热轧金属横向流动规律及其对板形的影响

采用有限元软件ABAQUS建立热轧金属弹塑性变形模型研究金属横向流动，为了降低模型计算成本，在模型中引入平稳轧制过程中轧件几何模型端面纵向位移沿横向均布的假设.利用此模型仿真研究轧制过程中多个因素对于金属横向流动的影响规律以及相应金属横向流动对轧件板形造成的影响.研究结果表明，接触界面摩擦状态的改变对金属横向流动的影响可以忽略；宽带钢热连轧生产中，在比例凸度不变的情况下，宽度的变化和平均前、后张应力介于实际生产范围内的波动不会引起金属横向流动的变化以及进一步的轧件板形变化；金属横向流动随压下率变化，且使得压下率增加时轧件对称板形向中浪趋势发展；金属横向流动随对称及非对称板廓相似度变化，且金属横向流动的变化显著削弱板廓相似度的改变对轧件板形的影响.为了满足生产现场的在线控制，根据多组有限元模型计算结果建立快速金属横向流动非线性回归模型，为轧件板形的准确调控奠定基础.      

冷轧过程中带钢横向变形的研究

在板带钢冷轧过程中,带钢在产生厚度方向和长度方向的变形的同时也有横向变形产生,带钢横向变形的存在影响了带钢板廓与平坦度问的转化关系.针对带钢轧制过程中金属横向变形对带钢板形的影响问题,通过建立辊系轧件一体化仿真模型对带钢轧制过程中的横向变形分布及其对平坦度影响规律进行了仿真研究,取得了对实际生产有意义的结论.     

韶钢3450mm中厚板生产线钢板楔形问题分析及改善措施

针对韶钢3 450 mm中厚板生产线钢板楔形量较大的问题进行研究,建立了有限元仿真计算模型,分析了机组对中性、机架刚度和轧件横向温差对出口楔形的影响规律,现场测量并分析轧辊不对称磨损和轧辊不对称交叉对楔形的影响,在此基础上,提出了工艺改进措施。应用效果表明,改进措施有效地控制了3 450 mm生产线生产的钢板的楔形量,将楔形量由平均0.15 mm降低到平均0.06 mm,大大提高了板形质量,创造了显著的经济效果。     

七机架热连轧机组板形综合控制技术

针对七机架热连轧机组机架数量多,轧制工艺复杂,各机架控制能力得不到充分发挥而造成轧件板形出现中浪、边浪以及复合浪等问题,充分考虑七机架热连轧机组设备结构特点,同时结合轧制工艺条件,采用相对长度差法来表示轧件板形值,并以轧机有载辊缝为桥梁,根据辊系弹性变形模型与金属变形模型的耦合关系进行求解,建立热连轧机组板形预报模型。根据工作辊弯辊力和窜辊量对轧件板形可快速调整的特点,结合现场实际生产情况,确定工作辊弯辊力和窜辊量的研究范围,通过板形预报模型定量分析不同工作辊弯辊力和窜辊量情况下轧机有载辊缝凸度和轧件板形的变化过程,得到轧件板形的调控域,在此基础上提出板形综合控制策略。同时为了保证轧件凸度要求和避免轧辊过度磨损,提出各机架轧件出口厚度精度和辊间压力均匀度约束条件,并以各机架轧件板形波动最小为目标函数,对工作辊弯辊力与窜辊量进行综合优化,开发出适合热连轧机组板形综合控制技术。将该技术应用到某2 050热连轧机组生产实践,结果表明,典型规格产品在工作辊弯辊力和窜辊量优化后,轧件在热连轧过程中板形质量明显改善,轧件出口板形由10.5 I改善到4.8 I,现场应用效果良好。     

宽带钢热连轧机多机架板形控制模型的探讨

热轧板形自动控制系统是多机架的控制系统。根据板形生成的原理和过程,从刚度和板形控制的关系出发,研究热连轧多机架板形平坦度生成及遗传规律,建立了热连轧多机架板形控制数学模型。     

