王海玉等：粗轧板坯镰刀弯控制模型的研究与应用 ·295· 刀弯的调控方式是操作人员根据观察板坯镰刀弯大小 于EF段（等于AB段），即DF段减去DE段，即为本道 和方向，凭经验给定辊缝倾斜调整值，液压辊缝控制 次的入口板坯操作侧厚度差，其中，DE段由操作侧实 (hydraulic gap control,HGC)根据此值调节轧机两侧 测轧制力和实测轧制力偏差计算得到.为修正本道次 辊缝.但实际效果经常会出现偏差，出现调节不足或 的入口板坯操作侧厚度差，使操作侧板坯出口厚度为 过多的现象.因此，研究热连轧粗轧板坯镰刀弯问题 目标出口厚度值h,需将操作侧辊缝设定值调整为 是很有必要的 Ss,调整量为△Sa,s,即图中ON段.GR段所示的厚度 由于镰刀弯缺陷问题存在复杂的诱发原因与作用 差与板坯塑性变形系数的一半Q/2相乘，可得到I段 机理，且包含大量非线性与耦合影响关系，因此国内外 值，此值等于K段值，将K段的值除以单侧刚度值 学者对粗轧板坯镰刀弯现象进行的研究，主要集中在 Ks,即可得到MK段值，此值等于ON段值，即为辊缝 产生机理的定性描述，而对镰刀弯的定量描述研究相 调整量为△S,s·根据上一道次两侧实测轧制力差和 对较少[3-]，导致长期以来没有成功开发出有效的在 板坯塑性变形系数Q',本道次板坯塑性变形系数Q和 线控制策略与控制模型.因此，本文通过对某2250mm 操作侧轧机纵向刚度值Ks,求得修正上一道次出口 热连轧粗轧板坯镰刀弯现象进行分析，系统研究板坯 镰刀弯的操作侧辊缝倾斜调整值.其计算公式为： 镰刀弯产生机理，建立基于轧机两侧轧制力差的镰刀 P'/2-Pos 弯调平控制模型，将其应用到四辊电动+液压粗轧机 上，对长期以来困扰生产过程的粗轧镰刀弯缺陷进行 △S,0s= QH-Hos -02 2Kos (2) 有效抑制，提高粗轧机镰刀弯控制水平，为解决同类问 式中：H、Hs分别表示上一道次入口板坯厚度和入口 题积累了宝贵的经验 板坯操作侧厚度，mm:P'、Ps分别表示上一道次计算 轧制力和操作侧实测轧制力，kN 1镰刀弯调平控制模型原理 综合上述两部分操作侧辊缝倾斜调整值，即可得 针对引起镰刀弯的轧机两侧刚度差、辊缝初始倾 到针对镰刀弯控制的本道次操作侧总辊缝倾斜调整值 斜调整值不合理和上一道次遗留的镰刀弯问题，通过 △Ss' 分析轧制过程中轧机和板坯变形机理，建立基于两侧 QH-Hos- P'/2-Pis 轧制力差的镰刀弯调平控制模型. P-Po ASos =h- Q'/2 00+ 首先建立分析镰刀弯调平控制模型的P-h图]， 2Kos 如图1所示.图中以操作侧为例，包括了两个轧制道 (3) 次的工艺参数，本道次的工艺参数包括：操作侧设定辊 同理，本道次的传动侧总辊缝倾斜调整值△S如 缝S,目标出口厚度为h,计算轧制力P,板坯塑性变 下所示： 形系数Q:上一道次的工艺参数包括：设定辊缝S”,操 QH-His- P'/2 Pis 作侧原始设定辊缝Ss,入口厚度为H,操作侧入口厚 P-P。 0'/2 ASos =h- 度为Hs,目标出口厚度为h',计算轧制力为P',操作 2Kps 侧实测轧制力为P和板坯塑性变形系数Q' (4) 对于由于轧机两侧纵向刚度差和辊缝初始倾斜调 式中：H、Hs分别表示上一道次入口板坯厚度和入口 整值不合理产生的镰刀弯，使操作侧辊缝设定值为 板坯传动侧厚度，mm;P'、Ps分别表示上一道次计算 So,其对应的板坯出口厚度为hm,如图1中所示，偏 轧制力和传动侧实测轧制力，kN;Ks表示传动侧轧机 离目标出口厚度.