（机械工程专业论文）带钢精轧机组热轧过程数学模型及仿真研究.pdf

坠堡堡至三奎兰三兰堡! ：兰堡丝三 t h em a t h e m a t i c a lm o d e la n ds i m u l a t i o nr e s e a r c h o fh o ts t r i ps t e e lf i n i s h i n gg r o u p a b s t r a c t a st h er a p i dd e v e l o p m e n to fm o d e mi n d u s t r i a lt e c h n o l o g ya n dp r o d u c t i o n w o r k i n gp r o c e d u r ea u t o m a t i o n ，i tm a k e sh i g h e rd e m a n d so nt h eq u a l i t y s p e c i f i c a t i o n ，d i m e n s i o n a lp r e c i s i o na n dp e r f o r m a n c e t h ep r o d u c t i o nl e v e lo f s t e e la n di t sp r o p o r t i o ni nr o i l e dm e t a l i so n eo ft h ec h i e fs i g n st od e v e l o p m e n to f t h er o l l i n gs t e e l t h ef i n i s h i n gm i l li sf i n i s h e dr o l l i n gm i l l ，a n di ti st h ec o r ep a r t o ft h eh o ts t r i ps t e e lp r o d u c t i o n t h eq u a l i t yo fr o l l i n gp r o d u c tm a i n l yd e p e n d s o nt h et e c h n i c a le q u i p m e n ta n dt h ec o n t r o ll e v e lo ft h ef i n i s h i n gm i l l t h e r e f o r e t h es t u d yo nt h ea c c u r a c yo fh o tr o l l i n gm i l lh a sq u i t ei m p o r t a n tm e a n i n gt o i m p r o v et h eq u a l i t yo fr o l l i n gp r o d u c t i no r d e rt oi m p r o v et h eq u a l i t yo f17 8 0 m mh o tr o l l i n gp r o d u c t ，t h et h e s i s m a i n l yr e s e a r c ho nt h ep r e s e t t i n ga c c u r a c yo ft h er o l l i n gp a r a m e t e r , w h i c hi sa b a s i ct e c h n i c a lm e a s u r e i nt h i st h e s i s ，i th a sc o m p r e h e n s i v e l yb e e na n a l y z i n gt h e w o r k i n gt h e o r y , c o n t r o lm e t h o d ，m o d e l i n gm e t h o d o l o g i e s t oe s t a b l i s ht h e m a t h e m a t i c sm o d e lo ft h ef i n i s h i n gm i l la n dh a sm a d es o m ei m p r o v e m e n t st ot h e m o d e l i n ga n dt h em o d e lr e a l i z a t i o nm e t h o do fs t r i n gr o l l e ro r g a n i z a t i o nc o n t r o l s y s t e m t h r o u g hs i m p l i f y i n gs y s t e m s m o d e lr e a s o n a b l y , m o d e ls u i t a b l ef o r m a t h e m m i c sm o d e lo fp r a c t i c a le n g i n e e r i n gw a sg i v e n t h i sm o d e ln o to n l y a c c u r a t e l ye m b o d i e dd