板带轧机系统自动控制PPT
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与基准值之差，通常采用轧辊在使用一个轧制周期后的径向尺 寸变化量来表示。
d1
d2
wE1 wc
操作侧
wE2
驱动侧
边部
定常部分
边部
轧辊磨损示意图
0.05 0 -0.05 -0.10 -0.15 -0.20 -0.25 -0.30 -0.35 -0.40
轧辊磨损量/mm
0
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 与轧辊端部距离/m
1.轧辊热膨胀
板形计算精度很大程度上取决于轧辊温度场的计算精度。 辊型在线检测技术限制，很难在线准确测量轧辊热凸度，往
往通过轧辊温度场的计算来预报和控制轧辊热变形。
计算方法主要有两种：理论公式法和实测数据法 理论公式法：可考虑复杂边界条件，精度高，速度慢 有限元法、有限差分法 实测数据法：无法考虑边界条件，精度较低、速度快
根据以上分析阐述，板形理论拟重点进行如下研究:
板形离线设定控制的机理模型是最基本的板形理论和控制
模型，包括八个方面： （1）轧件三维塑性变形模型 （2）辊系弹性变形（包括热变形）模型 （3）轧件和轧辊的温度场模型
（4）辊系磨损模型
（5）板形良好判别模型 （6）板形偏差模式识别（分解）模型 （7）板形标准曲线模型 （8）板形控制策略模型
板形在线控制的快速智能模型主要包括板形预报和板形控 制的智能模型及其自适应和自学习
机理模型特点：理论分析能力强，模型庞大完善，计算时间长，适合 离线仿真 智能模型特点：模型简单，计算时间短，快速响应，能够自适应和自
学习，适合在线计算
在前述完整系统的板形理论和控制模型的基础上，可以开发出多 种板形控制模型和技术，如机理离线仿真技术、辊型优化模型和技术、 轧辊横移模型和技术、弯辊模型和技术、轧辊分段冷却模型和技术、 边部减薄控制模型和技术、板形在线控制技术，等等。
板带轧机系统 自动控制
板形控制
一、板形与横向厚差>>> 二、影响负载辊缝形状的因素 >>> 三、板形控制的工艺理论 >>>
一、板形与横向厚差
1. 横向厚差和板形概念
板带的几何尺寸精度三大质量指标： 纵向厚差、横向厚差(板凸度)和板形(平直度)
纵 向 厚 差 控制：理论简单，技术容易实现。 板形和板凸度控制：理论复杂，技术难以实现。
接 触 疲 劳 磨 损 按 磨 损 表 面 分
三 体 磨 料 磨 损 二 体 磨 料 磨 损
冲 蚀 磨 损
微 动 磨 损
冲 击 磨 损
严 重 磨 损
轻 微 磨 损
按 相 对 硬 度 分
软 磨 料 磨 损 硬 磨 料 磨 损 固 定 磨 料 磨 损
按 相 对 运 动 分
自 由 磨 料 磨 损
咬 咬 擦 胶 死 焊 伤 合
2.轧辊磨损
轧辊是轧制过程中直接作用于金属轧件的压力加工工具。 轧制时轧辊与轧件之间以及轧辊之间的相互接触摩擦，导致了 轧辊的磨损。在轧制生产中，轧辊承受伴有较硬氧化物研磨的 周期性载荷和温度波动，并处于水蒸气和空气的氧化性气氛中， 与周围液体及气体介质相互作用，受到多种类型磨损机理的共 同作用。在热轧中是按轧制单位来组织生产的，即每轧完一定 数量的轧件后更换轧辊。在整个轧制单位内，轧辊的辊型经历 了很大的变化，存在较大的磨损量。 由于轧辊磨损影响辊系变形的计算精度，同时会对前张应 力，轧制压力及辊间压力造成一定影响，故建立了轧辊磨损模
双边浪
两肋浪
单边浪
中浪
2.横向厚差和板形表示方法
Hz Hb
hb hz
H b H z H b hb hz hb
板形：宽度上最长和最短条之间的相对长度差度量 单位：相对长度差以10-5作为一个单位，称为I
3.保持板材平直度的条件
旧观念：认为延伸率沿宽度处处相同板形就良好。
缺
点：没有考虑金属横向流动。
●
技术现状：大中型板带轧机几十套，板形控制技术整体落后 原因——自制设备,控制能力不强，缺少先进模型
——引进设备,缺乏配套的先进模型
