热连轧板带钢轧制规程设定.docx
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热连轧板带钢轧制规程设定
17.2.3热连轧板、带钢轧制规程设定
17.2.3.1确定连轧机压下规程的一般方法
带钢热连轧机的粗轧机组一般不采用多机连续轧制，其轧制特点和压下规程的制定方法
×104×104N／mm）乘以轧件宽度和钢种修正系数的简单办法大致求出，便可基本满足要求。
因此本节只着重讲述连轧机组轧制规程设定的一部分主要问题。
连轧机组轧制规程设定的主要内容，是根据来料情况及产品要求确定各架轧机的空载辊
缝和空载速度，也就是确定各架轧机的压下制度、速度制度和温度制度。
其中主要是各架压下量或轧出厚度的设定。
厚度设定之后，才能确定各架的轧制速度。
由于各架轧出厚度实际等于空载辊缝值加上轧机的弹跳值，故欲确定各架的空载辊缝值，便必须由实际厚度减去轧机弹跳值。
轧机的弹跳值又取决于很多因素，所以对弹跳值的估计很难精确，从而使空载辊缝的正确设定十分困难。
在人工操作时对弹跳值只是根据经验来估计，因而只能采用逐步过渡的办法来进行调整，也就是在换辊后，先进行“试轧规格”×1050mm普碳钢作为试轧规格，因为考虑规格厚一些比较好掌握一点。
试轧时根据轧出的实测厚度不断调整修改原设定的辊缝值和速度，使实际厚度接近于额定值（4.0mm）。
然后再在此基础上逐步改轧其他规格，改动的幅度一般不能太大．主要取决于工人的操作经验，通常每次板厚变动
0.5~1.0mm，板宽变动100~200mm左右。
改换规格时调整轧机已经不再考虑各架辊缝和速度绝对值大小，而只根据改换规格的幅度考虑各架应作的调整值。
这样改换规格后的开始1～2块料的成品厚度也还难以达到额定值，但通过调整即可逐步达到要求。
达到要求以后对于同一批料，一般由于人工操作来不及调整，故不再作调整，因而人工操作时同批料的各板卷厚度差值就较大，甚至达0.2mm以上。
人工操作时采用这种逐步过渡的办法，还容易导致各架负荷不均，造成负荷向前面机架或向后而机架积累的现象，从而不仅影响整个机组能力的充分发挥，而且影响带钢的质量。
采用电于计算机进行连轧机轧制规程设定控制，使人工操作时的这些困难问题有可能得
到较好的解决。
随着连轧机轧制速度的不断提高，人工操作更加困难，连轧机轧制规程设定偶有失误，就会造成堆钢事故，或引起张力过大，严重影响产品质量，使钢带拉薄、拉窄甚至拉断。
因此、为了实现高速连轧并达到高产优质的要求，必须采用自动控制系统，提高自动化程度。
而电子计算机控制的采用，使轧钢工业的自动化进人一个新的阶段。
目前采用计算机已实现了从加热炉到卷取机整个生产过程的综合控制，不仅应用于轧制规程的设定，而且实现了厚度控制、宽度控制、温度控制、节奏控制乃至板形控制。
电子计算机的应用不仅加强了对生产过程的实测反馈控制，而且利用数学模型实现了“预控”。
因而目前电子计算机控制一般多采用“预控”和“反馈控制”相结合的方式，使控制精度得到显著提高。
连轧机组轧制规程设定是计算机控制的主要功能之一。
连轧轧制规程没定的主要任务是
根据来料条件（主要是钢坯温度、钢种、带坯厚度及宽度等）和成品要求（主要是厚度和终轧温
度）去确定各架轧机的空载辊缝和速度。
桔轧没定的第一次计算是在粗轧以后根据实际检测
结果（厚度、宽度、温度等）和成品规格要求，利用数学模型进行预测计算，以决定各机架的负荷分配、压下规程，算出轧制力，确定各架空载辊缝亦即压下螺丝的位置。
此外，还要根据各架出口厚度．计算各架的活套张力及平衡锤的给定值，以进行给定。
