关于轧机平面图/宽度设定模型(PVM)的研究

王永辉

(三门峡职业技术学院 河南三门峡 472000)

关于轧机平面图/宽度设定模型(PVM)的研究

王永辉

(三门峡职业技术学院 河南三门峡 472000)

论文主要从自然宽展、狗骨形状、狗骨展平造成的宽展以及宽度压下量的分配等方面入手，对轧机平面图/宽度设定模型进行了探讨和研究，该模型轧制灵活，能实现高精度轧制，对我国轧机实现全面自动化控制具有重要的现实意义。

自然宽展;狗骨;宽度压下量

0 引言

板材轧制成形阶段有两道工序，即粗轧和精轧，但二者之间并无明显界限划分。通常情况下若为单机架轧机则把前期道次称为粗轧、后期道次称为精轧;若为双机架轧机则把第一架称为粗轧机，第二架称为精轧机。将单机架轧机前期道次称为粗轧、后期道次称为精轧。粗轧是将除鳞后的坯料展宽到所需要的宽度，同时进行大压缩延伸。粗轧有4种常用方法:全纵轧法、全横轧法、横轧—纵轧法和角轧—纵轧法。精轧除将粗轧后的轧件继续延伸外，主要是控制质量，包括厚度、板形、表面质量、性能等控制。由于在传统轧制时，轧件前后端产生宽展，轧制后钢板不会成为矩形。为此，人们成功研制了许多精轧法:MAS轧制法、狗骨轧制法(DBR)、咬边返回轧制法、差厚展宽轧制法和立辊法等，较有效地解决了这个问题。这些方法的共同特征是采用横轧纵轧法，横轧前一道的纵轧使轧件纵向厚度不等，或纵轧前一道的横轧使轧件横向厚度不等。

平面图/宽度模型(PVM)模型是过程自动化系统用于粗轧机与精轧机的工艺过程模型之一，该模型主要是计算水平轧制道次和立辊轧制道次中钢板边部及头尾部形状的进程。平面图模型也计算必要的立辊压下率以达到某一宽度和目标形状。因此有必要描述整个钢板长度和宽度上的材料延展性。为了进行这种计算，需考虑下面的主要因素:水平轧制道次中的宽展、钢板头部、尾部和边部形状的扩张、立辊轧制造成的狗骨形状和水平轧制中的立辊狗骨的延展等。

1 自然宽展

如果在厚度上压缩材料就会由于自然延展而变宽。自然宽展由式1决定材料的自然宽展，也与到钢板头部和尾部的距离有关，其在宽度方向上是不均质的(各向异性)［1］。不经任何修正的结果是呈现过宽和圆头圆尾形状(图1)。在定尺轧制、宽尺轧制和精轧阶段，通过累积各轧制道次中的这种效果计算出钢板的平面图形状。

图1 水平道次轧制过程中材料的非同源宽展

图2 取决于延长率的边部、头尾部形状

根据纵向轧制率(定尺轧制和/或精轧)和径向轧制率(宽尺轧制)，钢板可以延展形成凹边(卷筒)或凸边(圆筒)形状(图2)。边部形状的知识对于立辊轧机的正确操作至关重要。改善边部、头尾部形状的措施是在钢板旋转之前进行锥形轧制(ASC/MAS)及使用立辊轧机。

这两种措施联合使用能获得最优效果［2］。

式中:Δwnatural——水平轧制中的自然宽展;

Δh——厚度压下量;

dWR——工作辊直径;

w——钢板宽度;

μ——摩擦系数;

θ——温度

2 狗骨形状

立式轧制过程中矩形钢板的外形逐渐变成狗骨形状。材料边部的厚度大于其中部的厚度。用来描述狗骨形状的重要参数有:影响宽度wd、最大狗骨高度hdmax、最大狗骨高度的位置wdmax、平均狗骨高度hda、立辊接触高度hdc和立辊轧制后的钢板中部厚度h1等。

3 狗骨展平造成的宽展

在立辊轧制道次随后的水平轧制道次中，狗骨又被展平。这会引起相比自然宽展更高的宽展。狗骨部分流入长度方向，其余部分向后延展。这种延展主要决定于狗骨进入钢板的深度(见图3)。这种效果可通过立辊轧制效率因数加以描述，其特性见图4所示。材料越厚，在立辊轧制道次中的宽度压下量越大，水平轧制后钢板上存留的宽度压下量也越大［3］。

使用与狗骨形状计算公式中一样的条件，狗骨展平引起的宽展计算公式为:

式中:l——为材料

图3 狗骨形状的描述

图4 立辊轧制效率因数和宽度压下量

4 宽度压下量的分配

考虑到延展性，从初始钢板宽度开始就使用立辊轧机以生产达到要求的最终钢板宽度。因此宽度压下量必须选择大于材料的目标宽度。宽度变化分布于几个立辊轧制道次上。确定每个轧制道次的宽度压下量时必须考虑下面几个因素即:整个钢板长度上的输入宽度、钢板的曲率特性、立辊轧制效率、钢板头部、尾部的弯曲、最小压下量和最大/最小的立辊轧制力和力矩等［4］。

此外，使用最小宽度压下量，以便在立辊轧制的两个方向上的调整范围内进行最后的立轧道次中精调，并用来改变钢板边部形状。当考虑了所有的限制条件时，一个容许的宽度压下量的设置范围可以计算出来，如图5所示。

图5 宽度压下量与轧制道次数量的关系

最终的钢板目标宽度可以通过调节宽尺轧制阶段的压下量获得。宽尺轧制和其间立辊轧制前采用ASC/MAS，作为精轧阶段起始条件的宽度稳定性可以得到改善。精轧前的ASC/MAS轧制和精轧过程中的立辊轧制可以减少头尾部切损。

我国中部某钢铁公司将该控制模型成功应用于4 200 mm大型轧机的二级控制系统中，该轧机运行以来所生产的产品完全达到了加工要求，大大提高了该公司产品的竞争能力，带来了显著的经济效益。

5 结束语

平面图/宽度设定模型有极大的轧制灵活性，甚至在尺寸与轧制条件变化大的情况下，也不会违反严格的性能要求，能实现高精度轧制，本文的研究对我国轧机实现全面自动化控制具有重要的现实意义。

［1］马正贵.中厚板轧机的板形控制［J］.安徽工业大学学报，2008，25(3):259-263.

［2］胡伟，彭燕.几种典型板带轧机板型控制技术简介［J］.机械研究与应用，2008，21(3):127-130.

［3］孔冠宏.中厚板生产过程的质量控制［J］.山东冶金，2010，32(3):70-72.

［4］李伟.TMCP(热机轧制)在中厚板工程中的应用［J］.现代冶金，2010，38(3):50-53.

Research on the Rolling Mill Layout/Width Setting Model(PVM)

WANG Yong-hui
(Sanmenxia Polytechnic，Sanmenxia 472000，China)

The paper explores the rolling mill layout/width setting model mainly from the natural spread，dog bone shape，dog bone flattening caused the spread and width rolling reduction distribution and etc.The model rolling is flexible and can achieve high precision rolling，which is of great practical significances to achieve a comprehensive automation and control of the rolling mill in our country.

natural spread;dog bone;width rolling reduction

TH 16

A

1672-2434(2012)02-0022-03

2011-12-16

王永辉(1980-)，男，助教，硕士，从事研究方向:控制工程