1、第 30 卷 第 3 期2023 年 3 月塑性工程学报JOURNAL OF PLASTICITY ENGINEERINGVol.30 No.3Mar.2023引文格式:崔熙颖,谷 田,卜新钊,等.平整机组张力综合优化控制技术 J.塑性工程学报,2023,30(3):53-58.CUI Xiying,GU Tian,BU Xinzhao,et al.Comprehensive optimization control technology of tension of leveling unit J.Journal of Plasticity Engineering,2023,30(3):53-
2、58.基金项目:河北省高等学校科学技术研究项目(CXY2023012)通信作者:张岩岩,男,1980 年生,硕士,实验师,主要从事轧机设备与工艺研究,E-mail:jyyyzhang 第一作者:崔熙颖,男,1992 年生,博士研究生,主要从事冷轧研究,E-mail:1339926909 收稿日期:2022-04-27;修订日期:2023-01-19平整机组张力综合优化控制技术崔熙颖1,谷 田2,卜新钊1,张 涛2,胡万通1,张岩岩1,3(1.燕山大学 国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心,河北 秦皇岛 066004;2.唐山钢铁集团高强汽车板有限公司,河北 唐山 063016;3.燕山大学
3、亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室,河北 秦皇岛 066004)摘 要:针对某钢厂平整机组轧制过程中出现的带钢打滑以及板形质量较差的问题,从打滑的防治、产品的机械性能与板形的控制等出发,首先通过轧制压力模型将轧制压力和张力联系起来,然后通过板形模型、前张力横向分布模型和打滑模型将板形、打滑概率、伸长率以及前后张力建立联系,最后以不出现打滑现象和成品带钢板形质量最佳为优化目标,建立了一套张力综合优化函数,该函数的优化结果即表示在不发生打滑和伸长率允许误差的范围内,成品带钢板形值最好时的张力设定值,从而形成一套平整机组的张力优化设定技术,并编制出相应的张力综合优化设定软件,可以实现对特定规格、钢
4、种的带钢优化设定出相应的前后张力值。将优化结果应用到现场生产实际,结果表明,使用优化后的张力在轧制过程中未出现打滑现象,且成品带钢的板形质量得到明显改善,提高了机组生产效益。关键词:平整机组;打滑;板形;张力;优化控制中图分类号:TG335.5+6 文献标识码:A 文章编号:1007-2012(2023)03-0053-06doi:10.3969/j.issn.1007-2012.2023.03.008Comprehensive optimization control technology of tension of leveling unitCUI Xi-ying1,GU Tian2,BU
5、 Xin-zhao1,ZHANG Tao2,HU Wan-tong1,ZHANG Yan-yan1,3(1.National Engineering Research Center for Equipment and Technology of Cold Strip Rolling,Yanshan University,Qinhuangdao 066004,China;2.High Strength Automotive Strip Co.,Ltd.,Tangshan Iron and Steel Group Co.,Ltd.,Tangshan 063016,China;3.State Key
6、 Laboratory of Metastable Materials Science and Technology,Yanshan University,Qinhuangdao 066004,China)Abstract:In view of the problems of strip slipping and poor strip shape quality in the rolling process of a steel leveling unit,starting from the prevention of slipping,the mechanical properties of
7、 products and the control of strip shape,the rolling pressure and tension were con-nected through the rolling pressure model firstly.And then the strip shape,slipping probability,elongation and front and rear tension were connected through the strip shape model,front tension transverse distribution
8、model and slipping model.Finally,a set of tension compre-hensive optimization function was established with the optimization objective of no slipping and the best shape quality of the finished strip steel.The optimization result of this function represents the tension setting value when the strip sh