冷轧板形平坦度计算方法

 冷连轧生产线多配备有1套或2套板形仪,用于板形的实时反馈控制以及板形质量的监测,各处所用板形仪的规格不尽相同。板形平坦度指标是表征冷轧带钢板形质量的重要参数,由板形控制系统根据板形仪检测结果自动提供,一般以IU(I-Unit)表示。为了更准确地表征带钢板形质量,分析了某冷轧常用板形控制系统中带钢平坦度的计算方法,并考虑板形仪传感器分布不均会对其平坦度计算结果造成的影响,在此基础上提出了利用线性插值构造间距均匀的横向伸长率分布模型的方法,对平坦度计算过程进行了修正,并以实际板形数据进行检验,结果表明修正后的板形平坦度计算方法不再依赖于板形仪传感器的布置方案,使得具有不同板形仪的冷轧生产线的板形质量更具可比性。     

非对称条件下板材轧制压力分布的计算

针对轧件来料横向厚度分布左右不对称时造成轧制压力横向分布不均匀的情况,引入非对称函数以拟合轧件入口、出口横向厚度分布规律,通过变分法推导出非对称条件下板材出口横向位移模型;借助条元法和全辊系弹性变形模型,进行迭代计算,得到非对称条件下板材轧制压力的分布。根据某厂四辊铝带连轧机实际轧制的情况,针对平直件、凸形件和楔形件三种典型的板材来料情形,通过仿真结果,讨论了板厚、板凸度和横向板厚差对轧制力横向分布的影响。     

板形控制模型在1780生产线的应用

介绍了板形控制模型在1780生产线的实际应用情况,通过弯窜系统及各机架凸度的设定,使凸度控制能力得到大幅度提高,同时也保证了带钢的平坦度。本文对板形控制模型及其控制流程进行了初步分析研究。     

宽带钢热连轧机动态板形控制策略的研究与应用

 为了提高板形控制精度,对凸度平坦度控制耦合关系以及板形板厚控制耦合关系进行深入的研究分析,并采用相应的解耦控制策略是十分必要的。在板形板厚解耦设计的基础上,分析了不同控制方案下凸度平坦度控制之间的耦合影响关系,建立了相应的凸度平坦度耦合模型,并对其耦合特性进行了分析比较;之后,针对耦合模型特点进行凸度平坦度半解耦设计,以补偿凸度控制和平坦度控制之间的耦合影响关系,进而设计凸度平坦度解耦控制系统,并给出热连轧机组凸度平坦度解耦控制应用策略,组成完整的动态板形控制系统。在某厂1580 mm四辊七机架热连轧机组投入使用后,较好地补偿了板形板厚控制、凸度平坦度控制之间的耦合影响关系,板形控制精度明显提高。     

热连轧带钢凸度和平坦度设定模型的优化

在带钢热连轧的生产过程中,带钢凸度控制和平坦度控制作为板形控制系统的两个重要组成部分,两者存在着明显的耦合现象.针对板形控制系统中凸度、平坦度设定的优化,提出了在控制下游机架比例凸度相等的前提下上游机架形成目标比例凸度的解耦策略,即固定下游机架出口比例凸度为成品比例凸度,通过上游机架"消化"来料比例凸度与成品比例凸度之...     

马钢CSP热轧PFC板形模型的分析与应用

利用有限元分析软件ANSYS对轧机承载辊缝变形的仿真,分析轧机轧制力、弯辊力及工作辊窜辊对承载辊缝的凸度影响程度,结合现场机架间带钢的浪形,优化二级板形模型设定参数,实现轧机稳定轧制。实践证明,人工修正轧机负荷分配以及CVC轧辊位置,可更好地控制前机架比例凸度,满足后机架间平直度目标的要求,从而提高板凸度的命中率及轧机轧制的稳定性。     

楔横轧梯形螺纹轴成形机理

通过分析螺纹轴齿形成形过程,并结合金属流动特点,获得楔横轧梯形螺纹轴的成形机理.考虑到轧制过程轧件螺旋升角瞬时变化特点和成形段齿形截面变化等因素设计了楔横轧模具,采用有限元分析软件Deform-3D对楔横轧梯形螺纹轴齿形成形过程进行模拟,得到精度较高的梯形螺纹轴轧件.利用有限元点跟踪功能,对轧件多个点进行跟踪,详细分析了轧件螺纹不同位置各点的径向、轴向位移变化情况,从中获得螺纹段各处金属流动规律.采用软件模拟参数进行了相应的楔横轧实验,得到的梯形螺纹轴实验轧件与有限元模拟结果相同.模拟和实验结果表明,模具螺旋升角采用轧件瞬时半径对应螺旋升角时,能够轧制出形状精确的螺纹轴.      