● ● 技术关键：先进的板形控制模型，技术提高的瓶颈 成果意义：适应重大装备技术需求，为板形控制系统提供实用 模型，提升板形控制水平，旧轧机改造、新轧机设 计、引进轧机能力的充分发挥和提高，提供控制模 型和软件，提高板形质量和成才率，钢铁大国走向 钢铁强国。
首钢3500中厚板轧机工作辊磨损实测值
三、板形控制的工艺理论
●
● ● ● ● ●
钢
铁：最主要工程材料，中国钢铁产量居世界第1位
板 带 钢：最主要的钢材产品，约占钢材总量的45％ 应 板 用：汽车、造船、桥梁、建筑、家用电器等 形：板带材重要质量指标（平直度，板凸度）
板带轧机：板带材生产的关键设备 板形控制：板带轧机的关键技术和高难度技术
型，对轧制过程轧辊磨损进行预测。
按表面性质分类
磨损
按环境与介质分类
金 属 金 属
磨 损
金 属 磨 料
磨 损
金 属 流 体
磨 损
按 机 理 分 类
Baidu Nhomakorabea
干 磨 损
湿 磨 损
流 体 磨 损
粘 着 磨 损
磨 料 磨 损
腐 蚀 磨 损 按 力 的 作 用 特 点 分
凿 削 式 磨 损 碾 压 式 磨 损 划 伤 式 磨 损
H ( y) const h( y ) 新观念：板形平直度和横向厚差相互影响。
优
点：考虑了金属横向流动，保证板形平直度和
横向厚差都满足要求。
d u( y) H ( y ) L( y )y h( y )l ( y ) 1 y dy
二、影响负载辊缝形状的因素
板形理论和板形控制数学模型及仿真系统
主要包括：板形离线设定控制的机理模型与仿真
板形在线控制的快速智能模型与仿真
板形控制数学模型从研究的内容和作用分为：
板形模式识别模型、板形预报模型
板形控制模型、液压弯辊力控制(板形主要调节手段)模型 板形控制数学模型从研究的原理和方法分为： 基于轧机基本理论的机理模型 基于经验和数据的智能模型
轧件方面
轧辊磨损的影响因素 轧辊方面
轧制工艺方面
轧件的温度 轧件的材质 轧件的宽度 轧件的厚度 轧件的表面状态 ......
轧辊的材质 轧辊的直径 轧辊的原始辊型 轧辊的硬度 轧辊的表面粗糙度 ......
轧制压力 轧制速度 轧制长度 润滑状态 冷却条件 轧制计划 ......
轧辊磨损量是指以轧后辊径最大值为基准，其他位置直径
d1
d2
wE1 wc
操作侧
wE2
驱动侧
边部
定常部分
边部
轧辊磨损示意图
0.05 0 -0.05 -0.10 -0.15 -0.20 -0.25 -0.30 -0.35 -0.40
轧辊磨损量/mm
0
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 与轧辊端部距离/m
1.轧辊热膨胀
板形计算精度很大程度上取决于轧辊温度场的计算精度。 辊型在线检测技术限制，很难在线准确测量轧辊热凸度，往
往通过轧辊温度场的计算来预报和控制轧辊热变形。
计算方法主要有两种：理论公式法和实测数据法 理论公式法：可考虑复杂边界条件，精度高，速度慢 有限元法、有限差分法 实测数据法：无法考虑边界条件，精度较低、速度快
根据以上分析阐述，板形理论拟重点进行如下研究:
板形离线设定控制的机理模型是最基本的板形理论和控制
模型，包括八个方面： （1）轧件三维塑性变形模型 （2）辊系弹性变形（包括热变形）模型 （3）轧件和轧辊的温度场模型
（4）辊系磨损模型
（5）板形良好判别模型 （6）板形偏差模式识别（分解）模型 （7）板形标准曲线模型 （8）板形控制策略模型
板形在线控制的快速智能模型主要包括板形预报和板形控 制的智能模型及其自适应和自学习
机理模型特点：理论分析能力强，模型庞大完善，计算时间长，适合 离线仿真 智能模型特点：模型简单，计算时间短，快速响应，能够自适应和自
学习，适合在线计算
在前述完整系统的板形理论和控制模型的基础上，可以开发出多 种板形控制模型和技术，如机理离线仿真技术、辊型优化模型和技术、 轧辊横移模型和技术、弯辊模型和技术、轧辊分段冷却模型和技术、 边部减薄控制模型和技术、板形在线控制技术，等等。
板带轧机系统 自动控制
板形控制
一、板形与横向厚差>>> 二、影响负载辊缝形状的因素 >>> 三、板形控制的工艺理论 >>>
一、板形与横向厚差