9、ape value of the finished strip is the best within the range of no slipping and allowable elongation error,so as to form a set of tension optimization setting technology of the temper unit,and compile the corresponding comprehensive optimization setting software of tension.It can optimize and set th
10、e corresponding front and rear tension values for strip steel with specific specifications and steel grades.The optimization results were applied to the field pro-duction practice.The results show that the optimized tension does not slip in the rolling process,and the strip shape quality of the fini
11、shed strip steel is significantly improved,which improves the production efficiency of the unit.Key words:leveling unit;slipping;strip shape;tension;optimization and control 引言随着制造业的快速发展和人民生活质量的提高,下游用户对带钢的质量要求也逐渐提高。平整作为带钢精整的重要生产工序,不仅可以提高带钢板形精度和厚度精度,改善带钢表面质量,还可以提高和改善带钢的机械性能;消除低碳钢的屈服平台1-3。但在平整轧制过程中,打滑
12、现象会在带钢表面留下划痕,影响产品性能和美观,而板形缺陷更是严重影响下游用户使用,两者都会对带钢质量产生重大影响4-6。平整过程中影响带钢打滑和造成板形缺陷的影响因素众多,众多学者为解决此问题也进行了各方面研究。杭永海7通过调整轧制力和轧辊粗糙度,解决了四辊双机架平整机组生产中存在的打滑现象;金大华等8-9通过控制平整液浓度和压力,定期检查喷嘴,防止喷嘴堵塞造成的润滑不良,对带钢打滑现象进行了控制;赵志清10通过对工作辊辊面划伤原因进行分析,利用轧制速度优化的方法对打滑现象进行了控制;闫玉三等11通过对轧辊表面粗糙度、工作辊和支撑辊辊型以及张力进行控制来解决平整机组板形问题;王学谦等12针对薄
13、板生产过程中平整工序出现的板形缺陷,分类制定了原料、设备、操作、工艺和辊型等方面提升改善措施。商存亮等13针对轧后板形问题,指出板形缺陷主要是由轧后温度变化和平整轧制形成的残余应力导致的,通过降低平整压力、调整平整机辊径差等措施改善了平整后带钢的板形缺陷。徐其亮14通过优化支撑辊辊形和轧制力-弯辊力前馈控制模型建立等措施,对带钢浪形缺陷进行控制。目前,鲜有通过张力优化控制对平整过程的打滑和板形问题同时控制的研究。因此本文针对某钢厂高强汽车板公司平整机组在生产过程中,部分钢种出现打滑以及板形质量差的问题,将张力设定与打滑治理和板形治理结合起来,建立了张力综合优化函数,在保证不打滑的前提下使得成品
14、带钢板形最佳。1 张力设定与打滑及板形的关系模型对于平整轧制而言,考虑到轧制过程中轧辊与带材交界面处接触弧的非圆柱表面性质以及工程上对模型本身的稳定性要求,使用如下轧制压力模型15:P=fL(1)L=12(a1ln+a0)D2+D2()2+2Dh0|(2)f=ph0(1-)expLh0(1-)-1|(3)p=k3(s+alg1000e)-(k10+k21)(4)式中:e2V/D;D 为工作辊直径;为摩擦因数;P为总轧制压力;f 为单位轧制力;L 为轧制变形区中轧辊与带材接触弧长度;a0和 a1为平整钢种与工况影响系数;为带材伸长率;h0为入口厚度;s为带材屈服强度;a 为应变速率系数;1、0为
15、带材前、后张力;k1、k2为前、后张力加权系数。对于一个特定的轧制过程而言,带材伸长率、轧制速度、入口厚度、工作辊直径和带材宽度等参数是确定的,而钢种与工况影响系数 a0、a1和 也可通过大数据回归的方法求出。这样,轧制压力就由前后张力所决定,在计算张力的过程中,实际上也是对张力进行优化。1.1 平整机组板形与张力关系的建立平整机组成品带钢的板形质量是尤为重要的,而板形的影响因素除了来料、轧制压力和弯辊力等因素外,张力因素也占有很大比重,带钢板形 I 可由下式表示:I=-105(1-v2)E(1i-1)(5)式中:v 为泊松比;E 为弹性模量;1i为前张力横向分布。可以看出,在来料确定的条件下
16、,成品带材的板形取决于前张力横向分布,因此需要建立前张力横向分布与带材的关系式。其中前张力横向分布可以表示为15:1(x)=T1Bh-+E1-v21+h(x)h-H(x)H-L(x)L-|(6)式中:1(x)为出口带材横向各点单位张力;1为出口侧张力;T1为前张力;B 为带材宽度;h-为带材出口平均厚度;h(x)为带材出口厚度横向分布值;H-为带材入口平均厚度;H(x)为带材入口厚度横向分布值;L-为来料板形的长度平均值;L(x)为来料板形的长度横向分布值。由式(6)可以看出,当带钢来料情况已知时,前张力横向分布值 1(x)只决定于出口厚度 h(x)的值。45塑性工程学报第 30 卷而带钢的出口厚度又可以由工作辊的有载辊缝S(x)来表示,其中有载辊缝只是轧制压力的函数。而轧制压力又与伸长率、前张力 T1和后张力 T0有关,那么前张力横向分布可以由下式表达:1(x)=H(,T0,T1)(7)由式(7)可以看出,在伸长率确定的情况下,带材前张力横向分布决定于轧制过程中前后张力值的大小,即在生产计划不变的情况下,成品带钢板形的好坏很大程度上取决于轧制过程中前后张力的设定,因此,对张力的优化是
