本發(fā)明涉及冶金連鑄連軋領(lǐng)域，尤其涉及一種實(shí)現(xiàn)ESP精軋機(jī)組在線換輥的逆流換輥方法。

背景技術(shù)：

熱軋薄帶鋼可用作成品或冷軋的原料，其需求在世界范圍內(nèi)持續(xù)增長(zhǎng)，但是傳統(tǒng)帶鋼熱軋工藝環(huán)境污染嚴(yán)重、能源消耗巨大，不利于節(jié)能環(huán)保型社會(huì)建設(shè)。目前國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)是開發(fā)薄板坯連鑄連軋工藝，“以熱代冷”生產(chǎn)薄規(guī)格板帶產(chǎn)品，從而減小能源消耗和環(huán)境污染。熱軋板帶無頭軋制技術(shù)(Endless Strip Production，ESP)是目前國(guó)內(nèi)外短流程熱軋帶鋼領(lǐng)域的前沿技術(shù)，能夠充分利用鋼水熱能，在高效、緊湊的生產(chǎn)線上生產(chǎn)出能夠替代冷軋產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)薄規(guī)格熱軋帶鋼。但是由于ESP生產(chǎn)線產(chǎn)品主要以薄規(guī)格板帶材產(chǎn)品為主，軋制過程中精軋機(jī)組的軋輥磨損非常嚴(yán)重，換輥周期一般是常規(guī)軋制換輥周期的兩倍，換輥頻繁。由于ESP生產(chǎn)線是連鑄連軋，下游的精軋機(jī)組換輥期間，上游的連鑄便無法繼續(xù)進(jìn)行，生產(chǎn)線只能被迫停止，嚴(yán)重影響薄板坯連鑄連軋的生產(chǎn)效率。

一種ESP無頭軋制中精軋機(jī)組在線換輥設(shè)備是將原來的五機(jī)架(F₁～F₅)布置改為六機(jī)架(F₁～F₆)布置，軋制時(shí)五機(jī)架投入使用，一架機(jī)架處于換輥待命狀態(tài)，當(dāng)任意一架軋機(jī)需要換輥時(shí)，待命機(jī)架投入使用，待換輥的軋機(jī)在換輥過程完成后成為新的待命軋機(jī)。要實(shí)現(xiàn)待命軋機(jī)投入使用和換輥軋機(jī)退出軋制同步進(jìn)行,必須為此在線換輥設(shè)備提供一種新的換輥工藝方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述在線換輥設(shè)備，本發(fā)明旨在提供一種實(shí)現(xiàn)ESP精軋機(jī)組在線換輥的逆流換輥方法，即用待命機(jī)架F_j替換換輥機(jī)架F_i(j＞i)，在保證軋機(jī)穩(wěn)定軋制的前提下完成換輥過程。

本發(fā)明目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種實(shí)現(xiàn)ESP精軋機(jī)組在線換輥的逆流換輥方法，用于六機(jī)架布置的ESP無頭軋制精軋機(jī)組在線換輥設(shè)備，正常軋制生產(chǎn)時(shí)，任意五機(jī)架投入運(yùn)用，一機(jī)架為待命機(jī)架，所述方法采用逆流換輥策略分別調(diào)節(jié)換輥機(jī)架F_i、各個(gè)過渡機(jī)架(為處在換輥機(jī)架F_i下游和待命機(jī)架F_j上游間的各個(gè)機(jī)架)階段、待命機(jī)架F_j的軋輥轉(zhuǎn)速和輥縫，包括以下步驟：

(1)收集并輸入工藝、板帶、軋機(jī)參數(shù)；

(2)換輥機(jī)架F_i軋輥抬升并調(diào)速階段：

2a)換輥機(jī)架F_i軋輥抬升并調(diào)速：

換輥機(jī)架F_i軋輥抬升過程中，通過張力控制模型和軋輥速度控制模型一來調(diào)速，使換輥機(jī)架F_i改變輥縫時(shí)過渡機(jī)架F_i+1單位后張力保持不變，抬升時(shí)對(duì)下游機(jī)架軋制無影響，同時(shí)通過距離模型跟蹤變厚度區(qū)離開換輥機(jī)架F_i的距離，將變厚度區(qū)控制在兩個(gè)機(jī)架內(nèi)，設(shè)變厚度區(qū)從產(chǎn)生到達(dá)到過渡機(jī)架F_i+1的入口所需的時(shí)間為T_MAX，

$T_{MAX}=\frac{L}{V_{f,i}}$

其中L為機(jī)架間距離，V_f,i為換輥機(jī)架F_i軋輥線速度，則整個(gè)抬升過程的時(shí)間T應(yīng)小于T_MAX；

2b)機(jī)架F_i-1輥速調(diào)節(jié)并調(diào)整輥縫：

通過輥縫控制模型一和張力變換及軋輥速度控制模型進(jìn)行計(jì)算和調(diào)整，使換輥機(jī)架F_i改變輥縫時(shí)機(jī)架F_i-1單位前張力值變?yōu)閾Q輥機(jī)架F_i的單位前張力值，同時(shí)改變輥縫使機(jī)架F_i-1出口厚度保持不變；

