D0I:10.13374/j.issn1001053x.2001.05.018 第23卷第5期 北京科技大学学报 VoL23 No.5 2001年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct2001 热轧带钢板形板厚耦合特性变化 机理与参数求解 曹建国”张杰”陈先霖”魏钢城)杨金安)黄四清) 1)北京科技大学机械工程学院，北京1000832)武汉钢铁（集团）公司热轧厂，武汉430083 摘要通过对建立的耦合关系模型的分析，指出M仰，Mw,Q,Kp和Kw是决定工业轧机板形 板厚综合控制系统耦合特性的参数。它们随实际轧制生产条件的变化而改变.采用有限元模 型，结合工业轧机系统实测数据，给出1700m热连轧机耦合特性参数的求解方法，该方法为 板形板厚解耦设计的工业应用提供了切实可行的途径. 关键词热连轧机；带钢；板形控制：板形板厚综合控制：耦合：有限元法 分类号TG334.9;PG335.11 度控制的系统特性，可采用前馈补偿综合法， 1板形板厚的耦合与耦合特性参数 完成动态轧制过程的解耦控制，这时采用的解 耦补偿器为： 热轧带钢板形板厚综合控制包括设定和动 态控制两个方面.设定控制是指带钢咬人完成 D)=-1+T.K2 KwMwMO 1+Tss Kwo KM.O+MK(M+)(4) 前，根据板形和板厚的控制目标，给出合适的弯 D6)=梁& (5) 辊和压下位置等操作变量值，此时板形板厚的 式中，D(s),D(s)为板形板厚综合系统的解耦补 耦合关系模型可以表达为四： 4C=5△E 偿器；Tw,T分别为弯辊系统、压下系统时间常 Kw (1) 数：Kw,K∞分别为弯辊系统、压下系统比例系 Ah=AS4452△K (2) 数. M,Mw M,=8H-As然) 由式(4)，（⑤）可知，动态控制时，板形板厚的 (3) 耦合关系不仅与5个参数M,Mm,2,K,和Kw有 式中，△C为带钢出口凸度偏差；△H,△h分别为 关，还与工作辊液压弯辊和轧机压下位置的动 带钢入口、出口厚度偏差；△F,△Fw分别为轧制 态特性有关.对于具体轧机，弯辊系统和压下系 力、弯辊力增量；△S为轧机压下位置调节量； 统的动态特性一般是可测不变的.也就是说，在 △K,△Kw分别为轧制力、弯辊力横向刚度； 轧机的动态控制中，具体轧机的板形板厚耦合 △M,△Mw分别为轧制力、弯辊力纵向刚度；Q为 特性也只与M,Mw,2,K和Kw有关. 带钢塑性刚度、 因此，在板形板厚综合系统研究中，可将 由式(1(3)可知，设定控制时，板形板厚的 M,Mw,Q,K,和Kw称为板形板厚的耦合特性参 耦合关系取决于参数：M,Mw,2K,和Kw. 数 动态控制是指带钢咬入完成后，以锁定的 带钢头部控制质量为起点，动态调整弯辊和压 2热轧带钢板形板厚耦合特性变化 下位置等操作变量来消除锁定后带钢的板形偏 差和同板厚差（带钢纵向厚差.考虑到板形控 2.1热轧轧制条件的变化 宽带钢热连轧机通常由7架四辊轧机（依 制系统需要先后投人平坦度监视控制和动态凸 次称作F1,F2,…,F7)组成.本文研究的1700mm 收稿日期200102-27曹建国男，30岁，讲师，博士 热连轧机板形控制系统设备具有如下特点：F4 *国家“九五"科技攻关项目(No.95-527-010204)基金 F7机架采用工作辊长行程窜辊（±150mm)和强 *国家自然科学基金重点资助项目No.59835170)