y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c so ft h i ss y s t e m ，b u ta l s oa d v a n t a g e d g a i n i n g a c c u r a t ep a r a m e t e ro ft h e s y s t e ma n d a l lk i n d so f c o m p o n e n t s m e a n w h i l et h em o d e li n c l u d e dn o n 1 i n e a re l e m e n t st h a tw e r es i m p l i f i e d f r e q u e n t l y , e f f e c t so fd i s t u r b a n c e s a n dc h a n g e so fc o n t r o l s y s t e ma d j u s t m e n t w a y s i na s p e c to fm o d e lr e a l i z a t i o n ，m o d e ms i m u l a t i o nt e c h n i q u ea n ds o f t w a r e o fc a l c u l a t i o na r ea p p l i e da d e q u a t e l ya n ds y s t e ms i m u l a t i o nh a sb e e nr e a l i z e d t h r o u g hu s i n gd y n a m i cs t r u c t u r e so fs i m u l i n ko fm a t l a bs o f t w a r e d y n a m i c s u u c l u r e sa n dm a t h e m a t i cm o d e la r ec o r r e s p o n d i n g t h e nt h ep r o d u c t i o ni s u 竺尘堡矍三查兰三兰堡! ：兰堡丝圣 i m p r o v e d t h er e s e a r c hr e s u l ti nt h i sp a p e rh a sb e e nc o n f i r m e di nt h ew o r kf i e l d ，a n d p r o v i d e st h ea d v a n t a g e sa n a l y s i sa n dt h ed e s i g nt o o lt os t u d yt h et e c h n o l o g yo f t h eh o tr o l l i n gm i l l k e y w o r d s h o ts t r i ps t e e l ；f i n i s h i n gm i l l ；r o l l i n gp a r a m e t e r ；s i m u l a t i o n - 1 1 1 哈尔滨理工大学硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：此处所提交的工程硕士学位论文带钢精轧机组热轧过程数 学模型及仿真，是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读工程硕士学位期间 独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他 人已发表或撰写过的研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。 作者始裴_ 夫主、吼a 。1 年伽7 。日 哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书 带钢精轧机组热轧过程数学模型及仿真系本人在哈尔滨理工大学攻读工 程硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归哈尔滨 理工大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解哈 尔滨理工大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门提交 论文和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨理工大学可以采用影 印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。 本学位论文属于 保密口，在年解密后适用授权书。 不保密口。 ( 请在以上相应方框内打4 ) 作者繇姜燃、作者签名：号彳h ：二、 刷磁辄形；芬 日期：2 ) 。1 年伽f o 日 年月f 日 哈尔滨理t 大学t 学硕i 。学位论文 1 1 引言 第1 章绪论 展望2 1 世纪的国际钢铁工业，与2 0 世纪相比将有明显的变化。