2c)機(jī)架F_i-2及其上游機(jī)架輥速調(diào)節(jié)：

通過軋輥速度控制模型二對(duì)機(jī)架F_i-2及其上游各機(jī)架進(jìn)行輥速調(diào)節(jié)，以保證上游各機(jī)架間張力值的穩(wěn)定；

(3)過渡機(jī)架F_i+1輥速調(diào)節(jié)并調(diào)整輥縫階段：

3a1)變厚度區(qū)追蹤：通過距離模型進(jìn)行不斷累積計(jì)算變厚區(qū)離開換輥機(jī)架F_i的距離L_i，當(dāng)滿足L_i-L≥0時(shí)，過渡機(jī)架F_i+1開始抬升和調(diào)速；

3a2)過渡機(jī)架F_i+1軋輥抬升并調(diào)速：通過張力控制模型和軋輥速度控制模型一來調(diào)速，使過渡機(jī)架F_i+1改變輥縫時(shí)過渡機(jī)架F_i+2單位后張力保持不變，以保證下游各機(jī)架軋制的穩(wěn)定；

3b)機(jī)架F_i-1輥速調(diào)節(jié)并調(diào)整輥縫：

機(jī)架F_i-1通過輥縫控制模型一和張力變換及軋輥速度控制模型進(jìn)行計(jì)算和調(diào)整，使機(jī)架F_i-1輥縫改變以保證出口厚度不變，并使過渡機(jī)架F_i+1改變輥縫時(shí)機(jī)架F_i-1單位前張力值由換輥機(jī)架F_i的單位前張力值重新變?yōu)樵担?/p>

3c)機(jī)架F_i-2及其上游各機(jī)架輥速調(diào)節(jié)：

機(jī)架F_i-2及其上游各機(jī)架通過軋輥速度控制模型二對(duì)各機(jī)架輥速調(diào)節(jié)，以保證上游各機(jī)架間張力值的穩(wěn)定；

(4)過渡機(jī)架F_i+2輥速調(diào)節(jié)并調(diào)整輥縫階段：

4a1)變厚度區(qū)追蹤：通過距離模型進(jìn)行不斷累積計(jì)算變厚區(qū)離開換輥機(jī)架F_i的距離L_i，當(dāng)滿足L_i-2L≥0時(shí)，過渡機(jī)架F_i+2開始抬升和調(diào)速；

4a2)過渡機(jī)架F_i+2調(diào)節(jié)輥縫并調(diào)速：過渡機(jī)架F_i+2軋輥抬升，通過輥縫控制模型一來調(diào)節(jié)輥縫，使變厚度區(qū)通過后過渡機(jī)架F_i+2出口厚度為過渡機(jī)架F_i+1出口厚度，并按張力控制模型和軋輥速度控制模型一來調(diào)速，使過渡機(jī)架F_i+2改變輥縫時(shí)過渡機(jī)架F_i+3單位后張力保持不變，以保證下游各機(jī)架軋制的穩(wěn)定；

4b)過渡機(jī)架F_i+1輥縫和輥速進(jìn)行調(diào)節(jié)：

過渡機(jī)架F_i+1通過輥縫控制模型三和張力變換及軋輥速度控制模型進(jìn)行計(jì)算和調(diào)整，使過渡機(jī)架F_i+1輥縫值調(diào)整為換輥機(jī)架F_i的輥縫值以保證換輥機(jī)架F_i的出口厚度值，并使過渡機(jī)架F_i+1單位前張力值變?yōu)閾Q輥機(jī)架F_i單位前張力值；

4c)機(jī)架F_i-1及其上游機(jī)架輥速調(diào)節(jié)：

機(jī)架F_i-1及其上游各機(jī)架通過軋輥速度控制模型二對(duì)各機(jī)架輥速調(diào)節(jié)，以保證上游各機(jī)架間張力值的穩(wěn)定；

(5)調(diào)節(jié)待命機(jī)架F_j上游的各機(jī)架階段：

變厚度點(diǎn)每移動(dòng)到下游機(jī)架時(shí)參照所述步驟(4)進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而對(duì)待命機(jī)架F_j上游的各機(jī)架的輥速及輥縫值進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，直到變厚度點(diǎn)到達(dá)待命機(jī)架F_j前時(shí)(如若機(jī)架F_i+3與換輥機(jī)架F_j不為同一機(jī)架，則機(jī)架F_i+3為過渡機(jī)架，那么參照(4)步驟，此時(shí)過渡機(jī)架F_i+3、F_i+2、F_i+1...的調(diào)節(jié)方式便和步驟(4)中的機(jī)架F_i+2、F_i+1、F_i-1...調(diào)節(jié)相似；如若機(jī)架F_i+3是換輥機(jī)架F_j，那么便直接開始步驟(6)的執(zhí)行)；

(6)待命機(jī)架F_j軋輥壓下及輥速調(diào)節(jié)階段：

6a1)變厚度區(qū)追蹤：通過距離模型進(jìn)行不斷累積計(jì)算變厚區(qū)離開換輥機(jī)架F_i的距離L_i，當(dāng)滿足L_i-(j-i)L≥0時(shí)，待命機(jī)架F_j開始抬升和調(diào)速；

