宽带钢轧机板形控制技术比较研究

D0I:10.13374/j.issn1001053x.2000.02.023 第22卷第2期 北京科技大学学报 Vol.22 No.2 2000年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2000 宽带钢轧机板形控制技术比较研究 张清东黄纶伟 周晓敏 北京科技大学机械工程学院，北京100083 摘要运用软件仿真方法并结合生产实践，从板形调控功效和板带轧机综合性能两个方面， 比较研究了目前国际上各主要板形控制技术.研究结果不仅有助于板带轧机的选型和板形技 术的配置，也有益于先进板形技术的创制， 关键词板带轧机：板形技术：比较研究 分类号PG335.11 自70年代以来，由于市场对板形质量的要 方向辊缝形状变化量的离散值表示： 求愈来愈高，推动板形控制技术成为板带生产 E-[e,e2,…,en (2) 的关键性技术.围绕板形控制技术的开发，国际 此时，E一板形调控功效矩阵 上先后出现了诸如HC,CVC,UC,K-WRS,PC等 以上形式的板形调控功效可以表示板形控 多种不同机型的新一代高技术板带轧机.这些 制技术对承载辊缝形状的各个描述指标（凸度、 轧机都拥有1项自有的标志性板形控制技术并 楔形度、边部减薄量、局部突起量)的调控作用. 辅以多项其他通用板形控制技术（如弯辊、压下 在板形平坦度自动控制系统中，板形调控 倾斜、分段冷却)，在生产中都配备有板形自动 功效矩阵可表示为板形控制技术的单位调节量 检测装置并实现了板形自动控制. 所引起的带钢前张应力沿横向各处的变化量， 板形控制技术都是具有特定设备形态的工 公式表示如下： 艺技术，其板形控制性能与自身的设备条件，如 E=[9,92,,9,…9m (3) 辊系结构与尺寸（辊数、直径、辊长等），以及工 其中，m一板宽范围内板形仪测量区段数；9一 艺条件，如轧制力与轧件宽度等有关.因此，研 第区段上带钢前张应力变化量， 究和比较板形控制技术需要针对已知的设备条 板形调控功效可以通过实验或软件仿真2 件和工艺条件，从板形调控功效和板带轧机性 种方法确定，其中实验方法需在规模相同的实 能两方面进行. 验轧机或者直接在生产轧机上进行，难度较大. 软件仿真的方法经济有效，能灵活地模拟各种 1板形调控功效的定义山 轧制条件，应用较为广泛 板形调控功效是在一种板形控制技术的 2板形控制技术的板形调控功效仿 单位调节量作用下，轧机承载辊缝形状在沿带 钢宽度方向上各处的变化量，公式表示如下： 真比较 E)=4g:x) △S (1) 板形调控功效可以准确地描述一种板形控 式中：E(x)一板形调控功效函数，可能是简单多 制技术的板形控制思想和调控特性，研究和比 项式或高阶复杂多项式：△g(x)一承载辊缝形状 较板形控制技术首先要研究并比较其板形调控 变化量的函数：S一广义调节量（力或位移）：x一 功效 沿板宽方向坐标. 运用有限单元法和影响函数法对目前使用 调控功效也可用单位调节量引起的沿板宽 的主要板形控制技术CVC,HC,PC,K- WRS,DSR,弯辊和压下倾斜的板形调控功效进 1999-12-12收稿张清东男，34岁，博士，副教授 行仿真研究，结果见图1和2.各图的纵坐标为 *国家“九五”科技攻关项目(No.95-527-01-02-04) 以0.001mm为单位的辊缝开度变化量，横坐标

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 一 宽带钢轧机板形控制技术 比较研究 张清东 黄纶伟 周 晓敏 北京科技大学机械工程学院 ， 北京 摘 要 运用 软件 仿真 方 法 并 结合 生产 实践 ， 从板形 调 控 功 效 和 板 带 轧机综 合 性 能 两 个 方 面 ， 比较研 究 了 目前 国 际 上 各 主 要 板 形 控制 技术 研究 结 果 不 仅有 助 于 板 带轧机 的选 型 和 板 形 技 术 的配 置 ， 也 有益 于 先进板 形 技术 的创制 关键词 板 带轧机 板 形 技 术 比较研 究 分 类号 自 年 代 以来 ， 由于 市场 对 板 形 质 量 的要 求 愈 来 愈 高 ， 推 动 板 形 控 制 技 术 成 为板 带 生 产 的关键性 技 术 围绕板 形控制 技术 的开 发 ， 国际 上 先后 出现 了诸 如 ， ， ， 一 ， 等 多种 不 同 机 型 的新 一 代 高技 术板 带 轧机 这 些 轧机都拥 有 项 自有 的标 志 性 板 