至于话套位置则已标准化，可根据图表值给定。
第二次计算是在带坯到达精轧机入口时，根据从粗轧出口到精轧入口所实际经过的时间，再次利用计算温度降的数学模型其出温度，以进行轧制规程的再整定计算。
如果其实际经过的时间与第一次计算所用的标准值出入不大，也可不作第二次计算。
第三次当带钢进人精轧第一架和第二架后，利用轧制压力等实测数据进行自适应计算，以进一步修正以后备架的设定值。
但带钢头部硬度不能代表整个带坯的硬度，穿带时也可能发生不平衡状态，因而虽然计算机有这种功能，但往往并不采用。
最后当带钢通过整个精轧机组以后收集所测得的温度、厚度、压力、速度、电压、电流等各种数据，并将这些数据反馈给计算机作自适应和自校正计算，以改进下一块带钢的设定计算。
为了提高计算机控制精度和扩大计算机控制的能力，近年来大力发展“自适应”的方法。
自适应的基本思想是利用计算机的快速运算和逻辑判断能力，及时地用实测的反馈信号来检查效果，修正错误，及时校正数学模型，使下一次或下一道次的计算能更正确、更接近实际一些。
自适应方法在厚度控制、宽度控制、温度控制度等都得到应用，尤其是对轧制力的计算更是十分必要，因为众所周知．影响轧制力的因素太多，使轧制力的计算很难精确，只有根据实测结果反馈以不断校正数学模型，才可能使计算逐步符合实际情况。
连轧机组制定轧制规程的中心问题是合理分配各架的压下量，确定各架实际轧出厚度，亦即是确定各架的压下规程。
制定这轧机组压下规程的方法很多，最常用的是利用现场经验资料直接分配各架压下率或厚度以及分配各架能耗负荷两种方法。
这些都是经验方法。
分配能耗负荷的方法（简称能耗法），实际也只是以分配能耗负荷为手段以达到分配各架压下量、确定各架轧出厚度的目的。
连轧机组分配各架压下量的原则，一般也是充分利用高温的有利条件，把压下量尽量集中在前几架。
对于薄规格产品，在后几架轧机上为了保证板形、厚度精度及表面质量，压下量逐渐减少。
但对于厚规格的产品，后几架压下量也不宜过小，否则对板形不利。
在具体分配压下量时，习惯上一般考虑：
1）第一架可以留有适当余量，即是考虑到带坯厚度的可能波动和可能产生咬入困难等，而使压下量略小于设备允许的最大压下量2）第二、三架要充分利用设备能力，给予尽可能大的压下量；3）以后各架逐渐减少压下量，到最末一架一般在10％～15％左右．以保证板形、厚度精度及性能质量。
连轧机组各架压下率一般分配范围如表17－2所示。
表17－2连轧机组各架压下率分配范围
现代连轧机组轧制规程设定最常用的还是“能耗法”。
这就是从电机能量（功率）合理消耗观点出发，按经验能耗资料推算出各架压下量。
对于轧机强度日益增大，轧制速度日益提高的现代连轧机而言，由于电机功率往往成为提高生产能力的限制因素，采用这种方法是比较合理的。
为了便于核能耗资料推算出各架压下量，必须找出能量消耗。
即找出功率消耗（或马达电流）与压下量（或轧件厚度）之间的定量关系。
这就是所谓单位能耗曲线。
这种曲线靠单纯理论推导计算十分复杂而又很难符合实际，故都是根据工厂实测经验资料来建立。
在生产条件下，根据实际测得的电压与电流值便可求出轧制时所实际需要的功率，再经过加工整理，绘成所轧规格的能耗曲线。
当轧机型式、原料与产品规格及轧制温度与压下制度一定时，轧制功率与轧机的小时产量有关，亦即与轧制速度有关。
为便于比较和应用，通常采用单位小时产量的轧制功耗W，即所谓单位能耗，单位为kW·h／t，相当于每小时轧制一吨钢材所消耗的功率或能量。
若令轧机每小时产量为Q（t），功率消耗为N（kW·h），则
（17-24）