发展中国 家将继续增加在世界钢产量中的份额，而发达国家产量的份额将相对减少。全 球钢材市场需求将继续增长，但增值不大“1 。2 1 世纪初，世界的粗钢产量将达 到8 0 8 5 亿t a 。从国际制造业的角度看，钢铁工业仍然将是最基本的制造 业之一，钢铁产品作为一个重要结构材料的地位不会发生重大变化。 自1 9 2 4 年第一套带钢热连轧机( 14 7 0f i l m ) 在美国阿斯兰问世以来，带 钢熟轧生产的工艺在八十年里发生了一系列变化“1 。特别是近十年来，随着连 铸连轧紧凑型、短流程生产线的发展，以及正在试验中的无头轧制，极大地改 进了热连轧生产工艺。最重要的成就就是将计算机控制应用到了热轧生产中， 而热轧生产中轧机是钢材生产的最重要关键设备，其性能的好坏、设计水平的 优劣直接关系到钢材的质量。提高板带钢的质量、尺寸精度和形状精度是钢材 生产企业所面临的一个重大课题。 精轧机是成品轧机，是热轧带钢生产的核心部分，轧制产品的质量水平主 要取决于精轧机组的技术装备水平和控制水平。1 。精轧机组是决定产品质量的 主要工序。例如：带钢的厚度精度取决于精轧机压下系统和a g c 系统的设备形 式；板形质量取决于该轧机是否有板形控制手段和板形控制手段的能力，通过 控制板形的机构，在轧制过程中适时控制板形变化，获得好的板形，带钢的宽 度精度主要取决于粗轧机，但最终还要通过精轧机前立辊的a w c 和精轧机间低 惯量活套装置予以保持；带钢的力学性能主要取决于精轧机终轧温度和卷取温 度。随着对带钢性能要求的多样化、高层次化，不仅从材料成分方面考虑，同 时还从轧制温度着手进行控制，使带钢的终轧温度和卷取温度始终保持在要求 的一定范围内，扶而获得均匀一致的力学性能。 1 2 带钢热连轧的国内外发展状况 自1 9 2 4 年第一套带钢热连轧机( 14 7 0m m ) 在美国阿斯兰问世以来，带钢 热轧生产的工艺在八十年里发生了一系列变化。特别是近十年来，随着连铸连 堕查堡矍二查兰三兰堡! ：兰竺兰圣 轧紧凑型、短流程生产线的发展，以及正在试验中的无头轧制，极大地改进了 热连轧生产工艺。 从2 0 世纪9 0 年代开始，热轧带钢连轧机进入薄板坯连铸连轧的第四代 发展时期，以及目前的超薄带钢无头、半无头连铸连轧发展时期。随着新工艺 技术和计算机的应用，热连轧技术得到了飞速发展。 由日本i h i 和澳大利亚b h p 公司共同开发的薄带连铸轧机，2 0 0 2 年在 美国纽柯公司投产，该装置的特点是作业线很短，由钢水制成2 m m 的薄带， 从钢水包到薄带卷取机，全长仅5 0 m ，中间只有l 台弯辊轧机，仅为先进的 薄板坯连铸连轧生产线、有数台轧机的全流程生产线的1 1 1 0 长度。 我国热带钢轧机所应用的主要新技术如下： 1 连铸板坯热装( h c r ) 和直接热装( d h c r ) 技术。 2 板坯定宽压力机 3 粗轧机立辊侧压短行程控制( s s c ) 和宽度自动控制( a w c ) 4 中间辊道保温罩和带坯边部电感应加热器 5 精轧机组全液压压下及a g c 系统 6 精轧机板形控制技术 7 带钢层流冷却系统 8 全液压地下卷曲机 9 主传动系统交流化 l o 采用三级或四级计算机控制和管理系统 我国现有( 含已经签定合同在建】宽带钢、中宽带钢热连轧机生产线约3 0 余套“1 ，年生产能力约4 0 0 0 多万吨，我国已经建成和已经签定合同在建的l 米以上的宽带钢热连轧机约2 0 套，有1 2 套是由外商技术总负责、总承包， 设备由国内合作设计制造建设；有2 套( 梅钢1 4 2 2 连轧机、太钢1 5 4 9 连轧 机1 是由引进旧设备，再由外商负责技术改造，设备由国内合作设计制造建 设；有3 套( 攀钢1 4 5 0 连轧机、本钢1 7 0 0 连轧机、鞍钢1 7 0 0 连轧机) 是由 国内负责设计制造建设，某些关键设备技术，如立辊轧机a w c 系统、四辊 精轧机板形控制技术和a g c 系统、全液压卷取机等从国外引进，有在建3 套r 鞍钢2 1 5 0 连轧机、宁波1 7 8 0 连轧机、唐山港陆1 2 5 0 连轧机) 由国内负 责设计制造。国内宽带钢热连轧机设备技术如表l l 所示： 哈尔滨理t 大学t 学硕t 。学位论文 表1 1 国内宽带钢热连轧机设备技术”1 t a b 1 - 1t h e t e c h n i q u e o f w i d t hh o ts t r i ps t e e le q u i p m e n t s i nc h i n a 序轧机规格板形宽度，产量投产年 国产与引进的设备技术说明 号板厚控制万t 年改造年 l 梅钢1 4 2 2c v c + 弯辊 1 2 01 9 9 5 日本旧设备；由两马克( s m s ) 连轧机 2 0 0 2 ， 负责改造，设备国内合作设计制 2 0 0 5 造，粗轧l e 在改造 2 攀钢1 4 5 0弯$ 1 a w c 1 5 0 1 9 9 3 工厂设计重钢总院负责，设备由 连轧机 a o c 2 4 4 1 9 9 8 二重设计制造；飞剪、 2 0 0 2 活套、卷曲机合作制造 3 太钢1 5 4 9 1 3 51 9 9 5 日本旧设备：由奥钢联负责改 连轧机 2 0 