热连轧带钢板形控制与辊型优化设计

论文摘要

实现高精度的热轧带钢板形自动控制是热轧生产者孜孜不倦追求的目标。本文以东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室与韩国浦项(POSCO)的国际合作项目—‘’Development of CVC Roll Model and Thermal Crown Model for Hot Strip Mill"、与本钢热轧厂的合作项目—“提高1700mm热轧带钢板形控制精度的研究”以及与唐山港陆钢铁有限公司的合作项目—“港陆1250mm板形控制系统开发”为背景,系统地研究了热轧带钢板形控制基本理论与技术、辊型优化设计及热轧机组辊型优化配置。主要内容如下：(1)建立了热连轧机板形控制设定系统。.详细地分析了热连轧带钢板形控制策略,以获得带钢出口目标凸度及板形良好为目标,考虑带钢在相邻机架间的协调关系,确定各机架带钢入口比例凸度。建立了负载条件下辊缝模型、轧辊横移位置及弯辊力计算模型。以某一换辊周期为例,计算了轧辊横移位置、弯辊力、并实测了带钢出口凸度及平直度偏差。(2)采用影响函数法建立了辊系弹性变形数学模型,推导了CVC轧机工作辊弯辊力影响函数、轧辊弹性变形影响函数、工作辊压扁影响函数及辊间压扁影响函数,得出轧辊辊系弹性变形的力平衡方程、力—位移关系方程和变形协调方程。采用平滑指数和收敛指标取值的处理方法,有效地解决了辊系弹性变形计算精度及收敛问题。(3)采用差分法建立了轴对称轧辊温度场模型。针对实际生产中某一换辊周期,用该模型求解的工作辊表面温度及热膨胀值与实测值吻合较好,验证了模型的实用性。(4)采用“切片法”,同时考虑轧制过程中轧辊横移的影响,建立了轧辊磨损模型。计算了实际生产中某一换辊周期的轧辊磨损,轧辊磨损计算值与采用高精度磨床测量值吻合较好,表明该磨损模型具有较高的在线预报精度。(5)以轧制过程轧辊轴向力最小为目标函数,考虑轧制过程中轧辊横移范围、轧辊等效凸度范围、带钢宽度范围及带钢跑偏范围优化设计了三次CVC辊型曲线。并与采用基本设计方法得到的三次CVC辊型曲线及SmartCrown曲线进行了比较,结果表明：采用优化设计得到的三次CVC辊型曲线,不仅可以满足带钢的控制要求,还可获得较小的轴向力。(6)根据各个机架弯辊力范围及带钢出口凸度的控制能力,以保证带钢出口平直度良好及辊间压力均匀化为目标,合理地设计了精轧机组工作辊及支撑辊辊型曲线。现场实际应用结果表明,采用本文所设计辊型曲线,不仅可以满足热轧带钢不同轧制规程的要求,而且降低了工作辊与支撑辊端部接触应力值,减少了支撑辊边裂及剥落现象的发生,延长了支撑辊使用寿命。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景、目的及意义
• 1.2 板形的基本概念
• 1.2.1 板带平直度
• 1.2.2 板凸度
• 1.2.3 板带平直度与板凸度的关系
• 1.2.4 板凸度的影响因素
• 1.3 热连轧机板形控制研究现状
• 1.3.1 板形控制理论发展
• 1.3.2 板形控制技术发展
• 1.4 热连轧机辊型研究现状
• 1.4.1 连续变凸度工作辊辊型
• 1.4.2 辊型优化配置研究现状
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第2章 热连轧机板形控制系统
• 2.1 热连轧机板形控制系统组成
• 2.2 热连轧机板形控制策略
• 2.3 热连轧机板形预设定
• 2.4 热连轧机板形控制主要数学模型
• 2.4.1 UFD辊缝数学模型
• 2.4.2 轧辊横移数学模型
• 2.4.3 弯辊力计算数学模型
• 2.5 热连轧机板形控制系统的现场应用
• 2.5.1 实验轧制规程
• 2.5.2 轧辊横移位置及弯辊力计算
• 2.5.3 带钢凸度及平直度实测值
• 2.6 本章小结
• 第3章 热连轧机轧辊弹性变形研究
• 3.1 CVC轧机力学模型
• 3.2 CVC轧机弹性变形影响函数
• 3.2.1 工作辊弹性弯曲影响函数
• 3.2.2 支撑辊弹性弯曲影响函数
• 3.2.3 工作辊弯辊力影响函数
• 3.2.4 辊间压扁影响函数
• 3.2.5 工作辊弹性压扁影响函数
• 3.3 CVC轧机辊系变形基本方程
• 3.4 关键参数的确定及收敛问题的处理
• 3.4.1 关键参数的确定
• 3.4.2 收敛问题的处理
• 3.5 本章小结
• 第4章 热连轧机轧辊温度场及热凸度研究
• 4.1 传热学基本定律
• 4.2 轧辊温度场及热凸度计算模型
• 4.2.1 工作辊模型单元划分
• 4.2.2 轧制过程传热数学模型
• 4.2.3 轧辊轴对称温度场计算模型
• 4.2.4 相关热传递参数的确定
• 4.2.5 轧辊热凸度计算模型
• 4.2.6 轧辊温度场及热凸度计算流程
• 4.3 轧辊表面温度及热膨胀实验
• 4.3.1 实验步骤
• 4.3.2 实验轧制规程
• 4.3.3 实验结果
• 4.4 本章小结
• 第5章 热连轧机轧辊磨损研究
• 5.1 轧辊磨损特征及机理
• 5.2 轧辊磨损数学模型
• 5.3 轧辊磨损计算及实验研究
• 5.3.1 实验方法
• 5.3.2 带钢宽度变化
• 5.3.3 轧辊磨损计算值与实测值
• 5.3.4 轧辊中心磨损量与带钢长度的关系
• 5.4 本章小结
• 第6章 热连轧机轴向横移变凸度辊型研究
• 6.1 三次CVC辊型曲线设计
• 6.2 SmartCrown辊型曲线设计
• 6.3 三次CVC辊型曲线优化设计
• 6.4 CVC工作辊横移时厚度压下补偿
• 6.5 CVC工作辊辊型设计实例
• 6.5.1 初始设计参数
• 6.5.2 辊型曲线比较
• 6.5.3 轴向力比较
• 6.5.4 轧辊及辊缝等效凸度比较
• 6.6 本章小结
• 第7章 热连轧机辊型优化配置研究
• 7.1 现场工艺条件
• 7.2 热连轧机辊型优化配置
• 7.2.1 初始条件
• 7.2.2 优化目标
• 7.2.3 优化结果
• 7.3 实验研究及计算结果
• 7.3.1 带钢凸度实测值与计算值
• 7.3.2 辊间压力计算结果
• 7.3.3 弯辊力计算结果
• 7.3.4 支撑辊端部曲线不同L及δ分析
• 7.4 本章小结
• 第8章 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间的工作
• 致谢
• 作者简介