可见只要实测出电流（I）与电压（U）的数值，便不难求出W值。
多年来各种轧钢机，尤其是带
钢连轧机在轧制各种规格和钢种的钢材生产过程中已做了许多试验，积累了相当丰富的能耗
实测资料。
为了使试验数据具有通用性，从所测电机功率消耗中扣除了空转功率及电机铁损
等非轧制功率，并将其画成曲线或整理成表格，以便于实际应用。
我们常见的能耗曲线形式如图17-6所示，其中（a）常用于初轧机，型钢轧机；（b）常用于钢板轧机。
理论推导可以证明：
单位能耗是延伸系数的对数函数。
由于延伸系数
，当坯厚H0一定时，轧制厚度愈小，即是延伸愈大，所以习惯上用h表示横坐标，这样在使用上也比较方便。
实际应用这些曲线时，应指出实际上这种曲线对于每套轧机都不可能完全一样，即使情况基本相同的轧机，也会有10％或更多一点的差异；并且轧制规程特别是温度规程对能耗的影响很大。
例如轧不锈钢时，带钢温度若比标准温度降低55℃，就会使轧制能耗增大约25％；降低166℃，则几乎增加100％。
因此，为便于实际应用，每套轧机最好要积累自己的实验资料，做出自己的单位能耗曲线。
图17－6几种形式的能耗曲线
能耗曲线除可以用来制定压下规程以外，还可用以选择轧钢机的电机容量。
由式（17－24）可得
（17-25）
式中
——轧制速度及钢的比重；
b、h——轧件的宽度和厚度。
已知总的单位能耗，便可求得总的电机功率，然后再根据需要分配到各架轧机上去，得到各架轧机的功率。
为了计算方便，有人还力图将能耗曲线数式化（参看[1]308页），例如我们可以将能耗曲
线写成
则得
（17－26）
式中K1、K2、K3——由现场统计所得系数；
——i架的累积能耗分配系数或负荷分配比；
——总能耗；
A——取决于钢种和轧制温度的系数。
只要根据能耗曲线资料，给出各架的负荷分配比
．即可求出各架的厚度hi值。
因此，厚度分配是否合理主要取决于
的分配是否合理。
用能耗曲线资料进行分配的方法，各厂并不完全一样。
常用的负荷分配方法有以下几种。
（1）等功耗分配法这就是让每架轧机轧制时所消耗的功率相等。
因此只要求出轧制该
种产品时在连轧机组的总单位能耗，然后除开最后1～2架由于考虑板形精度而采用较小的能耗（即较小压下量）以外，将所剩的全部能耗平均分配到其余各架轧机上去，便可求得其余各架轧后厚度。
这种方法在冷连轧机组上，当各架电动机容量相等时，也可用作初分配的方法。
（2）等相对功率分配法假如连轧机组各轧机的主电机容量并不相等，则能耗的分配就
不能按等功耗原则，而必须按照各架轧机的相对电机容量来进行分配。
设连轧机组的总电机
功率为
，相应的单位总能耗为
，则应分配到各架轧机的能耗应为：
这样，对于各架轧机的电动机来说，实际就是等相对负荷分配原则。
而当各架电机容量相等
时，实际就是等功耗的原则。
（3）按负荷分配系数或负荷分配比进行分配的方法这也是根据生产实践的能耗经验资
料总结归纳出来的比较实用和可靠的方法，在生产中经常按采用。
这里负荷分配比是指累积
负荷分配比，但有时也指单道的负荷分配比，在电子计算机控制的现代化轧机上，按各类规格品种的产品制定有标推负荷分配表，例如，表17－3为某厂轧制厚度1.8~2.3mm宽度为900~1200mm的普破带钢的标推负荷分配比，根据这些负荷分配比．即可求出各架的轧厉厚度和压下量。
表17－3标准负荷分配比表举例
17.2.3.2热连轧机组轧制规程设定计算的一般过程和步骤（以7架连轧机为例）
（1）输入给定数据带坯的厚度或宽度由粗轧最后一架R4后而的
射线测厚仪及光电测宽仪测得。
出R4轧机后亦即进入连轧机组前的带坯目标厚度，一般可根据成品厚度由规定表格查出，例如，某厂规定为；