第 卷 第 期 年 一。 月 北 京 科 技 大 学 学 报 几 峭 畔 一 七 卜 州口 七 一 随么 热轧带钢板形板厚藕合特性变化 机理与参数求解 曹建国 ‘， 张 杰 ” 陈先霖 ” 魏钢城 ” 杨金安 ” 黄四 清 ” 北京科技大学机械工程学院 ， 北京 武汉钢铁 集团 公司热轧厂 ， 武汉 摘 要 通 过对建立 的藕合关系模型 的分析 ， 指 出 ， ， ， 和 是决定工业轧机板形 板厚综合控制系统藕合特性 的参数 它们随实际轧制生产条件的变化而改变 采用有 限元模 型 ， 结合工业轧机系统实测 数据 ， 给出 热连轧机藕合特性参数的求解方法 ， 该方法为 板形板 厚解祸设计的工业应用提供 了切 实可 行 的途径 关键词 热连轧机 带钢 板形 控制 板形板厚综合控制 藕合 有限元法 分 类号 板形板厚的藕合与藕合特性参数 热轧带钢板形板厚综合控制包括设定 和 动 态 控制两 个方 面 设定 控制是 指带钢 咬人完成 前 ， 根据板形 和板厚 的控制 目标 ， 给 出合适 的弯 辊 和 压 下 位置 等操作变 量 值 ， 此时 板形板厚 的 藕合关 系模 型 可 以 表达 为 ‘，， 度控制的系统特性 ， 可 采用 前馈补偿综合法 ‘ 刀 完成动态轧制过程 的解藕控制 ， 这 时采用 的解 藕丰卜偿器 ‘ 为 几 ’ 一 ， 一 。 喃 。 。 人九 ， 少人九凡 赫 ‘ 。 卜 △凡 △卢场 一二 一 下下一一 八 人 △” 一 解黯赘 鳞 一 韵 研 一 昭一 鄂 ， 式 中 ， △ 为带钢 出 口 凸 度偏 差 厅 ， △ 分别为 带钢人 口 、 出 口 厚度偏差 △矛乍 ，△卢偏分别为轧制 力 、 弯辊 力 增 量 △ 为 轧 机 压 下 位 置 调 节 量 凡 ，△犬 分 别 为 轧 制 力 、 弯 辊 力 横 向 刚 度 △赫 ，△ 分别为轧制力 、 弯辊 力纵 向刚度 为 带钢 塑 性 刚度 由式 卜 可 知 ， 设定控制 时 ， 板形 板厚 的 祸合关 系取 决于 参数 赫 ， ， 凡 和 动态控制 是 指带 钢咬人完成后 ， 以 锁 定 的 带 钢头 部控制质 量 为起点 ， 动态调 整 弯辊 和 压 下位置等操作变 量来消除锁定后 带钢 的板形偏 差 和 同板厚差 带钢 纵 向厚差 考虑 到板形控 制 系统需 要先后 投 人平坦度监视控制和 动 态 凸 式 中 ， 马 刀 为板形板厚综合系统的解藕补 偿器 ， 分别为弯辊 系统 、 压下 系统时间常 数 。 大南分别 为弯辊 系统 、 压下 系统 比例 系 数 由式 ， 可 知 ， 动态控制 时 ， 板形板厚 的 藕合 关 系不 仅 与 个参数赫 凡 ， 凡 和 有 关 ， 还 与工作辊液压弯辊和轧机压下 位置 的动 态特性有关 对于具体轧机 ， 弯辊 系统和压下 系 统 的动态特性一般是可测不变 的 也就是说 ， 在 轧机 的 动态控制 中 ， 具体轧机 的板形板厚藕合 特性也 只 与 ， ， 凡 和 有关 因此 ， 在板形板厚综合 系统研究 中 ， 可将 赫 ， ， 凡 和 称 为 板 形 板 厚 的藕合特性 参 数 、产少、卢 ， 了、了产 乙，内，几 收稿 日期 一 一 曹建国 男 ， 岁 ， 讲师 ， 博士 国家 “ 九五 ” 科技攻关项 目 认 一 一 刁 一 基金 国家 自然科学基金重 点资助项 目困 热轧带钢板形板厚藕合特性变化 热轧轧制条件的变化 宽带钢热连轧机通 常 由 架 四辊轧机 依 次称作 ， ， … ， 组成 本文研究 的 热连轧机板形控制系统设备具有 如下特点 小 机架采 用 工作辊 长行程窜辊 士 〔 〔 和 强 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2001．05．018