0 2 造，设备国内合作设计制造，可 轧不锈钢 4 宝钢1 5 8 0p c + 弯辊 2 8 01 9 9 7 日本三菱公司负责， 连轧机 设备国内合作设计制造 5 本钢1 7 0 0 c v c +2 5 0 ， 1 9 8 0 ， 国内设计制造：两马克负责改 连轧机 弯辊 3 5 02 0 0 1 造，设备国内合作制造 6 武钢1 7 0 0 w r s +3 1 0 1 9 7 9 日本新日铁供货， 连轧机 弯辊 克莱芮姆改造串辊 7 鞍钢1 7 0 0 3 0 01 9 5 9 设备一重设计制造，_ 二重设计制造 连轧机 2 0 0 1 热卷箱卷取机合作制造 8 鞍钢1 7 8 0p c + 弯辊 3 5 01 9 9 9 日不= 燮贝贡 连轧机设备国内合作设计制造 9 宝钢2 0 5 0 c v c +4 0 0 西马克负责， 连轧机 弯辊 设备国内合作设计制造 1 0 珠钢1 3 5 0 c v c +1 0 0 ，1 9 9 9 西马克负责， 连铸连轧机 弯辊 2 0 0 设各国内合作设计制造 l l 包钢1 5 6 0 c v c +2 4 02 0 0 1 西马克负责， 连轧机 弯辊 设各国内合作设计制造 1 2 邯钢1 6 8 0 c v c +1 3 彤1 9 9 9 西马克负责， 连铸连轧机 弯辊 2 0 0 设备国内合作设计制造 1 3 武钢2 2 5 0 c v c +3 5 0 ，2 0 0 3 西马克负责。 连轧机 弯辊 4 5 0 设备国内合作设计制造 1 4 上钢一厂p c + 弯辊 2 8 2 4 2 0 0 3 三菱负责，设备国内合作制造。可 1 7 8 0 连轧机轧不锈钢 1 5 唐钢1 6 8 0p c + 弯辊 1 5 0 ，2 5 02 0 0 3 连铸粗轧达潭利，精轧机卷取机 连铸连轧机三菱，设备国内合作制造，总投资2 5 亿元 1 6 马钢1 7 5 0 c v c +2 0 0 2 5 02 0 0 3 两马克负责， 连铸连轧机 弯辊 设备国内合作设计制造 1 7 涟钢1 7 5 0 c v c +1 3 0 ，2 0 0 2 0 0 3 西马克负责。 连铸连轧机 弯辊 设备国内合作设计制造 3 - 哈尔演理t 大学t 学硕 ：学位论文 1 3 带钢热连轧的主要发展趋势和特点 自2 0 世纪6 0 年代以来，随着计算机自动控制技术的广泛应用和整个科学 技术水平的不断提高，轧钢生产技术也进入了飞跃发展的阶段。其发展的主要 趋势和特点是”“”： 1 高精度轧制技术 提高热带钢产品的精度，一直是轧钢技术不断追求的目标，也是推动轧 制技术进步的动力。提高热轧带钢尺寸精度主要可以从两方面着手：一是提 高轧制参数的预设定精度，它是一项根本性的技术措施，其中包括有：轧制 力的设定、辊缝的设定、张力的设定、轧件温度的设定、弯辊力的设定、轧 制速度设定等。数学模型是预设定计算的核心，数学模型结构和系数对设定 计算都有重要的影响。提高数学模型精度的一个有效措施是利用“自适应”， 根据参数的实测值以及偏差趋势来修正数学模型，提高预报精度。二是开发 高性能的在线自动控制系统。厚度自动控制( a g c ) 和板形自动控制( a f c ) 等系统的发展，为板厚和板形等精度的提高做出了巨大的贡献。经历了厚度 计式a g c 、监控a g c 、前馈 g c 、液压a g c 、绝对值a g c ，流量a g c 等发展过程 之后，厚度自动控制技术已日臻完善。由于各种先进技术的应用，目前现代 化热轧带钢组厚度精度控制达到了士0 0 2 5 r a m 精度，占到全长超过9 5 的水 平；士0 0 6 r a m 精度则占全长超过9 9 。 2 自由程序轧制技术 为了适应市场的需要，迫使人们关注自由程序轧制技术的发展。为了按 照用户订货要求组织生产，适应连铸一连轧的要求，采用工作辊周期往返横 移、热轧润滑、高精度精轧设定模型、新材质轧辊与在线磨辊等新技术来组 织生产，适应市场的发展需要。 3 智能化轧制技术。在热轧带钢生产中采用人工智能技术始于2 0 世纪 9 0 年代，首先是在日本，然后是德国，接着在全世界掀起了一个在轧制过程中 应用人工智能的高潮。人工智能已经成为现代化轧机高精度控制的一个非常有 效的工具。由于轧制过程多变量、非线性、强耦合的特点，利用传统方法已经 不能满足现代化高精度轧制过程控制的要求。利用计算机控制的人工智能方法 可靠性高，针对性强，适应性强，更有利于优化热连轧过程。 4 轧制生产形式和规模日趋专业化和大型化。为了满足产量、质量和降 低成本的要求，现在普遍采用专用设备和专用加工线进行生产。厚板、薄板、 哈尔滨理t 大学t 学硕 学位论文 大型h 型钢等生产设备都在日趋重型化，生产规模越来越大。 现代轧制技术存在以下的特点”1 ： 1 多变量轧制过程中涉及的物理量很多，它们是随着时间进程与空间 位置而变化的，如温度、压力、力、速度、流量、张力等。而且很多物理量是 以场的形式存在的，如温度场、应力场、应变场、速度场等。 2 强耦合上述变量中，其中任何一个发生变化都将引起其它多个变量 发生变化，从而导致整个系统状态的改变，这种变量之间的影响是双向的，如 温度的变化将引起轧制力的变化，而轧制力的变化引起塑性变形功率的变化， 反过来又引起温度的变化。 