6a2)待命機(jī)架F_j軋輥壓下及輥速調(diào)節(jié)：待命機(jī)架F_j軋輥壓下并通過輥縫控制模型二，使待命機(jī)架F_j出口厚度變?yōu)檫^渡機(jī)架F_j-1出口厚度，并通過張力控制模型和軋輥速度控制模型一來調(diào)速，使待命機(jī)架F_j改變輥縫時(shí)過渡機(jī)架F_j+1單位后張力保持不變，以保證下游各機(jī)架軋制的穩(wěn)定；

6b)過渡機(jī)架F_j-1輥縫及輥速的調(diào)節(jié)：

過渡機(jī)架F_j-1通過輥縫控制模型三和張力變換及軋輥速度控制模型進(jìn)行計(jì)算和調(diào)整，使過渡機(jī)架F_j-1輥縫值調(diào)整為過渡機(jī)架F_j-2輥縫值以保證過渡機(jī)架F_j-2出口厚度值，并使過渡機(jī)架F_j-1單位前張力值變?yōu)檫^渡機(jī)架F_j-2的單位前張力值；

6c)過渡機(jī)架F_j-2及其上游機(jī)架輥速的調(diào)節(jié)：

過渡機(jī)架F_j-2及其上游各機(jī)架通過軋輥速度控制模型二進(jìn)行輥速調(diào)節(jié)，以保證上游各機(jī)架間張力值的穩(wěn)定。

本發(fā)明步驟(1)中，所述的工藝、板帶、軋機(jī)參數(shù)包括：工作輥直徑D，軋機(jī)剛度K_m，機(jī)架間距離L，六機(jī)架F₁～F₆入口厚度H₁～H₆、出口厚度h₁～h₆、單位前張力σ_f,1～σ_f,6、單位后張力σ_b,1～σ_b,6，鋼板寬度b，末機(jī)架出口速度V。

本發(fā)明步驟2a)、3a1)、4a1)、6a1)中，所述的距離模型如下：

L_i＝∑V_R,i(1+S_f,i)Δt

其中V_R,i為機(jī)架F_i軋輥轉(zhuǎn)速，S_f,i為機(jī)架F_i軋件的前滑系數(shù)，Δt為時(shí)間步長(zhǎng)。

本發(fā)明步驟2a)、3a2)、4a2)、6a2)中，所述的張力控制模型如下：

${\mathrm{\σ}}_{b,n+1}{H}_{n+1}={\mathrm{\σ}}_{f,n}^{\mathrm{\τ}}{h}_n^{\mathrm{\τ}}$

其中n為下腳標(biāo)表示當(dāng)前時(shí)刻正處于調(diào)節(jié)狀態(tài)軋機(jī)的機(jī)架號(hào)即表示機(jī)架F_n為軋輥正在壓下或抬升的機(jī)架，σ_b,n+1為機(jī)架F_n+1的單位后張力，H_n+1為機(jī)架F_n+1的入口厚度，為τ時(shí)刻F_n機(jī)架單位前張力，為τ時(shí)刻機(jī)架F_n的出口厚度；

所述的軋輥速度控制模型一如下：

V_f,n＝V_b,n+1

V_f,n＝V_R,n(1+S_f,n)

V_b,n+1＝V_R,n+1(1-S_b,n+1)

${\mathrm{\ΔV}}_{R,n}=-\frac{{\mathrm{\ΔS}}_{f,n}\·V_{R,n}}{1+S_{f,n}+{\mathrm{\ΔS}}_{f,n}}$

其中V_f,n為機(jī)架F_n軋件出口速度，V_b,n+1為機(jī)架F_n+1軋件入口速度，S_f,n為機(jī)架F_n軋件的前滑系數(shù)，S_b,n+1為機(jī)架F_n+1軋件的后滑系數(shù)，V_R,n為機(jī)架F_n軋輥轉(zhuǎn)速，V_R,n+1為機(jī)架F_n+1軋輥轉(zhuǎn)速，ΔV_R,n為機(jī)架F_n軋輥轉(zhuǎn)速改變量，ΔS_f,n為機(jī)架F_n軋件的前滑系數(shù)改變量。

本發(fā)明步驟2b)、3b)中，所述的輥縫控制模型一如下：

${\mathrm{\ΔS}}_{n-1}=h_{n-1}-\frac{{\mathrm{\ΔP}}_{n-1}}{K_m}$

其中ΔS_n-1為F_n-1機(jī)架輥縫改變量，h_n-1為F_n-1機(jī)架軋件出口厚度，ΔP_n-1為F_n-1機(jī)架軋制力變化量，K_m為軋機(jī)剛度。

本發(fā)明步驟2b)、3b)、4b)、6b)中，所述的張力變換及軋輥速度控制模型如下：

$V_{f,n-1}=V_{b,n}-\frac{L}{E\·\mathrm{\Δ}t}({\mathrm{\σ}}_{f,t\arg et}-{\mathrm{\σ}}_{f,now})$

${\mathrm{\ΔV}}_{R,n-1}=\frac{(V_{R,n}+{\mathrm{\ΔV}}_{R,n})(1-S_{b,n}-{\mathrm{\ΔS}}_{b,n})}{1+S_{f,n-1}}$