VoL23 No.5 曹建国等：热轧带锅板形板厚耦合特性变化机理与参数求解 ·453· 力液压弯辊(300-2000kN),F7机架出口配置了 轧制单位的主体材材质、带钢规格等各不相同， 检测控制效果的激光平坦度仪和扫描式凸度 导致热轧带钢生产轧制条件的显著变化，轧制 仪.因此本文板形板厚综合控制的耦合特性研 工艺参数也相应发生变化，从而由下文的耦合 究主要针对F4F7机架. 特性参数的确定可知板形板厚耦合特性随之发 同一块带钢依次通过不同机架轧成成品带 生变化. 钢时，不同机架的轧制参数均各不相同，如出口 22耦合特性的变化与参数的确定原则 带钢厚度h,轧制速度V,轧制温度T,轧制力 (I)轧制力纵向刚度M.M,取决于F,作用 F等，这些轧制参数的相对变化R可见图1；而 下的辊系、机架、压下系统、测压仪、支持辊轴承 且不同机架的轧辊辊形变化也显著不同阿 座、支持辊油膜轴承等变形，它们受变化的轧制 实际生产中，一套大型工业热连轧机的产 参数，如带钢宽度、轧制速度、工作辊综合辊形、 量约为400万a,它是按轧制单位组织生产的. 支持辊综合辊形等阿的影响.因此，理论计算的 180 M,m主要为轧机设计计算提供依据.工业应用 160 中，针对具体轧机，必须采用轧辊压靠法等实测 120 法进一步确定M,以提高模型精度. (2)带钢塑性刚度Q.Q取决于带钢的厚度、 280 材质和轧制温度等.在1700mm热连轧机中， % 它由过程控制计算机根据不同机架实际的工作 0 辊直径、实测轧制力、轧辊转速和建立的前滑模 4 5 6 机架号(Fi) 型等确定轧制单位中不同序号带钢在各机架不 图11700mm热连轧机不同机架轧制参数相对变化关系 同的Q值. Fig.1 Relative variation of rolling data for different stands (3)轧制力横向刚度K,和弯辊力横向刚度 in1700 mm hot strip m迅 K.它们取决于带钢宽度、出口板厚、轧制力、 工作辊窜辊量、轧辊综合辊形和直径等，可由建 一个轧制单位由烫辊材、过渡材、主体材等组 立的热轧板形控制系统AP℉C的计算模型得到， 成，同一轧制单位内带钢材质、规格复杂多样， 亦可采用有限元等数值计算方法来确定 尤其是市场经济条件下严格按合同生产，要求 (4)弯辊力纵向刚度Mw.目前尚未见到M 实现自由规程轧制SFR时，更是如此.因此同一 的确定方法，1700mm热连轧机原板形控制模 机架轧制不同带钢时，轧制参数各不相同.以一 型试图采用经验参数予以处理，但随意性过大， 个轧制单位内工作辊综合辊形C为例，它可 调试过程中控制效果不理想并影响正常生产的 表达为： 进行，难以与实际情况相符，因此安装至今从未 CwR=Cwo+Cwr+Cww (6) 投入正常运行. 式中，Cwo为工作辊磨削辊形；CwT为工作辊热辊 相对于轧制力而言，工作辊液压弯辊力要 形；Cww为工作辊磨损辊形.图2为一次轧制单 小，且由耦合分析可知，弯辊力对出口板厚的耦 位中F4机架工作辊辊形变化过程. 合通道影响较压下位置引起的出口板厚变化控 宽带钢热连轧机轧制品种丰富多样，相应 制主通道影响要小".更为重要的是，工作辊弯 0.05 0.1 上机前1h 辊力是通过施加于轧辊辊颈改变辊缝的形状和 0.2 大小，而不是如轧制力直接作用于辊身改变辊 下机后1h 0.3 缝的大小和形状.因此，Mw难以通过轧制法、轧 50.4 辊压靠法等实测法来确定，目前可行的方法是 下机后43h 0.5 通过理论计算确定 0.6 根据弯辊力纵向刚度定义知： -1000-800 400 0 400 8001000 x /mm 从=2R Sw (7) 图21700mm热连轧机的工作辊实测辊形(F4机架) Sw=fw+ (8) Fig.2 Measured work roll contours with the rolling cam- 式中，S侧为弯辊力作用下工作机座弹性变形； paign (Stand F4)in 1 700 mm hot strip mill