3 非线性轧制过程中的很多相关关系是非线性的，这里既有几何非线 性问题，也有物理非线性问题，例如应力应变关系，轧机刚度曲线，轧件塑性 曲线等。 4 时变性轧制过程不可能长期稳定的维持在一个理想的最佳点，上述 大量非线性、强耦合的变量时时刻刻在变化着，影响着目标控制量的变化。例 如轧辊偏心，引起轧件周围厚度周期性的变化。在a g c ( a u t o m a t i cg a u g e c o n t r 0 1 ) 系统的参与下，以辊缝位置的周期性变化来减少轧辊偏心对厚度波动 的影响。 面对一堆这样复杂的问题，传统的将各变量理想化进行研究，并粗略的凭 经验进行参数的放大和缩小的方法已经不能够合理的反映系统实际的变化，不 能够适应人们对现代带钢热连轧机高速、高产、优质的要求。 1 4 课题的来源 本课题来源于中国第一重型机披集团公司产品研究开发合作项目。 1 5 本文研究的主要内容 结合当前精轧机组的系统结构及其控制方法的发展，运用所学的机械， 控制，系统建模以及计算机仿真等多方面的知识，本文主要做了以下几方面的 研究工作： 1 通过对精轧机组工作原理、控制方法、系统常用建模方法等各方面的 深入了解，建立了精轧机组的数学模型。 2 合理简化了精轧机组数学模型，综合考虑了非线性因素、实际工况对 哈尔滨理丁大学t 学硕i ：学位论文 精轧机组热轧过程的影响，使得所建模型更加适用于工程实际。 3 结合仿真工具，对精轧机组热轧过程中重要的预设定轧制参数进行仿 真计算，基于m a t l a b 软件中的s i m u l i n k 工具包实现所建立的精轧机组的 数学模型，对其进行仿真，得到主要控制量的仿真曲线，并得到最合适的控制 参数。 4 针对精轧机组热轧过程的特点以及仿真的曲线，通过改变预设定参数 的值，得到参数对工作过程的影响特点，并加入一些调节方式。提高了热轧过 程中重要参数的精度及其动态特性，使得热轧机生产产品的质量得以提高。 哈尔滨理t 大学t 学硕j ：学位论文 第2 章17 8 0m m 带钢热连轧机 2 117 8 0 m m 带钢热连轧机的基本概况 17 8 01 1 1 1 1 1 热连轧机配置有：3 座加热炉，l 机架粗轧机，7 机架精轧机组；粗轧 与精轧机架之间配置有热卷取箱，精轧机之后配有层流冷却和2 台卷取机。从板 坯除鳞箱开始至精轧出口的轧线长度为2 5 0m ；l 机架粗轧机的这种特有配置，有 效地减少了板坯c l $ i j 中的温降，缩短了轧线的长度。热卷箱在中间坯卷取和开卷 过程中，不仅使中间坯头尾倒向、上下表面翻转，还使带钢断面温度差减小，且在 卷取和上下表面翻转过程中致使中间坯表面氧化铁皮脱落，有利于提高带钢表面 质量。 该热连轧机主要用于生产热轧不锈带钢，其粗轧机和精轧机组轧制速度高， 变形能力强；在粗轧与精轧机架之间采用热卷箱均匀中间坯温度，能适应不同钢 种高温特性的较高带钢精轧速度，以及快速响应的板形、厚度、凸度、宽度控制 系统，代表了国内生产不锈带钢的先进水平。其功率大、轧制速度快、轧制能力 强可生产最小厚度为2 01 1 1 1 1 1 的热轧不锈带钢。 l7 8 0m i l l 热连轧机可生产宽7 5 16 0 0h i m 、最大卷质量3 0t 的不锈钢、 碳素钢、低合金钢热轧带钢，其中以生产不锈带钢为主( 厚扛1 0m m ) ，既兼顾了 不锈钢冷轧带钢对热轧带钢的规格要求，又可经热处理、酸洗和平整后直接生产 部分规格的不锈钢中板，为扩大带钢产品规格和适应不同用户需求创造了有利条 件。 热连轧计算机控制系统总体结构”1 如图2 1 所示，共分为四级；管理系统 级，生产控制系统级，过程控制系统级，基础自动化级。 哈尔滨理t 人学t 学硕l ：学位论文 懒早圈 生产控锐组 连俦计算机 l ”粥魏一黝h 篓揣h 型 i i 过程控崩i 【加热炉过程机ij 租轧过程机卜- 一精轧过程机卜一备用机i ，一 l 崤翠 租轧前置机l 牿轧前置轨ll 冷却前置机l 定 二直 疽 董避宦动赴媛 1 韵黼l 圈囤图匿商同妇赫嘲闹回衄到i 燮ii 避l 匣酬通剑 l 一一一一 图2 1 热连轧计算机控制系统结构 f i p ，2 一jt h es t r u c t u r eo f c o m p u t e rc o n t r o ls y s t e mi nh o ts t r i ps t e e l 2 217 8 0 m m 带钢热连轧机精轧机组 精轧机组布置在粗轧机组中间辊道或热卷箱( c o i l b o x ) 的后面。它的设备组 成包括切头飞剪前辊道、切头飞剪侧导板、切头飞剪测速装置、边部加热器、 切头飞剪及切头收集装置、精轧除鳞箱、榜轧机前立辊轧机( f 1 e ) 、精轧机、 活套装置、精轧机进出口导板、精轧机除尘装置、精轧机换辊装置等。 精轧机是成品轧机，是热轧带钢生产的核心部分，轧制产品的质量水平主 要取决于精轧机组的技术装备水平和控制水平。因此，为了获得高质量的优良 产品，在精轧机缰大量地采用了许多新设备、新技术、新工艺以及高精度的检 测仪表，例如热轧带钢板形控制设备、全液压压下装置、最佳化剪切装置、 热轧油润滑工艺等。另外，为了保护设备和操作环境不受污染，在精轧机组中 设置了除尘装置。 