《板带轧制过程的动态理论和实验及应用论文选集》张进之，刘洋，许庭洲编著|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《板带轧制过程的动态理论和实验及应用论文选集》

【作　者】张进之，刘洋，许庭洲编著

【页 数】 608

【出版社】 北京：冶金工业出版社 , 2019.07

【ISBN号】978-7-5024-8150-6

【价 格】166.00

【分 类】板带轧制-文集-带材轧制-文集

【参考文献】 张进之，刘洋，许庭洲编著. 板带轧制过程的动态理论和实验及应用论文选集. 北京：冶金工业出版社, 2019.07.

图书目录：

《板带轧制过程的动态理论和实验及应用论文选集》内容提要：

板形理论研究工作始于美国CITISTEEL4064mm宽厚板轧机的改造工程，该轧机建于1907年，并通过改造将三辊劳特轧机改为四辊轧机，但与常规四辊轧机相比，其支承辊过细，辊径只有1270mm，导致轧机刚度仅300tmm，当时同规格中厚板轧机辊径在2000mm，刚度为800tmm。这样的硬件条件，要增加AGC厚控系统和计算机设定控制模型，其难度可想而知。为论证其改造的可行性，经过四年的研究，发现了一个问题，即：AGC厚控系统有轧机参数M和轧件参数Q，而板形控制系统仅有轧机横向刚度，却无轧件参数。这一发现被认为是板形理论研究的一个关键问题，随后针对板形理论进行了研究，由于作者对西门子厚控系统有较为深入的研究，并由它的轧件硬度公式和塑性变形理论推导出了轧件板形刚度理论，并引用日本新日铁的板形理论推导出轧机的板形刚度，研究成果发表在《冶金设备》（96年第6期）“板带轧制过程板形测量和控制的数学模型”一文。随后，经陈先霖院士的指正，改变了对板形刚度概念的理解，重新推导了解析板形刚度方程，即先定义轧机板形刚度，并由微分方法推导出轧件板形刚度。新的板形方程经国外数据和国内多套轧机上实测板凸度数据得以验证，并撰写“解析板形刚度理论”一文，发表于2000年《中国科学》。板带轧制过程动态理论的建立及验证和应用的论文选集，目前均已在实际生产中大规模应用，效果显著；解析板形理论和Φ函数负荷分配，目前仅在小范围内推广，距离广泛应用还有很多工作要做。本论文集收集的张进之教授历年来发表的百余篇论文是他多年研究成果的结晶，是板带轧制板形板厚控制理论和方法研究中的一笔宝贵财富，对冶金工作者特别是从事轧钢工艺和控制的研究人员及生产技术人员都有重要的参考价值。

《板带轧制过程的动态理论和实验及应用论文选集》内容试读

第一部分综述

动态轧制理论的产生和发展

张进之，周石光

(中国钢研科技集团有限公司，北京100081)

摘要本文论述了动态轧制理论包括连轧动态张力公式、DAGC、解析板形理论以及中函数及中厚板轧制稳定

性条件等五项内容的产生和发展。通过理论验证和实验验证，证明动态轧制理论的各项内容的正确性和实用性，通过应用动态轧制理论，不仅可实现复杂控制装备的简约，而且较大幅度提高了板带产品的几何精度。指出动态轧制理论是轧制技术发展过程中的重大革命性进步。

关键词动态轧制理论：连轧张力理论；DAGC;解析板形控制理论；中函数；稳定性

The principle and development of dynamic rolling theory

Zhang Jinzhi,Zhou Shiguang

(China Iron Steel Research Institute Group Co.,Ltd.,Beijing 100081)

Abstract:This paper describes the principle and development of dynamic rolling theory including rolling dynamic tensionformula,DAGC,analytical profile control theory and o function.Through theoretical and experimental validation,provedthe validity and the practicability of the dynamic rolling theory,by applying the dynamic rolling theory,not only can re-ducing complex control equipment,and significantly improve the geometrical precision of the plate and strip products point-ed out that dynamic rolling theory is a revolutionary advance in the development of rolling technology.

