热轧带钢宽度控制模型研究

热轧带钢宽度控制模型的研究
【摘要】宽度精度控制是热轧带钢产品质量的重要指标，偏差每减小1mm，成材率可以提高0.1﹪左右。

本文介绍的宽度控制模型有效解决了头尾失宽，增强了宽度控制效果，文章对于冶金带钢轧制宽度控制系统的设计应用有一定的参考价值。

【关键词】宽度控制模型；短行程控制；前馈补偿
1.概述
在热轧带钢生产过程中，通常希望轧制后的成品带钢的宽度达到目标宽度，且沿其长度方向上的宽度一致。

同时宽度精度高的板带轧件，可以提高成材率，满足后续用户的使用要求，过去热轧带钢宽度精度一般在±（15到20）mm，现在高水平的热轧带钢机组已经可达到±（4到8）mm。

在热轧带钢生产过程中引起成品宽度波动的原因：
连铸板坯本身宽度偏差引起的带钢宽度变化。

主要由连铸局部火焰清理造成的板坯局部缺肉和连铸板坯调宽的过渡段形成的梯形坯。

立辊要下量较大时引起的头、尾失宽。

随粗轧立辊轧机宽度压下量的增大，在几十米长的带钢上，头尾和尾部将产生5到几十毫米的失宽，其原因是头尾部分和稳定轧制的中间部分金属在压力下时的流动不同。

板坯在热轧带钢轧机的粗轧机组中，经过立棍轧制和水平轧制交替变形后，达到既定的板宽和板厚，然后将其送入精轧机组轧制后，
达到目标宽度和厚度的成品带钢。

在这个轧制过程中，当用立辊轧机进行边部轧制时，轧件的边部就回隆起，形成所谓的“狗骨”，将其继续进行水平轧制时，则板宽边部的隆起部分又要再次向宽度方向扩展。

加热炉炉轨黑印的影响。

在板坯长度方向上炉轨黑印处温度低，使立轧效果减少，并使黑印处宽度增加，造成板卷内宽度发生波动。

精轧机架间张力波动引起的宽度变化。

由于轧机速度不平衡和活套量变化等外扰的影响，机架间张力发生波动。

此外带钢头部和尾部不受机架间张力作用等因素也会带来板宽的波动。

卷取机咬入轧件瞬间的冲击张力引起的宽度波动。

带钢头部卷入卷取机卷筒瞬间产生张力使其变形抗力低的部分，发生局部变窄。

所以说带钢在热连轧过程中宽度的变形是一个复杂的过程，根据上面的变化规律我们将热轧过程的宽度模型分为两个部分：中间坯料宽度模型和立辊轧机控制模型。

中间坯料宽度模型主要根据精轧的目标宽度确定一个合理的中间坯料宽度，经过精轧轧制后达到带钢的目标宽度；粗轧机组立辊控制模型主要根据板坯宽度和中间坯料目标宽度，在立棍轧制和水平轧制交替过程中合理控制立辊辊缝，以使中间坯料达到目标宽度。

有关立辊轧机模型包含的子模型有：
厚度压下自然宽展模型
狗骨压下宽展模型
宽度最大压下量模型
前馈控制形状补偿因子计算模型
前馈控制温度补偿因子计算模型
短行程控制模型
立辊轧制力模型
2.宽度控制模型的基本组织
2.1中间坯目标宽度的确定
在热轧带钢轧制过程中由于精轧没有宽度控制的手段，成品宽度控制主要在粗轧区域完成，因此我们必须根据成品带钢的目标宽度计算出粗轧出口中间坯料的宽度。