曹建 国等 热轧 带钢 板 形板厚藕合特性变化机理 与参数求解 力液压弯辊 一 ， 机架 出 口 配置 了 检 测 控 制效 果 的激 光平 坦度 仪 和 扫 描 式 凸 度 仪 因 此本文板形板厚综合控制 的藕合特性研 究 主要针 对 机架 同一块带钢依次通过不 同机架轧成成品带 钢时 ， 不 同机架 的轧制参数均各不相 同 ， 如 出 口 带钢厚度 ， 轧制速度 ， 轧制温度 ， 轧制力 等 ， 这些轧制参数 的相对变 化 可 见 图 而 且不 同机 架 的轧辊辊形 变 化也显 著不 同‘ 实 际生产 中 ， 一套大型 工业热 连轧机 的 产 量约 为 万 灯 ， 它 是按轧制单位组织生 产 的 芝 蔺 公一一‘兰哀二二厂二二尸一一万 峨 一 一 介厂一一 乏与 ， 机架号 圈 热连轧机不 同机架轧制 参数相对变化关 系 】加 幻 代 恤 血 。川 川 一个轧制单位 由烫辊材 、 过渡 材 、 主体材 等组 成 ， 同一轧制单位 内带钢材质 、 规格复杂 多样 ， 尤其是市场经济条件下 严格按合 同生 产 ， 要求 实现 自由规程 轧制 时 ， 更是如此 因此 同一 机架轧制不 同带钢时 ， 轧制参数各不 相 同 以一 个轧制单位 内工作辊综合辊形 呱 为例 ， 它可 表达 为 呱月 书 盯十〔 知 式 中 ， 。 为工作辊磨削辊形 刃饥 为工作辊热辊 形 刃料 为 工作辊磨损辊形 图 为一 次轧制单 位 中 机架工作辊辊形 变化过 程 宽带 钢热连轧机轧制 品种 丰富多样 ， 相 应 亡乏石二 一 一 － 一 一 － 丁牙刊 上机前 ‘ 一 矛洲 下 机后 下 机后 、勺日要 孟 一 一 一 轧制单位 的主体材材质 、 带钢规格等各不 相 同 ， 导 致热轧带钢生产轧制条件 的显 著变化 ， 轧制 工艺参数也相 应发生变 化 ， 从而 由下 文 的藕合 特性参数的确定 可 知板形 板厚藕合特性随之发 生 变化 藕合特性的变化与参数的确定原则 轧制力纵 向刚度 赫 赫 取决于 凡 作用 下 的辊系 、 机架 、 压下 系统 、 测压仪 、 支持辊轴承 座 、 支持辊油膜轴承等变形 ， 它们受变化 的轧制 参数 ， 如带钢宽度 、 轧制速度 、 工作辊综合辊形 、 支持辊综合辊形 等‘ 的影 响 因此 ， 理论计算 的 材卜‘ ，主要 为轧机设计计算提供依据 工业应用 中 ， 针对具体轧机 ， 必须采用 轧辊压靠法 等实测 法‘ ，进一 步确定 赫 ， 以提高模 型 精度 带钢 塑性 刚度 取决于带钢 的厚度 、 材质 和 轧制温度等 在 热连轧机 中 ， 它 由过程控制计算机根据不 同机架实际 的工作 辊直径 、 实测 轧制力 、 轧辊转速 和 建立 的前滑模 型 等确定轧制单位 中不 同序号带钢在各机架不 同的 值 轧制力横 向刚度 称 和 弯辊力横 向刚度 它们取决于 带钢宽度 、 出 口 板厚 、 轧制 力 、 工作辊窜辊量 、 轧辊综合辊形 和 直径等 ， 可 由建 立 的热轧板形控制系统 的计算模型得到 ， 亦可 采用 有 限 元等数值计算方法 来确定 ‘， 弯辊力纵 向刚度 例喃 目前 尚未见 到 材认 的确定方法 ， 热连 轧机原板形 控制模 型 试图采用 经验参数予 以处理 ， 但随意性过大 ， 调试过程 中控制效果 不 理想并影 响正 常生 产 的 进行 ， 难 以 与实 际情况相符 ， 因此安装至 今从未 投 人 正 常运行 相 对 于 轧 制力 而言 ， 工作辊液 压 弯辊力要 小 ， 且 由藕合分析可 知 ， 弯辊力对 出 口 板厚 的藕 合通道影响较压下位置 引起 的 出 口 板厚变化控 制 主通 道影 响要小 ‘，’ 更 为重要 的是 ， 工 作辊 弯 辊力是通过施加于 轧辊辊颈改变 辊缝 的形状 和 大小 ， 而 不 是如轧制力直接作用 于辊 身改变辊 缝 的大小和形状 因此 ，材切难 以 通 过轧制法 、 轧 辊压靠法 等实测法来确定 ， 目前 可行 的方法是 通过理论计算确定 根据弯辊力纵 向刚度定 义 知 圈 ， 热连轧机的工作辊实 侧辊形 机 架 · ， 和 ， 邝山 如 扭 凡 ， ， 、 五么 共 竺 凡 人 场 式 中 ， 为弯辊力 作用 下 工作机座 弹性变形
