冷連軋過程中間輥彎輥力設(shè)定策略研究

谷 田 ，王海濤 ，馮運(yùn)莉，周國(guó)平 ，劉春雨

（1.唐山鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司，河北 唐山 063000；2.華北理工大學(xué)，河北 唐山 063210）

冷軋帶鋼尺寸精度高，表面質(zhì)量好，機(jī)械、工藝性能優(yōu)越，被廣泛的應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，其中板形是衡量冷軋帶鋼質(zhì)量的重要指標(biāo)。針對(duì)冷連軋過程的板形控制，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者都進(jìn)行了深入的研究。陳金山等[1]分析了最佳彎輥力對(duì)成品帶鋼板形的影響規(guī)律，并建立了最佳彎輥力計(jì)算模型。Wang等[2]提出了一種冷連軋穿帶過程的動(dòng)態(tài)模型，模擬計(jì)算結(jié)果表明，提出的模型與實(shí)際值吻合較好，提高了板形控制精度。

學(xué)者們對(duì)板形執(zhí)行機(jī)構(gòu)與帶鋼軋后板形的關(guān)系進(jìn)行了深入研究，但是均忽略了中間輥彎輥的重要性。本文基于影響函數(shù)法，分析了中間輥彎輥與中間輥橫移位置對(duì)板形的影響規(guī)律，提出了冷連軋過程中間輥彎輥設(shè)定策略。

1 冷軋帶鋼板形預(yù)測(cè)模型建模

1.1 軋輥彈性變形模型

承載輥縫的形狀直接決定帶鋼軋后斷面分布，因此軋輥彈性變形模型在板形控制理論中的地位相當(dāng)重要。使用影響函數(shù)法計(jì)算了輥系彈性變形，帶鋼軋后厚度分布如下：

1.2 軋后帶鋼殘余應(yīng)力計(jì)算模型

根據(jù)胡克定律，帶鋼軋后殘余應(yīng)力分布可按式(2)計(jì)算得到：

式中：為軋后帶鋼殘余應(yīng)力；為帶鋼彈性模量；為帶鋼泊松比。

2 中間輥彎輥力設(shè)定策略研究

2.1 中間輥彎輥力對(duì)軋后帶鋼斷面分布和板形的影響

為了研究中間輥彎輥力對(duì)軋后帶鋼斷面分布和板形的影響，基于某廠冷連軋機(jī)的參數(shù)進(jìn)行模擬計(jì)算。彎輥力分別選擇300，400，500kN。當(dāng)計(jì)算工作輥彎輥力時(shí)，中間輥彎輥力為400kN不變。當(dāng)計(jì)算中間輥彎輥力時(shí)，工作輥彎輥力設(shè)為400kN不變。

工作輥彎輥力(WRB)對(duì)帶鋼斷面分布的影響如圖1(a)所示。工作輥彎輥力由300kN升至500kN，軋后帶鋼由正凸度向負(fù)凸度過渡。圖1(b)為不同工作輥彎輥力下軋后帶鋼板形。可以看出，工作輥彎輥力由300kN升至500kN，軋后帶鋼由中浪向邊浪過渡。圖1(c)為不同中間輥彎輥力(IRB)下軋后帶鋼斷面分布，隨著中間輥彎輥力的上升，帶鋼凸度逐漸減小。圖1(d)為不同中間輥彎輥力下軋后帶鋼的板形。可以看出，中間輥彎輥力為300kN時(shí)，帶鋼呈現(xiàn)輕微1/4浪，隨著中間輥彎輥力的增加，1/4浪逐漸向中浪轉(zhuǎn)變。中間輥彎輥力對(duì)帶鋼斷面分布的影響在帶鋼邊部至距邊部1/4處較大，而工作輥彎輥力可以影響至帶鋼中部。