为了修正出口厚度偏差，需将操作 纵向刚度值，kNmm1 侧辊缝设定值调整为Ss1,调整量为AS,s,即图中OT 将式(4)减去式(3)，即可得到本道次的总辊缝倾 段.根据本道次出口设定厚度五、计算轧制力P、单侧 斜调整值△Sp- 辊缝设定值Sm、零调轧制力P。和单侧刚度值Ks,由 △Sp=△Ss-ASs,（-2≤ASp≤2).(5) 两侧辊缝设定计算求得本道次的操作侧初始辊缝倾斜 因此，该调平模型主要包括两部分内容：设定本道 调整值.其计算公式为 次的初始辊缝倾斜调整值和修正上一道次出口镰刀弯 P-Po 的辊缝倾斜调整值.前者可以根据本道次的设定轧制 AS.s=h-（(Sm+2Ks (1) 力、设定出口厚度、两侧辊缝设定值、零调轧制力和两 对于上一道次遗留的镰刀弯问题，即本道次人口 侧轧机刚度值，由两侧辊缝设定计算得到：后者通过本 板坯镰刀弯，如图1所示.由于上一道次来料板坯楔 道次的板坯塑性变形系数以及上一道次的两侧实测轧 形(AB段)或轧机两侧刚度存在偏差，使出口板坯操 制力、板坯塑性变形系数、两侧轧机刚度值和两侧厚度 作侧产生厚度差，即图中GR段.由图1可知，GR段等 偏差计算得到.王海玉等: 粗轧板坯镰刀弯控制模型的研究与应用 刀弯的调控方式是操作人员根据观察板坯镰刀弯大小 和方向,凭经验给定辊缝倾斜调整值,液压辊缝控制 (hydraulic gap control, HGC) 根据此值调节轧机两侧 辊缝. 但实际效果经常会出现偏差,出现调节不足或 过多的现象. 因此,研究热连轧粗轧板坯镰刀弯问题 是很有必要的. 由于镰刀弯缺陷问题存在复杂的诱发原因与作用 机理,且包含大量非线性与耦合影响关系,因此国内外 学者对粗轧板坯镰刀弯现象进行的研究,主要集中在 产生机理的定性描述,而对镰刀弯的定量描述研究相 对较少[3鄄鄄12] ,导致长期以来没有成功开发出有效的在 线控制策略与控制模型. 因此,本文通过对某 2250 mm 热连轧粗轧板坯镰刀弯现象进行分析,系统研究板坯 镰刀弯产生机理,建立基于轧机两侧轧制力差的镰刀 弯调平控制模型,将其应用到四辊电动 + 液压粗轧机 上,对长期以来困扰生产过程的粗轧镰刀弯缺陷进行 有效抑制,提高粗轧机镰刀弯控制水平,为解决同类问 题积累了宝贵的经验. 1 镰刀弯调平控制模型原理 针对引起镰刀弯的轧机两侧刚度差、辊缝初始倾 斜调整值不合理和上一道次遗留的镰刀弯问题,通过 分析轧制过程中轧机和板坯变形机理,建立基于两侧 轧制力差的镰刀弯调平控制模型. 首先建立分析镰刀弯调平控制模型的 P鄄鄄 h 图[13] , 如图 1 所示. 图中以操作侧为例,包括了两个轧制道 次的工艺参数,本道次的工艺参数包括:操作侧设定辊 缝 SOS0 ,目标出口厚度为 h,计算轧制力 P,板坯塑性变 形系数 Q;上一道次的工艺参数包括:设定辊缝 S忆,操 作侧原始设定辊缝 S忆OS ,入口厚度为 H,操作侧入口厚 度为 HOS ,目标出口厚度为 h忆,计算轧制力为 P忆,操作 侧实测轧制力为 P忆OS和板坯塑性变形系数 Q忆. 对于由于轧机两侧纵向刚度差和辊缝初始倾斜调 整值不合理产生的镰刀弯,使操作侧辊缝设定值为 SOS0 ,其对应的板坯出口厚度为 hOS0 ,如图 1 中所示,偏 离目标出口厚度. 