楔横轧小断面收缩率轴类件的椭圆度研究

利用有限元软件对楔横轧成形小断面收缩率轴类件的椭圆度进行数值模拟,通过对数值模拟结果进行正交回归分析,研究工艺参数对小断面收缩率轧件椭圆度的影响规律.结果表明:展宽角和断面收缩率对轧件椭圆度影响显著,展宽角越大或断面收缩率越小,则轧件椭圆度越大;当断面收缩率较小时,成形角对轧件椭圆度几乎没有影响.并解释了各工艺参数对轧件椭圆度影响的原因.通过轧制实验,验证了数值模拟结果的可靠性.      

Optimisation of work roll shifting and bending to roll thinner gauge HR coils using genetic algorithm

Abstract

Rolling of thin gauge hot rolled (HR) coils demands stringent flatness tolerance. Thin HR coils (≤3 mm) are rolled towards the end of any rolling campaign. The profile and flatness of the strip depend on the profile of the loaded roll gap in the mill stands. There are five key factors that influence the loaded roll gap: initial roll surface profile, roll thermal expansion, wear of roll, deflection of roll stack and shifting of work rolls. This paper deals with all these factors individually for the formulation of an objective function in order to minimise the flatness error. The shifting and bending of rolls are the controllable parameters that require optimising. This has been accomplished using a genetic algorithm (GA) optimisation technique.     

基于CF-PSO-SVM的冷连轧非稳态工作辊弯辊模型优化

 板形质量是冷轧带钢重要的技术质量指标,同时工作辊弯辊是改善冷轧带钢板形质量的最有效的控制手段之一。冷连轧机组在高速稳定的轧制过程中板形控制精度能够达到较高的水平,但在升降速非稳态的轧制过程中板形控制效果非常不理想,这也成为制约冷轧带钢产品质量的不利因素。为了提高冷连轧机在升降速非稳态轧制过程中带钢板形的控制精度,在深入研究了冷连轧弯辊力设定原理的基础上,利用智能算法和包括出入口带钢厚度、机架间口张力、轧制速度、中间辊窜辊、带钢宽度、轧辊倾斜以及轧制力等现场实际轧制大数据样本,提出了一种基于粒子群算法优化支持向量机的工作辊弯辊力预测模型。同时阐明了粒子群优化算法和支持向量机的基本原理,引入压缩因子的概念,提升了粒子群算法参数寻优的效率,选取冷连轧机组五机架为研究对象,利用拉依达准则对轧制数据样本进行处理,通过平均绝对误差、均方差误差和平均绝对误差百分比等评价指标对比预测模型的性能。结果表明,改进的预测模型具有良好的模型预测性能和泛化能力,同时根据实际生产数据样本,回归出基于轧制速度和辊间弹性系数的弯辊力缝补偿模型,并验证了模型的有效性,模型的投入降低了板形控制系统的负荷,改善了非稳态轧制过程中的板形控制精度,产品头尾部的质量合格率提高了5.1%。     