·454· 北京科技大学学报 2001年第5期 w为辊系弹性变形：为辊系弹性变形以外的 机座变形 若令MRw= 2,M=2,则有： JRW 1 1 MwMgw Mit (9) 0e1 即： M=之0 (10) 式中，Mw为弯辊力的辊系纵向刚度；Mm为轧机 工作机座除辊系以外其他部分的纵向刚度.M 打 可通过求解机架变形、压下系统变形、垫板及止 推球面垫变形、测压仪变形、支持辊轴承座变 图3二维变厚度有限元模型 形，以及支持辊轴承变形等值确定m:Mw可由下 Fig.3 2D FEM model with varying thickness 文介绍有限元模型确定.若能求得Mw,MH,即 模量等效原则确定： 可利用式(10)确定Mw. Z=3.--血49s如4 4 8 3耦合特性参数求解 一sinS,-sinS …D (15) S=aresin2(+h D (16) 如上文所述，板形板厚耦合特性参数中的 (17) M,Q,K和Kw可根据数学模型并结合实测数据 &=arsin2光 式中，Z,为y,层单元厚度；h,为y层单元高度；D 确定.对于难以确定的弯辊力纵向刚度Mw,本 为Dw或DB 节采用有限元方法进行数值求解. 采用常规三维有限元方法计算辊系变形存 计算时的主要轧制过程参数，如带钢规格、 在计算量大、单位工况计算时间过长的缺点，不 轧制力、弯辊力、工作辊综合辊形等，均取自现 场采集的实际数据，以保证计算结果更符合具 适合多工况的计算.本文采用经过工业轧机实 践检验的多体接触二维变厚度有限元方法建 体轧机的生产实际，川.根据以上参数，可按图4 计算Mw. 立弯辊力纵向刚度有限元模型.在此模型中，在 结合实测数据，采用理论模型可求得配备 轧辊接触界面处，设置具有适应功能的边界接 触层单元，按抗压扁性相等原则确定等效理论 强力弯辊的F4~F7机架耦合特性参数.以取样 厚度（图3）： 带钢4.88mm×1340mm为例，取Dw=760mm,Da =1570mm,其余参数及计算结果见表1. Zs=hs'4(1-v) (11) πDw Zw=hw∵41-丙'D (12) 开始 Za=he'4(1-V)Dx (13) 输人参数CR,C,Dw,Da DsDw DaDa+Dw (14) 选取带钢材质Mtl、规格h×B 式中，Z为工作辊在与带钢接触界面处的接触 层单元等效理论厚度；Z,为工作辊在与支持辊 确定计算机架的F,和Fw(47 接触界面处的接触层单元等效理论厚度；Z为 根据有限元模型计算众和M 支持辊在与工作辊接触界面处的接触层单元等 仁4) 效理论厚度；hs为工作辊在与带钢接触界面处 根据弹性变形理论计算和M 的接触层单元高度；hw为工作辊在与支持辊接 (i=42) 触界面处的接触层单元高度；h为支持辊在与 根据式(10)计算Mm0=4-7) 工作辊接触界面处的接触层单元高度；为泊松 结束 比；Dw,D分别为工作辊、支持辊直径. 模型中，轧辊各层实体单元的厚度按抗弯 图4Mw计算框图 Fig.4 Flow chart for the calculation of Mw