为了修正出口厚度偏差,需将操作 侧辊缝设定值调整为 SOS1 ,调整量为 驻SM,OS ,即图中 OT 段. 根据本道次出口设定厚度 h、计算轧制力 P、单侧 辊缝设定值 SOS0 、零调轧制力 P0和单侧刚度值 KOS ,由 两侧辊缝设定计算求得本道次的操作侧初始辊缝倾斜 调整值. 其计算公式为 驻SM,OS = h - ( SOS0 + P - P0 2K ) OS . (1) 对于上一道次遗留的镰刀弯问题,即本道次入口 板坯镰刀弯,如图 1 所示. 由于上一道次来料板坯楔 形(AB 段)或轧机两侧刚度存在偏差,使出口板坯操 作侧产生厚度差,即图中 GR 段. 由图 1 可知,GR 段等 于 EF 段(等于 AB 段),即 DF 段减去 DE 段,即为本道 次的入口板坯操作侧厚度差,其中,DE 段由操作侧实 测轧制力和实测轧制力偏差计算得到. 为修正本道次 的入口板坯操作侧厚度差,使操作侧板坯出口厚度为 目标出口厚度值 h,需将操作侧辊缝设定值调整为 SOS ,调整量为 驻Sh,OS ,即图中 ON 段. GR 段所示的厚度 差与板坯塑性变形系数的一半 Q/ 2 相乘,可得到 RI 段 值,此值等于 JK 段值,将 JK 段的值除以单侧刚度值 KOS ,即可得到 MK 段值,此值等于 ON 段值,即为辊缝 调整量为 驻Sh,OS . 根据上一道次两侧实测轧制力差和 板坯塑性变形系数 Q忆,本道次板坯塑性变形系数 Q 和 操作侧轧机纵向刚度值 KOS ,求得修正上一道次出口 镰刀弯的操作侧辊缝倾斜调整值. 其计算公式为: 驻Sh,OS = Q ( H - HOS - P忆/ 2 - P忆OS Q忆/ ) 2 2KOS . (2) 式中:H、HOS分别表示上一道次入口板坯厚度和入口 板坯操作侧厚度,mm;P忆、P忆OS分别表示上一道次计算 轧制力和操作侧实测轧制力,kN. 综合上述两部分操作侧辊缝倾斜调整值,即可得 到针对镰刀弯控制的本道次操作侧总辊缝倾斜调整值 驻SOS , 驻SOS = h - ( SOS0 + P - P0 2K ) OS + Q ( H - HOS - P忆/ 2 - P忆OS Q忆/ ) 2 2KOS . (3) 同理,本道次的传动侧总辊缝倾斜调整值 驻SDS如 下所示: 驻SDS = h - ( SDS0 + P - P0 2K ) DS + Q ( H - HDS - P忆/ 2 - P忆DS Q忆/ ) 2 2KDS . (4) 式中:H、HDS分别表示上一道次入口板坯厚度和入口 板坯传动侧厚度,mm;P忆、P忆DS分别表示上一道次计算 轧制力和传动侧实测轧制力,kN;KDS表示传动侧轧机 纵向刚度值,kN·mm - 1 . 将式(4)减去式(3),即可得到本道次的总辊缝倾 斜调整值 驻SP . 驻SP = 驻SDS - 驻SOS , ( - 2臆驻SP臆2). (5) 因此,该调平模型主要包括两部分内容:设定本道 次的初始辊缝倾斜调整值和修正上一道次出口镰刀弯 的辊缝倾斜调整值. 前者可以根据本道次的设定轧制 力、设定出口厚度、两侧辊缝设定值、零调轧制力和两 侧轧机刚度值,由两侧辊缝设定计算得到;后者通过本 道次的板坯塑性变形系数以及上一道次的两侧实测轧 制力、板坯塑性变形系数、两侧轧机刚度值和两侧厚度 偏差计算得到. ·295·