其中V_f,n-1為機(jī)架F_n-1軋件出口速度，V_b,n為機(jī)架F_n軋件入口速度，L為機(jī)架間距離，E為軋件的彈性模量，Δt為時(shí)間步長(zhǎng)，σ_f,target為機(jī)架F_n-1單位前張力的目標(biāo)值，σ_f,now為機(jī)架F_n-1單位前張力的當(dāng)前值，ΔV_R,n-1為機(jī)架F_n-1軋輥轉(zhuǎn)速改變量，S_f,n-1為機(jī)架F_n-1軋件的前滑系數(shù)，S_b,n為機(jī)架F_n軋件的后滑系數(shù)，ΔS_f,n-1為機(jī)架F_n-1軋件的前滑系數(shù)改變量。

本發(fā)明步驟2c)、3c)、4c)、6c)中，所述的軋輥速度控制模型二如下：

${\mathrm{\ΔV}}_{R,n-2}=\frac{(V_{R,n-1}+{\mathrm{\ΔV}}_{R,n-1})(1-S_{b,n-1}-{\mathrm{\ΔS}}_{b,n-1})}{(1+S_{f,n-2})}-V_{R,n-2}$

${\mathrm{\ΔV}}_{R,n-3}=\frac{{\mathrm{\ΔV}}_{R,n-2}(1-S_{b,n-2})}{1+S_{f,n-3}}$

……

${\mathrm{\ΔV}}_{R,1}=\frac{{\mathrm{\ΔV}}_{R,2}(1-S_{b,2})}{1+S_{f,1}}$

其中ΔV_R,n-2為機(jī)架F_n-2軋輥轉(zhuǎn)速改變量，ΔV_R,n-1為機(jī)架F_n-1軋輥轉(zhuǎn)速改變量，S_b,n-1為機(jī)架F_n-1軋件的后滑系數(shù)，ΔS_b,n-1為機(jī)架F_n-1軋件的后滑系數(shù)改變量，V_R,n-2為機(jī)架F_n-2軋輥轉(zhuǎn)速，S_f,n-2為機(jī)架F_n-2軋件的前滑系數(shù)，S_b,n-2為機(jī)架F_n-2軋件的后滑系數(shù)，V_R,n-3為機(jī)架F_n-3軋輥轉(zhuǎn)速，ΔV_R,n-3為機(jī)架F_n-3軋輥轉(zhuǎn)速改變量，S_f,n-3為機(jī)架F_n-3軋件的前滑系數(shù)，ΔV_R,2為機(jī)架F₂軋輥轉(zhuǎn)速改變量，S_b,2為機(jī)架F₂軋件的后滑系數(shù)，ΔV_R,1為機(jī)架F₁軋輥轉(zhuǎn)速改變量，S_f,1為機(jī)架F₁軋件的前滑系數(shù)。

本發(fā)明步驟3a)、4a)、6a)中，所述的輥縫控制模型二如下：

${\mathrm{\ΔS}}_n=h_n-\frac{{\mathrm{\ΔP}}_n}{K_m}$

其中ΔS_n為機(jī)架F_n輥縫改變量，h_n為機(jī)架F_n軋件出口厚度，ΔP_n為機(jī)架F_n軋制力變化量。

本發(fā)明步驟4b)、6b)中，所述的輥縫控制模型三如下：

${\mathrm{\ΔS}}_{n-1}=h_{n-2}-\frac{{\mathrm{\ΔP}}_{n-1}}{K_m}$

其中ΔS_n-1為機(jī)架F_n-1輥縫改變量，h_n-2為機(jī)架F_n-2軋件出口原始厚度，ΔP_n-1為機(jī)架F_n-1軋制力變化量。

本發(fā)明的有益效果是：該發(fā)明在大量理論研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合一種六機(jī)架布置的ESP無頭軋制精軋機(jī)組在線換輥設(shè)備，充分考慮各機(jī)架間張力和軋件的厚度控制，提出一種實(shí)現(xiàn)ESP精軋機(jī)組在線換輥的逆流換輥方法，建立動(dòng)態(tài)換輥時(shí)的數(shù)學(xué)模型，調(diào)節(jié)換輥過程中各個(gè)過渡階段的軋輥轉(zhuǎn)速和輥縫，在保證穩(wěn)定軋制的前提下完成換輥過程。根據(jù)本發(fā)明提出的數(shù)學(xué)模型控制換輥過程，不僅可以提高換輥效率和換輥過程的穩(wěn)定性，而且有利于提高產(chǎn)品厚度控制精度，能夠達(dá)到工業(yè)應(yīng)用精度要求。

附圖說明

圖1為總程序流程圖。

圖2為換輥機(jī)架退出軋制過程流程圖。

圖3為過渡機(jī)架調(diào)整過程流程圖。

圖4為待命機(jī)架投入使用過程流程圖。

圖5為換輥過程張力變化圖。

圖6為換輥過程板厚變化圖。

圖7為換輥過程對(duì)最終產(chǎn)品板厚的影響圖。

具體實(shí)施方法

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明：

參照?qǐng)D1～4，本發(fā)明實(shí)施例的一種實(shí)現(xiàn)ESP精軋機(jī)組在線換輥的逆流換輥方法包括以下步驟：

步驟1：收集并輸入工藝、板帶、軋機(jī)參數(shù)：

所述的工藝、板帶、軋機(jī)參數(shù)包括工作輥直徑D，軋機(jī)剛度K_m，機(jī)架間距離L，機(jī)架F₁～F₆入口厚度H₁～H₆、出口厚度h₁～h₆、單位前張力σ_f,1～σ_f,6、單位后張力σ_b,1～σ_b,6，鋼板寬度b，末機(jī)架出口速度V；