Key words:dynamic rolling theory;rolling tension formula;DAGC;analytical profile control theory;function:sta-bility

1连轧生产方式和现代化连轧技术的

厚度、硬度、辊缝、轧辊速度分别变化条件下，各机架厚度和张力变化的定量关系。

产生

单稳态影响系数还解决不了连轧控制问题，

板带轧制技术中的连轧技术是为解决长而薄

因此，美国人Phillips在1957年的连轧动态方程的

的材料要求产生的。连轧实验最初是在欧洲，时

仿真实验，引入连轧张力微分方程代替秒流量相

间是在19世纪末，但是未成功。1924年美国成功

等条件和入口厚度延时计算。继英美之后，日本

地进行了连轧实验，解决了冷连轧坯料问题，因

人将静、动态连轧方程仿真实验进一步发展和应

此也产生了冷连轧技术。

用，所以日本的轧制控制技术走在世界最前列。

连轧控制技术的革命性进步源于英国人发明

德国的连轧控制技术是由于装备先进而领先，但

的轧制理论基础和美国人发明的计算机及其在工

是对轧制控制理论没有太多贡献。比利时在轧制

业领域的应用。英国人的贡献是发明了弹跳方程

控制技术方面的贡献也比较大。比利时、英国和

测厚方法。Hessenberg根据秒流量相等条件和弹跳

法国等欧洲国家应用了有限元方法研究轧制过程

方程用计算机进行了仿真实验，构建了连轧稳态

轧件各参数之间的函数关系。

条件下的各变量之间的定量关系，即在轧件入口

借助于先进装备、先进控制技术，使轧制过

·2

第一部分综

述

程的控制技术虽然有了长足发展，但是轧制理论

变了目前热连轧技术的主攻方向，对活套系统进

方面并没有实现根本性的突破。轧制过程根本性

行了改进。热连轧应用流量AGC已比改变活套系

贡献应体现在轧制过程的动态轧制理论方面，因

统简单，而且厚控精度高于日本TMEIC系统和德

此很长一段时间以来，笔者一直致力于轧制过程

国西门子系统。

的动态轧制理论的研究和实践，这方面主要的五

2.1.2变形抗力和摩擦系数的估计（简称K-4

项技术是：(1)连轧动态张力公式的建立，(2)

估计)》

DAGC的发明，(3)解析板形理论，(4)中函数的

发现及应用，(5)中厚板轧制稳定性条件。五项

连轧数学模型中最核心的公式是压力计算公

技术目前已在生产实践中成功应用，特别是DAGC

式，它一直是轧制过程自动化的主攻方向。由张

系统的精度均明显超过原厚控系统」

力公式与弹跳方程组成K-4估计方法，解决了高

本文主要介绍上述五项技术的内容和现实

精度“K-u”问题。压力精度提高了，连轧数学模

意义。

型的另外两个力能参数力矩和功率的精度就相应地提高了。

2动态轧制理论的内涵与意义

K-4估计方法是20世纪70年代笔者研究的

2.1连轧张力理论

方法。日本和德国也在从事这个问题的研究，但是因为没有多机架连轧张力公式，因此日德

全面进行连轧过程的理论描述必须用连轧动

的进展不大。由于有多机架连轧张力公式，笔

态张力公式。国外关于连轧张力理论问题的研究

者研究的K-“估计方法是张力公式和弹跳方程

是在20世纪40~60年代进行的，有多种表达式，

构成了纵（弹跳方程）横（张力）坐标。张力

但都没有完整的描述。1963年，笔者在可逆式冷

公式中含有前滑公式，压力公式中含有变形抗

轧机上深入地研究了连轧张力理论的实验基础，

力公式，这两个模型均含有变形抗力和摩擦系

并于1967年参加三九公司的1700热连轧数学模型

数，所以采用K-4方法得到的高精度数学模型

工作，提出用连轧张力公式代替秒流量相等条件。

的实用效果十分明显。钢铁研究总院在国内外

通过研究苏联院士切克马廖夫的张力微分方程，

多套中厚板轧机应用了该方法，所以有很高的

得到两机架动态张力公式。连轧张力理论的实际

压力估计值。武钢1700冷连轧机应用了所估计

应用如下。

的K-4值。K-4估计方法也处理了宝钢2030冷

2.1.1张力间接测厚

连轧和2050热连轧的数据，估计的精度非常高，以热连轧为例，其估计的标准差几乎与原

传统的压下间接测厚是英国人提出的，因此

始数据的标准差和接近3)」

才有了简单的测厚方法，实现了厚度自动控制

2.2动态设定型变刚度厚控方法(DAGC)