形 控 制 技 术并 辅 以多项 其他通用板 形 控制技 术 如弯辊 、 压 下 倾 斜 、 分 段 冷 却 ， 在 生 产 中都 配 备 有 板 形 自动 检测 装 置 并 实现 了板形 自动 控 制 板 形 控制技 术都 是 具有特 定 设 备形 态 的工 艺 技 术 ， 其板 形 控制性 能 与 自身 的设备 条件 ， 如 辊 系结 构 与 尺 寸 辊 数 、 直 径 、 辊 长 等 ， 以及 工 艺 条件 ， 如 轧 制 力 与 轧件 宽度等 有 关 因 此 ， 研 究和 比较板形 控制技术 需要针 对 己 知 的设 备 条 件 和 工 艺 条件 ， 从 板 形 调 控 功 效 和 板 带 轧机 性 能两 方面 进行 板形调控功效的定义 ‘，， 板 形 调 控 功 效 是 在 一 种 板 形 控 制 技 术 的 单位 调 节 量 作用 下 ， 轧 机承 载 辊缝 形 状在 沿 带 钢 宽度 方 向上 各 处 的变 化 量 ， 公 式 表 示 如 下 方 向辊 缝 形 状变化 量 的 离散值 表 示 石 ， ，… ， ‘，… 此 时 ， 丑一板 形 调 控 功 效矩 阵 以上 形 式 的板 形 调 控 功 效可 以表 示 板 形 控 制技 术对承 载辊缝形状 的各 个 描述指标 凸度 、 楔形 度 、 边部 减薄量 、 局 部 突起量 的调 控作 用 在 板 形 平 坦 度 自动 控 制 系统 中 ， 板 形 调 控 功 效矩 阵可 表 示 为板 形 控制 技术 的单位 调 节 量 所 引 起 的 带 钢 前 张 应 力沿 横 向各 处 的变化 量 ， 公 式表示 如下 〔叮 ，，守 ，… ，仔 ，，… ，叮 。 〕 其 中 ， 一板 宽范 围 内板 形仪 测 量 区 段 数 二 第 一 区 段 上 带钢 前 张 应 力变化量 板 形 调 控 功 效 可 以通 过 实验 或 软件 仿 真 种方法 确 定 其 中实验 方 法 需在规 模相 同 的实 验 轧 机或 者 直接在 生产轧机上进 行 ， 难度较 大 软 件 仿 真 的方 法 经 济有 效 ， 能 灵 活 地模拟 各 种 轧 制 条件 ， 应 用 较 为广泛 群价 二 盛 』应 一 丫 ’ △ 式 中 沼。 一板形 调 控 功 效 函 数 ， 可 能 是 简 单 多 项 式或 高阶 复杂 多项式 △岁 习一承 载 辊缝形状 变化量 的 函 数 一广 义调 节量 力 或位 移 一 沿板 宽方 向坐标 调 控功效 也 可 用 单位 调 节 量 引起 的沿板 宽 一 一 收稿 张 清 东 男 ， 岁 ， 博 士 ， 副教授 国 家 “ 九五 ” 科技攻关项 目 一 一 一 一 板形 控 制 技 术 的板形 调 控功 效仿 真 比较 板 形 调 控 功 效可 以准 确地描述一 种板形 控 制 技 术 的板 形 控 制 思 想 和 调 控特 性 ， 研 究和 比 较板 形 控 制 技术 首 先要研 究并 比较 其板形 调控 功 效 运用 有 限单 元 法和 影 响 函 数法 对 目前使用 的 主 要 板 形 控 制 技 术— ， ， ， 玲 ， ， 弯辊和 压 下 倾斜 的板 形 调控 功 效进 行 仿 真研 究 ， 结 果 见 图 和 各 图 的纵 坐 标 为 以 为 单位 的辊 缝 开 度变化 量 ， 横坐 标 DOI ：10．13374／j ．issn1001—053x．2000．02．023

·178· 北京科技大学学报 2000年第2期 (a)●弯辊2.7834x+23.701x (b)·中间辊抽辊-1.6366x+9.7111x ▣CVC抽辊-0.581lx+8.895x2 0中间辊弯辊-1.1391x+16.607x 工作辊弯辊5.373x+37.83x2 Dw=500 mm B=1000mm1D=400mm 15 D4=1200mm P=10MN25D=500mm B=1000mm De=1200 mm P=10MN -0.5 0 0.5 -0.5 0 0.5 (c) (d) ·中间辊弯辊-2.4199x+19.165x ·工.作辊弯辊1.1783x+12.564x2 口工作辊弯辊6.936.2x+60.51x2 口工作辊交叉-1.9162x+14.939x2 ◆中间辊抽辊-0.9816x+14.111x2 Dw=600 mm 。工作辊抽辊0.5512x+5.4361x2 De=1400mm D8=1250mm 8 Dw=410mm B=1000mm B=1000mm D,=470mm P=10MN P=10MN -0.5 0 0.5 -0.5 0 0.5 Dw=750mm 10[·工作辊弯辊 () 60 「。