第9节-轧钢厚度自动控制
轧制厚度及板型控制
张力AGC在生产中的应用
冷轧生产中：冷连轧机的末机架，为了保证板形，以及 轧制薄而硬的带钢，因轧辊压扁严重等情况，不宜用辊缝 作为调节量，往往是采用张力法来控制厚度。
２、调张力
原 利用前后张力来改变轧件塑性变形曲线的斜率以 理 控制厚度。
举 当来料有厚差ΔH（增加）时，轧件出口厚度出现 例 偏差Δh，如何通过调张力来控制厚度？
调 加大张力，使B’斜率改变(变为B’’)，从而可 整 以在S0不变的情况下使h保持不变。
3、调பைடு நூலகம்制速度
轧制速度的变化影响到张力、温度和摩擦系数等因素的 变化。故可通过调速来调张力和温度，从而改变厚度。
3、张力变化的影响
张力↑→变形抗力↓→轧制压力↓→轧机弹跳↓→板厚度变薄↓
张力对轧 出厚度的 影响
4、轧制速度变化的影响
通过影响摩擦系数和变形抗力来改变轧制压力。
摩擦系数↓→变形抗力↓→轧制压力↓→轧机弹跳↓→板厚度变薄↓
摩擦系数 对轧出厚 度的影响
5、原始辊缝的影响 原始辊缝减小，板厚度变薄。
特点 滞后的调节手段； 调整的精确度高。
（2）前馈式厚度自动控制系统（前馈式AGC）
前馈式厚度自动控制
控制原理：测厚仪安装在轧机入口侧，测量出其入口 厚度H，并与给定厚度值H0相比较，当有厚度偏差ΔH时， 便预先估计出可能产生的轧出厚度偏差Δh，确定为消除 此Δh值所需的辊缝调节量ΔS ，当执行机构完成调节时， 检测点正好到达辊缝处，厚差消失。
根据弹跳方程绘制成的曲线（近似一条直线）――轧机弹 性变形曲线，用A 表示。
A
（2）轧件的塑性曲线 根据轧制压力与压下量的关系绘制出的曲线――轧件塑性
变形曲线，用B表示。
B
板带轧制过程厚度自动控制
13
轧机控制系统的干扰因素
轧制速度控制
轧辊控制
轧制力控制
弯辊控制
厚度 状况
轧辊平衡控制
轧辊冷却及 润滑控制
带钢张力控制
厚度监控器控制
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入口轧件的干扰因素
来料厚度
来料强度 来料断面
厚度 状况
来料宽度 来料平直度
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弹跳方程
h
s 0 s
s0
p km
0
h－带钢的实际轧出厚度 So－预调辊缝值 ΔS－轧机弹跳值 Km－轧机刚度 P－轧制压力
9. 板带材生产过程 厚度自动控制
热连轧带钢自动化发展的历程（1）
60年代以前，热连轧带钢自动化主要集中在调
速系统，压下机构辊缝调节系统，活套调节系 统，闭环模拟厚度控制系统。 60年代初，美国麦克劳思钢铁公司的1525mm 带钢热连轧机上用计算机设定并控制精轧机组 的辊缝和速度，这是最早出现的带钢热连轧计 算机控制系统。 60年代末，在英国实现了用计算机控制的从加 热炉到卷取机的整个带钢热连轧生产过程。
金属塑性曲线
18
轧件的塑性刚度 M
轧件塑性刚度M ，表征使轧件产生单位压下量所需的轧 制压力。
M
p p Δh
也可用直线率近似地代替塑性曲线上工作点处的切线斜率
M k p h
系数K是为了修正近似计算所产生的误差，一般为k=0.9~1.1
19
弹塑性曲线 P k m ( h S 0 ) 轧机弹性曲线
11
影响轧件厚度的因素
轧机机械及液压装置的干扰因素
轧辊偏心
轧辊轴承 油膜厚度
轧辊椭圆度
轧辊磨损
空载 辊缝
轧机振动
轧辊热胀冷缩
厚度自动控制系统概述
概述厚度自动控制系统(AGC),是英国钢铁协会于20世纪40年代末50年代初发明的,该方法称之谓BIRAAGC。
之后日本、德国、美国等发明了测厚计型AGC,称之谓GMAGC。