(automation gauge control,简称AGC)。压力间接测厚是轧制过程厚控的基础，使板带厚度精度大

的应用及意义

大提高。张力间接测厚是由张力公式推出的理论

厚度自动控制由英国人应用弹跳方程和压力

方法，它的测厚精度已证明比压力测厚精度高一

计算公式发明。该方法很简单，应用效果明显，

个数量级。国外最早在冷连轧机上实现张力与辊

提高了板带厚度精度。BISRA AGC只有轧机参数

缝闭环的厚度控制方法，就是应用了张力间接测

轧机刚度M,没有轧件参数，理论上是不完善

厚的原理。通过稳态影响系数的计算就可以发现：

的。日美德等由弹跳方程和轧件公式可以估计轧

张力变化对厚度的影响大于压力对厚度的影响10

件厚度，因此发明了测厚计型压力AGC(简称GM

倍以上。笔者将该方法称为连轧张力AGC(或称

AGC)。GM AGC在国际上应用很普遍，搞轧钢工

为流量AGC)。之后在武钢1700冷连轧机上引进

艺的人员很欢迎这种厚控方法。但是GM AGC也

的厚控方法即流量AGC。

有缺点，厚度估计受弹跳方程影响，误差难以消

我国将流量AGC首次应用在热连轧机上。热

除，最严重的情况是不稳定，即“跑飞”现象。

连轧机上应用的主要目标不是解决厚控精度如何

笔者用解析方法于1975年推出了动态设定型

进一步提高的问题，因为目前板带材的厚控精度

变刚度厚控方法（简称DAGC)。所以世界上有三

已超过实际要求了。热连轧流量AGC的意义是改

种压力AGC。

动态轧制理论的产生和发展

·3

DAGC理论的主要特点：

技术指标，通过适当调节成品及成品前道次或机

(1)DAGC是发现轧件扰动可测（厚差和硬

架的压下量来保证板形质量。采用计算机技术进

度差)后建立的，所以具有前馈和反馈的功能，

行板形控制，主要方法是通过对采集的数据进行

其厚控精度高于BISRA AGC和GM AGC的精度。

分析后对后续机架的压下量进行改变。在板形理

(2)DAGC系统非常简单，由可测的压力和

论研究方面，可以分为三个阶段：第一阶段是以

可测可控的辊缝系统实现了双输入（压力、辊

轧辊弹性变形为基础的理论：第二阶段是日本新

缝)、单输出辊缝的自动控制方法。

日铁和美国为代表的以轧件为基础的动态遗传理

(3)只有一个MC人工可调节参数，改变它

论；第三阶段就是笔者提出的轧件轧辊统一的板

即可实现厚度自动控制和压力闭环的平整机控

形理论，即解析板形刚度理论。

制6。这也是控制方法的重大突破，以往两种系统是完全独立的。

2.3.1解析板形刚度理论的建立[8劉

(4)DAGC与监控、预控厚控系统可同时应

解析板形刚度理论的建立是由日本人采用三

用，无互相影响，即解耦性。冷连轧机第一机架

个方程描述的以板凸度和平直度为主构成的数学

原配置压力AGC,目前不用的原因，笔者认为是

模型。三个方程经过简单的数学变换转化为两个

GM AGC、BISRA AGC与前馈、反馈AGC有相互

方程，即板凸度和平直度方程（日本人的近似方

影响，这个问题有待验证。

法亦采用两个方程)。

(5)DAGC响应速度快，一步到位。实现了

日本人的板凸度方程表述为：

极简单、控制精度高的优点。

h

最初的DAGC实验验证工作是在天津材料研

C.=(1-n)C+n月Cm

究所3机架实验冷连轧机和一重研究所4机架试验

式中C一i机架出口板凸度；

连轧机上进行。

C—i机架机械作用的板凸度：

天津的实验轧机是电动压下，因此没有直接

C一人口轧件板凸度。

实验DAGC厚控功能，而是实验DAGC的理论及

式中C和C:两项的系数相加为1。板凸度方

推论，即压力AGC不稳定条件（跑飞）。当时关

程为重新构造，用g表示轧件板形刚度，用m表

于压力AGC的稳定性条件是反馈系统中的KB参

示轧机的板形刚度，由数学方法得出两个主要方