精轧区计算机控制结构如图2 2 所示； 哈尔滨理t 大学t 学硕1 ：学位论文 图2 - 2 精轧区控制功能结构 f i g 2 - 2t h es t r u c t u r eo f f i n i s h i n gm i l lc o n t r o lf u n c t i o n 2 317 8 0 m m 带钢热连轧机精轧机组主要设备技术参数 l7 8 0 r a m 热连轧机的精轧机的有关参数如下： 该套精轧机是四辊不可逆式轧机，由7 架轧机组成，成连续式布置，各架 之间距离为60 0 0 n n 。 最大轧制力：f 卜f 4 ：4 2 0 0 0i n 测压仪： 2 2 5 0 0 0k n f 5 一f 7 ：3 5 0 0 0k n 测压仪： 2 x 2 0 0 0 0k n 轧机刚度：约8 0 0 0l ( n 删 牌坊断面：7 2 0 0 c m 2 ( 8 0c m 9 0c m ) 最大开口度：7 0 删( 最大辊径时) 工作辊直径： f 1 一f 4 ： 西8 0 0 7 1 0m m f 5 一f 7 ： 击7 0 0 i d , 6 3 0m m 工作辊辊身长度： 2 0 8 0m m 鉴玺堡矍二查茎三耋竺：兰堡丝圣 工作辊材质： f i - f 3 ： f 4 - f 7 ： 工作辊磨辊： 支承辊直径： 支承辊辊身长度： 支承辊材质： 支承辊油膜轴承： 压下液压缸( a g c ) ：直径： 行程： 工作压力( m a x ) - f 1 - f 4 ： f 5 一f 6 ： 压下速度( 对称点) ： 响应频率： 弯辊力：f 卜f 4 ： f 5 一f 7 ： 弯辊缸直径： 弯辊缸行程： 上辊： 下辊： 工作压力： 2 5m p a 窜辊缸：直径： 行程： 3 2 0m m 速度：2 0 删s 工作压力： 2 5m p a 支承辊平衡缸：直径： 行程：420 m m 工作压力： 1 6m p a 工作辊换辊轨道为： 上、下支承辊轴承座压紧缸直径： 工作压力： 1 0 0m p a 行程： 1 5 删 接轴卡紧缸：直径： 行程： 工作压力： 半钢辊 无限冷硬铸铁辊 可带箱磨辊 西1 6 0 0 q b1 4 5 0m m 1 7 8 0m i d 4 5 c r 5 n i m o v 5 6 7 5 k l ( 双止推) 西1 0 5 0 西9 7 0m m 1 0 0 ( 1 2 0 ) 删 2 7m p a 2 4m p a 3m m s 1 2h z 2 0 0 0k n ( 单侧) 1 5 0 0k n ( 单侧) 西1 8 0 西1 3 0 m m 1 6 5 删 8 5 删 击2 2 0 毋1 2 0m m 妒3 6 0 ( 3 8 0 ) m m ( 柱塞) 固定式 击l o o 7 0 m m 西1 4 0 砂9 0 m m 1 4 0 删 1 6m p a 竺查篓耋三奎兰三兰堡! ：兰堡丝兰 轴端卡板缸： 行程： 工作压力： 下支承辊抬升缸： 行程： 工作压力： 主传动电机： 直径： 直径： 2 0m p a f 1 一f 3 ： f 4 ： f 5 ： f 6 ： f 7 ： i l ： 1 2 ： 1 3 ： 1 4 1 51 6 1 7 f 7 ：出口速度： 最高轧制速度： 阶梯垫调整范围： 阶梯垫横移液压：直径： 行程： 工作压力： 2 41 7 8 0 m m 带钢热连轧机窜辊机构 2 4 1 窜辊机构的结构图 串辊机构如图2 3 ，2 - 4 ，2 - 5 所示 西8 0 ，西8 5m m 7 0 2 5m p a 西1 2 5 g o m m 2 1 5 删 a c 9 0 0 0 k w1 0 0 2 4 0r m i n a c 9 0 0 0 k w11 0 2 7 5 r m i n a c 8 0 0 0 k w1 8 0 4 2 0r m i n a c 8 0 0 0 k w2 1 0 5 2 0r m i n a c 7 5 0 0 k w2 4 0 5 7 0r m i n 2 3 7 1 7 6 1 2 2 l 2 0 8 9 曩s 2 0 8 9m s 1 6 5 删= 1 1 1 5m m 西1 2 5 b 9 0m m 1 6 0 0 潮 1 6m p a 竺玺堡矍三查兰三兰塑! ：茎竺丝兰 t- 1 障动侧厂i 9 操作侧1n jj i j ， ：，j i毛厂 7 一 i _ i ， | ii |刁 辅鼠 杰底i 剑 r 【ijji 懈 毽汐凹【豇珂i 卜逝 ，乜 瓤 瓤 工作辊中心拽 o - 筐 幢 喳 世 i 制碜引 1 = 固 碜龋! h l口 t l w 、 t 彰， 0 7 7 ，i 下、； li j | ； j 乜一泣t ul 卜操作侧入口固定块；2 一上窜辊缸；3 一操作侧入口上移动块；4 一传动侧入口固定块； 5 一传动侧入口上移动块；6 一传动侧上工作辊轴承座锁紧装置；7 一传动侧入口下移动块 8 一传动侧出口固定块；9 - 操作侧出口上移动块：1 0 一操作侧出口固定块； 1 1 一锁紧( 联结) 销轴；2 4 一弯辊缸；2 5 一位移传感器； 图2 3 串辊机构操作视图 f i g 2 3t h eo p e r a t i o nd r a w i n go f s t r i n gr o l l e ro r g a n i z a t i o nc o n t r o ls y s t e m 1 2 芝尘堡矍二奎兰三兰堡：! 