外文翻译--在热轧带钢轧机机组上使用的前滑控制制度 中文版

辽宁科技大学本科生毕业设计 第 1 页 在热轧带钢轧机机组上使用的前滑控制制度 I o 釜山 大学 机械工程学院静成形与模具制造工程技术研究中心 釜山 609国 . 国 科罗拉多 州 矿业学院 冶金与材料工程部 前滑作为一个重要的参数经常被用在 连续式 热轧带钢轧机轧辊速度控制模型上。在热连轧过程中，在线测量带钢速度本身是非常困难的。因此，对于需设置轧辊速度的精轧机来说，前滑模型 主要 是用来计算每个机架上轧辊的圆周速度。由于他本身的复杂性，在确定前滑值时，以前大 多数的研究都是采用半经验法。虽然这些科学研究 ， 可能在工艺流程的设计和控制方面有所帮助，但他们缺少理论依据。在本次研究中， 已经 建立 了 一个更好的前滑模型，通过它可以更好地设置和更精确的控制轧机 速度 。在这个模型中包含了诸如：中性点、摩擦系数、宽展量、轧辊咬入的变形区形状等因素。在 7机架热连轧带钢轧机上 ， 运用这个新的前滑模型，可显著得提高轧辊辊速的控制精度。 关键字 ： 精轧机 ； 前滑 ； 热轧带钢轧机 ； 中性点 ； 摩擦系数 符号说明： 第 第 : 第 f : 前滑值的 宽度变化 调整系数 第 : 第 :第 接触弧水平投影长度； * 第 系数； 轧辊变形阻力 ； N : 轧制到次数； 轧制力 第 第 机上的轧辊压力 第 轧机扭矩 :第 条件不变的情况下 ) 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 2 页 : 第 : 第 第 0 第 第 i : 第 : 第 x : 变形区水平投影长度； i : 第 i : 第 i : 第 面应变预测精度参数 ； : 变形区角坐标； i : 第 i : 在平面变形中基于扭矩，载荷和轧辊 半径 等 反映摩擦条件 的参数； i : 第 数 ； 1. 引言 在精轧机 组中，每台精轧机的辊缝和辊速 必须 在板坯进入轧机之前进行预先设定。因此， 设置值 的精确度 直接影响 到前面 热轧带钢 尾部的质量 及 后 面 的轧机控制系统 的性能。轧辊 速度模型是用来控制相邻轧机 的 质量平衡 。 因此， 轧 辊速度控制是负责实现稳定的 带钢速度和准确的 带钢厚度 的 。一般来说，前滑模型之所以能被用来检测轧辊速度是因为它在每一个轧机上把轧辊速度转换成了板带的速度。在 连续 式热轧带钢轧机上，由于高温和轧机周围的恶劣环境，前滑值是很难进行测量的。因此，热连轧轧机的前滑值通常是从一个预先的模型中获得，但由于忽略了许多过程变量，很难获得较高的准确度。 因次，在实践中，通过轧辊的圆周速度计算带坯的速度，重要的是要有一个可靠的轧辊速度模型。该轧辊速度模型 不仅影响到板带 前后 的厚度，而 且 还影响到轧机的整体得 可使用性及稳定性。轧辊速度模型的 精确度直接依赖于预测前滑值的精确性。 第 1所示；在轧制过程的控制模型中，板坯和轧辊表面的相对滑动是一个重要的因素，一般而言， 前滑值（ 是指相对滑动值，被定义为轧件 图 1 轧辊咬入几何示意图 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 3 页 速度 ( 与 轧辊圆周速度 ( 的差值 除以轧辊的圆周速度， 即 （ 1） 根据相邻轧机间轧件体积流量相等可得： 111 （ 2） 式中 i 分别为第 轧件轧制后的厚度和宽度。 从公式（ 1）中可得，轧件出口处的速度可表示为： )1( （ 3） 将公式（ 3）带入体积流量平衡方程 可得： )1()1( 111 （ 4） 此体积容量 平衡在 咬入区 任何一点 都满足，对于中性点（精确的定义见脚注 111 （ 5） 整理公式 （ 5） 可得： wh （ 6） 将公式 （ 3） 带入公式 （ 6） 中可得： 1 （ 7） 根据几何学，从图 （ 1） 中可得： )c o （ 8） 式中 第 i 指中性角。 当中性点处没有轧件时： c （ 9） 带入公式 （ 7） ,可得前滑值的基础方程： 1co s （ 10） 如果 i知，则中性点处的带钢宽度（ 可以由公式 （ 8） 计算所得。同样，如果中性角 （ i ） 和中性点处的板坯宽度 （ ） 已知，则由公式 （ 10） 可得前滑值。 