数为1，KB必须小于等于1，大于1就会使系统不

程：其一是m+g=K.(轧件板凸度，可测量值)；其

稳定[4)，但是DAGC理论分析的稳定条件中，KB

二是全新的轧件出口板凸度表达式，它由三项组

可以大于1，所以对压力AGC的稳定条件进一步

成：一是入口凸度，二是入口平直度，三是机械

实验研究就成为一个十分重要的问题。在天津进

板凸度。平直度方程引用日本人的方程。

行了多次实验之后，证明DAGC理论中推出的压

解析板形刚度得出后，在国内多套中厚板轧

力AGC稳定性条件是正确的s)

机上验证得到了轧板实测板凸度与轧制力的关系，

重4机架实验连轧机全部为液压压下，电气

也引用了国外的板形数据来验证（主要有宝钢

传动和控制设备为当时国内先进的装备，可全面

2050、荷兰Reabe钢厂3600宽板轧机等)。在太原

进行DAGC实验。实验于1986年完成，证明了

科技大学350四辊实验轧机上做了大量实验证明了

DAGC的理论和推论的正确性。

解析板形理论的正确性。

目前，对国内引进的热连轧机进行的改造，

由解析板形刚度指导的实际应用有美国4064

采用DAGC替代原厚控系统已取得成功。1996年

板轧机和新余2500板轧机。解析板形刚度的数学

在宝钢2050热连轧机替代了西门子系统，2012年

表达式

在新余钢铁1580取代了西门子新的厚控系统

9:

9:

m

2015年在首钢迁钢1580热连轧机实验成功地证明

Ch=m+qiH-Chi-1

h,△-1+

-C

m qi

m+q

了DAGC比TMEIC厚控精度高)，普通带钢厚控

精度达到冷轧水平。

△:=5(CwCh-1

hh,-1+△-+△0

2.3解析板形刚度理论和b函数

式中一板形干扰系数。

现在的问题是m、q的具体表达式。在初始建

板形（板凸度和平直度）是板带生产的主要

立板形向量解析方程时，直接引用美钢联1984年

·4

第一部分综

论文中的轧件板形参数，由西门子计算公式中的

和中厚板轧机，采用宝钢2050的实际轧制规程的

硬度参数推导出来轧件板形参数q。m、q参数确

H、h,、…、h。数据建立数据库，之后再应用于其

定后，用美钢联的一组板形数据验证了解析板形

他热连轧机。应用效果十分成功，除个别机械设

刚度理论公式的正确性，发现美钢联的轧件刚度

备原因使第一卷通不过外，几乎开轧后第一卷就

作为轧件板形刚度是有误差的。所以采用美钢联

是成品卷。

的另两组试验数据进行了验证，结果发现这两组

在引进的宽带钢热连轧机上，只有攀钢1450

数据结果误差大约在10%以上，因此，对m、g参

完成了中函数轧制规程的工业实验和由△中函数库

数又进行了推导。

方式实验了板形向量闭环控制川，进行中函数△中

推导方向发生变向，变为首先由轧机板形刚

函数库方式的板形向量闭环控制在技术上是开了

度参数推导轧件板形刚度参数，具体方法：轧辊

先河，水平超过了国外引进技术。

的横向刚度是材料力学中早已解决的问题，所以

2.3.4中函数的新进展

由简支梁的挠度除以轧件宽度定义为轧机的板形刚度m,再由微分方程得出轧件刚度参数q。

在攀钢进行板形向量闭环控制工作时，尚未得出db/dh解析函数的数学表达式，所以采用了

2.3.2中函数的发现

数据分析方法实现了实验，目前已得到该数学表

负荷分配一直是轧制工艺的中心问题，计算

达式，使实现板形向量闭环控制变得十分简便了。

机应用于轧制生产过程最先取得成绩的点就是负

这个问题目前已做了大量仿真实验，研究的对象

荷分配的数值化，即应用计算机和数学模型技术

是新钢1580西门子系统和宝钢不锈钢公司的1780

进行计算和设定辊缝和轧制速度，提高了带钢的

日本东芝系统的大量实时采样数据。这项工作前

质量和产量。

后三年的成果已在文章中说明)