耋堡丝兰 。 。 、，l 5 二 o 。! 羔卫f 1 e l蜀 i t 。 匕 、 k 7 ， 弋 、 、 、 、 、- r l 、 i 一菡釉 2 3 i ，g龆 蠢 毕 n 广广一j苎j | 亡赵 6 2 1 “。l 7 心 心 ? 竺l 。 线线 1 8 一传动侧上工作辊轴承座；1 9 一操作侧入口下移动块；2 0 一传动侧下工作辊轴承 座；2 卜传动侧出口下移动块；2 3 一传动侧上工作辊轴承座锁紧装置 图2 - 4 传动侧视图 f i g 2 - 4t h e t r a n s m i s s i o np r o j e c t i o n 2 2 3 1 7 7 1 6 ，秦 一 、。、口产2 1 t 辊时轴哩一 竺鼬砷、以豸对1 。 1 一 曼l 心窆芗 j t 、- ，i 孑 - 一 ：作时轴向 1 | l ! f、i历；1 l 口；d 壬 吣i纠 j 一 广气娶 孚l 。7 知 一o二一一弋 由 ：“ 。 ，5 1 3 线 镜 1 2 一操作侧出口下移动块；1 3 - 操作侧下工作辊轴承座锁紧装置； 1 4 - 操作侧下工作轴承座：1 5 一下窜辊缸；1 6 一操作侧入口下移动块； 1 7 一操作侧上工作辊轴承座：2 2 - 操作侧上工作辊轴承座锁紧装置： 图2 - 5 操作侧视图 f i g 2 - 5t h eo p e r a t i o np r o j e x t i o n 哈尔滨理t 大学t 学硕卜学位论文 2 4 2 工作辊窜辊机构工作原理 在本节中我们来研究一下工作辊窜辊机构w r s 部分的结构及工作原理。 图中的四个固定块( 图中的l 、4 、8 、1 0 ) 呈“t ”字型是在机架上的通过 机架的上下及左右止口定位，通过螺栓分别把合在传动侧合机操作侧机架窗口 的内侧的四个面上，其在工作中主要起到支承移动块和承受弯辊力的作用。操 作侧固定块和窜辊缸的一端相连，传动侧固定块伸出外支承，用于固定换辊时 轧辊侧接头部的接轴夹紧装置。移动块通过压板附在固定块上，能相对固定块 进行滑动，在移动块滑面上镶有自润滑滑板。移动块分为操作侧移动块( 图中 3 、9 、1 2 、1 6 共4 个) 和传动侧移动块( 图中5 、7 、1 6 、1 9 、2 1 共4 个) ，在移 动块内部设有弯辊缸2 3 。操作侧移动块和窜辊缸2 、1 5 通过锁紧( 联结) 销轴 ( 1 3 ) 连在一起。锁紧( 联结) 销轴( 1 3 ) 有两种作用：一是联结窜辊缸和移动块， 二是如果我们不需要窜辊时将此销轴连在固定块与移动块上。在操作侧移动块 内部设有操作侧上下工作辊轴承座锁紧装置( 1 3 、2 2 ) ，通过轴向固定缸把工作 辊和操作侧移动块( 图中3 、9 、1 2 、1 6 ) 连在一起或者分开。在传动侧移动块 ( 图中5 、7 、1 6 、1 9 、2 1 ) 内部设有传动侧上下工作辊轴承座锁紧装置( 6 、 2 3 ) ，用于窜辊时通过工作辊轴承锁紧装置( 6 、2 3 ) 把传动侧移动块( 图中5 、 7 、1 6 、1 9 、2 1 ) 和传动侧工作辊轴承座( 1 8 、2 1 ) 连在一起，用于换辊时把它们 分开。操作侧移动块( 图中3 、9 、1 2 、1 6 ) 和传动侧移动块( 图中5 、7 、1 6 、 1 9 、2 1 ) ，上移动块里的弯辊缸也叫上工作辊平衡缸，下移动侧的弯辊缸也叫 做下工作辊压紧缸。上移动块放在固定块上支承面上，下移动块通过压板贴在 固定块上。窜辊缸( 2 、1 5 ) 的动作是由液压伺服系统2 6 和位移传感器2 5 来控 制的。整个机构的动作过程是由四个窜辊缸带动操作侧四个移动块，然后带动 上下工作辊，通过工作辊带动传动侧四个移动块，实现轧辊的窜辊过程。轧辊 窜动时要求轧辊在旋转过程中进行。轴向固定缸在轧机工作时合上，在轧辊换 辊时打开。平衡块锁定缸根据窜辊要求进行锁定和打开。在平衡块锁定缸和轴 向固定缸上设有接近开关，来反映此时的状态和用于实现快速换辊。 其工艺过程为当需要自由轧制时，进行轧制移动周期和移动距离设定输 入，按给定的数据进行周期性移动。当需要改善板形和板凸度时可以根据模型 设定移动的距离和弯辊力的数值，可以达到恒刚度的目的。 彗尘堡呈三查兰三兰矍：兰竺丝三 2 4 3 窜辊w p s 在轧制过程中，通过弯辊力调节工作辊的弯曲变形，实现板形快速、有效的 控制目前的工作辊窜辊要有三种控制方式：h c w 、c v c 、w r s 。w r s 轧机结构与 四辊c v c 轧机基本相同，上、下工作辊也可以沿轴向按相反的方向移动，但轴 向移动量较大，一般为1 5 0 2 5 0 m m 。工作辊的辊身长度等于支承辊辊身长度 与轴向移动总行程之和，轴向移动时，工作辊与支承辊间的接触长度不变，如 图2 - 6 所示。 