如图 示，由轧辊咬入区力平衡可得： 0c o sc o ss i n 00 ( 11 ) 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 4 页 式中 i 为第 第 i为第 系数。 如果摩擦系数、板坯宽度和轧辊压力在咬入区域是 恒定不变的，则中性角可由公式 （ 11） 求的 即 ： )co s （ 12） 图 2 咬入点受力图 咬入角 （i） 由几何关系（见图 1）可得 ： )(21)c o 1 （ 13） 根据公式 （ 10） 并假定在轧制过程中轧件宽度不变 （ ） ，平面变形状态的前滑值可表示为： 1co s* （ 14） 式中： )c o 、 2)( s ，如果摩擦系数已知的话，i值可由公式 （ 12） 确定。 根据公式 （ 14） 计算前滑值，摩擦系数必须是已知的 。 在带钢生产轧制过程 中， 摩擦系数取决于大量的变 量 ， 例如咬入角、轧制速度、润滑油、轧辊表面状况等， 这 些变量在 不同的 过程中可能会有所不同。 选择一个唯一的摩擦系数值是非常困难的。 一种可行的 选择一个 唯一 数值的摩擦系数 的方法 如下 ，它显示在轧制过程中更多的带钢宽度扩展而 前滑 较小 时 。这种方法由公式 （ 13） 推导所得并假设带钢宽度不变。 同时假设i因此，当摩擦系数接近最小值时，由公式 （ 12） 计算所得的i以更加接近于实际值，因为它可以补偿在轧制过程中的宽度变化。 对于 进入咬 入辊的带钢：F s o s ( 15 ) 式中面上由于 摩擦 而产生的 剪切力 ，图 2）重新整理可得：co ss 16 ) 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 5 页 从 摩擦系数 的定义F 可得：21)(ta h （ 17） 当公式（ 17）取等值时可得摩擦系数的最小值，摩擦系数最小值可表示为 21m )(h （ 18） 由公式（ 18）确定的摩擦系数最小值 ， 可以简单的用来计算轧辊速度模型中的前滑值，但是 对于典型的轧机来说，这种方法应该被完善。这种完善可以通过轧机相关数据的处理得到实现， 轧 辊 扭矩是 与 摩擦系数密切相关 的一个数据。因此，在轧辊扭矩的 基础上进行的完善 ， 被用来发展 获得 辊速度控制模型 中 更 实际的 摩擦系数 值。 每台轧机的轧制力（可通过轧机的变形阻力（和轧辊与带钢间的接触弧水平投影长度（获得 im 0 ., ( 19 ) 轧辊扭矩 （ ）可表示为： im . 0 .*0 ,*, )( ( 20 ) 将公式（ 19）带入公式（ 20）中可得： ,*. ( 21 ) 通过公式（ 21），一个新的反映摩擦条件的参数可确定为：* (22) 在轧辊速度模型中代替 使用公式 (18)中的摩擦系数最小值， 一个在 操作系统参数 基础上 ，建立的可选择的摩擦系数可表示为： * (23) 式中 *i的值可通过公式（ 22）计算得到， 因为在实际的轧机中 ， 每一个轧机的以能 通过所有轧机的平均值 获 得 。 对于一个七 机架 连轧机 机组， )71( 71* i 其中 )(1 ,1 ,* （ 24） 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 6 页 式中 *此， 假如由公式（ 23）确定的摩擦系数值被用来确定公式（ 12）中的中性角，则 平面变形区的前滑值可通过公式（ 14）得到的 。 在轧制生产过程中， 轧辊咬入区的 平面应变条件 不是恒定的，轧机的特点在每台轧机上也是不同的。因此，在平面应变条件下求的的前滑值 ， 应依据宽度的变化进行修正。由公式（ 10）得到的前滑基本模型 ， 可以通过使用 参数 进行 重新定义，该参数主要用来进行宽度变化的补偿：1co s （ 25） 如果使用了预测摩擦系数 f ，它决定了最精确的值为前滑 值 ，那么最理想的情况是，预测摩擦系数等于真正的摩擦系数 ，由此可得：ii (26) 由公式（ 14）（ 25）和（ 26）可得： 1)1( * (27) 因此， 补偿宽度变化 的参数可以被 定 义 为 ：11* (28) 由此可得 ，如果 可以使计算的 前滑 值更加准确的 预测摩擦系数 （ f ）得到确定 ，那么，每台轧机上公式（ 28）中的 参数i的 平均 值即可 得到 ，并 且可以通过公式（ 25）获得最优化 的前滑值。 