一 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 痴 为辊 系弹性变形 汤 为辊 系弹性变 形 以 外 的 机座变形 若令 从 粉 ， ‘ 一 乎 ， 则有 一一 赢 六 人九 从 从 从 人九 式 中 洒几 为弯辊力 的辊 系纵 向刚度 白为轧机 工作机座 除辊 系 以外其他部分 的纵 向刚度 材石 可 通过求解机架变形 、 压下 系统变形 、 垫板及止 推球面垫 变形 、 测 压 仪变形 、 支持辊轴承座 变 形 ， 以及支持辊轴承变形 等值确定叭材而 可 由下 文介绍 有 限元模型 确定 若能求得 几 ， 材白 ， 即 可 利用 式 确定 材诱 ‘ 一下、 、 图 二维变厚度 有限 元模型 啥 · 币 模量等效原 则确定 祸合特性参数求解 如上 文所述 ， 板形 板厚藕合特性参数 中的 麟，凡和 可 根据数学模型 并结合实测 数据 确定 对于难 以确定 的弯辊力 纵 向刚度 材谛 ， 本 节采用 有 限元方法进 行数值求解 采用 常规三维有 限元方法计算辊 系变形存 在计算量大 、 单位工况计算时间过长 的缺点 ， 不 适合多工 况 的计算 本 文采用经过 工业轧机实 践检验 的多体接触二维变厚度有 限元方法‘ 建 立 弯辊力纵 向刚度有 限元模型 在此模型 中 ， 在 轧辊接触界 面处 ， 设置具有适应功 能 的边 界接 触层单元 ， 按抗压扁性 相 等原则确定等效理论 厚度 图 乙 ， 二 一只一 一凡 一 凡 ， 一 ，凡 · 一 架男 ， ， 、 一 晋 “ ，， 式 中 ， 乙 为 ， 层单元厚度 ， 为 ，层单元高度 为 或 。 计算时 的主要轧制过程参数 ， 如带钢规格 、 轧制 力 、 弯辊力 、 工作辊综合辊形 等 ， 均取 自现 场采集的实际数据 ， 以保证计算结果更符合具 体轧机的生产实际‘， ” ， 根据 以上参数 ， 可按图 计算 材认 结合实测 数据 ， 采用 理论模型 可 求得配备 强 力 弯辊 的 小 机架藕合特性参数 以取样 带钢 。 们。 为例 ， 取 二 ， ， 、产 其余参数及计算结果见表 了、、了‘、产 曰，，几且几，︸气 、产尹少 鱼氏风 · 。 兀 一 沪 兀 ’ 一 护 冗 一 护 。 。 · 刀 口月 万二产 石万』曰丁产 丈孕夕 输 人参数 ， ， 呱 刀 刀 ， － 一一未一一一一一 选取带 钢材质 、 规格 式 中 ， 为工 作辊在 与带钢接触界面处 的接触 层 单元等效理论厚度 为工作辊 在 与支持辊 接触界 面处 的 接触层单元等效理论厚度 几 为 支持辊在与工作辊接触界面处 的接触层单元等 效理论厚度 为 工作辊在 与带 钢接触界 面处 的接触层单元高度 为工作辊在与 支持辊接 触 界 面处 的接触层 单元高度 。 为支持辊在 与 工作辊 接触界面处 的接触层单元高度 为泊松 比 ， 。 分别为工作辊 、 支持辊 直径 模型 中 ， 轧辊各层 实体单元 的厚度按抗 弯 确定计算机架 的凡 ‘和 ‘ 卜斗 二一二二一一一二一一丰一一一一－ 一 很据有 限元模型计算八 和 铂 一 畏据－弹性变 业 形 今 理论 生 计 一算关－廿 和 从 根据式 计算入耘 卜 小 结束 图 初计算框图 啥 喃
Vol.23 No.5 曹建国等：热轧带钢板形板厚耦合特性变化机理与参数求解 ·455· 结合生产实际研制的板形设定解耦模型， 径；结合生产实际，将理论计算结果应用到大型 计算确定的耦合特性参数在1700mm热连轧机 工业轧机的过程控制，取得了明显的生产实绩. 试运行，提高了轧制力预报精度和带钢厚度高 参考文献 精度命中率 】曹建国，张杰，陈先霖，等.热轧带钢板形板厚综合控 表11700mm热连轧机取样带钢工艺参数及计算的潮 制系统的辆合关系.北京科技大学学报，2000,22(6)： 合特性参数 551 Table 1 Rolling datas and calculated decoupling technol- 2刘展晖，多变量过程控制系统解耦理论.