1. 横向厚差和板形概念
板带的几何尺寸精度三大质量指标： 纵向厚差、横向厚差(板凸度)和板形(平直度)
纵 向 厚 差 控制：理论简单，技术容易实现。 板形和板凸度控制：理论复杂，技术难以实现。
接 触 疲 劳 磨 损 按 磨 损 表 面 分
三 体 磨 料 磨 损 二 体 磨 料 磨 损
冲 蚀 磨 损
微 动 磨 损
冲 击 磨 损
严 重 磨 损
轻 微 磨 损
按 相 对 硬 度 分
软 磨 料 磨 损 硬 磨 料 磨 损 固 定 磨 料 磨 损
按 相 对 运 动 分
自 由 磨 料 磨 损
咬 咬 擦 胶 死 焊 伤 合
2.轧辊磨损
轧辊是轧制过程中直接作用于金属轧件的压力加工工具。 轧制时轧辊与轧件之间以及轧辊之间的相互接触摩擦，导致了 轧辊的磨损。在轧制生产中，轧辊承受伴有较硬氧化物研磨的 周期性载荷和温度波动，并处于水蒸气和空气的氧化性气氛中， 与周围液体及气体介质相互作用，受到多种类型磨损机理的共 同作用。在热轧中是按轧制单位来组织生产的，即每轧完一定 数量的轧件后更换轧辊。在整个轧制单位内，轧辊的辊型经历 了很大的变化，存在较大的磨损量。 由于轧辊磨损影响辊系变形的计算精度，同时会对前张应 力，轧制压力及辊间压力造成一定影响，故建立了轧辊磨损模
双边浪
两肋浪
单边浪
中浪
2.横向厚差和板形表示方法
Hz Hb
hb hz
H b H z H b hb hz hb
板形：宽度上最长和最短条之间的相对长度差度量 单位：相对长度差以10-5作为一个单位，称为I
3.保持板材平直度的条件
旧观念：认为延伸率沿宽度处处相同板形就良好。
缺
点：没有考虑金属横向流动。
●
技术现状：大中型板带轧机几十套，板形控制技术整体落后 原因——自制设备,控制能力不强，缺少先进模型
——引进设备,缺乏配套的先进模型
● ● 技术关键：先进的板形控制模型，技术提高的瓶颈 成果意义：适应重大装备技术需求，为板形控制系统提供实用 模型，提升板形控制水平，旧轧机改造、新轧机设 计、引进轧机能力的充分发挥和提高，提供控制模 型和软件，提高板形质量和成才率，钢铁大国走向 钢铁强国。
首钢3500中厚板轧机工作辊磨损实测值
三、板形控制的工艺理论
●
● ● ● ● ●
钢
铁：最主要工程材料，中国钢铁产量居世界第1位
板 带 钢：最主要的钢材产品，约占钢材总量的45％ 应 板 用：汽车、造船、桥梁、建筑、家用电器等 形：板带材重要质量指标（平直度，板凸度）
板带轧机：板带材生产的关键设备 板形控制：板带轧机的关键技术和高难度技术
型，对轧制过程轧辊磨损进行预测。
按表面性质分类
磨损
按环境与介质分类
金 属 金 属
磨 损
金 属 磨 料
磨 损
金 属 流 体
磨 损
按 机 理 分 类
Baidu Nhomakorabea
干 磨 损
湿 磨 损
流 体 磨 损
粘 着 磨 损
磨 料 磨 损
腐 蚀 磨 损 按 力 的 作 用 特 点 分
凿 削 式 磨 损 碾 压 式 磨 损 划 伤 式 磨 损
H ( y) const h( y ) 新观念：板形平直度和横向厚差相互影响。
优
点：考虑了金属横向流动，保证板形平直度和
横向厚差都满足要求。
d u( y) H ( y ) L( y )y h( y )l ( y ) 1 y dy
二、影响负载辊缝形状的因素
板形理论和板形控制数学模型及仿真系统
主要包括：板形离线设定控制的机理模型与仿真
板形在线控制的快速智能模型与仿真
板形控制数学模型从研究的内容和作用分为：
板形模式识别模型、板形预报模型
板形控制模型、液压弯辊力控制(板形主要调节手段)模型 板形控制数学模型从研究的原理和方法分为： 基于轧机基本理论的机理模型 基于经验和数据的智能模型
轧件方面
轧辊磨损的影响因素 轧辊方面
轧制工艺方面
轧件的温度 轧件的材质 轧件的宽度 轧件的厚度 轧件的表面状态 ......
轧辊的材质 轧辊的直径 轧辊的原始辊型 轧辊的硬度 轧辊的表面粗糙度 ......
轧制压力 轧制速度 轧制长度 润滑状态 冷却条件 轧制计划 ......
轧辊磨损量是指以轧后辊径最大值为基准，其他位置直径