变规格连轧时的速度与秒流量相等法则

D0I:10.13374/i.issn1001053x.2003.06.017 第25卷第6期 北京科技大学学报 Vol.25 No.6 2003年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2003 变规格连轧时的速度与秒流量相等法则 郑申白12) 韩静涛)赵中里D吴传真) 张鹏程)杨方敏) 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)河北理工学院，唐山063009 摘要用理论方法研究了连轧时速度与张力的相互关系，分析了连轧时速度和张力所起 的作用，提出了连轧速度理论.认为稳定张力连轧可以分解成带张力的独立机架轧制，但张 力与速度要和前后架协调一致.在改变辊缝轧制时，机架间存在张力作用下的轧件断面变化 的过渡稳定段，此时轧件各新面速度相等，但不能使用机架间秒流量相等法则， 关键词连轧；张力轧制：速度平衡；动态变规格；秒流量 分类号TG333.17 连轧张力来自于连轧前后轧机自由轧制时 是否存在出入口的速度差，但实际轧制中存在咬 9 ● 入时刻的动态速降，所以即便自由轧制时前架出 m一运动物体质量：Vw,w一运动体自由时的速度： 口速度与后架入口速度相等，连轧时咬入瞬间电 g一中间拉力 机突加的负荷也会使轧辊速度下降引起轧机间 图1运动物体速度平衡示意图 堆钢，有速度差才能吸收活套.另外，带张力轧制 Fig.1 Speed balance of moving objects 可以有效减少带材跑偏，所以一般实际过程采用 拉钢或微拉钢轧制.然而，张力会使轧辊磨损增 加快，速度快的车受到向后的拉力，速度减慢.最 加，更重要的是通过轧件，张力使连轧的各个轧 终两车以相同的速度下行进，杆内承受恒定的 机相互影响，任何机架受到干扰，都会影响其他 力，平均速度的大小取决于两车各自的动力与质 机架的状态，即连轧具有“自调整”作用.这种连 量. 轧调节过程较为复杂，它使连轧后，实际轧制的 如果两物体只有动量，则由连接前后动量不 出口厚度、张力、负荷都与设定的不一样，导致先 变，得到平均速度： 前设定的优化目标参数根本无法实现 D=m14tm2边 (1) m+m2 本文从速度与张力平衡观点出发，探讨连轧 如果这两物体自带动力且功率恒定，则速度 过程机理，建立速度理论，分析变规格连轧过程. 大小与负荷高低呈反比，若以线性关系表示，则 有 1连轧张力形成过程 M1=y1o-Z·△M (2) 11运动物体的速度平衡 h=yw-Z·△M (3) 式中，，为车体速度：o,v0为理想空载速度； 轧机间的张力作用如同同向行驶的两辆小 车，用截面不等的刚性杆连接在一起（见图1）.如 Z,Z为动阻力系数（与自身动力和运动阻力有 关)；△M,△M为自由行进阻力矩， 果两车速度相等(y=),连接杆上没有力的作 平衡后，车体速度达到相等： 用；如果速度不等(v>,连接瞬间，杆上作用很 =吃 (4) 大的拉力，速度慢的车受到向前的作用力，速度 杆中的拉力使前车阻力矩增加，后车阻力矩 收稿日期200301-31郑申白男，47岁，教投，博士 减小，增量都为拉力与车轮半径R,R的乘积.若 *国家“863计划"资助项目(No.2002AA334070) 车轮半径相等，则拉力g可写成：

第 卷 第 ‘ 期 仍 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 抢 血 加 、勺 一 变规格连轧时的速度 与秒流量相等法则 郑 申白 ’， 韩静涛 ” 赵 中里 ” 吴传 真 ” 张鹏 程 ” 杨 方 敏 ” 北 京科技大学材料科学 与 工 程 学 院 ， 北 京 河 北理 工 学 院 ， 唐 山 摘 要 用 理 论方法 研 究 了连轧 时速度 与张 力 的 相 互 关 系 ， 分 析 了连轧 时速度 和 张 力所起 的作用 ， 提 出 了连 轧速度理论 认 为稳 定 张 力连 轧 可 以分解 成 带 张力 的 独立机架 轧制 ， 但张 力 与速度要 和 前后 架 协 调 一 致 在 改变辊缝 轧制 时 ， 机架 间存 在 张 力作用 下 的轧件 断面变化 的过 渡稳 定 段 ， 此 时轧件各 断面速度相 等 ， 但 不 能使用机架 间秒 流 量 相等法则 关键 词 连 轧 张力 轧 制 速度 平衡 动 态变 规格 秒流 量 分 类号 连 轧 张 力 来 自于 连 轧 前 后 轧 机 自由轧 