合金钢棒材轧制的平均轧辊半径计算模型

 在合金钢棒材生产中,轧制过程中椭圆与圆孔型对棒材成品的尺寸精度及质量缺陷起决定性作用,在计算轧制工艺规程时一般用平均轧辊半径等效代替轧槽轮廓变化的轧辊半径,因此,平均轧辊半径计算模型的可靠程度对轧制工艺(轧制速度、压下量、轧制力等)的合理选取和产品几何尺寸精度的提升具有重要作用。在现有平均轧辊半径模型基础上,考虑不同合金钢种宽展影响,利用孔型轧制表面轮廓预测模型推导得出变形轧件断面形状与轧制临界点的求解公式,提出了用出口轧件断面面积与临界平均宽度来计算等效矩形平均高度的方法,得到了椭圆与圆孔型平均轧辊半径的新计算模型,并进行了轧制试验验证。试验结果表明,与现有模型相比,新计算模型在一定程度上提高了平均轧辊半径的计算精度。同时,基于合金成分影响系数探究了不同合金钢种轧制变形后的临界点分布对应关系。考虑到孔型侧壁直线的存在,对圆孔型轧制接触状态进行了阶段划分,当合金成分系数较小(碳结钢与珠光体-马氏体钢)时,轧制临界点落于圆弧轧槽上,所有计算模型均有效;当合金成分系数超过1.33(奥氏体钢与铁素体钢)时,轧制临界点扩展至侧壁直线上,原有计算模型失效,轧制工艺参数由新计算模型求解。基于新模型的合金钢种轧制临界分布对棒材轧制钢种变换工艺参数的快速制定具有重要指导意义。     

基于模糊评判规则的冷轧带钢智能板形评价模型

 针对板形评价指标单一的问题,基于模糊综合评判规则,建立了冷轧带钢的在线板形智能评价模型。首先,利用勒让德多项式的最小二乘法实时识别和统计在线带钢的宏观板形信息及1、2、3、4次板形分量,然后在传统板形分档定级方法的基础上,建立板形模糊评判规则,并对某1 050 mm六辊冷轧机在线带钢的板形信息进行了综合评价。在线板形的综合评价结果可为板形闭环控制模型提供重要的定量板形信息,有利于提高板形调控效果和指导轧制工艺。     

粗轧板坯镰刀弯控制模型的研究与应用

针对经常困扰热轧生产的粗轧板坯镰刀弯缺陷,本文结合弹跳方程和解析法,分析了引起板坯镰刀弯的主要因素——轧机两侧纵向刚度偏差、来料楔形及轧件运行走偏,分别计算了其对应的调整量,建立了基于轧机两侧轧制力差的镰刀弯调平控制模型.该模型可反映轧机两侧纵向刚度差、来料楔形及轧件运行走偏等主要因素与镰刀弯的定量关系,进而计算出控制镰刀弯的粗轧机各道次辊缝倾斜调整值.与现场实测值进行离线验证对比,实测值与计算值比值平均为0.977,结果表明镰刀弯调平模型能够预估板坯各道次辊缝倾斜调整值.将模型投入2250 mm热轧机组使用后,板坯镰刀弯弯曲量未达标率从24.88%下降到6.62%,提高了镰刀弯控制效果,使粗轧板坯镰刀弯问题得到了很大缓解.      

热连轧机支承辊辊型曲线多目标优化设计研究

以850 mm四辊热连轧机组为研究对象,建立了轧辊辊间接触压力和板形计算模型,以均匀辊间接触压力分布和带钢板形良好为目标,对热连轧机精轧机组支承辊辊型曲线进行了多目标优化设计。理论计算表明,优化后的支承辊辊型曲线均匀了辊间接触压力分布,降低了辊端接触压力峰值,同时能够提高弯辊力对板形的控制效果。工业生产试验后正式推广使用,支承辊掉肩和掉肉现象得到了有效遏制,带钢板形良好。     

Prediction of shape defects over length of cold rolled sheet using artificial neural networks

Abstract

A model based on an artificial neural network (ANN) has been developed for prediction of flatness of cold rolled (CR) sheet in a tandem cold rolling mill for white goods applications. Various process parameters including roll bending, roll shifting, tensions between stands etc., which affect flatness of CR sheet are considered in the model. Substantial amounts of data are obtained from level II automation of PL-TCM of TATA Steel to develop the prediction model. The developed ANN model, based on back propagation algorithm, is able to predict the flatness defects like edge buckles, centre buckles for a given set of rolling parameters. The model involves a large number of process parameters and application of ANN to such kind of problems is successfully demonstrated in the present study. The model is in good agreement with the observed flatness values at different locations across the width. High coefficient of determination close to 0·919 is achieved for the prediction of flatness at edges.