不对称弯辊 Da=1 500 mm 0.776x4+7.9481x2 8.5x-62.9x+26.2x+ 40 36.7x2+1.3x2-45.2x B=1000mm 口工作辊抽辊0 P=10MN ·压下倾斜 20 1.8x+8.4x+3.3x2+16x -1 -0.5 on0.5 Dw=600 mm -20 Da=1400mm deeeueesdeseseesoefoosobgo80see B=1000mm P=10MN -1 -0.5 0 0.5 -40L 图16种板形控制技术仿真.横坐标为距带钢中心线距离与半板宽之比()：纵坐标为以0.001mm为单位的辊缝 开度的变化)(a)四辊CVC,(b)六辊CVC,(cUC,(d)PC,(e)K-WRS,(价不对称弯辊与压下倾斜 Fig.1 Shape-adiusting action of six shape control actuators by imitation 为距带钢中心线的距离与半板宽之比，其中Dw效是非对称的，并且整体调控作用明显.DSR的 为工作辊直径，D为中间辊直径，D:为支持辊直 单个压块压力调节的板形调控功效除一个是高 径，B为板宽，P为总轧制力.图中的曲线形态和 次对称的，其余皆是非对称的，有一定的局部调 相应函数表达式表示了各板形技术的板形调控 控作用.DSR的全体压块压力可以各种对称或 功效的大小、特性， 非对称分布模式给出，相应提供各种对称或非 从图可见，CVC,HC,PC和对称弯辊技术的 对称的板形调控功效.K-WRS轧机的工作辊抽 板形调控功效都是对称的，并且都以2次成分 辊没有板形调控作用，其作用在于均匀化磨损. 为主.其中4次成分含量最多的有：六辊CVC轧 另外，图中的板形调控功效是在一定的板 机的中间辊抽辊和工作辊弯辊，以及PC轧机的 宽、辊径、辊长和轧制力下计算所得.进一步研 轧辊交叉和UC轧机中间辊弯辊. 究可以发现： 压下倾斜和不对称弯辊技术的板形调控功 (1)板宽与辊长之比对调控功效有一定影

北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 弯辊 · 扩 护 吐 抽辊 一 扩 丈 中间辊抽 辊 一 公 ‘ ， 护 、 中 间辊弯辊 一 · ‘ · 份 飞 况 工 作 想 弯 娘 ‘ ，， ， 红 ， 。 ， 。 尸 日 二 。 一 中间辊弯辊 一 犷 口 工 作 辊 弯辊 丫十 ， 分 今 中 间辊抽 辊 二 月 ， 工 作 辊抽 辊 从 ， 一 一 工 作辊弯 辊 丫 犷 口 工 作辊交叉 一 ， ’ 蛇 尸二 刀 。 尸 二 一 一 一 一 图 种 板 形控 制 技 术 仿真 横 坐标 为距 带钢 中心 线距 离与半 板宽之 比 纵 坐 标 为 以 为 单位 的辊 缝 开 度 的 变 化 四 辊 ， 六辊 ， ， ， 卜、 ， 灯不 对称弯辊 与压 下 倾斜 一 为距 带钢 中心 线 的 距 离与 半板 宽之 比 ， 其 中 为工 作辊 直径 ， ，为 中 间辊直径 ， 。 为支 持 辊 直 径 ， 为板 宽 ， 为 总 轧制 力 图 中 的 曲线 形 态 和 相应 函数 表达式表 示 了各板 形 技 术 的板形 调 控 功 效 的大 小 、 特 性 从 图可 见 ， ， ， 和 对 称 弯 辊技 术 的 板 形 调 控 功 效 都 是 对 称 的 ， 并且 都 以 次成 分 为主 其 中 次成 分 含 量 最 多 的有 六 辊 轧 机 的 中间辊 抽辊和 工 作 辊 弯 辊 ， 以及 轧机 的 轧 辊 交 叉 和 轧 机 中间辊 弯 辊 压 下 倾斜 和 不对称弯 辊技 术 的板 形 调 控功 效 是非 对 称 的 ， 并 且 整 体 调 控作 用 明显 的 单个压 块压 力 调 节 的板形 调 控 功效 除一 个是 高 次对 称 的 ， 其余 皆是 非对称 的 ， 有 一 定 的局 部调 控 作用 的全 体压 块 压 力 可 以各种 对 称或 非 对 称 分 布模 式给 出 ， 相 应 提 供 各种 对 称 或非 对 称 的板 形 调 控功效 轧机 的工 作辊 抽 辊 没 有板 形 调 控作用 ， 其 作用 在 于 均匀化磨损 另 外 ， 图 中 的板 形 调 控 功 效 是 在 一 定 的板 宽 、 辊径 、 辊 长 和 轧 制力 下 计 算所得 进 一 步研 究可 以发 现 板 宽 与辊 长 之 比对 调 控 功效有 一 定 影