制 时 是 否 存 在 出入 口 的速度 差 ，但 实际 轧制 中存在 咬 入 时刻 的动 态速 降 ， 所 以 即便 自由轧制 时前架 出 口 速 度 与后 架 入 口 速度相 等 ， 连 轧 时 咬入 瞬 间 电 机 突 加 的 负 荷 也 会 使 轧 辊 速 度 下 降 引起 轧机 间 堆钢 ， 有速度 差才 能吸 收 活 套 另 外 ， 带 张 力轧制 可 以有 效减 少带材跑 偏 ， 所 以一般 实 际过 程采用 拉钢 或 微 拉 钢 轧 制 然 而 ， 张力会 使 轧 辊 磨 损 增 加 ， 更 重 要 的是通过 轧件 ， 张 力使 连 轧 的各 个 轧 机 相 互 影 响 ， 任 何机架 受 到干 扰 ， 都会 影 响其 他 机 架 的状 态 ， 即连 轧 具 有 “ 自调 整 ” 作用 这 种 连 车 调 节 过 程 较 为 复 杂 ， 它 使 连 轧 后 ， 实 际 轧 制 的 出 口 厚度 、 张 力 、 负荷 都 与设 定 的不 一样 ， 导致先 前 设 定 的优 化 目标 参 数根 本 无 法 实现 本 文 从速 度 与 张 力平 衡 观 点 出发 ， 探 讨 连 轧 过 程 机 理 ， 建立 速 度 理 论 ， 分 析变规 格连 轧过 程 附 加 脚 一 一。 恭一运动 乒 物体质 一 量 工。 ， 一 一运 堪 动 体 导 自由时 的一速度 一 中间拉 力 图 运 动 物体速度 平 衡示 愈 图 加 加 讨 加 快 ， 速度 快 的车 受 到 向后 的拉 力 ， 速度 减慢 最 终 两 车 以 相 同 的速 度 行 进 ， 杆 内承 受 恒 定 的 力 平 均速度 的大 小取 决于两 车各 自的动 力 与质 量 如 果 两 物 体 只 有 动 量 ， 则 由连接 前后 动 量 不 变 ， 得 到 平 均速 度 麟巧 连 轧 张 力形 成 过 程 运 动物 体 的速 度 平衡 轧 机 间 的 张 力 作 用 如 同 同 向行 驶 的 两 辆 小 车 ， 用 截面 不等 的刚性杆连 接在 一起 见 图 如 果 两 车 速 度 相 等 。 协 ， 连 接 杆 上 没 有 力 的作 用 如果 速度 不 等 。 叭 ， 连接 瞬 间 ， 杆上 作用 很 大 的拉 力 ， 速度 慢 的车 受 到 向前 的作 用 力 ， 速 度 收稿 日期 刁 一 郑 申白 男 ， 岁 ， 教授 ， 博 士 国家 ，’ 计划 资助 项 目 如 果 这 两物 体 自带动 力且 功率恒 定 ， 则速度 大 小 与 负荷 高低 呈 反 比 ， 若 以线性 关 系 表 示 ， 则 有 ，。 一乙 · △材 姚 巧。 一 乙 · 城 式 中 ， ， 巧 为车 体 速 度 ， 为 理 想 空 载速 度 乙 ， 乙 为 动 阻 力 系 数 与 自身 动 力 和 运 动 阻 力 有 关 △肠 ， △从 为 自由行 进 阻 力矩 平 衡 后 ， 车 体 速 度 达 到 相 等 试二 远 杆 中 的拉 力使前车 阻 力矩增 加 ， 后 车 阻 力矩 减 小 ， 增 量 都 为拉 力与车轮 半 径凡 ， 凡 的乘积 若 车 轮 半径相 等 ， 则拉 力 可 写 成 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2003．06．017

Vol.25 No.6 郑申白等：变规格连轧时的速度与秒流量相等法则 ·557· g=0-ZiAM-+忆：△M 9 ZR-ZR2 (5) 两车的平均速度： =vo-Z·(△M+qR,) (6) 显然，拉力与最后的平均速度都与初始速度 差及前后车的动阻力系数有关， 1.2连轧张力 t 实践中，人们经常把连轧视为简单的秒流量 图2张力曲线 相等问题”，这在板带连轧压下规程设计时，并不 Fig.2 Tension curve 总是正确.实际上，不少文献早已经提及机架间 速度相等的问题)，文献[4]用文字表达了这一含 差减少，同样，机架间张力也会使后一架轧机后 义，连轧过程首先要符合运动学的速度规则.文 滑增加，入口速度降低，更使出入口速度相互接 献[5]不但明确指出秒流量相等的适用范围，还 近，一旦速度差为零，意味着张力对时间的变化 明确提出连轧后在张力作用下，速度接近相等的 率为零，即张力维持在某一值上 机架间的轧件内各质点不可能有相互位移， 观点. 