成品厚度／mm约3.593.6~5.99
带坯厚度／mm32343638
尚需确定精轧开轧温度：
带坯经粗轧末架R4后测得出口温度，然后根据带坯厚度和由粗轧末架到精轧机所需时间，利用在空冷区间辐射散热的理论模型计算出带坯头部到达精轧机入口时的温度预测值。
等到带坯运送到飞剪前面，只经测温以进行校正。
成品厚度、终轧温度等根据技术要求皆有一定目标值作为输入给定数据。
图17－7粗轧机能耗曲线
1－低碳钢板坯厚度250mm；2－低合金钢板坯厚度210mm
（2）确定轧制总功率当精轧温度和钢种已知时，便可利用能耗曲线确定由带坯轧成成
品所需要的总轧制功率。
例如，如图17—8所示，当精轧第一架F1人口带坯厚度为30mm，精轧末架F7出口成品厚度为2.7mm时，由能耗曲线便可查得所需总功率为29.8KW·h/t。
（3）负荷分配得到桔轧机组的总功率消耗以后，要具体分配结各机架上去。
这可以根
据具体设备条件及前述制定规程的原则要求，采用上述负荷分配方法确定出各种产品在各机
架上的负荷分配比。
例如，轧制上述2.7mm厚、1000mm宽的产品时，便可按标准负荷分配比表进行各机架的负荷分配（表17—4）。
表17－4（带坯：
H＝30mm，h=2.7mm,B=1000mm低碳钢）
（4）确定各机架出口厚度可以根据各机架的负荷分配比，用数学模型计算出各机架的出口厚度。
也可由负荷分配比表计算出各机架的累积能耗，据此由图17—7及图17—8即可查出对应的各机架的轧出厚度．结果列入表17—4。
（5）确定最末机架F7的出口速度v7，末架出口速度的上限受电机能力和带钢轧后的冷却
能力限制．并且厚度小于2mm的薄带钢在速度太高时，还会在辊迈上产生飘浮现象，但速度
图17－8精轧机能耗曲线
1—
太低又会降低产量且影响轧制温度，故应尽可能采取较高速度。
一般穿带速度依带钢厚度之
不同在4～10m／s之间。
带钢厚度减少，其穿带速度增加；带钢厚度在4mm以下时；穿带速度可取10m/s左右。
穿带速度的没定可有多种方式。
有的工厂按温度模型或其他经验统计公式由所需终轧温度和成品厚度去确定应有的轧制速度。
近年来出现另一种观点，就是末架速度应该在电机能力允许的条件下，根据最大产量来决定。
而另为控制终轧温度专门设计了在轧制过程中采用大量冷却水来进行控制的系统。
（6）其他各机架轧制速度的确定末架轧制速度确定之后，便可利用秒流量相等的原则，
根据各架轧出厚度和前滑率，求出各架轧辊速度。
前滑率S主要为压下率的函数，可以通过
理论公式或经验统计公式进行计算。
连轧机各架轧制速度应有较大的调整范围。
根据流量方程的一般形式（忽略前滑）
可得
式中
——第一架入口轧件厚度及速度；
、C——连轧机组总延伸系数及连轧常数。
则连轧机组的速度范围（v7／v1）应为
（17－27）
假设第一架的相对压下量为30％～40％．则连轧机组的速度范围应该为最大总延伸的60％～70％。
根据国内外资料，7机架热连轧机组金属最大总延伸可达25～30，则速度范围约为：
假定v7最大为23m/s，则第一架最低出口速度应为1.54~1.32m/s。
当金属总延伸最小时，第一架便具有最大的出口速度。
因此连轧机组的最高和最低速度范围是由最大和最小的金属总延伸的工艺要求和电机制造技术的可能条件来确定的。
一般直流电动机的调速范围约为3左右，根据调速的可能，v7最小速度约为。
为了满足不同品种的要求，各架调速范围
应力求增大。
如团17－9所示，c、d线为总延伸最大和最小的产品所需各架的速度，a、b线为轧机应具有的最大速度和最小速度，阴影部分为轧机应具有的速度调节范围。