步驟2：換輥機(jī)架F_i軋輥抬升并調(diào)速階段：

2.1)換輥機(jī)架F_i軋輥抬升并調(diào)速：

2.1a)從換輥機(jī)架F_i軋輥抬升的時(shí)刻起，其出口厚度便有了變化，軋制時(shí)變厚度區(qū)的存在將會(huì)造成軋制過程的波動(dòng)，因此必須將變厚度區(qū)控制在兩個(gè)機(jī)架內(nèi)。設(shè)變厚度區(qū)從產(chǎn)生到達(dá)到過渡機(jī)架F_i+1的入口所需的時(shí)間為T_MAX，

$T_{MAX}=\frac{L}{V_{f,i}}$

式中：L為機(jī)架間距離，V_f,i為換輥機(jī)架F_i軋輥線速度，則整個(gè)抬升過程的時(shí)間T應(yīng)小于T_MAX。

2.1b)抬升過程為了保證連軋狀態(tài)的穩(wěn)定進(jìn)行，不出現(xiàn)斷帶等事故，最大限度的確保產(chǎn)品厚度的精度，需通過如下的張力控制模型和軋輥速度控制模型來調(diào)速，確保換輥機(jī)架F_i改變輥縫時(shí)過渡機(jī)架F_i+1的單位后張力保持不變，使換輥機(jī)架F_i換輥時(shí)對(duì)下游機(jī)架軋制無影響。

張力控制模型為：

${\mathrm{\σ}}_{b,i+1}{H}_{i+1}={\mathrm{\σ}}_{f,i}^{\mathrm{\τ}}{h}_i^{\mathrm{\τ}}$

軋輥速度控制模型為：

$V_{f,i-1}=V_{b,i}-\frac{L}{E\·\mathrm{\Δ}t}({\mathrm{\σ}}_{f,i-1}-{\mathrm{\σ}}_{f,i})$

$V_{f,i-1}=V_{b,i}-\frac{L}{E\·\mathrm{\Δ}t}({\mathrm{\σ}}_{f,i-1}-{\mathrm{\σ}}_{f,i})$

$V_{f,i-1}=V_{b,i}-\frac{L}{E\·\mathrm{\Δ}t}({\mathrm{\σ}}_{f,i-1}-{\mathrm{\σ}}_{f,i})$

將換輥過程離散化，每一個(gè)微分單元的速度控制模型為：

$V_{f,i-1}=V_{b,i}-\frac{L}{E\·\mathrm{\Δ}t}({\mathrm{\σ}}_{f,i-1}-{\mathrm{\σ}}_{f,i})$

2.2)機(jī)架F_i-1輥速調(diào)節(jié)并調(diào)整輥縫：

通過如下的張力變換及軋輥速度控制模型調(diào)節(jié)機(jī)架F_i-1輥速使機(jī)架F_i-1的單位前張力與換輥機(jī)架F_i的單位前張力相等，同時(shí)由于張力變化會(huì)使機(jī)架F_i-1的軋制力變化導(dǎo)致其出口厚度出現(xiàn)波動(dòng)，需要通過如下的輥縫控制模型及時(shí)調(diào)整輥縫保證出口厚度精度。

張力變換及軋輥速度控制模型為：

$V_{f,i-1}=V_{b,i}-\frac{L}{E\·\mathrm{\Δ}t}({\mathrm{\σ}}_{f,i}-{\mathrm{\σ}}_{f,i-1})$

${\mathrm{\ΔV}}_{R,n-1}=\frac{(V_{R,n}+{\mathrm{\ΔV}}_{R,n})(1-S_{b,n}-{\mathrm{\ΔS}}_{b,n})}{1+S_{f,n-1}}$

輥縫控制模型為：

${\mathrm{\ΔS}}_{i-1}=h_{i-1}-\frac{{\mathrm{\ΔP}}_{i-1}}{K_m}$

2.3)機(jī)架F_i-2及其上游機(jī)架輥速調(diào)節(jié)：

由于機(jī)架F_i-1的輥速、輥縫及單位前張力的變化，其機(jī)架軋件的入口厚度必然改變。因此需要通過如下的軋輥速度控制模型依次調(diào)節(jié)機(jī)架F_i-2及其上游機(jī)架的輥速以保證上游各機(jī)架間的張力穩(wěn)定。

軋輥速度控制模型為：

${\mathrm{\ΔV}}_{R,i-2}=\frac{(V_{R,i-1}+{\mathrm{\ΔV}}_{R,i-1})(1-S_{b,i-1}-{\mathrm{\ΔS}}_{b,i-1})}{(1+S_{f,i-2})}-V_{R,i-2}$