在张力的作用下，一是张力影响变形区金属 忽略张力引起的弹性变形，各质点一定是速度相 流动，直接影响轧件前后滑；二是张力力矩对电 等，事实上，张力变化的时间非常短，建张过程是 机负荷起作用，间接影响转速；三是影响变形区 咬入瞬间完成的，轧件出入口速度也就达到平 三向应力状态，改变轧制力和轧制力矩，间接影 衡，张力微分方程仅仅描述了这一短暂的动态变 化.然而多年来，不少人坚持认为，只有存在速度 响轧件速度， 两架轧机连轧时，张力随时间变化的动态过 差才有张力，但没有说明这个速度差是连轧前自 程由张力作用下的弹性变形与速度差导出，这一 由轧制存在的，还是连轧后的机架间轧件本身具 张力微分公式最早由前苏联切克马廖夫推出，而 有的，更没有顾及张力作用下的轧件出入口速度 张力对前滑的影响，根据前张力实验结果，在通 接近与最后相等的过程.这正是造成人们争论而 常的应用范围内变化时，可用线性下式表示， 又迷茫之处.其实，张力连轧过程是在张力作用 下的速度平衡过程，只有速度差为零，张力才趋 v=vi(1+Sm+ag) (7) 式中，为轧辊线速度，S为无张力时的前滑，a为 于稳定，尺寸才能保证，如果经常有新扰动，连轧 影响系数，9为单位前张力或前后单位张力差， 就始终“自调整”，完成稳态一干扰一新的稳态这 式(7)说明，前张力使轧件出口速度提高，自 样一种调整过程，使张力、速度稳定在新水平上， 然就是与后架轧件入口速度差减小，张力增加变 轧件尺寸也会随之有些变动.这在正常生产是不 缓.将此式带入连轧张力微分方程进行积分，得 允许的， 到张力变化的时域解， g=n1-e刘 2张力连轧的速度理论 (8) 式中，为后一机架的入口速度，为前一机架 如图3所示，为便于分析，将正在连轧的轧件 轧件入口速度，L为机架间距，E为轧件弹性模 从中间断开.断开后，若仍要保持原来运动状态， 量，t为时间. 运动轧件就必须满足运动学条件，从而有 式(8)表示的张力曲线见图2.图2表明，张 V。=h (9) 力先随时间上升而后趋于平缓，原因是轧件出入 式中，，前架轧机轧件出口速度，后架轧机轧件 口速度差在张力作用下会逐渐变小，速度差越 入口速度. 小，张力上升越缓慢，速度差最后趋于零，张力也 趋于恒定，其根本原因是，张力不但改变电机负 荷，而且张力上升会使前一架轧机前滑增加，即 轧件出口速度增加，仅此就能使前一架轧机轧件 图3连轧张力作用分析示意图 出口速度与下一架轧机的轧件入口速度接近，速 Fig.3 Analyzing the acting of rolling tension

】 郑 申白等 变规格连 轧 时的速度与秒流量 相 等法 则 · 。 一 · △抓 一 场 乙 · △城 乙 ，一乙 两 车 的平 均 速 度 ，二 。 一乙 · △刀 · 显然 ， 拉 力与最后 的平 均速 度 都 与初始速 度 差 及前后 车 的动 阻 力系数有 关 连 轧 张 力 实践 中 ， 人 们 经 常 把连 轧视 为简单 的秒 流量 相等 问题 ， 这在板带连 轧压 下 规 程 设计 时 ， 并不 总是 正 确 实 际上 ， 不 少 文 献 早 己 经 提 及 机 架 间 速度相 等 的 问题侧 ， 文献 【 用 文字表达 了这 一含 义 ， 连 轧过 程 首先 要 符 合 运 动 学 的速度 规 则 文 献 〕 不但 明确 指 出秒 流 量 相 等 的适 用 范 围 ， 还 明确提 出连 轧后在 张力作用下 ， 速度接 近相 等 的 观 点 在 张力 的作用 下 ， 一是 张 力影 响变形 区金属 流 动 ， 直接 影 响轧件前后 滑 二 是 张 力 力矩 对 电 机 负荷起 作用 ， 间接 影 响转速 三 是 影 响变 形 区 三 向应 力状 态 ， 改变 轧制 力和 轧制 力矩 ， 间接 影 响轧件速 度 两 架 轧机连 轧 时 ， 张 力 随时 间变化 的动 态过 程 由张 力作用 下 的弹性变形 与速度 差 导 出 ， 这 一 张 力微分 公式最 早 由前苏联切 克马廖夫推 出 而 张 力对 前滑 的影 响 ， 根据 前 张 力 实验 结果 ， 在通 常 的应 用 范 围 内变 化 时 ， 可 用 线性 下 式表 示 巧 ， 。 