Vol,22 No.2 张清东等：宽带钢轧机板形控制技术比较研究 ·179· DENDING/2 8.0f -o-M00 e01 4.0 -MI 常一02 88 -e-M2 米” ★ 兴兴兴 米一 板宽 ◆03 Dw=550mm 。-M3 -4.0 D3=1490mm B=1380mm -8.0L P=13MN 图2DSR辊各个压块和工作辊弯辊的调控功效 Fig.2 Shape-adjusting action of padsactuators and WR bending on DSR 响.随着比值的增大，各种板形控制技术的调控 术，不进行模式识别，直接运用线性最小二乘原 功效的大小增加，尤其4次成分增加更多. 理建立离散的板形控制效果评价函数并求解各 (2)各种板形控制技术的调控功效对轧辊 板形控制技术设定值的调节量S: 直径变化的敏感程度不同.如工作辊弯辊对轧 辊直径的变化较为敏感，而CVC则基本上与轧 Ea=[2Sg,-l识，i=1,m时=l,…p(6) 确定使E达到极小值的S, 辊直径无关， [S]=[A]p[RIm (7) (3)平均单位板宽轧制压力对某些板形控 式中，A一板形调控功效矩阵；R一板形实测值 制技术的板形调控功效具有影响，对比可知，以 矩阵. 力为调节量的板形控制技术的调控功效基本不 3.3基于板形参数评价函数类 受影响，而以辊形、抽辊为调节量的板形控制技 首先，运用最小二乘法将板形实测值拟合 术，其调控功效大小随轧制压力增大而增大， 为完全4次多项式： 3板形调控功效在控制系统中的作 Mx)=A+Ax+ixx+1xx+Ax (8) 用 再转化为用于表达板形调控功效的板形参数 A,A2,A,L,同时将板形控制目标表示为 板形调控功效是板形自动控制系统中板形 ,,A,A,以板形参数分别构造加权的对称 控制策略设计的前提和归宿，它在一定程度上 及非对称的控制效果评价函数E.运用登山探 决定了所采取的板形控制策略，以及控制效果 索法直接确定使E达到极小值的各板形控制 评价函数形式和各板形控制技术设定值调节量 技术设定值的调节量S· 的求解方法，是板形自动控制模型建立的基础. 以上3类模型分别为3种不同的控制策略 板形调控功效对板形自动控制模型的影响在现 及数学模型，用于控制不同的板形技术 有3类闭环反馈控制模型中都显而易见， 3.1基于模式识别类 4板带轧机板形控制性能界定指标 对于板形调控功效函数较简单的板形控制 板形控制的实质在于对承载辊缝形状的控 技术，运用线性最小二乘法把实测板形信号σ() 制.各种板形控制技术的板形控制原理都是调 分解为与各调控功效函数(x)相对应的N种模 控承载辊缝的形状.在轧制过程中，影响轧件板 式： 形（承载辊缝形状）的干扰因素主要是轧辊辊形 ER=2[a①-Wx]P (4) 变化（轧机方面的）和轧制力波动（轧件方面 y(x)=ao+a(x)+...+a,x)+..+awox)(5) 的).板形控制性能优良的板带轧机，其承载辊 求得E达极小值时的各a值，a直接用于确定 缝形状应该同时具有足够大的可调控范围和对 p种板形控制技术的设定值的调节量S,一般有 轧制力、轧辊辊形变动干扰的抵抗能力.因此提 N<P. 出以下板带轧机板形控制性能界定指标 3.2基于最小二乘评价函数类 4.1辊缝形状调控域 对于板形调控功效函数较复杂的板形技 辊缝形状调控域即轧机各项板形控制技术

心 一 张清 东等 宽带 钢 轧 机板 形 控 制 技术 比较 研 究 一 了 宽 板 ︷︸一一 图 辊各 个压 块 和 工 作辊弯辊 的调 控功 效 一 响 随着 比值 的增 大 ， 各种 板 形控制 技 术 的调 控 功 效 的大 小 增 加 ， 尤其 次成 分增 加 更 多 各种板 形 控 制 技术 的调 控 功 效 对 轧 辊 直 径 变 化 的敏 感程度 不 同 如 工 作 辊弯 辊 对 轧 辊直 径 的变化 较 为敏 感 ， 而 则 基 本上 与 轧 辊 直径 无 关 平 均 单 位 板 宽轧 制 压 力对 某 些 板 形 控 制技术 的板 形 调 控功效 具 有影 响 对 比可 知 ， 以 力 为调 节量 的板 形控制 技术 的调 控功 效 基本 不 受影 响 ， 而 以辊形 、 抽 辊 为调 节量 的板形 控制 技 术 ， 其 调 控 功 效 大 小 随 轧 制压 力 增 大 而 增 大 术 ， 不 进行模式 识 别 ， 直接运用 线 性最 小 二 乘原 