北京：水利 ogical parameters for the strip sample in 1 700 mm hot 电力出版社，1984 strip m训l 3何克忠，李伟.计算机控制系统.北京：清华大学出版 杜，1998 参数 F4 F5 F6 F7 出口厚度，h/mm 7.686.105.094.48 4曹建国.宽带钢热连轧机板形板厚解糊控制研究：[博 土学位论文].北京：北京科技大学，2000 工作辊综合辊形，Cw/mm 0.400.300.240.15 5曹建国，陈先霖，张清东，等.宽带钢热轧机轧辊磨损 支持辊综合辊形，Cm/mm 0.000.150.200.25 与辊形评价.北京科技大学学报，1999,21(2)：188 轧制力，FkN 11500943082907890 6杨节.轧制过程数学模型.北京：冶金工业出版社， 弯辊力，2FwkN 1260138015801600 1993 轧制力纵向刚度，M/kN.mm15600502049205240 7喻飞鹏.轧机纵刚度的理论计算.钢铁，1980,15(6)： 弯辊力纵向刚度，M,kNmm7410644063006840 g 带钢塑性刚度，QkN,mm298072701661018010 8 Ginzburg V B.High-Quality Steel Rolling:Theory and 轧制力横向刚度，K/kN.mm122.31123.02121.64116.81 Practice.New York:Marcel Dekkor Inc,1993 弯辊力横向刚度，KkN·mm'10.4810.4810.4810.46 9Chen Xianlin,Zou Jiaxiang.A Specialized Finite El- ement Model for Investigating Controlling Factors Affect- 4 结论 ing Behaviour of Rolls and Strip Flatness.In:Proceedings of 4th International Steel Rolling Conference.Deauville, (1)工业轧机的板形板厚耦合特性取决于耦 France,1987.E4 合特性参数M,Q,K和Kw,它们随实际轧制生 10 Somers RR,Pallone G T,McDermott J F,et al.Verifica- 产条件的变化而显著变化.本文首次揭示了热 tion and Applications of a Model for Predicting Hot Strip Profile,Crown and Flatness.Iron and Steel Engineer, 轧带钢板形板厚耦合特性变化机理. 1984,61(9):35 (2)建立弯辊力纵向刚度有限元模型，结合 11 Guo Remnmin.Computer Model Simulation of Strip 大量工业实测数据完成了耦合特性参数求解， Crown and Shape Control.Iron and Steel Engineer,1986, 为解耦设计的工业应用提供了切实可行的途 63(11):35 Variation Mechanism and Its Solution of Decoupling Technological Parame- ters for the Combined Shape and Gauge Control System in Hot Strip Mills CAO Jianguo",ZHANG Jie,CHEN Xianlin",WEI Gangcheng,YANG Jin'an?,HUANG Siqing 1)Mechanical