叮 式 中 ， 为轧辊线速度 ， 孔 为无 张 力 时 的前滑 ， 为 影 响 系数 ， 为单 位 前 张 力或 前 后 单位 张 力差 式 说 明 ， 前张力 使轧件出 口 速度提 高 ， 自 然 就 是 与后 架 轧件 入 口 速度 差 减 小 ， 张 力增 加 变 缓 将 此 式带 入 连 轧 张 力微 分 方程进 行 积 分 ， 得 到 张 力变化 的 时域 解 卫丝二兰些写 一 一 令 “ 气 式 中 ， 巧、 为后 一 机 架 的入 口 速 度 ， 、 为前 一 机 架 轧 件 入 口 速 度 ， 为机 架 间 距 ， 为 轧 件 弹 性 模 量 ， 为 时 间 式 表 示 的张 力 曲线 见 图 图 表 明 ， 张 力先 随时间上 升而 后 趋 于平 缓 ， 原 因是 轧件 出入 口 速 度 差 在 张 力 作 用 下 会 逐 渐 变 小 ， 速 度 差 越 小 ， 张 力上 升越缓慢 速度 差最 后 趋于 零 ， 张 力 也 趋 于恒定 其根 本 原 因是 ， 张力不 但 改变 电机 负 荷 ， 而 且 张 力上 升会 使 前 一架 轧 机 前滑 增 加 ， 即 轧件 出 口 速度增 加 ， 仅此就 能使前 一架轧机 轧件 出 口 速度 与下 一 架 轧机 的轧 件入 口 速度接近 ， 速 图 张 力 曲线 落 差 减 少 同样 ， 机 架 间张 力也会 使 后 一 架 轧机 后 滑 增 加 ， 入 口 速 度 降低 ， 更 使 出入 口 速度 相互 接 近 一 旦速 度 差 为零 ， 意 味着张 力对 时 间 的变化 率 为零 ， 即张 力维持在 某 一 值 上 机 架 间 的轧件 内各 质 点 不 可 能有相 互位 移 ， 忽 略张 力 引起 的弹 性变形 ， 各质 点一 定是速 度相 等 事 实上 ， 张 力变化 的时 间非 常 短 ， 建张过程 是 咬入 瞬 间完成 的 ， 轧 件 出入 口 速 度 也 就 达 到 平 衡 张 力微分 方程仅 仅 描述 了这 一 短 暂 的动 态变 化 然 而 多年 来 ， 不 少人 坚 持认 为 ， 只 有存在速度 差 才有张 力 ， 但 没有 说 明这个速度 差 是连 轧前 自 由轧制存在 的 ， 还 是连 轧 后 的机 架 间轧件 本 身具 有 的 ， 更 没有 顾 及 张力 作 用 下 的轧件 出入 口 速度 接近 与最后 相 等 的过程 这 正 是造成 人们 争论 而 又 迷 茫之 处 其 实 ， 张力 连 轧过 程是 在 张 力作用 下 的速 度平 衡过 程 ， 只有 速 度 差 为零 ， 张 力才 趋 于稳 定 ， 尺 寸才 能保证 如 果经 常有新扰动 ， 连 轧 就 始 终 “ 自调 整 ” ， 完成 稳 态一干扰一新 的稳态 这 样一种 调整过程 ， 使 张 力 、 速度稳 定在 新水平 上 ， 轧件尺 寸也会 随之 有 些 变动 这在 正 常 生产 是不 允许 的 张 力连 轧 的速 度理 论 如 图 所示 ， 为便 于分 析 ， 将 正在连 轧 的轧件 从 中间 断开 断开 后 ， 若仍要保 持原来运 动状 态 ， 运 动 轧件 就 必 须满足 运 动 学 条 件 ， 从 而 有 二 从 式 中 ， 前架 轧机 轧 件 出 口 速 度 ， 后 架 轧机 轧件 入 口 速 度 尸一一 一 万一二 斗自 匕 石或 犷若二 图 连 轧 张 力作 用 分 析 示 意 图 落 灯

558· 北京科技大学学报 2003年第6期 由图3可见，断开处的前后张力只能是一个 口速度差的值选择合适，既便于动态速降吸收， 值q.在不考虑动态速降的前提下，前一架轧机轧 又可保持较小的张力，减少轧辊的磨损. 件独立出口速度与后一架轧机单独入口速度如 果相等，连轧后张力为零，即9=0.自由轧制时的 3 变规格轧制时不同的处理方法 出入口速度不等(>)，连轧后前后架相互拉 文献[6介绍了用包括激光测速仪在内的各 拽，稳定轧制后的张力保持在某一个不为零的数 种现场测量参数，去修正变规格轧制的设定偏 值上(q0),而且不同的连轧条件，可以有不同的 差，这种方法推广起来不太容易. 张力数值.即在不同的张力作用下，改变出入口 连轧轧机间轧件断面阶梯变化的过渡段见 速度，最后达到相等而稳定下来， 图4.变规格轧制的问题早在1982年初国内就有 在带张力辊缝不变的稳定连轧情况下，机架 学者研究，纠正了变规格前后张力相等的看法， 间轧件秒流量是相等的，它是整个连轧设定计算 但新张力计算方法过于复杂，机理也不够直观， 的纲，因为连轧生产还是稳定轧制时间占大部 实际上，变规格后机架间的稳定的速度和张力， 分.这就使得人们往往只注意到秒流量相等的表 是在新厚度下，自由轧制的出入口速度发生改 面现象而忽略其本质是张力下机架间轧件出入 变，通过张力相互作用达到新的平衡，因而张力 口速度保持相等.为说明这个问题，可以在辊缝 值必然不同于原来.