理建立 离散 的板 形 控制 效果 评 价 函数 并 求解 各 板 形 控 制技 术设 定值 的调 节 量 冬 瓜 耳 艺冬 · 乳一 听 ， ，… ’ ，… 板形 调 控功 效在 控 制 系 统 中的作 用 板 形 调 控 功 效 是 板 形 自动控制系统 中板形 控制 策 略 设 计 的 前 提和 归 宿 ， 它在 一 定 程度 上 决 定 了所 采取 的板 形 控 制策 略 ， 以及控制 效 果 评 价 函 数形 式和 各板 形控制 技 术 设定值调 节量 的求解 方法 ， 是 板形 自动 控 制模 型 建 立 的基础 板形调 控功 效对 板形 自动 控制模 型 的影 响在现 有 类 闭环 反 馈 控 制 模 型 中都 显 而 易见 〔 基于模式识别 类 对 于 板形 调 控功效 函 数 较简单 的板形控 制 技术 ， 运用 线性最 小 二 乘法把 实测 板形 信号氏 分解 为 与各 调 控 功效 函 数外 相 对应 的 种模 式 一 蓦以‘ 二， 〕 ， 二 ， · 仍 卜 二 十’ 妈 … 衡 · 办 求得 瓜 达极 小 值 时 的各 值 ， 马 直 接用 于 确 定 种板 形 控制技术 的设定值 的调 节 量 冬 ，一 般 有 丛尸 基于 最小二 乘评价函数类 对 于 板 形 调 控 功 效 函 数 较 复 杂 的 板 形 技 确 定 使 瓜 达 到极 小值 的 ， 〕 减 卫 〕孙 〕 ， 、 式 中 ， 一板 形 调 控 功 效 矩 阵 一板 形 实测 值 矩 阵 基 于板形参数评价 函数类 首先 ， 运 用 最 小 二 乘 法 将 板 形 实测 值拟 合 为完全 次 多项 式 又以 从式 以厂以才 再 转 化 为 用 于 表 达 板 形 调 控 功 效 的板 形 参 数 ， 搜 ， ，， ， 同 时 将 板 形 控 制 目 标 表 示 为 ， ， 成 ， ， 以板 形 参 数分 别 构造加 权 的对 称 及 非对 称 的控制 效 果 评 价 函数 及 运 用 登 山探 索法 直 接 确 定 使 瓜 达 到 极 小 值 的各 板 形 控 制 技 术 设 定值 的 调 节 量 冬 以上 类模 型 分 别 为 种 不 同 的控 制 策 略 及 数学 模 型 ， 用 于 控 制不 同 的板 形 技 术 板带轧机板形控制性能界定指标 板 形 控制 的实质 在 于 对承 载 辊缝 形 状 的控 制 各 种 板 形 控 制 技 术 的板 形 控 制 原 理 都 是 调 控 承 载辊缝 的形 状 在 轧制过程 中 ， 影 响轧 件 板 形 承 载辊缝形 状 的干扰 因 素主 要 是 轧辊 辊形 变 化 轧机 方 面 的 和 轧制 力 波 动 轧件 方 面 的 板 形 控制 性 能优 良的板 带 轧 机 ， 其 承 载 辊 缝形 状应 该 同 时具 有足够 大 的可 调 控 范 围和 对 轧制 力 、 轧辊辊 形 变动 干扰 的抵抗 能力 因此提 出 以下 板 带轧 机板形 控制性 能界 定 指 标 辊缝形状调 控域 辊缝形 状调 控域 即 轧机各项 板形 控制技 术

·180· 北京科技大学学报 2000年第2期 共同对辊缝形状的各个描述指标一凸度、楔 了辊缝在轧制力变动时的稳定性.建立将二者 形度、边部减薄量、局部突起量一的最大可调 结合组成的Cw-C。一q坐标系，以轧制宽度B为 控范围.但一般可以将带钢宽度跨距内的辊缝 参变量，可以得到描述轧机板形控制性能的三 曲线用离散数值表示，并通过多项式拟合得到 维图.如果轧辊自保持性良好，则这一板形控制 曲线的2次凸度Cw和4次凸度C0,并在Cw-C。 性能的三维图在整个轧辊服役期内保持恒定. 坐标系中建立辊缝凸度最大可调控范围，称之 辊缝的调节柔性和刚度特性以及轧辊的辊 为辊缝凸度调节域 形自保持性是比较板带轧机的板形控制性能的 4.2辊缝横向刚度 主要依据. 轧机一方面应具有承载辊缝形状的可调控 板形调控功效是板形控制技术的特质，也 柔性，另一方面则应具有当轧制力发生波动和 是决定板带轧机板形控制特性的基本“元素”， 存在干扰时辊缝形状保持相对稳定的能力即辊 因此，比较板带轧机的板形控制性能也可以说 缝刚性，辊缝的刚性用辊缝横向刚度K界定： 明板形控制技术的优劣， K=△q/△Cw (9) 式中，△g一轧制压力g的变化量：△Cw一辊缝凸 5板形调控功效决定板带轧机性能 度Cw对应于△g的变化量 板带轧机板形控制技术的配置方案决定了 4.3辊形自保持性（稳定性） 轧机的机型，也决定了轧机的板形控制策略 轧机的各轧辊在服役期内不断发生表面磨 “柔性辊缝”或“刚性辊缝”.