h i u j 匀 il i i i e ： r _ j l ll l lj 图2 - 6w r s 轧机结构简图 f i g 2 - 6t h ea b b r e v i a t e dd r a w i n go f w r ss t r i ps t e e ls t r u c t u r e 长行程w r s 轧机采用特殊窜辊策略均匀化磨损分布“”，在目前还不能实现 热轧工作辊表面无磨损和磨损绝对均匀的现实下，c v c 、p c 、h c 等几种机型对 此均无能为力；而工作辊使用常规平辊的长行程w r s 轧机，通过特殊规律的窜 辊策略而具有使磨损分散化和平缓化的功能，使磨损曲线成为边缘比较平缓、 相对近似光滑的曲线，再结合工作辊强力弯辊可以保持承载辊缝形状基本正常 和可控。有利于批量同宽轧制，实现一定程度的自由规程轧制。 2 5 本章小结 17 8 0 a t h 带钢热连轧机的主要机构的c a d 简图，工作原理以及主要设备技 术参数。 哈尔滨理丁大学t 学硕f ：学位论文 第3 章带钢热连轧数学模型和方程 3 1 数学模型概述 数学建模是利用数学工具解决实际问题的主要手段，是联系数学与实际问 题的桥梁，其中得到的数学结构就是数学模型。通过对数学模型的求解可以 获得相应实际问题的解决方案或对相应实际问题有更深入的了解。数学建模在 科学技术发展中的重要作用越来越受到社会的普遍重视，并已经成为现代科学 技术工作者必备的重要能力之一。数学建模内容涉及微积分、线性代数、概率 统计、计算方法、运筹学和离散数学等知识。 数学建模，简单地讲就是用数学知识和方法解决实际问题建模过程中，首 先要把实际问题用数学语言描述为一些大家所熟悉的数学问题，然后通过对这 些数学问题的求解以获得相应实际问题的解决方案或对相应实际问题有更深入 的了解。 数学建模有关的概念： 1 原型( p r o t o t y p e ) 人们在现实世界中关心、研究或从事生产、管理的实 际对象称为原型原型包括研究对象、实际问题等。 2 模型( m o d e l ) 为某个目的将原型的某一部分信息进行简缩、提炼而构 成的原型替代物称为模型。模型有直观模型、物理模型、思维模型、计算模 型、数学模型等。一个原型可以有多个不同的模型。 3 数学模型由数字、字母或其他数学符号组成，描述实际对象数量规 律的数学公式、图形或算法称为数学模型。现实对象与数学模型具有如图3 1 所示的关系。 用数学语言表述 求解 解释 实际问题信息呻数学模型+ 数学模型的解答+ 现实对象的解答 t坠适 i 图3 - 1 现实对象与数学模型的关系 f i g 3 1t h er e l a t i o n s h i pb e “v e e nr e a l i t yo b j e c ta n dm a t h e m a t i c a lm o d e l 哈尔滨理t 大学t 学硕t ：学位论文 4 模型准备对某个实际问题进行数学建模，通常要先了解该问题的实 际背景和建模目的，尽量弄清楚要建模的问题属于哪一类学科，然后查找、搜 集与建模要求有关的资料和信息，为接下来的数学建模做准备，这一过程称为 模型准备 5 模型假设由于人们所掌握的专业知识是有限的，而实际问题往往是 多样的、复杂的，所以模型准备对做好数学建模问题是非常重要的一个实际问 题往往会涉及很多因素，要想把实际问题变为数学问题，需要对其进行必要 的、合理的简化和假设，这一过程称为模型假设。一般地，所得建模的结果依 赖于对应模型的假设，模型假设到何种程度取决于经验和具体问题在整个建模 过程中，模型假设可以通过模型的不断修改得到逐步完善 6 模型构成选择适当的数学工具并根据已有的知识和搜集的信息来描 述变量之间的关系或其他数学结构( 如数学公式、定理、算法等) 了，这一过程 称为模型构成。 模型构成是数学建模的关键在模型构成中建立的数学模型可以采用解方 程、推理、图解、计算机模拟、定理证明等各种传统的和现代的数学方法进行 求解，其中有些工作可以用计算机软件来完成。 7 模型求解与分析对获得的结果进行数学分析，如分析变量之间的依 赖关系和稳定状况等，这一过程称为模型求解与分析。 8 模型检验把模型的分析结果与研究的实际问题做比较，以检验模型 的合理性，这一过程称为模型检验模型检验对建模的成败是很重要的，如果检 验结果不符合实际，应该修改、补充假设或改换其他数学方法，重新做模型构 成通常，一个模型要经过多次反复修改才能得到满意的结果。 9 模型应用利用建模中获得的正确模型对研究的实际问题给出预报或 对类似实际问题进行分析、解释和预报以供决策者参考，这一过程称为模型应 用。 数学建模的步骤可以用图3 - 2 加以说明 模型准备卜 模型假设h 模犁构成 膜型求解与分析卜 模跫检验h 模型应用 图3 - 2 数学建模的一般步骤 f i g 3 - 2t h eg e n e r a ld r o c e d u r eo f m a t h e m a t i c a lm o d e l i n g 需要指出的是，上述数学建模一般步骤中的每个过程不必在每个建模问题 哈尔滨理t 大学t 学硕l ：学位论文 中都出现，而且有时各个过程之间没有明显的界限，因此在建模时不必在形式 上按部就班，只要反映出建模的特点即可 3 2 精轧数学模型 3 2 i 变形区工艺参数 变形区是轧件在轧制过程中直接与轧辊相接触发生塑性变形的区域m ，其 平面图如图3 3 所