过程计算只要按运动学要 不变化的带张力稳定轧制条件下，建立由下式表 求，在新的变形参数条件下，改变张力值，使前一 示机架间秒流量相等的算式 机架出口与后一机架入口的机架间轧件速度相 BH1V。=B2H2M (10) 等，即完成平衡计算.采用这一思想编制的仿真 式中，B,B2为前、后架轧机轧件出、入口宽度： 软件运行与实际过程十分贴近. H,H2为前、后架轧机轧件出、入口厚度. 在图4中，按照运动学要求，仍然必须满足式 若机架间轧件各断面不变化，式(10)便可以 化简成式(9)，即轧件各断面速度相等，如果机架 (9),但是这时机架间轧件断面不完全相等，而各 断面张力值并不变化，因而单位面积的张应力不 间轧件不同质点速度有变化，轧件必然堆钢或拉 等，且不遵循秒流量相等法则. 钢，张力不会稳定，秒流量也不会相等，可见秒流 量相等也是建立在机架间轧件各断面速度相等 的前提下， 在上述分析的基础上，忽略轧件的弹性变 形，建立如下连轧速度理论：除辊缝、速度等变动 的动态时刻之外，如果自由轧制存在速度差，连 图4机架间轧件断面变化时的轧制 轧后轧机间轧件总要产生张力，张力可使机架间 Fig.4 Rolling when stock section between mills changed 轧件出口与入口的速度发生改变，相互接近，最 然而，轧机增加压下时有出口速度提高的趋 终保持相等，张力也就随之恒定下来，达到动态 势，这使前架与后架的张力减少，变规格轧制时， 平衡. 为保证后面没调整压下的轧机中正在轧制的带 在上述理论中，自由轧制的轧件出入口速度 钢尺寸不变，每架压下的同时还应保证后续各架 差对连轧后的平衡张力值至关重要.某一轧机一 张力不变，避免各架辊缝相继调整的麻烦.按照 旦改变辊缝或前后张力，轧件的出口速度、轧制 本文提出的连轧速度理论，辊缝调小后，应当减 力等参数都会有所变动，与后一架连轧的平衡也 少调整压下轧机的轧辊转速，恢复与后架的张 会重新建立，直至稳定在新的张力与速度的动态 力.而按秒流量相等法则，出口秒流量减少，需要 平衡下.这样，连轧时的张力计算，可以带张力的 增加前架轧机的轧辊转速，以补偿前架调压下 独立机架轧制速度为基础，迭代运算出来，不必 后，与后架咬入的流量差，显然，按照后一种方 再像以往的稳态计算，求解数十阶线性方程.当 法，不但不能保证后面各架轧机之间的张力，本 然如果轧件前后出入口速度差的大，张力上升 架还要堆钢，调整不及时导致叠钢而进入下一架 快，电气系统来不及调整，张力就已经超过材料 轧机.这说明不同的理论，有不同的处理方法，必 的屈服应力，这时出现断带事故.轧件前后出入 然得到不同的结果

一 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 由图 可 见 ， 断 开 处 的前 后 张 力 只 能 是 一 个 值 在 不考 虑 动 态速 降的前提 下 ， 前 一 架 轧机 轧 件 独 立 出 口 速 度 与 后 一 架 轧 机 单 独 入 口 速 度 如 果 相 等 ， 连 轧 后 张 力 为零 ， 即 自由轧 制 时 的 出入 口 速 度 不 等 ， 连 轧 后 前 后 架 相 互 拉 拽 ， 稳 定 轧制 后 的张 力保 持在 某一 个 不 为零 的数 值 上 羊 ， 而 且 不 同 的连 轧 条 件 ， 可 以有 不 同 的 张 力 数 值 即 在 不 同 的张 力作 用 下 ， 改变 出入 口 速度 ， 最 后 达 到 相 等 而 稳 定下 来 在 带 张 力 辊 缝不 变 的稳 定连 轧情 况 下 ， 机 架 间轧件秒 流 量 是相 等 的 ， 它 是 整个 连 轧 设 定 计 算 的纲 ， 因 为 连 轧 生 产 还 是 稳 定 轧 制 时 间 占大 部 分 这 就 使得 人 们 往 往 只 注 意 到秒 流 量 相 等 的表 面 现 象 而 忽 略 其 本 质 是 张 力 下 机 架 间 轧 件 出入 口 速 度 保 持 相 等 为说 明这 个 问题 ， 可 以在 辊 缝 不变 化 的带张 力稳 定 轧 制 条 件 下 ， 建立 由下 式表 示 机 架 间秒 流 量 相 等 的算 式 ，私 刀廿远 式 中 ， 及 ， 及 为 前 、 后 架 轧 机 轧件 出 、 入 口 宽度 私 ， 从 为 前 、 后 架 轧 机 轧 件 出 、 入 口 厚 度 若机 架 间轧件 各 断 面 不 变 化 ， 式 便 可 以 化 简成 式 ， 即轧件 各 断 面速度 相 等 如果 机架 间轧件 不 同质 点速 度 有变 化 ， 轧件 