${\mathrm{\ΔV}}_{R,i-3}=\frac{{\mathrm{\ΔV}}_{R,i-2}(1-S_{b,i-2})}{1+S_{f,i-3}}$

……

${\mathrm{\ΔV}}_1=\frac{{\mathrm{\ΔV}}_2(1-S_{b,2})}{1+S_{f,1}}$

步驟3：過渡機(jī)架F_i+1輥速調(diào)節(jié)并調(diào)整輥縫階段：

3.1a)變厚度區(qū)追蹤(長(zhǎng)度追蹤)：變厚度區(qū)的移動(dòng)，會(huì)造成過渡機(jī)架F_i+1入口厚度的變化，需要對(duì)變厚度區(qū)進(jìn)行追蹤，以便精確計(jì)算過渡機(jī)架F_i+1的入口厚度，使待命機(jī)架壓下系統(tǒng)和調(diào)速系統(tǒng)和變厚度區(qū)完全協(xié)調(diào)。當(dāng)換輥機(jī)架F_i開始抬升時(shí)應(yīng)該計(jì)算變厚區(qū)離開換輥機(jī)架F_i的距離L_i以此對(duì)其進(jìn)行追蹤。但當(dāng)變厚度區(qū)到達(dá)過渡機(jī)架F_i+1時(shí)，由于入口厚度的變化使得后滑系數(shù)的改變?cè)斐闪塑垯C(jī)入口速度改變，由如下距離模型進(jìn)行不斷的累積計(jì)算變厚區(qū)離開換輥機(jī)架F_i的距離L_i：

L_i＝∑V_R,i(1+S_f,i)Δt

當(dāng)滿足L_i-L≥0時(shí)，過渡機(jī)架F_i+1開始抬升和調(diào)速。

3.1b)過渡機(jī)架F_i+1軋輥抬升并調(diào)速：在抬升的同時(shí)也會(huì)造成軋機(jī)前后滑系數(shù)的變化，因此需要通過如下張力控制模型和軋輥速度控制模型來調(diào)速進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。調(diào)整策略與換輥機(jī)架軋輥抬升時(shí)相似，使過渡機(jī)架F_i+1改變輥縫時(shí)過渡機(jī)架F_i+2單位后張力保持不變，以保證下游各機(jī)架軋制的穩(wěn)定。最終抬升完畢后其軋件出口厚度為h_i；

張力控制模型為：

${\mathrm{\σ}}_{b,i+2}{H}_{i+2}={\mathrm{\σ}}_{f,i+1}^{\mathrm{\τ}}{h}_{i+1}^{\mathrm{\τ}}$

軋輥速度控制模型為：

${\mathrm{\ΔV}}_{R,i+1}=-\frac{{\mathrm{\ΔS}}_{f,i+1}{V}_{R,i+1}}{1+S_{f,i+1}+{\mathrm{\ΔS}}_{f,i+1}}$

3.2)機(jī)架F_i-1輥速調(diào)節(jié)并調(diào)整輥縫

通過如下輥縫控制模型和張力變換及軋輥速度控制模型進(jìn)行計(jì)算和調(diào)整，將機(jī)架F_i-1的軋制狀態(tài)調(diào)整為變化前的狀態(tài)，首先使機(jī)架F_i-1的輥縫復(fù)位，然后使過渡機(jī)架F_i+1改變輥縫時(shí)機(jī)架F_i-1單位前張力值由σ_f,i重新變?yōu)樵郸?sub>f,i-1

輥縫控制模型為：

${\mathrm{\ΔS}}_{i-1}=k_{i-1}-\frac{{\mathrm{\ΔP}}_{i-1}}{K_m}$

張力變換及軋輥速度控制模型：

$V_{f,i-1}=V_{b,i}-\frac{L}{E\·\mathrm{\Δ}t}({\mathrm{\σ}}_{f,i-1}-{\mathrm{\σ}}_{f,i})$

${\mathrm{\ΔV}}_{R,i-1}=\frac{(V_{R,i}+{\mathrm{\ΔV}}_{R,i})(1-S_{b,i}-{\mathrm{\ΔS}}_{b,i})}{1+S_{f,i-1}}-V_{R,i-1}$

3.3)機(jī)架F_i-2及其上游各機(jī)架輥速調(diào)節(jié)

通過如下軋輥速度控制模型對(duì)各機(jī)架輥速調(diào)節(jié)，以保證上游各機(jī)架間張力值的穩(wěn)定。

軋輥速度控制模型為：

${\mathrm{\ΔV}}_{R,i-2}=\frac{(V_{R,i-1}+{\mathrm{\ΔV}}_{R,i-1})(1-S_{b,i-1}-{\mathrm{\ΔS}}_{b,i-1})}{(1+S_{f,i-2})}-V_{R,i-2}$

${\mathrm{\ΔV}}_{R,i-3}=\frac{{\mathrm{\ΔV}}_{R,i-2}(1-S_{b,i-2})}{1+S_{f,i-3}}$

……

${\mathrm{\ΔV}}_1=\frac{{\mathrm{\ΔV}}_2(1-S_{b,2})}{1+S_{f,1}}$

步驟4：過渡機(jī)架F_i+2輥速調(diào)節(jié)并調(diào)整輥縫階段：

4.1)過渡機(jī)架F_i+2調(diào)節(jié)輥縫并調(diào)速：

4.1a)變厚度區(qū)追蹤(長(zhǎng)度追蹤)：當(dāng)換輥機(jī)架F_i開始抬升時(shí)應(yīng)該計(jì)算變厚區(qū)離開換輥機(jī)架F_i的距離L_i以此對(duì)其進(jìn)行追蹤。當(dāng)滿足L_i-2L≥0時(shí)，過渡機(jī)架F_i+2開始抬升和調(diào)速。