BISRAAGC控制模型中只有轧机参数M,没有轧件参数Q,从理论上讲是不完备的。
采用传统轧制力预报模型计算,最大偏差多在20%以上,所以传统的常规的数学模型不能提供足够精确的近似值。
即使采用自适应技术,利用实测数据重新计算模型参数,但由于模型本身结构的限制,也难于适应实际生产过程。
随着钢铁产品应用的增多,对钢铁板带产品的规格和质量都提出了更高要求,而轧制设备的自动化控制水平是关键,它的性能影响产品的精度和生产率。
现代化轧机的水平主要体现在高速、高效、高精度等方面,厚度精度是板材最重要的技术指标。
根据要求的板材厚度,设计合适的控制方案,来实现厚度自动控制(A utom atic G auge C ontrol)。
目前,板厚自动控制技术(AGC)已日益成熟,纵向厚差的控制精度基本得到了解决。
现代控制理论及智能控制理论与技术也被广泛地应用于轧制过程中的厚度控制。
己经取得了巨大成果和经济效益。
为了实现轧件的自动厚度控制，在现代板带轧机上，一般装有液压压下装置。
采用液压压下的自动厚度控制系统通常称为液压AGC。
AGC系统包括三个主要部分：1测厚部分：主要是检测得到的轧件实际厚度；2厚度比较和调节部分，主要是将检测得到的轧件实际厚度与给定厚度比较，得出厚差，此外，根据具体情况和要求，转换和输出辊缝调节量讯号；3辊缝调节部分：主要是根据辊缝调节讯号，通过压下装置对辊缝进行相应的调节，以减少或消除轧件的厚差基本概念1自动化：主要是指以无人化为目标的自动化技术。
它是在生产现场为使生产合理化而进行的自动操作和自动化技术的简称2等效刚度：实际工程中联接件或支承的刚度值随转速的变化,它是激振频率的函数.一般在转子动力学分析中,滚动轴承的刚度值采用统计数据,其范围为1×106～1×109Nm,或采用某些经验公式作估算3压下有效系数：空载辊缝该变量与它所引起的带钢实际轧出厚度的变化量比值4弹跳方程轧件出口厚度与原始辊缝及轧机弹跳量之间的关系,5：秒流量控制：利用轧机入口和出口带材长度及带材入口厚度几个测量结果，计算出轧出的带材厚度6相对值AGC：取带钢头某一实际轧制厚度值作为目标厚度，然后在轧制控制过程中，已检测出的出口辊缝值和轧制压力的增量信号来控制厚度，使带钢的厚度都被控制在改目标厚度范围之内，从而使后续带钢达到控制同板差目的控制系统7板带材钢卷包装对冷轧生产效率和产品质量的影响冷轧薄板(包括:电工钢板、不锈钢板、彩板和镀锌板等)通常的供货状态或是按一定规格剪成的板材,或是成卷的带材(统称为板带材)原理厚度自动控制是通过测厚仪或传感器对带钢轧出厚度进行连续的测量，并根据实测值与给定值相比较后的偏差编号，借助于控制回路和装置或计算机的功能程序，改变压下位置，轧制压力，张力，轧制速度等，把厚度控制在允许偏差范围内的方法。
厚度自动控制系统
板带箔轧制的厚度自动控制系统金属加工产品广泛应用于建筑业、容器包装业、交通运输业、电气电子工业、机械制造业、航空航天和石油化工等各工业民用部门，其生产和消费水平已成为衡量一个国家工业发达程度的重要标志之一。
作为有色金属加工行业的设计研究单位，洛阳有色金属加工设计研究院早在1989年就自行设计研制出1400mm、1200mm、1300mm、1450mm、800mm 等各型全液压不可逆铝带箔冷轧机，1300mm 可逆铝带坯热轧机，560mm、850mm 全液压可逆铜带冷轧机，以及可逆钢带冷轧机的自动厚度控制配套系统，并积极开展铝板带箔厚度自动控制系统的开发研制工作，在吸收消化国外同类产品先进技术的基础上，先后开发出AGC-Ⅲ型到AGC-Ⅶ型厚度自动控制系统，厚控精度高，系统稳定。
广泛用于铝、铜加工及钢铁加工行业的各类板带箔轧机上，深得用户好评（参见厚控系统用户表）。