必然 堆 钢 或 拉 钢 ， 张 力 不会稳 定 ， 秒 流 量 也 不会 相 等 可 见 秒 流 量 相 等 也 是 建 立 在 机 架 间 轧件 各 断 面 速 度 相 等 的前 提 下 在 上 述 分 析 的 基 础 上 ， 忽 略 轧 件 的 弹 性 变 形 ， 建 立 如 下连 轧速度 理 论 除辊 缝 、 速度 等变 动 的动 态 时刻 之 外 ， 如 果 自由轧制 存 在 速 度 差 ， 连 轧 后 轧机 间 轧件 总 要 产 生 张 力 ， 张 力可 使机 架 间 轧件 出 口 与入 口 的速 度 发 生 改变 ， 相 互 接近 ， 最 终 保 持 相 等 ， 张 力 也 就 随 之 恒 定 下 来 ， 达 到 动 态 平 衡 在 上 述 理 论 中 ， 自由轧 制 的轧件 出入 口 速 度 差对 连 轧 后 的平衡 张 力 值 至 关 重 要 某 一 轧机 一 旦 改变辊 缝 或 前 后 张 力 ， 轧件 的 出 口 速 度 、 轧 制 力 等 参 数 都会 有 所 变 动 ， 与后 一架 连 轧 的平 衡 也 会 重 新建立 ， 直 至 稳 定在 新 的张 力 与速度 的动 态 平 衡 下 这样 ， 连 轧 时 的张 力计算 ， 可 以带 张力 的 独 立 机 架 轧 制速 度 为基 础 ， 迭 代运 算 出来 ， 不 必 再 像 以往 的稳 态 计 算 ， 求 解 数 十 阶 线 性 方 程 当 然 如 果 轧 件 前 后 出入 口 速 度 差 的大 ， 张 力 上 升 快 ， 电气 系 统 来 不 及 调 整 ， 张 力 就 己 经 超 过 材 料 的屈 服 应 力 ， 这 时 出现 断 带事 故 轧 件 前 后 出入 口 速 度 差 的值 选 择 合 适 ， 既便 于 动 态 速 降吸 收 ， 又 可 保 持较 小 的张 力 ， 减 少 轧 辊 的磨 损 变规格 轧 制 时 不 同 的处理 方 法 文 献 介 绍 了用 包 括 激光 测 速 仪在 内的各 种 现 场 测 量 参 数 ， 去 修 正 变 规 格 轧 制 的 设 定偏 差 ， 这 种 方 法 推 广 起 来 不 太 容 易 连 轧 轧 机 间 轧 件 断 面 阶 梯 变 化 的 过 渡 段 见 图 变规 格 轧 制 的 问题 早 在 年 初 国 内就 有 学者 研 究 ‘，，， 纠 正 了变 规格 前 后 张 力 相 等 的看 法 ， 但 新 张 力计 算 方 法 过 于 复 杂 ， 机 理 也 不 够 直 观 实 际上 ， 变 规 格 后 机 架 间 的稳 定 的速 度 和 张 力 ， 是 在 新 厚 度 下 ， 自由轧 制 的 出入 口 速度 发 生 改 变 ， 通 过 张 力 相 互 作用 达 到新 的平 衡 ， 因 而 张 力 值 必 然 不 同于 原 来 过 程 计 算 只 要 按 运 动 学 要 求 ， 在 新 的变形 参 数条件 下 ， 改变 张力值 ， 使前一 机 架 出 口 与 后 一 机 架 入 口 的机 架 间轧 件 速度 相 等 ， 即完 成 平 衡 计 算 采 用 这 一 思 想 编 制 的仿 真 软 件运 行 与 实 际 过 程 十 分 贴 近 在 图 中 ， 按 照运动 学要 求 ， 仍然 必 须满 足 式 ， 但 是这 时机架 间轧件 断面 不完 全 相 等 ， 而 各 断面 张 力值 并 不变化 ， 因而 单位 面 积 的张应 力不 等 ， 且 不 遵循 秒 流 量 相 等 法 则 图 机 架 间轧 件 断面 变化 时的轧 制 喀 山 伙 幻昨 比 枷 比如 然 而 ， 轧机 增 加 压 下 时有 出 口 速 度 提 高 的趋 势 ， 这使 前 架 与后 架 的张 力减 少 变 规 格 轧制 时 ， 为 保 证 后 面 没 调 整 压 下 的 轧机 中正 在 轧 制 的 带 钢 尺 寸不变 ， 每 架 压 下 的 同时还应 保证 后 续 各 架 张 力 不 变 ， 避 免各 架 辊 缝 相 继 调 整 的麻 烦 按 照 本 文 提 出 的连 轧速 度 理 论 ， 辊 缝 调 小 后 ， 应 当减 少 调 整 压 下 轧 机 的轧 辊 转 速 ， 恢 复 与后 架 的 张 力 而 按秒 流量 相 等 法 则 ， 出 口 秒 流 量 减 少 ， 需要 增 加 前 架 轧 机 的轧 辊 转 速 ， 以补 偿 前 架 调 压 下 后 ， 与 后 架 咬 入 的流 量 差 显 然 ， 按照 后 一 种 方 法 ， 不 但 不 能保 证 后 面 各 架 轧 机 之 间 的张 力 ， 本 架 还 要 堆 钢 ， 调 整 不 及 时导致 叠钢 而 进 入 下 一架 轧机 这 说 明不 同 的理 论 ， 有不 同 的处 理 方 法 ， 必 然 得 到 不 同 的结 果

