4、第5機架間進行張力控制時：,此時與最末機架厚度波動時的控制規(guī)則一樣，不進行張

45、力控制時，對于變形抗力波動通過改變第5機架的輥速，使最末機架出口厚度控制達到目標值。進行張力控制時，需要同時改變第5機架的輥速和輥縫。,（2）最末機架變形抗力發(fā)生波動時軋制參數(shù)的變化,不進行張力控制時：,在第4、第5機架間進行張力控制時,小 結,根據(jù)上述分析得出如下結論：,連軋機的基本特性：在第1機架以外的機架發(fā)生變形抗力、摩擦系數(shù)等變化時，機架間張力朝著減緩厚度變化方向改變，具有自動縮減厚度變化的自修正功能。,而且，進行張力控

46、制是抵消連軋機本身所具有的減少厚度變化功能的控制，通過張力變化抵消的厚度變化部分由輥縫變化來補償，必然造成軋制力變化量增大。連軋過程中重要的是保證產(chǎn)品尺寸，產(chǎn)品厚度超差時是采用機架間張力的變化來解決，還是采用軋制力變化來解決，不同的方法具有不同的控制方式。,采取張力嚴格維持在目標值的定張力控制時，軋制力波動大。而不進行張力控制時，雖然發(fā)生了張力波動，但軋制力波動變小。,連軋時要嚴格控制所有的厚度波動、張力波動和軋制力波動是不可能的。設計

47、厚度控制系統(tǒng)時，應考慮軋制力波動、張力波動的平衡，設計張力控制功能。,2.5.4 厚度控制和張力控制的關系,,,,,,,T.C,,,,,根據(jù)第4、第5機架間的張力波動信號來控制第5機架輥縫；,根據(jù)第5機架出口厚度波動信號來控制第5機架的速度。,輥縫、輥速變化量及軋制力變化關系如下：,圖. 利用輥縫控制機架間張力、利用輥速控制厚度的控制系統(tǒng),,,,,,,,根據(jù)第4、第5機架間的張力波動信號,對第5機架速度進行控制；,根據(jù)第5機架出口厚度

48、波動信號，控制第5機架的輥縫。,輥縫、輥速變化量及軋制力變化關系如下：,圖. 利用輥速控制機架間張力、利用輥縫控制厚度的控制系統(tǒng),,2.5.5 實際厚度控制系統(tǒng)的思路,,,APC,ASR,,,,,,傳統(tǒng)形式的厚度控制系統(tǒng),第1機架壓下控制,第5機架速度控制,（1）最初實用化的控制系統(tǒng),這種形式的控制系統(tǒng)基本上運用的是不進行機架間張力控制的軋制特性。其張力使用方法是在機架間張力進入張力范圍期間不進行張力控制。,影響產(chǎn)品厚度的主要因素有,,

49、1）第1機架輥縫和輥速變化,2）第5機架輥速變化,3）第1機架來料厚度波動、摩擦系數(shù)波動和變形抗力變化,當?shù)?1 架產(chǎn)生對產(chǎn)品厚度有很大影響的軋制干擾時，采取控制第1架的輥縫并使第 1 架出口板厚保持恒定來解決，而當其他機架發(fā)生的干擾引起第1機架出口板厚波動時，或采取保持第 1 機架出口變化恒定的措施也無法解決第 5 機架成品板厚波動時，應該采取控制第 5 機架速度的方法來解決。,采用第1架輥縫來控制第1機架出口板厚恒定的具體做法是在第

50、機架出口處設置板厚測量儀，實測第1機架出口的板厚h1。根據(jù)實測的板厚變化，控制第1機架輥縫使板厚達到恒定。 用第 5 機架速度進行板厚精確控制的方法是根據(jù)設置在第5機架出口的板厚儀測出的板厚偏差信號來控制第5機架的速度。,這時的機架間張力處理方法是當機架間張力進入目標張力范圍時不進行張力控制；當張力偏離目標范圍時采用輥縫進行張力控制（稱張力極限控制）。,（2）機架間張力恒定的厚度控制系統(tǒng),途經(jīng)：,改變軋輥速度。,缺點：,軋制力波動大。,

51、控制板厚的主角：,連軋機組后段機架的輥縫（即第4、第5機架的輥縫）。,控制思路：,根據(jù)靜態(tài)模擬理論，可得到如下基本軋制特性：,1） 各機架輥縫變化對產(chǎn)品厚度的影響越靠近最終機架越明顯；,2） 變形抗力變化對產(chǎn)品厚度的影響比不進行張力控制時大；,這是由于不進行張力控制時，當變形抗力增大時，引起機架間張力同時增加，從而自動減輕了變形抗力對板厚的影響。當將機架間張力控制在恒定的范圍時，變形抗力的變化集中影響到板厚，板厚波動增大這一點與連軋機的

52、基本特性是一致的。,3） 變形抗力發(fā)生變化時；為保持機架間張力，必須改變輥縫，而且改變量較大。以第3機架為中心機架時，第1機架速度的改變量與材料變形抗力的變化幾乎相同；,4） 采用最終機架的速度來控制產(chǎn)品厚度時，最終機架的后張力波動變大。為了防止這種現(xiàn)象發(fā)生，必須精確控制第1～第4機架出口厚度。,,T,,T,,T,,T,,N,N,N,N,N,,,,,,,,,,,,,,,T03,T04,張力恒定控制系統(tǒng)的構成,T02,,S,M,,,,,自

53、動厚度控制系統(tǒng)的構成,TC,,S,M,,,,TC,,,,,,S,,,S,M,,,,TC,,,,,,M,,,TC,,,S,M,,,,TC,,,,壓下監(jiān)控AGC,壓下監(jiān)控AGC,速度AGC,小 結,采用機架間張力控制時，軋制特性與不進行張力控制時的有很大差別。因此，測厚儀的配置、厚度控制的執(zhí)行機構必然因軋制特性的差異而有所不同。,對冷連軋機來說。如何處理機架間張力是非常重要的。軋制特性因張力的控制方式而發(fā)生變化，厚度控制系統(tǒng)的形式也必須有相