负荷分配方法有多种，其中应用较多的是能

现已证明中函数方法采用规程库中的120组

耗法。能耗法一般是由3个参数来描述，只有日

数据就可得到各钢种规格的板形优化规程，而d中/

本的今井一郎方法是单参数的。2000年，笔者开

dh的精度还要高于中函数方法10倍。d中/dh方法

始研究今井一郎的负荷分配法。经研究认识到今

的在线应用主要是解决了换品种规格后的第一卷

井法只在轧制方面的书刊上有过介绍，但是未直

钢就能够命中目标。中函数由数据库表述，换轧辊

接应用的原因在于，今井方法的建立是以当时日

后第二卷钢可实现品种、规格命中目标，所以由b

本最先进的热连轧机的实际生产数据为基础，轧

函数库和db/dh函数完美地解决了自由轧制设定

制过程的能耗可测，但能耗的大小与轧件的钢

的问题

种、规格直接相关，很难使模型通用化，因此未

2.3.5中函数和d中/dh板形向量控制方法与现

被直接应用，仅作为能耗负荷分配方法的一种模式。

行板形控制方法比较

在认真分析今井能耗法模型之后，发现今井

目前板形控制技术的应用效果还是很好的，

能耗负荷分配模型中的厚度计算公式中，可求出

除极薄带钢板形还存在一些问题外，完全满足了

其反函数，即中函数。中函数的数学表达式为坯料

市场对热轧卷质量的要求。既然这样，db/dh模型

厚度H与成品厚度h的乘积与各道次厚度的函数。

用于板形闭环控制还有何意义呢？

得到中函数公式之后，笔者引用了大量实际数据

现在弯辊、辊形、CVC、PC和HC等控制板

对中函数的正确性和实用性进行了验证，见文献

形的方法还存在一些缺点。以最简单的弯辊控制

「10]

板形来说，它对热轧卷板形控制是很有效而且方法也很方便，对热轧卷直接应用没有问题，但是

2.3.3b函数和解析板形刚度理论相结合的实

际应用

供冷轧用的带卷，对冷轧影响非常大，热轧卷用弯辊控制使板凸度变化有转变点，当进行冷轧加

中函数不是求解负荷分配问题，它只是记录现

工时就会表现出来，现在冷轧机板形控制装备多

有的轧制厚度分配。它的第一个来源是，以现有

样化，就是由热轧卷采用弯辊方法造成的。如果

的已轧钢种规程的各道次压下量和累计压下量用

用中函数和d中/dh板形向量控制方法可以保证热

△中，和中，表述。中函数方法可用于热、冷连轧机

轧卷为二次曲线，此种坯料冷轧时的板形与热轧

动态轧制理论的产生和发展

5

坯料是一致的。

3结束语

辊形是非常重要的，特别是VCL型支持辊。

CVC、PC等可改变轧辊凸度适应轧辊磨损和

轧制领域一直未有完整的基础动态理论，笔

热膨胀的辊形变化，但是实现起来是很复杂的，

者提出的轧制过程动态理论包括连轧张力理论、

适应它的在线设定模型有上百个以上参数，这么

DAGC、中厚板轧制稳定性条件、解析板形刚度理

多的参数怎么能达到最优呢？另外其辊形磨损不

论和中函数和d中/dh方法等五项内容，这些内容

均匀，这是人所共知的问题。

已经过实验证明，并用于生产过程，动态理论将

HC轧机是比较优良的机型，它的主要特点是

是轧制领域的重大革命性进步。

由中间辊窜动消除轧辊间的有害接触，达到轧机横向刚度极大，而且增加了弯辊对板形控制力度。

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(4)

···试读结束···