板带材在轧制过程中的厚度变化，既与轧件的塑性变形抗力、厚度等因素有关，也与轧制工艺规程及轧机机架的刚度有关，下面对板带材轧制厚度自动控制原理作一简述。
1．弹跳方程和P-H 图 板带轧制过程中轧件作用于轧辊辊系的反作用力使机架发生弹性变形，遵循弹跳方程的规律：K P S h 0+=式中：h — 轧件出口厚度，mm0S — 原始辊缝，mmP — 轧制压力，tK — 轧机刚性系数，t/mm作用于轧件的轧制力，使轧件发生塑性变形，轧件的塑性曲线虽然实际上不是直线，但在板带材轧制过程中塑性曲线处在微量变化情况下，可视为直线，轧件的塑性系数M 则可表示为：Ｍ＝ΔＰ／Δｈ式中：Ｍ — 轧件塑性系数ΔＰ — 轧制力变化量Δｈ — 轧件的厚度变化利用弹性变形曲线和塑性变形曲线所构成的Ｐ－Ｈ图（图１-１），可以很方便地用来分析轧件厚度变化原因。
图１-１ 弹性塑性变形的Ｐ－Ｈ图２.影响厚度变化的因素２.1 轧件的尺寸及性能的影响在其他条件不发生变化的情况下，轧件出口厚度的变化与其入口厚度的波动是成正比的，如图２-１所示，如果轧件入口厚度由0HH→，则会产生厚度波动h∆。
轧机厚度自动控制的系统设计浅析
轧机厚度自动控制的系统设计浅析1 引言轧机又称轧钢机，轧钢机就是在旋转的轧辊之间对钢件进行轧制的机械，轧钢机一般包括主要设备（主机）和辅助设备（辅机）两大部分。
轧钢机按轧辊的数目分为二辊，三辊式，四辊式和多辊式，轧钢机通常简称为轧机。
板带厚度精度是板带材的两大质量指标之一，板带厚度控制是板带轧制领域里的两大关键技术之一。
带钢纵向厚度不均是影响产品质量的一大障碍，因此，轧机的一项重要课题就是带钢厚度的自动控制。
厚度自动控制系统是通过测厚仪或传感器对带材实际轧出厚度连续进行测量，并根据实测值与给定值比较后的偏差信号，借助于控制回路或计算机的功能程序，改变压下装置、张力或轧制速度，把带材出口厚度控制在允许的偏差范围内。
实现厚度自动控制的系统称为“AGC"。
我国近年来从发达国家引进的一些大型的现代化的板带轧机，其关键技术是高精度的板带厚度控制和板形控制。
板带厚度精度关系到金属的节约、构件的重量以及强度等使用性能，为了获得高精度的产品厚度，AGC系统必须具有高精度的压下调节系统及控制系统的支持。
而对于轧机来说产生厚差的原因大致可分为三大类：（1）轧机方面的原因：轧辊热膨胀和磨损、轧辊弯曲、轧辊偏心和支撑辊轴承油膜厚度等都会产生厚度波动。
它们都是在液压阀位置不变的情况下，使实际辊缝发生变化，从而导致轧出的带钢厚度产生波动。
（2）轧件方面的原因：厚度偏差会直接受到坯料尺寸变化的影响。
它包括来料宽度不均和来料厚度不均的影响。
（3）轧制工艺方面的原因：轧制时前后张力的变化、轧制速度的变化等。
2 系统总体设计厚度自动控制AGC （Automatic Gauge Control）是指钢板轧机在轧制过程中通过动态微调使钢板纵向厚度均匀的一种控制手段。
厚度自动控制系统是通过测厚仪或传感器对带材实际轧出厚度连续进行测量，并根据实测值与给定值比较后的偏差信号，借助于控制回路或计算机的功能程序，改变压下装置、张力或轧制速度，把带材出口厚度控制在允许的偏差范围内。
冷连轧厚度自动控制
冷连轧厚度自动控制王国栋,刘相华,王军生(东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,辽宁 沈阳 110004)摘 要:分析了冷连轧机组综合厚度控制系统的组成与功能,阐述了冷连轧带钢厚度精度的影响因素及厚度自动控制的原理,介绍了当前张力控制和厚度控制的一些新方法。