4.1b)過渡機(jī)架F_i+2抬升并調(diào)速：在抬升的同時(shí)也會(huì)造成軋機(jī)前后滑系數(shù)的變化，因此需要通過如下張力控制模型和軋輥速度控制模型來調(diào)速進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。調(diào)整策略與換輥機(jī)架軋輥抬升時(shí)相似，使過渡機(jī)架F_i+2改變輥縫時(shí)過渡機(jī)架F_i+3單位后張力保持不變，以保證下游各機(jī)架軋制的穩(wěn)定。最終抬升完畢后其軋件出口厚度為h_i+1；

張力控制模型為：

${\mathrm{\σ}}_{b,i+3}{H}_{i+3}={\mathrm{\σ}}_{f,i+2}^{\mathrm{\τ}}{h}_{i+2}^{\mathrm{\τ}}$

軋輥速度控制模型為：

${\mathrm{\ΔV}}_{R,i+2}=-\frac{{\mathrm{\ΔS}}_{f,i+2}{V}_{R,i+2}}{1+S_{f,i+2}+{\mathrm{\ΔS}}_{f,i+2}}$

4.2)過渡機(jī)架F_i+1輥縫和輥速進(jìn)行調(diào)節(jié)：

通過如下的輥縫控制模型和張力變換及軋輥速度控制模型進(jìn)行計(jì)算和調(diào)整，將過渡機(jī)架F_i+1的軋制狀態(tài)調(diào)整為機(jī)架換輥F_i變換前的軋制狀態(tài)，首先使其輥縫值變?yōu)樽儞Q前換輥機(jī)架F_i機(jī)架的輥縫值，其次通過輥速調(diào)節(jié)使其單位前張力值由σ_f,i+1變?yōu)閾Q輥機(jī)架F_i機(jī)架的單位前張力值σ_f,i。

輥縫控制模型為：

${\mathrm{\ΔS}}_{i+1}=h_i-\frac{{\mathrm{\ΔP}}_{i+1}}{K_m}$

張力變換及軋輥速度控制模型為：

$V_{f,i+1}=V_{b,i+2}-\frac{L}{E\·\mathrm{\Δ}t}({\mathrm{\σ}}_{f,i}-{\mathrm{\σ}}_{f,i+1})$

${\mathrm{\ΔV}}_{R,i+1}=\frac{(V_{R,i+2}+{\mathrm{\ΔV}}_{R,i+2})(1-S_{b,i+2}-{\mathrm{\ΔS}}_{b,i+2})}{1+S_{f,i+1}}-V_{R,i+1}$

4.3)機(jī)架F_i-1及其上游機(jī)架輥速調(diào)節(jié)：

通過如下軋輥速度控制模型對(duì)各機(jī)架輥速調(diào)節(jié)，以保證上游各機(jī)架間張力值的穩(wěn)定。

軋輥速度控制模型為：

${\mathrm{\ΔV}}_{R,i-1}=\frac{(V_{R,i+1}+{\mathrm{\ΔV}}_{R,i+1})(1-S_{b,i+1}-{\mathrm{\ΔS}}_{b,i+1})}{1+S_{f,i-1}}-V_{R,i-1}$

${\mathrm{\ΔV}}_{R,i-2}=\frac{{\mathrm{\ΔV}}_{R,i-1}(1-S_{b,i-1})}{1+S_{f,i-2}}$

……

${\mathrm{\ΔV}}_1=\frac{{\mathrm{\ΔV}}_2(1-S_{b,2})}{1+S_{f,1}}$

步驟5：調(diào)節(jié)待命機(jī)架F_j上游的各機(jī)架階段：

隨著變厚度點(diǎn)的不斷移動(dòng)，每到下游一個(gè)機(jī)架時(shí)參照4.1)、4.2)、4.3)步驟進(jìn)行相應(yīng)的輥縫和輥速調(diào)整，進(jìn)而對(duì)待命機(jī)架F_j上游各機(jī)架進(jìn)行調(diào)整，直到變厚度點(diǎn)到達(dá)待命機(jī)架F_j前時(shí)。

步驟6：待命機(jī)架F_j軋輥壓下及輥速調(diào)節(jié)階段：

6.1)待命機(jī)架F_j軋輥壓下及輥速調(diào)節(jié)：

6.1a)變厚度區(qū)追蹤(長(zhǎng)度追蹤)

當(dāng)換輥機(jī)架F_i開始抬升時(shí)應(yīng)該計(jì)算變厚區(qū)離開換輥機(jī)架F_i的距離L_i以此對(duì)其進(jìn)行追蹤。當(dāng)滿足L_i-(j-i)L≥0時(shí)，待命機(jī)架F_j開始?jí)合潞驼{(diào)速。

6.1b)待命機(jī)架F_j壓下并調(diào)速

壓下時(shí)需通過輥縫控制模型保證待命機(jī)架F_j軋件出口厚度時(shí)刻為h_j-1。在壓下的同時(shí)也會(huì)造成軋機(jī)前后滑系數(shù)的變化，因此需要通過如下張力控制模型和軋輥速度控制模型來調(diào)速進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。使待命機(jī)架F_j改變輥縫時(shí)機(jī)架F_j+1單位后張力保持不變，以保證下游各機(jī)架軋制的穩(wěn)定；