圖1 工作輥彎輥力對(duì)(a)帶鋼斷面分布，(b)板形的影響；中間輥彎輥力對(duì)(c)帶鋼斷面分布，(d)板形的影響

2.2 中間輥橫移對(duì)中間輥彎輥板形調(diào)控能力的影響

六輥軋機(jī)的中間輥橫移位置由軋制帶鋼的寬度決定，為了消除工作輥的有害彎矩，中間輥一端會(huì)橫移至距離帶鋼邊部δmm的位置。計(jì)算了不同δ值下的軋后帶鋼板形及凸度。δ分別為0，50，100mm，每個(gè)δ下分別選擇300，400，500kN三種中間輥彎輥力進(jìn)行模擬計(jì)算[3-5]，計(jì)算結(jié)果如圖2所示。

圖2 (a)δ對(duì)軋后帶鋼板形的影響；(b)δ對(duì)軋后帶鋼凸度的影響

圖2 (a)為工作輥、中間輥彎輥力均為400kN時(shí)，中間輥橫移位置δ對(duì)軋后板形的影響。隨著δ的增加，中間輥端部與帶鋼的距離增加，由于軋制力引起的軋輥撓曲增加，軋后帶鋼板形由良好向邊浪缺陷轉(zhuǎn)變。圖2(b)為不同δ下，中間輥彎輥力的變化對(duì)軋后帶鋼凸度的影響。可以看出，隨著中間輥彎輥力的增加，帶鋼凸度降低，δ越高，帶鋼凸度越大，這也是由于軋輥撓曲的增大而引起的。

2.3 中間輥彎輥力設(shè)定策略

綜上所述，中間輥彎輥力對(duì)板形的調(diào)控能力雖然較弱，但由圖1可知，中間輥彎輥對(duì)帶鋼斷面1/4處的影響較工作輥彎輥明顯，中間輥彎輥可用于對(duì)較小四次浪形的調(diào)控。由圖2可以看出，增加中間輥橫移位置δ可用于控制板形中浪缺陷。

中間輥彎輥對(duì)板形的調(diào)控能力遠(yuǎn)小于工作輥彎輥，所以在板形控制系統(tǒng)的設(shè)定計(jì)算中，調(diào)控能力弱的應(yīng)該先計(jì)算，保證板形控制計(jì)算效率，所以中間輥彎輥的設(shè)定計(jì)算優(yōu)先級(jí)應(yīng)高于工作輥彎輥。而在板形控制系統(tǒng)的反饋控制中，與設(shè)定計(jì)算的順序相反，調(diào)控能力強(qiáng)的應(yīng)該先進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證板形缺陷能夠迅速消除，所以中間輥彎輥的反饋控制調(diào)節(jié)優(yōu)先級(jí)應(yīng)低于工作輥彎輥。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果

將本文提出的中間輥彎輥設(shè)定策略應(yīng)用在某冷連軋機(jī)組中。將反饋控制調(diào)節(jié)優(yōu)先級(jí)設(shè)定為中間輥彎輥低于工作輥彎輥，并將S2機(jī)架中間輥彎輥力由340kN改為550kN，將S3機(jī)架中間輥彎輥力由370kN改為550kN，將S4機(jī)架中間輥彎輥力由420kN改為650kN。從應(yīng)用效果來(lái)看，成品板形由11IU降至5IU以內(nèi)，優(yōu)化效果明顯。

4 結(jié)論

①增加中間輥彎輥力，提升了工作輥彎輥的調(diào)控能力，可緩解帶鋼1/4浪板形缺陷；②中間輥橫移位置δ增加，帶鋼凸度顯著增加。隨著δ的升高，帶鋼板形由中浪向邊浪過渡；③將得到的控制策略應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)，板形質(zhì)量顯著提升；④采用影響函數(shù)法建立了六輥冷軋機(jī)輥系彈性變形計(jì)算模型，用于分析各種主要因素對(duì)最佳變輥力的影響規(guī)律；⑤建立了很多因素影響的工作輥彎輥力非線性回歸模型，根據(jù)軋機(jī)的特性建立了基于工作輥彎輥力的中間輥彎輥力設(shè)定模型，從而簡(jiǎn)化了模型形式，降低了現(xiàn)場(chǎng)模型的調(diào)試和維護(hù)難度；⑥彎輥力設(shè)定值與實(shí)測(cè)值在20%以外的僅占總數(shù)的5.25%，這表明模型具有較高的設(shè)定精度[6]。