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热轧带钢板形控制技术的研究与应用论文
摘 要：带钢板形是冶金热轧产品质量的重要参数，板形包括带钢的板廓和带钢的平坦度。板形精度控制主要是靠纵向平坦度和横截面的凸度。平坦度包括带钢平直度、不对称度，带钢的横向厚度差用凸度和楔形表示。板形控制系统是当前热连轧生产线重要指标，莱钢带钢生产线依靠IRM和IMS提供的仪表板形检测装置，对精轧出口带钢实时检测反馈，轧机采用PID控制模型，提高带钢板形质量。
关键词：
关键词：板形控制 系统结构 凸度
1 概述
随着计算机技术的快速发展，提高轧机控制系统的动态响应及快速处理功能有了质的发展，对于提高带钢产品提供了基础。带钢板形是热轧产品的质量的重要参数，板形研究一直是当前冶金领域研究和探讨的重点，从当前板形质量发展来看板形技术一直在发展，而板形质量问题一直存在，因而有关板形的研究无疑具有重大的理论价值和现实意义，对于带钢板形精度控制有着良好的借鉴价值。合格优质的带钢产品板形应该是平坦的，其内应力沿钢坯宽度方向均匀分布。相反，不理想的带钢钢坯内应力在宽度方向上呈不均匀分布，当其内部应力足够大时，能改变带钢钢坯平直度，一旦内应力释放后，带钢钢坯板形将会发生不规则的变化;当其内应力不足以改变带钢平直度时，会导致钢坯部分区域发生翘曲变形。因此，研究如何提高板形控制对于提高产品质量具有重要的作用，尤其在当前冶金行业微利或亏损的状况下更有借鉴价值。
2 带钢板形控制系统结构
莱钢热轧带钢1 500 mm生产线的精轧机组为四辊六机架连轧机组，每个轧机都设有弯辊和窜辊功能，精轧轧制是热轧带钢控制板形的核心，窜辊和弯辊控制是有效调节板形控制的主要手段，板形设定控制分为在过程控制级的窜辊设定和弯辊力设定，在基础自动化级的基础上通过弯辊力前馈控制和反馈控制功能，将所测数据及现场实施数据传输到CPU中进行控制计算，结合L2级系统模型对轧机压下量、弯辊、窜辊数据进行设定自学习计算，应用F6轧机后出口的板型仪所反馈数据进行动态的调整，可有效提高轧机板形质量。
3 板形参数研究
板形是影响板带轧制正常进行的一个重要的工艺因素，板形是指板带材的平直度,既是指浪形、瓢曲或旁弯的有无及程度而言。板带断面形状取决于宽度方向的厚度差，体现了轧机轧制时的实际辊缝形状;同时，也是产品的钢板凸度和带材的平直度，通常用板带中央与边部厚度之差的绝对值或相对值表示。为直观说明板形各参数，现建立如图1所示的坐标系，坐标系中X为板坯宽度方向，Y为板坯轧制方向，Z为板坯厚度方向。为表示各项参数，可设钢坯原料板廓为Hf(x),轧制之后的板坯带材板廓为hf(x),板坯的浪形函数可记为W(x,y)。
3.1 板形凸度
凸度即横截面中点厚度hf(0)与两侧边部标志点平均厚度之差，以Cw表示：
Cw=hf(0)-0.5[hf(B/2-be)+hf(be-B/2)]
式中：B 为带材宽度;hf(x)为带材横截面上距中点x处的厚度;Be为带材边部标志点位置，一般取be=25mm或40mm。
对于宽带材有时需进一步把带材凸度区别定义为二次凸度CW2和四次凸度CW4。此时，B值较大，在横截面上从(be-B/2)到(B/2-be)的范围内测取多个厚度值，并把它们归一化拟合为如下一条曲线
hf(x)=b0+b1x+b2x2+b4x4(|x|≤1;hf(±1)=bo)
式中：b0、b1、b2、b4为多项式的系数，由拟合得到。
并且可以根据需要定义各次凸度表达式。如采用车比雪夫多项式，
T0(x)=1;T1(x)=x;T2(x)=2x2-1
T3(x)=4x3-3x;T4(x)=8x4-8X2+1; Tn+1(x)=2x×Tn(x)–Tn-1(x)
可以带钢截面厚度分布拟和函数可以表示为
hf(x)=bo+b1x+b2x2+b4x4=a0T0+a1T1+a2T2+a4T4
因此可以确定车比雪夫多项式系数
ao=bo;a1=b1;a3=-1/2(b2+b4);a4=1/8b4
定义描述带钢截面厚度分布的凸度为：
CW1=a1T1(1)-a1T1(-1)=2b1
CW2=1/2(a2T2 (1)+a2T2(-1))-a2T2(0)=-(b2+b4)
CW4=1/2(a4T4(1)+a4T4(-1))-a4T4(0)=-b4/4
3.2 平直度
平直度是带钢不平坦程度的定量表示，由于轧机轧制力分布不均、轧辊磨损及热膨胀不同、钢坯温度不均，给带钢各处长度不一致，造成带钢浪形。
3.2.1 相对长度差表示法
将带钢设想成是由若干纵条组成，各纵条之间相互牵连，相互作用。如果带钢钢坯在轧机压下量不同即钢坯压下厚度不同时就会产生钢坯相互间的延伸量不同，从而在各个纵条之间产生相应内应力，引起带钢的局部区域翘曲，其产生机理是因为横向各点不均匀延伸造成的，因而，板形的表示方法可取横向不同位置相对长度差表示，可用以下表达式表示。
即：ε0=ΔL0b /L0p;ε1=ΔL1b /L1p;
式中：ε0、ε1为表示钢坯原料及轧制之后的长度差;L0p、L1p为表示钢坯原料及轧制之后的平均长度;
ΔL0b、ΔL1b为表示钢坯原料及轧制之后的长度差，可用下式表示：
ΔL0b = L0z-L0b
ΔL1b= L1z-L1b
式中：L0z、Lob为为钢坯原料的中部和边部长度;L1z、L1b为为钢坯原料轧后中部和边部长度。
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