Vol.25 No.6 郑申白等：变规格连轧时的速度与秒流量相等法则 ·559· 图4所示的情况虽然短暂，但变规格区走过 件下，建立阶梯轧件的连轧数学模型 两个机架间距的这段时间，也应当认为是一种过 ()将变规格阶梯轧制的过渡阶段，划归到稳 渡的稳态，即连轧除了咬入和调整瞬间，都是某 态轧制中，有利于区别存在速度差和张力变动的 一张力下的稳定轧制. 动态过程， 以往把机架间轧件斜坡状态认为是动态过 (6)连轧平衡后的张力与速度的确定，与自由 程的一部分，其实它与整个机架间锥形轧件轧制 轧制时的速度差及轧机动力及阻力特性有关. 或存在速度差的张力变动过程完全不一样，虽然 总之，以速度为核心，可以真实全面描述连 断面是斜坡形，但出入口轧件厚度都有一段平直 轧的动态变化过程，使建模计算过程重视带张力 不变的稳定阶段，张力和速度也就都稳定，因此 条件下的各工艺因素相互间的影响.深刻认识连 连轧的阶梯轧件不应划到动态轧制范畴. 轧时，速度所起的根本作用，对于促进国内连轧 厂厂工艺设定与控制水平提高，推动我国连轧技术 4结论 进步具有重要的意义， (1)理论设定与实际连轧速度及张力总不相 参考文献 符的根本原因在于，带张力下轧制力与速度设定 1赵刚杨永立.轧制过程的计算机控制系统M).北 不准，连轧后“自调整”作用使速度、张力、轧制力 京：治金工业出版，2002 负荷都发生改变，不同于原来的参数计算， 2赵志业.金属塑性变形与轧制原理M.北京：冶金 (②)稳定连轧时，不论张力大小，轧机间轧件 工业出版，1980 各断面上运动速度都相等，秒流量只是断面不变 3唐谋风.现代带钢冷连轧机的自动化[M.北京：治 时才相等.本文提出的连轧速度理论，揭示出秒 金工业出版社，1995 流量相等法则在连轧应用中的条件，本质应当是 4镰田正诚.板带连续轧制M.李伏桃译.北京：冶 速度相等， 金工业出版社，2002 (3)连轧过程中，辊缝不变的带张力稳定轧制 5孙一康.带钢热连轧的模型与控制M).北京：冶金 工业出版社，2002 是普遍的状态，贯穿连轧系统，进行设定时，仍以 6王军生.冷连轧动态变规格轧辊速度的动态设定[切 秒流量相等法则为纲，但参数设定应计算带张力 钢铁研究学报，2002,14(2)：18 下的出入口速度、轧制力等， 7贺毓辛.冷连轧动态规格变换设定模型的探讨[仞 (4)对于变辊缝轧制，要用带张力的单机轧制 北京钢铁学院学报，1982(1)：54 参数，在轧件出口速度与后架入口速度相等的条 Rolling Speed during Flying Gauge Change for Tandem Mill and Rule of Volume Flow Rate ZHENG Shenbai,HAN Jingtao",ZHAO Zhongli",WU Chuanzhen",ZHANG Pengcheng",YANG Fangmin 1)Materials Science and Engineering School,University of Science and Technology Bejing,Beijing 100083,China 2)Hebei Institute of Technology,Tangsan63009,China ABSTRACT The relationship between speed and tension was analyzed theoretically.The action of velocity and tension when continuous rolling was studied.The speed equal theory is proposed.It was recognized that steady con- tinuous rolling may be sorted into independent mill rolling with tension,but the tension and speed of stack must be- ing equal the ones in front and back mills.Specially,when the gap