热轧带钢板凸度和板形在线控制模型及应用研究

论文摘要

板凸度和板形是板带材的重要质量指标,板凸度和板形在线控制技术是板带材轧制生产中的核心技术,目前国内一直都是处于依靠巨资引进的状态。本文对带钢热连轧生产中板凸度和板形在线控制技术的相关方面进行了研究,将研究成果应用到工业实际生产中,取得了较好的应用效果,对于改变我国热连轧生产核心技术一直依靠引进的局面具有重要的现实意义。首先,对板凸度和板形计算模型进行了研究。板凸度和板形计算模型综合考虑了金属塑性变形模型、辊系弹性变形模型、轧辊热变形模型和轧辊磨损模型,可以模拟计算各种因素对带材板凸度和板形的影响。为了验证计算模型的正确性和准确性,以实际数据为例,对轧辊负载辊缝形状进行了动态模拟计算,轧辊使用不同时期的带钢出口厚度分布计算值与板凸度仪实测值吻合较好,表明模型具有较好的计算精度,从而为轧辊辊型曲线的优化设计及板凸度和板形在线控制的研究和应用奠定了基础。然后,对轴移式四辊热连轧机和普通四辊热连轧机轧辊辊型曲线优化设计进行了研究。轧后带材的板凸度和板形取决于轧件在负载辊缝中的三维变形,轧辊原始辊型对板带材板凸度和板形的在线控制具有重要的作用。本文基于不同的优化目标函数,对轴移式四辊热连轧机和普通四辊热连轧机精轧机组工作辊和支承辊辊型曲线分别进行了优化设计研究。其中,轴移式四辊热连轧机工作辊辊型采用燕山大学连家创教授发明的VCSW专利辊型,支承辊采用平辊身+辊端辊型的形式,生产实际应用表明,轧辊使用状况良好,配合自主设计的板凸度和板形在线设定控制系统,带钢在线板凸度和板形得到良好控制,辊型优化设计结果满足生产需要,优化设计的辊型已在生产中正式使用。普通四辊热连轧机工作辊采用余弦函数辊型,支承辊采用平辊身+辊端辊型的形式,实际生产应用表明,轧后带钢断面形状得到改善,板凸度达到了预期控制目标,支承辊端部疲劳剥落得到了较好遏制,优化设计的辊型已在生产中正式使用。最后,对热轧带钢板凸度和板形在线控制系统及数学模型进行了研究,并成功应用在工业实际生产中。完整的板凸度和板形在线控制系统主要包括:预设定控制系统、穿带自适应控制系统、弯辊力跟随轧制力前馈控制系统、板厚板形解耦控制系统、板凸度和平直度闭环控制系统以及模型自学习自适应系统。本文对上述各个子系统及其数学模型进行了详细论述,并对预设定控制系统、模型自学习自适应系统以及板凸度闭环控制系统在宁波钢铁1780 mm热连轧机中进行了工业应用,其中板凸度闭环控制系统采用BP神经网络模型。现场参数调试完成后进行了考核统计,配合优化设计的轧辊辊型,板凸度命中率达到96%以上,带钢在线板形状况良好,表明在线模型具有较好的适应性和控制精度,能够满足工业生产需要。现在,该自动控制系统已经在宁波钢铁1780 mm热连轧生产中正式投入使用。拥有独立自主知识产权的轧辊辊型专利技术及板凸度和板形在线设定控制技术的成功应用对于改变我国大型热连轧机核心技术主要依靠引进的局面、实现大型热连轧机核心技术国产化具有重要的意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 板形理论研究进展
• 1.2.1 金属模型研究进展
• 1.2.2 辊系模型研究进展
• 1.2.3 判别模型研究进展
• 1.3 板形控制技术研究进展
• 1.3.1 板形检测技术研究进展
• 1.3.2 板形控制手段研究进展
• 1.3.3 板形控制模型研究进展
• 1.4 本文研究意义及主要研究内容
• 1.4.1 本文研究意义
• 1.4.2 本文主要研究内容
• 第2章 板凸度和板形计算模型研究
• 2.1 轧件三维塑性变形模型
• 2.1.1 前后张应力横向分布计算
• 2.1.2 轧件逐道温度降计算
• 2.1.3 总轧制力的预估算
• 2.1.4 轧制压力横向分布计算
• 2.2 轴移式四辊轧机辊系弹性变形计算模型
• 2.2.1 基本模型及单元划分
• 2.2.2 辊系弹性变形计算
• 2.2.3 带材厚度横向分布计算
• 2.3 轧辊热变形计算模型
• 2.3.1 差分方程的建立
• 2.3.2 轧辊热凸度计算
• 2.3.3 工作辊温度场和热凸度计算与实测对比
• 2.4 轧辊磨损计算模型
• 2.4.1 支承辊磨损量计算模型
• 2.4.2 工作辊磨损量计算模型
• 2.4.3 轧辊磨损系数的确定
• 2.4.4 工作辊磨损量计算与实测对比
• 2.5 板凸度和板形整体计算模型
• 2.6 本章小结
• 第3章 轧辊辊型曲线优化设计研究
• 3.1 辊型曲线优化设计的目的和基本原理
• 3.2 轴移式四辊热连轧机辊型曲线优化设计研究
• 3.2.1 1780 mm 热连轧机精轧机组简介
• 3.2.2 工作辊辊型曲线优化设计
• 3.2.3 支承辊辊型曲线优化设计
• 3.3 普通四辊热连轧机辊型曲线优化设计研究
• 3.3.1 850 mm 热连轧机精轧机组简介
• 3.3.2 工作辊辊型曲线优化设计
• 3.3.3 支承辊辊型曲线优化设计
• 3.4 本章小结
• 第4章 热轧带钢板凸度和板形在线控制数学模型研究
• 4.1 预设定控制系统及数学模型
• 4.1.1 热连轧机精轧机组板凸度和板形控制目标及控制策略
• 4.1.2 精轧机组来料板凸度在线计算模型
• 4.1.3 精轧机组带材出口板凸度在线计算模型
• 4.1.4 精轧机组弯辊力及窜辊量在线计算模型
• 4.1.5 轧辊热凸度在线计算模型
• 4.1.6 轧辊磨损量在线计算模型
• 4.2 穿带自适应控制系统及数学模型
• 4.3 弯辊力随轧制力自动调节及板厚板形解耦控制数学模型
• 4.4 板凸度和平直度闭环反馈控制系统及数学模型
• 4.5 自学习自适应系统及数学模型
• 4.6 部分在线模型的工业应用
• 4.7 本章小结
• 第5章 热轧带钢板凸度和板形在线控制工业应用研究
• 5.1 板凸度和板形在线控制软件总体结构
• 5.2 板凸度和板形在线控制软件调试与维护工具
• 5.2.1 模型维护模块
• 5.2.2 数据监视模块
• 5.3 板凸度和板形在线控制软件调试及应用
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介