5. f 值的确定 要确定 产生最精确 值为前滑 值 （ f ） 的摩擦系数，下列程序 将被 使用 。 在平面变形条件下，第 周速度 可通过公式（ 4）和（ 14）获得： Wi ()1(* 1,7* 1,70 1,701, (29) 它使用的出口速度，出口厚度和前滑 值均是最后一架 轧机 上的（ i=7），式中 标志表示该 计算是基于平面应变前滑模型 。 对于在轧辊咬入区中 ， 宽度 可能会发生 变化需经修订的情况下， 前滑 根据修订 模型 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 7 页 （ f ） 可得： ()1(2,772,0 2,702, （ 30） 式中 的标志表示该 前滑模型 是经过修订的（ f ）。 为 估计预测精度的平面应变前滑模型 ，参数i被定义为： 01,01,0,N E R G E ( 31) 式中 目标 圆周速度 （ 0,是 指轧机运转稳定后轧件的 实际测量速度 。因此， 当圆周速度的预测 值（ 01, 目标圆周速度 （ 0,等时，i将为零。 对于修正模型，下面得公式必须得到满足： )1(01,0 2, Wi ( 32 ) 公式（ 32）可以表示为： )1()1()1()1()1(*1,*1,701,702,02,702,7 ( 33 ) 在轧机的 设置 中，最后一台轧机（ 的速度没有明显的变化，因此， 01,72,7此可得： 1)1)(1()1)(1(* 1,72,7* 1,2, Wi f ( 34 ) 根据公式 （ 34） 计算2, 2,7 式 （ 34） 右边的2,7 2,7公式 （ 34） 可表示为： )1(1)1)(1()1)(1( * 1,*1,7*1,7*1,2, ( 35 ) 根据公式 （ 35） ，可求得2,7 )1( 7 7* 1,72,7 N E ( 36 ) 将公式 （ 36） 带入公式 （ 34） ，由此可获得 1)1)(1()11)(1(*1,777*1,7*1,2, ( 37 ) 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 8 页 6. 前滑值的计算 图 3显示的 是 每 台轧机的 预测摩擦系数的 数据 。由公式（ 18）所得的摩擦系数随着轧机 架次数的增加 显示出急剧下降的趋势 。 另一方 面 ，由公式（ 23）获得的 摩擦系数 在最后几台 轧机上并没有 显示出急剧下降的趋势 。 图 擦系数 图 4显示了 在每台轧机上的 预测前滑 的数 据 。由公式（ 25）所得的前滑值 范围在 时显示最小值在第 3架和第 4架轧机上。 图 5显示了新开发模型的执行。用已存在的前滑模型计算所得的数据被定义为旧模型， 与新开发 模型 的数据进行比较，虽然在图中没有明确表示，但因半经验模型只 考 图 4 每台轧机上的预计前滑值 虑 了每台轧机上的削减率和带刚厚度，所以 在计算前滑和预测精度 式就 没有 新模型的 那么好。 正 如图中 所示 ，使用了新开发的模型 后， 轧辊速度 的 设定精度 得到了很 大 的 提高， 在图 5中， 带 钢 速度 的 预测误差由公式（ 38）计算获得：p r e d ic r e d ic c tu a r r o , ( 38 ) 式中 指 在带钢获得稳定后通过衡量脉冲生成的 实际带 钢 速度 ，指由通过公式 （ 25） 计算的前滑值求得的预测带钢速度。 图 5 轧辊速度相对误差 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 9 页 图 6是新开发的前滑模型流程图。 7. 总 结 一种新的 建立在 包括 带钢 几何学 、 轧辊 直径、 中性点 、 摩擦系数 、经历宽度蔓延 的容积率 、 形状变形区和 轧辊 力矩 等因素的基础上的 前滑模型已经研制成功。对理 论模型的 实 图 6 前滑计算概述 际应用 ，一种用来转换轧