如果轧机的标志性 损，下机后可以测得磨损后的轧辊表面轮廓曲 板形控制技术的调控思想是扩大辊缝形状调控 线，再与上机前的轧辊初始辊形曲线相减，就可 域，则称之为柔性辊缝型：如果是提高辊缝横向 得到轧辊在服役期内表面上的（中点或边部点 刚度，则称之为刚性辊缝型. 的)相对磨损量分布曲线，称为轧辊磨损曲线或 CVC轧机和PC轧机同属高柔度、低刚度辊 磨损辊形.定义辊形自保持性参数Rw: 缝，即柔性辊缝型：HC(UC)轧机属于低凸度、高 Rw=1.0-Wmx·K/Lw (10) 刚度辊缝型，即刚性辊缝型：VCL(VCR)支持辊 其中，Wx一宽度方向上最大相对磨损量：Lw 技术可提高辊缝刚度并使支持辊具有优良的辊 一磨损曲线宽度：K一轧辊径长比 形自保持性，也属于刚性辊缝型：DSR技术既可 如果轧辊表面磨损均匀，则轧辊具有最优 以实现柔性辊缝控制也可实现刚性辊缝控制， 的辊形自保持性即辊形稳定性，Rw=1.0.实际生 产中，除表面局部剥落外，轧辊磨损曲线多为近 6板带轧机综合性能比较 似光滑曲线型(C型，高次或低次多项式)、“梯 板带钢热轧和冷轧机的主要机型有常规四 形(T型)”、“阶梯型(S型)”和“猫耳型(CE型)”. 辊，CVC,HC(UC),PC,K-WRS,VCL(VCR), 轧辊表面不均匀磨损导致辊缝形状变动和 DSR等.通过软件仿真和生产实践调研从8个 某些板形控制技术的调控功效变化.辊缝调节 方面对各种机型板带轧机的综合性能进行比 域表明了辊缝的调节柔性，辊缝横向刚度表明 较，见表1. 表1板带轧机综合性能比较 Table 1 Comparison of overall performances in strip rolling mill 项目 常规四辊CVC HC(UC)PCK-WRS VCL(VCR)DSR 轧辊是否抽动 否 是 是 交叉 是 否 是 否 辊缝形状调控域 A A A Q B 夕 A 辊缝横向刚度 Q C C C A A A 辊形自保持性 C C C B A A B 轧件行进稳定性 B B C 分 A A A 辊耗 A 小 力 C 实现自由轧制 C B A C C 结构及维护简易 B A 避免过大轴向力 A B 日 O 力 A A 辊形及磨辊简易 A 心 A A C A 注：A一优，B一次优，C一一般

北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 共 同对 辊缝 形 状 的各 个 描 述 指 标— 凸 度 、 楔 形 度 、 边部 减薄量 、 局 部 突 起 量— 的最 大可 调 控 范 围 但 一 般可 以将 带钢 宽度 跨距 内的辊缝 曲线 用 离散 数值表 示 ， 并通 过 多项 式拟 合 得 到 曲线 的 次 凸度 和 次 凸度 ， 并在 一 坐 标 系 中建立 辊缝 凸度 最 大 可 调 控 范 围 ， 称 之 为 辊 缝 凸度 调 节 域 辊缝横 向刚度 车 机一 方 面 应 具 有承 载辊 缝 形状 的可 调 控 柔 性 ， 另 一 方 面 则应 具 有 当 轧 制 力 ’ 发 生 波 动 和 存在 干扰 时辊缝 形状保持相 对稳 定 的能 力 即辊 缝 刚 性 辊缝 的 刚 性 用 辊 缝 横 向刚 度 界 定 二 △ △ 式 中 ， △ 一轧 制压 力 的变 化 量 △ 一辊缝 凸 度 对 应 于 △ 的变化 量 辊形 自保持性 稳定性 轧机 的各 轧 辊在 服役 期 内不 断 发 生 表面 磨 损 ， 下 机 后 可 以测 得 磨 损 后 的 轧 辊表 面 轮廓 曲 线 ， 再 与 上机前 的轧 辊初 始辊形 曲线相减 ， 就可 得 到 轧 辊 在 服 役 期 内表 面 上 的 中点 或 边 部 点 的 相 对 磨损 量 分布 曲线 ， 称 为轧辊 磨损 曲线或 磨 损 辊 形 定 义 辊 形 自保 持 性参 数 一 班 ” · 人夕乙 其 中 ， 眠 一 宽度 方 向上 最 大 相 对 磨 损 量 一 磨损 曲线 宽度 一 轧辊 径 长 比 如 果 轧 辊表 面 磨 损 均 匀 ， 则轧 辊 具 有 最 优 的辊形 自保持性 即辊形 稳定 性 ， 实际 生 产 中 ， 除表面 局 部 剥落 外 ， 轧 辊磨损 曲线 多为近 似光 滑 曲线 型 型 ， 高次或 低 次 多项 式 、 “ 梯 形 型 ” 、 “ 阶梯 型 型 ” 和 “ 猫 耳 型 型 ” 轧 辊表 面 不 均 匀 磨 