带钢板形的概念及CVC轧机板形控制原理

带钢板形及CVC轧机板形控制原理内容概述控制模型(CVC)控制手段(CVC)影响因素板形定义板形基本概念带钢尺寸质量指标包括纵向和横向尺寸。♣横向——横向板形指标的是带钢的断面形状（ProfileorContour），即带钢沿板宽方向上的断面分布，包括凸度（Crwon）、楔形（Wedge）、边部减薄（Edgedrop）等。♣纵向——纵向用平直度（Flatness）来表示，，俗称带钢浪形，即指带钢长度方向上的平坦程度；横截面形状：凸度、楔形度、边部减薄、局部高点凸度楔形度(左右标志点厚度之差)边部减薄EL=hL-hELER=hR-hER图1.凸度图2.楔度hRhLhLhRhchELhER2/)(RLchhhCRLRhhCT平直度（Flatness）带钢平直度可以用波形表示法，也可以用相长度表示法来描述。波形表示法定义的带钢平直度式中：R-----波高；L-----波距。带钢平直度一般指边浪和中浪，并以二次浪为主要控制指标，对于宽度大厚度很薄的情况才适当考虑四次浪其实质是带钢内部残余应力的分布。RLVLRLLV510LLI%100LvRv板形的重要性板形是带钢重要质量指标，高精度板形是高级精品带钢重要特征。※热轧板形直接影响冷轧板形的质量有的后续工序对板形有特殊要求，eg.罩式退火炉喜欢微双边浪，有些连续退火喜欢中浪。※板形影响镀锌层厚度及均匀性。※后续工序加工需要优良的板形，减少对深冲性的影响。板形控制是宽带钢轧机的核心技术、前沿技术和高难度技术，数学模型是板形控制技术的关键和研究难点。理想板形公式和良好板形公式♣良好板形判别式：bawhhChCwh)(40)(80222112带钢比例凸度变化—轧前凸度、轧后凸度—、21CC轧前厚度、轧后厚度—、21hh带钢宽度—w♣理想板形公式：2211hChC1177phChCC)3,2,1(3/%70ppiiCC影响板形的因素工艺因素：坯料板形、压下率、操作因素等设备因素：辊型、轧辊磨损、轧辊磨削精度、轧辊热膨胀、侧导板余量、轧机刚度、WR与BUR的接触状态（W,w/R,r/R）等等总之：影响板形的因素的实质就是影响有载辊缝形状的因素板形控制的实质是控制各架轧机的负载辊缝的形状。轧机弹跳轧机弹跳：轧件轧制时，轧制力引起工作机座内部受力元件的纵向弹性变形，其数值可达f=2-5mm。由于在轧制过程中，轧制力P总是会波动的，所以产生的工作机座的弹性变形f也是变化的。为了维持板厚不变，必须对此进行补偿。补偿的方法是在轧制过程中控制压下量，采用AGC系统改变轧机的空载辊缝值。工作机座弹性变形f与轧制力P之间的关系曲线称之为机座弹性变形曲线或弹跳曲线，如图示：此曲线直线段的斜率：fPtgC一般C值越大越好，对大型轧机其值应为6000KN/mm以上。工作机座刚度系数C的确定方法，可以采用理论计算的方法也可以采用实测法。对于现场的轧机而言一般采用实测法。※轧制法——保持辊缝的开口S0不变，用不同原始厚度h0的轧件轧制，测出其轧制力P与轧后的厚度h1，对每次轧制，工作机座的变形量：f=h1-S0这样可以得出一组变形f与轧制力P的数据，由此连成的曲线就是该机座的弹跳曲线。※压靠法——首先使原始辊缝S0=0，这时上下工作辊接触，并旋转轧辊，继续压下，记录下一组辊缝值S0与对应的轧制力P的值，将此连成曲线，就是该机座的弹跳曲线。改变负载辊缝的形状板凸度和板形控制弯拉变态动态鼓肚错位CVC轧机工作原理CVC（ContinuouslyVariableCrown）技术是由德国SMS公司于1984年提出的控制轧件板形的一种新型轧辊技术，由于该技术控制板形的优越性能而在热轧和冷轧板带材中获得了广泛的应用CVC轧辊辊身曲线呈S形，图5为CVC轧辊的辊系布置及工作原理，两个形状相同的轧辊相互倒置180°布置，通过两个轧辊沿相反方向的对称移动，得到连续变化的不同凸度辊缝，等效于配置了一系列不同凸度的轧辊。CVC辊型的优点1、不仅轧辊凸度可调范围大，而且可以联系调节，再加上弯辊的话，板形控制范围显著扩大。2、一对磨好的轧辊能满足更多轧制系统、更多钢种的需要，并扩大轧制宽度和厚度，增强轧机适应能力。3、WR磨损均匀，工作周期长，大大减少换辊次数，提高产量3、带材表面质量提高，提高平直度，增加成材率。（a）轧辊移动距离为零时，凸度为零；（b）上辊向右移动，下辊向左移动，轧辊凸度增加，定义为正凸度；（c）上辊向左移动，下辊向右移动，轧辊凸度减小，定义为负凸度。CVC辊形曲线和两辊间的移动距离，决定了辊缝凸度的大小和正负。abc图5.CVC辊工作原理（a）零凸度；（b）正凸度；（c）负凸度下工作辊曲线为：3322102)()()()(xLaxLaxLaaxy3322101)(xaxaxaaxyCVC辊形曲线函数上轧辊轮廓与上轧辊完全一样，但转动180°与上轧辊配置，因此，下轧辊的辊形曲线为：式中：L----轧辊辊身长度；x----辊身距坐标原点的距离；三次函数的系数，决定了曲线的形状，其中。