在确定中间坯料的过程中将考虑精轧轧制过程中对产品宽度的影响。

因为当中间坯料进入到精轧机组时，由于轧件在各机架变薄后的自然宽展轧件会变宽，同时精轧个机架之间的张力又有可能拉窄带钢。

因此，需要先确定粗轧出口中间坯的目标密宽度。

2.2各道次侧压量的确定
宽展是轧件受到压下后，金属横向流动的结果。

影响金属横向流动的因素就是影响宽展的因素。

影响金属流向的因素很多，如轧件的几何形状、轧制温度、轧制速度、摩擦系数、轧辊材质、轧件材质等等。

总之，影响轧件的宽展因素比较复杂，要想准确的计算出轧件的宽展是比较困难的。

目前有关计算轧件宽展的公式也比较多，在此不再说明。

宽度压下冈户克（okado）定律：在不产生扭曲的情况下，而使立辊的每道次的压下量最大，这主要依靠轧件的宽厚比。

曲线a
给出不产生扭曲时可能产生的最大宽度压下率。

对应部分扭曲的宽度压下率位于曲线a和曲线b之间的区域中。

当宽度压下率超过曲线b确定的数据时，将发生完全扭曲。

为了防止在轧制过程由于立辊过载而跳闸，在计算立辊压下量的过程需要考虑立辊到达最大轧制力下的压下量。

其计算方法为在给定的立辊最大轧制力的条件下，调用立辊轧制力模型，采用割弦法计算出立辊的最大压下量。

计算立辊轧制过程的各道次压下量的分配过程如下：
（1）首先计算出每道次的最大宽度压下量，
（2）然后根据计算一个宽度压下修正因子λ对立辊的压下量进行修正，使其经过粗轧轧制完后中间坯料的宽度达到出口宽度。

宽度压下修正因子λ其主要作用是根据每道次得最大压下量，调整每道次得宽度压下量，合理分配每道得压下量，使板坯在经过粗轧和立辊轧制后中间坯料达道目标宽度。

2.3短行程控制（ssc）
短行程控制（ssc）是宽度控制的一个重要功能。

其控制的基本思想是：为了克服立辊轧变时出现的头尾失宽的现象，需要通过动态改变立辊辊缝，通过减少对轧件头尾部的压下量来对失宽量加以补偿。

对轧件头部而言，立辊的短行程控制是在轧件进入立辊之前，先按照预设定的模型把立辊辊缝开口度加大，当轧件咬入立辊后随着轧入长度的增加，沿设定的短行程曲线逐步减小立辊的开口度到正
常值。

当轧到轧件的尾部时于此相反，立辊开口度有正常值逐步打开到短行程曲线的目标值。

立辊短行程控制的效果是补偿头尾失宽，保证最终产品有较高的宽度精度。

短行程控制过程中短行程控制弧的定义：
短行程控制原理图
2.4前馈补偿系数
由于来料宽度在长度上分布不同和材料宽度的延伸率不同的影响，固定立辊开口度的设定将导致在轧件长度方向上的宽度不同，因此需要计算一个来料宽度补偿因子在立辊轧制过程动态补偿立辊辊缝开口度以消除来料宽度对带钢宽度的影响。

形状补偿因子主要用来宽度前馈补偿控制，其定义为来料宽度变化相对立辊辊缝变化的敏感系数，其含义为宽度每变化1毫米时立辊辊缝的变化量。

有关来料宽度形状前馈补偿控制原理如下：
在轧制过程中粗轧出口轧件的宽度可以看成是来料宽度和立辊辊缝宽度的函数：
：立辊轧制前轧件的平均宽度
：立辊辊缝的宽度
：立辊轧制后轧件的宽度
在轧制过程中，当来料宽度发生偏差时，并且需要粗轧出口轧件宽度在长度方向上保持一恒定值时，则有如下的关系：
：来料宽度变化引起的立辊辊缝的变化量
由此可得宽度偏差x的形状补偿因子为：
注意：前馈形状补偿通常不用于最后两个道次。

3.结论
在综合运用以上几种控制方式的基础上，宽度控制系统在实践中取得了良好的效果，特别是头尾短行程的运用使产品的宽度精度大大改善，取得了很大的经济效益，也为宽度控制的进一步优化推展奠定了基础。

参考文献：
[1]蒋慰孙，俞金寿。

过程控制工程。

北京：烃加工出版社出版，1988.
[2]孙一康，带钢热连轧数学模型基础。

北京：冶金工业出版社，1979.
[3]孙一康，带钢热连轧的模型与控制。

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