损 导致辊缝 形 状 变 动 和 某 些 板 形 控 制 技 术 的 调 控 功 效变化 辊 缝 调 节 域 表 明 了辊缝 的调 节 柔 性 ， 辊缝横 向刚 度 表 明 了辊 缝 在 轧 制 力 变动 时 的稳 定 性 建 立 将 二 者 结 合 组 成 的 一 一 坐 标 系 ， 以轧 制 宽度 为 参变 量 ， 可 以得 到 描 述 轧 机板 形 控 制 性 能 的三 维 图 如 果 轧辊 自保持 性 良好 ， 则 这 一 板 形 控制 性 能 的三 维 图在 整 个 轧辊服役 期 内保 持恒 定 辊 缝 的调 节 柔 性和 刚度特 性 以及 轧辊 的辊 形 自保持 性 是 比较板 带 轧机 的板 形 控 制性 能 的 主 要 依 据 板 形 调 控 功 效 是 板 形控 制 技术 的特 质 ， 也 是 决定 板 带 轧机 板 形 控 制特 性 的基 本 “ 元 素 ” 因 此 ， 比较 板 带 轧 机 的板 形 控 制性 能 也 可 以说 明板形 控 制 技 术 的优劣 板形调控功效决定板带轧机性能 板 带 轧 机板 形控制 技 术 的配 置 方案 决 定 了 轧机 的机 型 ， 也决定 了轧机 的板形控制策 略 “ 柔 性 辊缝 ” 或 “ 刚性 辊 缝 ” 如 果 轧 机 的标 志—性 板 形 控制 技 术 的调 控 思 想 是扩 大 辊缝形 状 调 控 域 ， 则称之 为柔性 辊缝 型 如 果 是 提 高辊 缝横 向 刚 度 ， 则称 之 为 刚 性 辊缝 型 车 机和 轧 机 同属 高柔 度 、 低 刚 度辊 缝 ， 即柔性 辊缝 型 轧机属 于 低 凸度 、 高 刚度 辊缝 型 ， 即 刚 性 辊 缝 型 支持辊 技术可 提 高辊 缝 刚 度 并使支 持辊具 有优 良的辊 形 自保 持性 ， 也 属 于 刚性辊缝 型 技术 既 可 以 实现柔 性 辊缝控 制 也 可 实现 刚 性 辊 缝 控 制 板带轧机综合性能 比较 板 带 钢 热 轧和 冷 轧机 的主 要 机 型有常规 四 辊 ， ， ， ， 一 ， ， 等 通过软 件 仿 真 和 生 产 实践调研 从 个 方 面 对 各 种 机 型 板 带 轧 机 的 综 合 性 能 进 行 比 较 ， 见 表 表 板 带轧机 综合性 能 比较 项 目 常规 四辊 车辊是否抽动 否 是 是 是 否 是 否 辊缝形状调控域 辊缝横 向刚度 辊形 自保持性 轧件行进稳定性 辊耗 实现 自由轧制 结构及维护简易 避免过大轴 向力 辊形及磨辊简易 交叉 注 一优 ， 一次优 ， 一一 般

Vol.22 No.2 张清东等：宽带钢轧机板形控制技术比较研究 ·181÷ 比较结果进一步说明目前的板带轧机各种 7结束语 机型都各有所长也各有所短，还没有一种机型 具有绝对的优势. 比较研究进一步证明，目前的各项板形控 尤其是各机型都有明显缺点：CVC辊形曲 制技术都同时具有优势和局限，处于发展中、尚 线易被磨损破坏，辊间接触压力分布呈S型使 未成熟.这一方面给板带轧机的选型和板形控 支持辊（和工作辊）磨损严重不均.HC(UC)轧机 制技术的配置制造了难度，另一方面也留下了 辊间接触压力呈三角形分布，使辊端出现较大 针对板形控制技术的较大创新空间.正因此，近 的接触压力尖峰，从而导致辊面的剥落，增大辊 年来有关板形的研究始终都是前沿和热点，板 耗和换辊次数.PC轧机机械结构复杂，工作辊 形技术向系列化和一体化模式发展.系列化主 轴向力大，交叉点与轧制宽度中心线重合难，轧 要表现在连轧机组各机架板形控制技术的开发、 件易跑偏.K-WRS和CVC热轧机上下工作辊的 兼顾板形的轧制道次设定，以及以轧机为重点 不相等“磨损箱”必造成工作辊移位后的非对称 同时开发热轧层流冷却、热轧精整、冷轧酸洗、 辊缝，导致轧件楔形和单边浪的出现，甚至跑偏 冷轧平整与精整中的板形控制技术.一体化主 的发生：而PC轧机由于轧辊不移动可以避免此 要表现在热轧和冷轧机的机型配置、辊形设计、 类问题.