双机架平整机轧机间延伸率分配模型的研究

双机架平整机轧机间延伸率分配模型的研究

0延伸率的设定近年来，随着平面压板技术的发展，双架配置已成为一种重要的配置形式。但是,由于双机架平整机一般不配置测厚仪与测速仪等检测装置,其延伸率设定采用的是根据成品机械性能的要求给定总延伸率的方法。这样,就存在两个机架之间延伸率如何分配以及相应轧制压力与张力如何设定的问题。目前普遍采用的是通过人为给定一个经验的延伸率分配比例来设定张力及轧制压力的方法。显然,采用这种方法具有很大的局限性,对所平整带材的钢种与规格变化适应性很差,远不能满足现代化大生产的需要。为此,笔者在大量的现场调研与理论分析的基础上,以基态弯辊力下带材的出口板形最好为准则,建立了双机架平整机机架间延伸率分配数学模型,同时给出了相应的机架间张力与轧制压力设定方法,并将其应用于宝山钢铁股份有限公司(简称宝钢)冷轧薄板厂1220双机架平整机,取得了良好的效果。1第2操作目标函数根据金属变形模型可知,对于双机架平整机而言,在轧制过程中其任意机架带材的前后张力可分别表示为σ1ji=f1(hji,Hji,Lji,B,Tj0,Tj1)(1)σ0ji=f0(hji,Hji,Lji,B,Tj0,Tj1)(2)式中,j为机架序号;hji为第j机架出口带材厚度横向分布值;Hji为第j机架入口带材厚度横向分布值;Lji为第j机架入口带材板形分布值;Tj0为第j机架平均后张力;Tj1为第j机架平均前张力;B为带材的宽度。而根据轧制理论中的辊系弹性变形模型可知,双机架平整机任意一机架出口带材的厚度分布值可表示为hji=f2(Pj,Sj,ΔDwji,ΔDbji,Hji,σ1ji,σ0ji)(3)式中,Pj为第j机架的轧制压力设定值;Sj为第j机架的弯辊力;ΔDwji、ΔDbji分别为第j机架工作辊及支承辊的凸度分布值。同样,根据轧制压力模型可以知道,轧制压力设定值可表示为Pj=f3(Tj0,Tj1,δj,B,H¯¯¯j)Ρj=f3(Τj0,Τj1,δj,B,Η¯j)(4)式中,δj为第j机架带材的延伸率;H¯¯¯Η¯j为第j机架入口带材平均厚度。显然,对双机架平整机而言,在上述参数中,以下等式恒成立:H2i=h1i(5)L2i=σ11i(6)T21=T10(7)H¯¯¯2=(1−δ1)H¯¯¯1Η¯2=(1-δ1)Η¯1(8)假设总延伸率为δ,定义机架间延伸率分配系数为ψ,即第1机架与第2机架之间的延伸率之比为ψ∶(1-ψ),因此第1机架与第2机架之间的延伸率分别可以表示为δ1=ψδ(9)δ2=(1-ψ)δ(10)这样,对于一个特定的轧制过程而言,如果带材来料参数H¯¯¯Η¯1、H1i、L1i、B、δ以及ΔDwji、ΔDbji等参数确定,联立式(1)～式(10),即可将表征成品板形的第2机架前张力横向分布值σ12i用一个以延伸率分配系数ψ、平均前张力T21、中张力T20、后张力T10,以及各机架弯辊力S1、S2为自变量的函数来表示:σ12i=f4(ψ,T21,T20,T10,S1,S2)(11)而对于双机架平整机而言,在总延伸率给定即成品的机械性能已经保证的前提下,机架间张力设定与延伸率分配的目标应该是基态弯辊力下带材的出口板形最好。需要说明的是,之所以把弯辊力设定在基态,主要是考虑到使弯辊力在轧制过程中有足够的上下调节范围,最大限度地利用弯辊力对板形的控制能力。与此同时,在冷轧生产实践中,人们一般是通过检测带材前张力的横向分布来判断板形的好坏,也就是说,板形控制的目标就是使带材横向前张力差最小。基于此,在分析时可以把双机架平整机张力设定与延伸率分配计算目标函数表示为式中,Tjmin、Tjmax分别为卷取机所允许的最小与最大卷取张力;Tkmin、Tkmax分别为开卷机所允许的最小与最大开卷张力;Sj0为双机架平整机第j机架的基态弯辊力,一般而言,Sj0=Sjmax+Sjmin2Sj0=Sjmax+Sjmin2;Sjmax、Sjmin分别为第j机架平整机的最大与最小弯辊力。对于这样一个优化计算问题,采用Pewell法可以较快地得出计算结果,计算框图见图1。显然,在得出延伸率分配系数ψ、平均前张力T21、中张力T20、后张力T10的值之后,根据式(4)就可以求出相应的第1机架、第2机架轧制压力的设定值P1、P2。2带材的板形精度宝钢冷轧薄板厂为了解决1220双机架平整机机架之间的延伸率分配问题,实现张力与轧制压力的自动设定,同时提高平整成品的板形精度,与燕山大学合作,开发出了宝山钢铁股份有限公司冷轧薄板厂双机架平整机轧制压力设定与板形控制离线仿真软件,并将其应用到生产实践,对所有平整带材进行了延伸率自动分配及张力与轧制压力的自动设定,使用后效果非常明显。根据现场三个多月的跟踪统计与考核,使用该软件后,带材的板形精度整体提高了30%左右,90%以上的带材平整后板形在4×10-5(4I)以内,为厂方创造了良好的经济效益。目前,厂方已经决定将此软件固定到二级机中以达到在线使用的目的。为进一步分析模型使用效果,以宝钢冷轧薄板厂1220双机架平整机(其设备参数见表1)经常生产的两个典型规格产品为例,采用两种延伸率分配模式(即原先的延伸率80∶20固定分配模式和现在的延伸率通过模型计算分配模式)分别轧制三卷带材(相关轧制工艺参数见表2),测出出口带材的板形值,结果如图2、图3所示。其中,图2a、图3a表示延伸率采用固定分配模式时三卷带材的出口板形情况;图2b、图3b表示延伸率采用模型计算分配模式时三卷带材的出口板形情况。需要说明的是,由于该平整机没有板形仪,所以在测量板形时采用的是分割法,即将带材沿宽度方向裁成20个小条,然后通过测量每条的长度反推出板形值,因此所得出的出口带材板形分布值存在着一定的不连续性。通过图2、图3可以看出,采用本文的模型