ofrolls changes,with the tension,there is a tran- sition steady period of the cross-section grade changing of rolling stack between two mills,the speeds of every sec- tion of the rolling stack are still equal and the theory of volume flow equaling must be not used. KEY WORDS tandem rolling;rollling with tension;balance of rolling speed;flying gauge change;volume flow rate

郑 申白等 变规 格连 轧 时 的速度 与秒 流量相 等法 则 一 图 所 示 的情 况 虽 然 短 暂 ， 但 变规 格 区走 过 两个机架 间距 的这 段 时 间 ， 也应 当认 为是 一种 过 渡 的稳 态 即连 轧 除 了咬入 和 调 整 瞬 间 ， 都 是某 一 张 力下 的稳 定 轧制 以往 把 机 架 间 轧 件 斜 坡 状 态 认 为 是 动 态 过 程 的一 部分 ， 其 实它与整 个机架 间锥形 轧件轧 制 或存在速 度差 的张 力变动过程完全 不 一样 ， 虽 然 断面是斜 坡形 ， 但 出入 口 轧件厚度 都有 一段 平 直 不变 的稳 定 阶 段 ， 张 力和 速度 也 就 都 稳 定 ， 因此 连 轧 的阶梯 轧件 不应 划 到 动 态 轧 制 范 畴 结论 理 论 设 定 与 实 际连 轧速度 及 张 力 总 不 相 符 的根本 原 因在于 ， 带 张 力下轧 制 力与速 度 设定 不准 ， 连 轧后 “ 自调整 ” 作用 使速度 、 张力 、 轧制力 负荷都发 生 改变 ， 不 同于 原来 的参 数 计 算 稳 定连 轧 时 ， 不 论 张 力 大 小 ， 轧机 间轧 件 各 断面 上运 动速度 都相 等 ， 秒 流量 只 是 断面 不变 时才相 等 本 文 提 出的连 轧速 度 理 论 ， 揭 示 出秒 流 量相 等法则在 连 轧应 用 中的条件 ， 本质应 当是 速度 相 等 连 轧过程 中 ， 辊缝 不变 的带 张 力稳 定轧制 是普遍 的状态 ， 贯 穿连 轧系 统 ， 进行 设 定 时 ， 仍 以 秒 流 量 相 等法 则 为纲 ， 但 参数设 定应计 算带张 力 下 的 出入 口 速度 、 轧 制 力 等 对 于变辊缝 轧制 ， 要用 带 张 力 的单机 轧制 参数 ， 在轧件 出 口 速度 与后 架入 口 速度 相 等 的条 件 下 ， 建立 阶梯 轧件 的连 轧 数 学模 型 将 变规格 阶梯 轧制 的过 渡 阶段 ， 划 归到稳 态 轧制 中 ， 有 利 于 区别存 在速度 差和 张 力变动 的 动 态 过 程 连 轧平 衡 后 的张 力与速度 的确 定 ， 与 自由 轧 制 时 的速 度 差及 轧机 动 力及 阻 力特 性有关 总 之 ， 以速 度 为核 心 ， 可 以真 实全 面 描 述 连 轧 的动态 变化过程 ， 使建模计 算过程 重 视 带张 力 条件下 的各 工 艺 因素相互 间 的影 响 深 刻认 识连 轧 时 ， 速 度 所 起 的根 本 作 用 ， 对 于 促 进 国 内连 轧 厂 工 艺设 定 与控制 水平 提 高 ， 推 动我 国连 轧技 术 进 步 具 有 重 要 的意 义 参 考 文 献 赵 刚 杨永 立 轧制过程 的计 算机 控制 系统 北 京 冶 金工 业 出版 ， 赵 志 业 金属 塑性变形 与轧制 原理 北 京 冶金 工 业 出版 ， 唐谋 凤 现代 带钢 冷连 轧机 的 自动化 北 京 冶 金 工 业 出版社 ， 镰 田 正 诚 板 带连 续 轧制 李伏桃 译 北 京 冶 金 工 业 出版社 ， 孙 一 康 带钢热 连 轧 的模型 与控 制 【 」北 京 冶 金 工 业 出版 社 ， 王 军 生 冷连轧动态变规格轧辊速度 的动态设 定 【几 钢 铁研 究学报 ， ， 贺毓辛 冷连轧动态规格变换设 定 模 型 的探讨 明 北 京钢 铁学 院学报 ， ’ ‘气产侧 匆 刀 ， 乙阮咬口 。 州’， 牙 ， 刀侧 喇 ， 别 刀 加 即 ， ， ， ， 毛切 ， ， 旧 ， · ， ， ， 一 七刀 ， 巧 · 心 切 川 咫 讲 如咫