輥縫控制模型為：

${\mathrm{\ΔS}}_j=h_{j-1}-\frac{{\mathrm{\ΔP}}_j}{K_m}$

張力控制模型為：

${\mathrm{\σ}}_{b,j+1}{H}_{j+1}={\mathrm{\σ}}_{f,j-1}^{\mathrm{\τ}}{h}_{j-1}^{\mathrm{\τ}}$

軋輥速度控制模型為：

${\mathrm{\ΔV}}_{R,j}=-\frac{{\mathrm{\ΔS}}_{f,j}{V}_{R,j}}{1+S_{f,j}+{\mathrm{\ΔS}}_{f,j}}$

6.2)過渡機(jī)架F_j-1輥縫及輥速的調(diào)節(jié)

通過如下的輥縫控制模型和張力變換及軋輥速度控制模型進(jìn)行計(jì)算和調(diào)整，將過渡機(jī)架F_j-1的軋制狀態(tài)調(diào)整為過渡機(jī)架F_j-2變換前的軋制狀態(tài)，首先使其輥縫值變?yōu)樽儞Q前過渡機(jī)架F_j-2的輥縫值，其次通過輥速調(diào)節(jié)使其單位前張力值由σ_f,j-1變?yōu)檫^渡機(jī)架F_j-2機(jī)架的單位前張力值σ_f,j-2；

輥縫控制模型為：

${\mathrm{\ΔS}}_{j-1}=h_{j-2}-\frac{{\mathrm{\ΔP}}_{j-1}}{K_m}$

張力變換及軋輥速度控制模型為：

$V_{f,j-1}=V_{b,j}-\frac{L}{E\·\mathrm{\Δ}t}({\mathrm{\σ}}_{f,j-1}-{\mathrm{\σ}}_{f,j-2})$

${\mathrm{\ΔV}}_{R,j-1}=\frac{(V_{R,j}+{\mathrm{\ΔV}}_{R,j})(1-S_{b,j}-{\mathrm{\ΔS}}_{b,j})}{1+S_{f,j-1}}-V_{R,j-1}$

6.3)過渡機(jī)架F_j-2及其上游機(jī)架輥速的調(diào)節(jié)：

過渡機(jī)架F_j-2及其上游各機(jī)架通過如下的軋輥速度控制模型進(jìn)行輥速調(diào)節(jié)，以保證上游各機(jī)架間張力值的穩(wěn)定。

軋輥速度控制模型為：

${\mathrm{\ΔV}}_{R,2}=\frac{(V_{R,j-1}+{\mathrm{\ΔV}}_{R,j-1})(1-S_{b,j-1}-{\mathrm{\ΔS}}_{b,j-1})}{1+S_{f,i-2}}-V_{R,j-2}$

${\mathrm{\ΔV}}_{R,j-3}=\frac{{\mathrm{\ΔV}}_{R,j-2}(1-S_{b,j-2})}{1+S_{f,j-3}}$

……

${\mathrm{\ΔV}}_1=\frac{{\mathrm{\ΔV}}_2(1-S_{b,2})}{1+S_{f,1}}$

以機(jī)架F₅為換輥機(jī)架，機(jī)架F₆為待命機(jī)架為例，計(jì)算所采用的設(shè)備和工藝參數(shù)依據(jù)某鋼廠熱軋帶鋼生產(chǎn)線及實(shí)際的軋制規(guī)程，具體的工藝、板帶、軋機(jī)參數(shù)為：工作輥直徑D為760mm，軋機(jī)剛度Km為9.8MN/mm，機(jī)架間距L為5800mm，機(jī)架F₁～F₅入口厚度分別為18mm、8.1mm、3.3mm、1.85mm、1.25mm，出口厚度分別為8.1mm、3.3mm、1.85mm、1.25mm、1mm，單位前張力分別為3MPa、4.8MPa、5.5MPa、7MPa、3MPa，單位后張力分別為1.5MPa、3MPa、4.8MPa、5.5MPa、7MPa，鋼板寬為1200mm，末機(jī)架出口速度為8m/s，并取時(shí)間步長(zhǎng)Δt＝0.003秒。

運(yùn)用本發(fā)明的數(shù)學(xué)模型在上述參數(shù)下由程序計(jì)算出的換輥過程中各機(jī)架間的單位張力變化和板厚變化情況，如圖5和圖6所示?？梢钥闯?，在整個(gè)換輥過程中，機(jī)架F₅抬升的過程張力較為平穩(wěn)，而在機(jī)架F₆壓下過程中各機(jī)架則出現(xiàn)了一定幅度的波動(dòng)，這是由于在壓下過程中機(jī)架F₆的入口厚度不斷變化造成的。但由于機(jī)架F₅單位輥縫變化值較小，因此即使入口厚度略有變化也相差很小，不會(huì)造成較大張力和厚度的波動(dòng)。如圖7所示，換輥過程對(duì)最終產(chǎn)品板厚精度的影響小于1％。通過實(shí)例可以看出，本發(fā)明方法控制穩(wěn)定準(zhǔn)確，能夠達(dá)到工業(yè)應(yīng)用的精度要求。