关键词:冷连轧;A GC ;张力;辊缝;辊速中图分类号:TG 335155;TG 335112 文献标识码:A 文章编号:1003-9996(2003)03-0038-04Automatic gauge control for tandem cold rollingWAN G Guo 2dong ,L IU Xiang 2hua ,WAN G J un 2sheng(The State K ey Lab 1of Rolling and Automation of Northeastern University ,Shengyang 110004,China )Abstract :The composition and function of com prehensive automatic gauge control systems for tandem cold mill were analyzed 1The effective factors for strip gauge accuracy and principles of various automatic gauge control for tandem cold rolling were explained 1S ome new tension control and gauge control ways are introduced 1K ey w ords :tandem cold rolling ;A GC ;tension ;roll gap ;roll speed收稿日期:2002-12-20作者简介:王国栋(1942-),男(汉族),辽宁人,教授,轧制技术及连轧自动化国家重点实验室主任,东北大学材料成型与控制工程系主任,博士生导师。
数学模型与计算机控制 第九章 热轧带钢厚度计算机自动控制
第九章热轧带钢厚度计算机自动控制9．1自动厚度控制9．1．1热轧带钢产生厚差的原因带钢厚差主要决定于精轧机组。
为了更好地消除带钢厚差，需对其产生的原因进行分析，以便针对不同的原因采取不同的对策。
同一批规格的产品其厚度变化如图9.1所示。
带钢的厚差可分为两类：1．头部厚度偏差（偏离额定值——BB线）如图中的AA。
和CCo线。
造成同一批料的厚度分散即板厚偏差的主要原因是，精轧机组空载辊缝设置当以及同一批料的精轧来料参数（来料厚度H，宽度B，精轧入口温度t F0）有所波动时未能相应调整辊缝S0i。
这种偏差采用计算机设定后可大为缩小（精轧辊缝一速度预设定模型的重要任务之一即为缩小此种厚度偏差）。
2．同板厚差（带卷纵向度差）主要是一块料的头尾参数变动（如温度），使轧制压力P 发生变化，从而在S0i不变的情况下使带钢头尾厚度发生了变化（如图9.1中BB’曲线）。
图9.1带钢厚度变化的图示从厚差分布特征来看，产生厚差的原因有以下几种：1．头尾温差，这主要是由于粗轧末架出口速度一般比精轧机组入口速度要高，因而造成了带钢头部和尾部在空气中停留时间不同，其原因可解释如下（图9.2）图9.2 生头尾温降的原因设头部由粗轧末架R 5运动到精轧机组F 1所需时间为τH ，尾部由R 5到F 1所需时间为τT ，则可列出下述等式：头部以v RC 速度由粗轧机组末架轧出，在尾部未轧出前头部一直保持此轧速前进，当尾部离开R 5则轧件根据中间辊道速度运动，设中间辊道的平均速度为v E ，则：ERC H v l L v l-+=τ (9-1) 式中l ——轧件长度；L ——R 5到F 1的距离。
尾部在一离开R 5后先以v E 速度前进，一旦当头部咬人F 1后尾部将以精轧人口速度运动，因此：F E T v l v l L +-=τ (9-2) 由此知尾部和头部在空气中停留时间差为：)1(0RCF H T v l v l -=-=∆τττ （9-3） 当RC F v v =0时，0=∆τ。
厚度自动控制AGC课件
当轧件出口厚度增大时，增加 张力，降低轧制压力，减小轧辊