由于其形状为锥形．故常称为速度锥。
由轧制工艺要求所提出的总延伸及速度范围必须落人此速度范围之内，否则连轧过程将无法实行。
为了便于调整并考虑最小工作辊径的使用，a、b线的范围应比c、d线的范围大些，即是轧机速度锥范围要比工作速度范围增大约8％～10％。
此外，轧制试轧规格时的末架速度的选择还耍照顾到整个前后品种的调速范围，使换规格时便于调整。
速度调整的方法在旧轧机上常采用以机组中间的某一架（例如，第三架）作为基难架，速度不变，其他各架配合基准架进行调速；在现代新建的热连轧机上则允许各机架都可以自由调速，灵活性较大，自然在电气设备投资上要贵一些，因为它要求每架轧机都有自己的变压器，不像前者可以几个机架共用公用母线。
图17－9精轧机组各架速度范图
（7）功率校核各机架轧制速度确定以后，用能耗曲线进行功率校核。
各机架所需要的功率（Ni）为
（17－28）
式中
——单位能耗，即每轧一吨钢所消耗的千瓦小时数；
V——金属秒流量，
（
为钢的比重）。
按此计算的各架所需功率校验各架电机能力是否充分利用或超过负荷。
应使计算的Ni小于
电机额定功率。
（8）轧制压力计算轧制压力的计算方法基本上与中厚板轧制规程相类似。
为了计算平
均单位压力，必须计算金属变形抗力和应力状态影响系数，而为了计算金属变形抗力，又必须计算各架轧制温度、变形速度、变形程度。
考虑轧辊压扁影响的变形区长度等。
计算的内容及方法与中厚板的情况相类似，但有其不同特点。
在热连轧及冷轧板、带钢的过程中，由于单位压力较大，故计算轧辊半径时必须考虑压扁的影响。
考虑压扁以后的轧辊半径
采用以下公式计算
（17－29）
式中E、
——轧辊材料的弹性模数及泊桑系数。
则压扁后的变形区长度
在热连轧过程中，若不考虑冷却水影响，各机架轧制温度（t2）可按以下经验公式近似计算
式中t0、h0——精轧前轧件的温度及厚度
tn、hn一—轧件终轧温度及厚度。
但由于现代轧机各机架之间设有喷水冷却，故各机架的轧制温度计算必须考虑冷却水的
影响。
在电于计算机自动控制的现代化热连轧机上，根据各连轧机的具体情况，通过数理统计方法得出回归系数各自不同的金属变形抗力和应力状态影响因素的各种复杂的数学模型，用以计算出各道的轧制压力。
并在实际轧制过程中，通过第一、二架轧机的实测压力进一步修正这些数学模型，亦即通过自适应计算使轧制压力能得出更加准确的结果。
这些都只有在全面计算机控制的条件下才可能实现。
如果在旧式轧机上仍然要由人工计算轧制压力以制定压下规程，则亦可根据热连轧板带的具体特点，采用前述中、厚板轧制所列举的类似方法进行轧制压力的大致计算。
（9）各机架压下位置即空载辊缝值的设定在轧制过程中，轧机的弹跳反映到钢带上，就是使原来没定的压下量减少，轧出厚度增加，并且由于轧辊弯曲变形，使钢带的板形也产生变化，从而造成轧制规程设定和轧机调整上的困难。
由于薄板、带的厚度和轧制时的压下量往往甚至要比弹跳值还小，并且对不均匀的敏感性又很大，所以必须对轧机的弹跳值进行精确的估计，才能轧出符合要求的产品。
由于轧机的弹跳，使轧出的钢板厚度h等于原来的空载辊缝再加上弹跳，或者说原来空载辊缝等于轧出带钢厚减去弹跳，亦即由式（16—2）
根据各架轧出厚度h和计算出来的轧制压力P，并由已知的P0及K值，便可求出各架的
相当空载辊缝值S0。
但应该指出，用上式计算空载辊缝的精度不高。
为了提高预报精度，实际控制中还需要加进一些修正和补偿，即需要有：
1）轧机刚度补偿：