Engineering School,UST Beijing.Beijing 100083 2)Hot Strip Mill Plant,Wuhan Iron and Steel Company,Wuhan 430083,China ABSTRACT Since decoupling technological parameters,Mp,Mw,Q,Kp and Kw,of the combined shape and gauge control system vary widely as the rolling condition by theoretical analysis of developed mathema- tical models and industrial experiment on the production mill,this paper develops mathematical models by FEM for calculating decoupling technological parameters of 1 700 mm hot strip mill.The calculated parame- ters are applied in the proudction mill and proved to be effective. KEY WORDS hot rolling mill;strip;shape control;combined shape and gauge control;couple;FEM
、勺 曹建 国等 热 轧带钢板形板厚祸合特性变化机理 与参数求解 结合生 产实际研制 的板形设定 解祸模型 ， 计算确定的拥合特性参数在 热连轧机 试运 行 ， 提高 了轧制力预报精度 和带钥厚度高 精度命 中率 径 结合生产实际 ， 将理论计算结果应用 到大型 工业轧机的过程控制 ， 取得 了明显 的生产实绩 衰 热连轧机取样带钢 工艺参数及计算的报 合特性参数 介 曰 血 概 沙 恤 血 扭 参 数 出口 厚度 声 工作辊综合辊形 ， 已司袖 巧 支持辊综合辊形 ， 以 巧 轧制力 ，凡 弯辊力 ， 矛’ 轧制力纵向刚度 ， 洒洲 · 一 ， 弯辊力纵向刚度 ，叼切瓜 一 ， 带钢塑性刚度 刀瓜 一 ‘ 轧制力横向刚度 ， 办洲 · 一 ， 一 “ 弯辊力横向刚度 ，尤侧瓜 一 ， 结论 工业轧机的板形板厚藕合特性取决于藕 合特性参数 赫 ，， ， 和 ， 它们随实际轧制生 产条件 的变化而 显 著变化 本文首次揭示 了热 轧带钢板形板厚藕合特性变化机理 建立 弯辊力纵 向刚度有 限元模型 ， 结合 大量 工业 实测数据完成 了藕合特性参数求解 ， 为解藕设计 的工业 应 用 提供 了切 实 可 行 的途 参 考 文 献 曹建国 ， 张杰 ， 陈先霖 ， 等 热轧带钢板形板厚综合控 制系统 的藕合关系 北京科技大学学报 ， ， 刘 晨晖 多变量过程控制系统解藕理论 北京 水利 电力 出版社 ， 何克忠 ， 李伟 计算机控制系统 北京 清华大学 出版 社 ， 曹建国 宽带钢热连轧机板形板厚解藕控制研究 博 士学位论文 北京 北京科技大学 ， 曹建 国 ， 陈先霖 ， 张清东 ， 等 宽带钢热轧机轧辊磨损 与辊形评价 北京科技大学学报 ， ， 杨节 轧制过程数学模型 北京 冶金工业 出版社 ， 喻飞鹏 轧机纵刚度 的理论计算 钢铁 ， ， 巧 飞 丫’ 陌 ， ， 琳 】 比 ， ， 邝 ， ， ， 垅 配 示 ， 诀叮 ， ， 如 ， ， 恤 口 涌公爬州’ ， 刀剔刀 ， 〕 ， 爪曰 ” 心， 翔 ，， 心 ， ， 访 吨 州 七 户川， ， 俪 ， ， ， ， ， 】 呷 ， 别