使用常规平辊的K-WRS轧机对板形控 工艺制度和控制模型被整合为一体的板形综合 制无有贡献，但如采用具有特殊辊廓曲线的工 控制技术 作辊，则能兼有板形控制的功能.K-WRS轧机 参考文献 能使磨损分散化和平缓化，为热轧自由规程轧 I黄纶伟DSR板形技术研究：[学位论文]北京：北京科 制提供条件，而CVC,HC(UC),PC技术都无此 技大学，1999.3 能力 2张清东冷轧宽带钢板形检测与自动控制钢铁，1999 (10):69 Comparative Study on Shape Control Technologies for Wide Strip Mills ZHANG Qingdong,HUANG Lunwei, ZHOU Xiaomin Mechanical Engineering School,UST Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT The main advanced shape control technologies in operation now were studied and compared, for this reason,shape-adjusting action matrices and mills'overall shape control performances of these actua- tors were imitated by numerical calculation methods.The research conclusions will be not only beneficial to design of strip rolling mills and selection of shape control actuators for a mill,but also beneficial to creating new advanced shape control technologies. KEYWORDS strip rolling mill;shape control technology;comparative study

张清 东等 宽带钢 轧机板形 控 制 技术 比较研 究 比较 结 果 进 一 步 说 明 目前 的板 带 轧 机各种 机 型 都各 有所 长 也 各 有 所 短 ， 还 没 有 一 种机 型 具 有绝 对 的优 势 尤 其 是 各 机 型 都 有 明显 缺 点 辊形 曲 线 易 被磨 损 破 坏 ， 辊 间接 触 压 力 分 布 呈 型 使 支 持辊 和 工 作辊 磨损 严 重 不 均 轧机 辊 间 接触 压 力 呈 三 角 形 分 布 ， 使 辊端 出现较 大 的接触压 力 尖峰 ， 从而 导致辊面 的剥落 ， 增大 辊 耗和 换辊 次 数 轧机 机械 结 构 复杂 ， 工 作 辊 轴 向力 大 ， 交叉 点 与 轧 制 宽度 中 ‘ 心 线 重 合 难 ， 轧 件 易跑 偏 一 和 热 轧机 上 下 工 作 辊 的 不 相 等 “ 磨 损 箱 ” 必 造 成 工 作 辊 移位 后 的非 对 称 辊 缝 ， 导 致 轧 件楔形 和 单边浪 的 出现 ， 甚至 跑 偏 的发 生 而 轧机 由于 轧 辊 不 移 动 可 以避 免 此 类 问题 使用 常 规 平 辊 的 一 轧 机对板 形 控 制 无有 贡 献 ， 但 如 采用 具 有特殊 辊廓 曲线 的工 作 辊 ， 则 能 兼 有 板 形 控 制 的功 能 轧 机 能 使磨 损 分 散化和 平 缓 化 ， 为 热 轧 自由规 程 轧 制提 供 条件 ， 而 ， ， 技 术 都无此 能 力 结束语 比较研 究进一 步证 明 ， 目前 的各 项 板 形 控 制技 术都 同 时具 有 优势和 局 限 ， 处 于 发展 中 、 尚 未 成 熟 这 一 方 面 给板 带 轧 机 的选 型和 板 形 控 制技 术 的配 置 制造 了难度 ， 另 一 方 面 也 留下 了 针 对板 形 控制 技 术 的较大创 新 空 间 正 因此 ， 近 年来 有 关 板 形 的研 究 始终都 是 前 沿 和 热 点 ， 板 形 技术 向系列 化和 一 体 化模式 发 展 系 列 化 主 要 表现在连轧机组各机架 板 形控制技术 的开 发 、 兼 顾 板形 的轧 制 道 次设 定 ， 以及 以轧机 为 重 点 同 时 开 发 热 轧 层 流 冷 却 、 热 轧 精 整 、 冷 轧 酸洗 、 冷 轧 平 整 与精 整 中 的板 形 控 制 技 术 一 体化 主 要表 现 在热 轧和 冷 轧机 的机 型 配置 、 辊 形 设计 、 工 艺 制 度 和 控 制模 型 被 整 合 为 一 体 的板 形 综 合 控 制 技术 参考文 献 黄 纶伟 板 形 技 术研 究 学位 论文 】 北 京 北 京科 技大 学 ， 张 清 东 冷轧 宽带钢 板 形检 测 与 自动 控 制 钢 铁 ， 砚搜刃 以咬 ， 了 ， ， ， ， ， 一 ，