由于轧机刚度也依所轧板、带钢的宽度B面变化，放实际轧制刚度应等于[K－β（L－B）]，其中L为辊身长度β为该轧机的宽度修正系数，β与K均可根据实测预先求出；2）油膜厚度补偿：
由于在油膜轴承中油膜厚度随轧制速度和轧制压力而变化，即当加速时，油膜变厚，压力增大时则油膜变薄，因此需以调零时的轧辊转速N0从和轧制压力P0为基准，用下式对油膜厚度进行
修正
（17-30）
式中N、P——实际轧制时轧辊转速及轧制压力
D0、D——标准轧辊直径及实际轧辊直径；
C——常数。
此外，压下的零位还经常由于轧辊热膨胀和磨损而发生变化，从而影响到带钢的厚度。
对于这种变化，可根据每个带卷实测厚度误差，用自学习反馈计算来监视修正。
故往往将此修正项称为测厚仪常数项。
因此，实际的压下位置设定值应为
（17-31）
式中
、G——油膜厚度修正项及测厚仪常数项。
综上所述，带钢热连轧轧制规程设定计算流程框图示意如图17—10所示。
应该指出，AGC厚度控制系统主要用以解决带钢的纵向厚度均匀问题，如果精轧（连轧
图17－10热连轧带钢轧制规程设定计算流程粗框图
机组的轧制规程没定不适当，S0过大或过小，使带钢头部厚度与给定值产生较大的偏差，此时若仍按原给定值作为AGC系统调整的标准，则将随着压下位置的不断调整，不仅使压下系统的负荷加重，而且将使带钢纵断面变成楔形，使板厚仍不均匀。
因此，在实际操作中不得不采用“锁定控制”的方法，即是固定这头部的厚度，将它作为标准值来调整其余部分的厚度。
结果使板厚虽然比较均匀，但整个带钢的板厚与要求的额定值的偏差，亦即整带厚度偏差却过大，这也不符合要求。
可见要保证整带厚度的偏差合格，只依靠AGC系统难以控制，还必须依靠轧制规程的正确设定。
过去轧制规程由操作工人根据经验去确定，困难较大。
现在可以采用电子计算机来控制，使厚度质量指标便大为提高。
实际生产时，首先要确定各机架“开轧规格”的空载辊缝和速度规程。
手动操作时一般都用较厚的产品（例如Q235的4mnl×1050mm产品）作为开轧规格再逐渐过渡到所要轧制的产品规格。
采用计算机控制后，希望任意产品都可作开轧规格。
因此可以利用精轧设定的数学分析模型对各种产品的开轧规程进行计算，并和现场实测资料相比较，最终确定其开轧规程（S0和v），存入计算机中，以便以后需要时采用之。
当换辊后第一块料由粗轧末架R4出来时以及还在到达精轧入口时，利用带坯温度、宽度及厚度的实测数据，进行如前所述的第一次及第一次设定计算，用存于计算机中的标准规程数据为基础，计算出各架由于来料参数的变动而应有的S0和v，的调整值。
当这块料进入第一、二架轮机后，立刻根据其实测压力和S0，与计算结果比较，找出修正轧制力计算公式的自适应系数，及时改正以后各架的计算值。
此时应注意到第一、二架实际轧出厚度和原计算所用的厚度有出入，因此应根据实际轧出厚度来更新计算
和P，并与实测压力相比较来求出这个修正系数。
然后用此修正系数对以后各架辊缝设定进行再计算，并根据再计算结果对原设定值进行校正。
最后，当带钢轧成成品，在出第7架（末架）以后，利用精轧出口处的x射线测厚仪检查带钢厚度差，根据其实测厚度，并利用各架轧机的实际速度，按秒流量相等原则，推算出各架较精确的轧出厚度，以此来检查辊缝设定的精度（包括由于轧辊热膨胀和磨损而使辊缝飘移所造成误差），而对原设计的辊缝进行自校正。
如果带钢在检测区与精轧机之间因故耽误，使停留时间超过规定，则尚需根据温度降落每隔一定时间（例如5秒）作一次再整定计算，直到进入精轧机轧制为止。
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