S K M h K
弹跳，使轧件出口厚度变小，回到
目标值。张力调节量和轧件厚差的
关系可通过弹跳方程和压力方程的
联解得到。
h S P K
P P h P T h T
图14 软硬金属对轧辊调节量的影响
(a) 厚软金属；(b) 薄硬金属
由上两式可以解出：
反馈AGC的主要缺点是，实际调厚的点不是所检测之处，存在滞 后现象。
反馈AGC的控制量为：
S K M h K
3.4 GM-AGC
为了减小反馈AGC的滞后，可以利用机架作为“侧厚仪”测量轧
出厚度，根据实测的轧制压P力* 、辊S*缝 等值，用弹跳 P0 O G K
P
图1 P-h图（弹塑性曲线）
P
M K
0
S
S(h)
h
H
图2 P-h图
P-h图在定性上比较直观，是目前讨论厚差和厚度控制现象的一个 有用工具。由于轧出厚度h即为“有载”辊缝值，因此在横坐标h上亦 很清楚地表达了“空载”辊缝值So，轧出厚度h和机座弹跳量。这样在 P—h图上可以同时表达出轧机弹性变形和轧件塑性变形的情况。
图10 S 和h 的关系
3.AGC
S ab
h cb
tan K
tan M
ab ac cb cd cd cd ( 1 1 ) cd ( K M )
tan tan
KM
KM
cb cd M
cd
h S
cb ab
M cd (K
M)
K
K M
KM
h K S
K M
K=Cp，轧机刚度系数，t/mm;M=Q，轧件塑性系数，t/mm。
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材料与冶金学院李振亮
课程名称：《材料成型控制工程基础》（第9章，共11章）编写时间：2010 年9月1日
内 蒙 古 科 技 大 学 教 案
连铸坯 液芯压下
顶弯、 拉矫
液压摆式
切头
均热炉
高压水除磷 立辊轧边 F1- F6精轧
内蒙古科技大学教案
内蒙古科技大学教案
图9-14 测厚仪型反馈式厚度自动控制系统 图9-15 δh 与δS 的关系曲线
h 实—实测厚度；h 给—给定厚度 “压下有效系数”的概念？ 由前式可知，当轧机的空载辊缝S0改变δS 时，所引起的轧件出口厚度变化量δS ，δh 与δS 之间的比值C=δh/δS 称为“压下有效系数”，表示压下螺丝位置改变量能造成多大的轧件出口厚度变化量。
h K M
h K M K S m
m δδδ)1(+=+= 内 蒙 古 科 技 大 学 教 案
GM-AGC工作原理图
前馈式厚度自控系统原理
”和“厚度计”测厚的反馈式AGC，都无法避免信号传递的滞后，因而限制了控制精度内蒙古科技大学教案
图9-21 前馈AGC 控制示意图 图9-22 δh 、δS 、δH 之间的关系曲线
H K M H M M m
δδ=+) （9-10） 内 蒙 古 科 技 大 学 教 案
内蒙古科技大学教案
图9-25 入口和出口断面形状
内蒙古科技大学教案
内蒙古科技大学教案
内蒙古科技大学教案
图9-31 四辊钢板轧机的受力和变形[40]
内蒙古科技大学教案
图9-33 带钢良好板形线簇[40]
众所周知，轧制压力波动对带钢板形的影响不是太敏感的，带钢愈厚，影响愈为迟钝。
其原因是带钢是一个整体，只要带钢宽度上各点的不均匀纵向延伸产生的内应力不超过一定限度，带钢就不会失去它维持自身平直的稳定状态，带钢愈薄，维持自身平直的能力愈差。
所以保证轧制带钢板形良好的条件，图上表现出来的不是一条直线，而是一个区间，这个区域随板厚增大而变得愈宽，见图
图9-34 带钢板形良好区间[40]
与区间上限AE的交点E是不产生边部浪形的临界点；塑性线
是不产生中部浪形的临界点。
只要轧制时轧制压力在P i′与P i″之间波动，则轧出的带钢都能获
内蒙古科技大学教案。