3210,,,aaaa00Ra55443322101)(xaxaxaxaxaaxy55443322102)()()()()()(xLaxLaxLaxLaxLaaxy轧辊凸度与轧辊轴向窜动量之间的关系五次CVC辊形的辊缝二次及四次凸度都仅与多项式系数a2～a5有关，与a0无关，且二次凸度与窜辊量s呈三次函数关系，而四次凸度与窜辊量s呈线性关系。a0为与辊径相关的参数，对曲线特性无任何影响。4/)23s6(223323LaLaLaCW4/)23s6(2233m23mLaLaLaC4/)23s6(2233n23nLaLaLaC)3/()(2nm3msLCCam2mm22)2()2(sLCLsCLsanm)()0()(20302100BaBaaBRBRRtt)(130320201BaBaRBa解得：）（0t0Raa1与辊缝凸度无关，为了减小带钢参与应力及改善带钢质量，实际生产中可以用辊径差最小作为设计依据辊形优化实例武钢2250mmCVC轧机——F51、WR磨损量呈“箱形”，且上下WR磨损中心不对称，上下轧辊磨损中心线分别向传动侧和操作侧偏移大概50mm。2、轧辊磨损严重，直径磨损量达到700um3、上下WR磨损量不同，下辊比上辊严重4、一般“箱形”开口宽1600mm，底部宽1100mm左右，具体形状与轧制单位编排有关。传动侧操作侧1、串辊明显分布不均匀，中心位置基本集合在+50mm左右，与轧辊磨损偏移量吻合2、串辊主要分布在[-50,+150]范围，[-150,50]几乎没用过，串辊行程利用率只有66%。2、负凸度偏大，正凸度偏小，使得F5串辊行程利用率低，大部分时间只往传动侧串，频繁磨损轧辊固定区域，造成轧辊磨损严重且不均匀，磨损中心也发生了偏移。3、正向串辊极限值位置概率突高，高达7%。3、频繁使用极限串辊位，说明串辊达到极限位置时凸度控制能力依然不够原来串辊范围：[-150，+150]；凸度控制范围：[-0.5,+0.5]实验数据分析，需要改到：[-0.3,+0.7]，最大板宽2130mm，取轧辊长度2430mm，代入可计算出辊形曲线表达式。板形控制数学模型1、轧件变形2、形成辊缝的变形（弹跳、温度、磨损）3、目标4、判别（yes/no）5、识别6、操刀20一、板形控制理论变分法：简单、速度快、精度略差条元法：流线条元法——适用于冷轧离线模拟，精度高，速度较慢流面条元法——适用于热轧离线模拟，精度高，速度较慢条层法——适用于热轧离线模拟，精度高，速度较慢条元变分法：简单、速度快、精度适中，适用于冷、热轧在线计算o2B2Bl1n21nx0y1y21ny21ny1nynyy出口入口①轧件塑性变形模型——解释变形区内金属产生塑性变形的机理及各种因素对它的影响作用——计算轧制压力及前、后张应力横向分布21一、板形控制理论②辊系弹性变形模型——计算带材出口厚度、辊间压力横向分布影响函数法速度与精度相互冲突，理论比较成熟适合与轧件塑性变形模型耦合可用于冷、热轧各种常见的机型：普通四辊轧机，CVC四、六辊轧机，PC四辊，HC轧机，UC轧机，UCMW轧机等一、板形控制理论基本原理能量守恒原理基本方法有限差分法：快速、稳定③轧件与轧辊温度场模型——计算带材与轧辊温度场热传导方程)1(2222zTrTrrTtTc带材温度场轧辊温度场互为边界条件基本原理求解方法实测数据回归法最终结果摩擦学原理轧辊磨损辊型wpL④轧辊磨损模型——计算轧辊磨损量一、板形控制理论24轧件塑性变形模型计算板形板形失稳判别模型判断是否失稳耦合运算得到各机架的控制目标成品板形与横断面形状综合最优成品横断面成品平直度综合最佳⑦板形控制目标模型——确定各机架出口板形控制目标一、板形控制理论最小势能原理求解方法经典特征值求解⑤板形良好（带材失稳）判别模型——判断带材是否失稳基本原理一、板形控制理论26⑥板形模式识别模型1——根据残余应力的分布及大小判断带钢是否失稳——对板形偏差进行分解最小二乘法基本原理求解方法解析法一、板形控制理论27BP神经网络基本原理求解方法智能法最终结果1~4次板形偏差分量⑥板形模式识别模型2——对板形偏差进行分解一、板形控制理论⑧板形控制模型（矩阵模型）—根据模式识别确定各控制手段调节量影响矩阵法基本原理求解方法分析或数据挖掘最终结果板形控制影响矩阵1112131411212223242231323334334142434444ccccxaccccxaccccxaccccxa调节量板形偏差矩阵控制矩阵一、板形控制理论1243虚拟轧机或真实轧机5板形横向分布7+-68++板形控制手段初始值板形偏差判别因子目标板形横向分布板形控制手段调节量工作辊温度场带材平均温度出口厚度横向分布轧制压力横向分布辊间压力横向分布轧辊磨损辊型平直度横向分布轧件&轧辊T场轧辊弹性变形轧辊磨损轧件塑性变形板形良好判别控制目标板形识别板形控制