本發(fā)明涉及冶金連鑄連軋領(lǐng)域，尤其涉及一種實現(xiàn)ESP精軋機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，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)保型社會建設(shè)。目前國內(nèi)外的研究熱點是開發(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，下游的精軋機組換輥期間，上游的連鑄便無法繼續(xù)進行，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無頭軋制中精軋機組在線換輥設(shè)備是將原來的五機架(F₁～F₅)布置改為六機架(F₁～F₆)布置，軋制時五機架投入使用，一架機架處于換輥待命狀態(tài)，當(dāng)任意一架軋機需要換輥時，待命機架投入使用，待換輥的軋機在換輥過程完成后成為新的待命軋機。要實現(xiàn)待命軋機投入使用和換輥軋機退出軋制同步進行,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)實現(xiàn)要素：

針對上述在線換輥設(shè)備，本發(fā)明旨在提供一種實現(xiàn)ESP精軋機組在線換輥的逆流換輥方法，即用待命機架F_j替換換輥機架F_i(j＞i)，在保證軋機穩(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)方案實現(xiàn)：

一種實現(xiàn)ESP精軋機組在線換輥的逆流換輥方法，用于六機架布置的ESP無頭軋制精軋機組在線換輥設(shè)備，正常軋制生產(chǎn)時，任意五機架投入運用，一機架為待命機架，所述方法采用逆流換輥策略分別調(diào)節(jié)換輥機架F_i、各個過渡機架(為處在換輥機架F_i下游和待命機架F_j上游間的各個機架)階段、待命機架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、軋機參數(shù)；

(2)換輥機架F_i軋輥抬升并調(diào)速階段：

2a)換輥機架F_i軋輥抬升并調(diào)速：

換輥機架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，使換輥機架F_i改變輥縫時過渡機架F_i+1單位后張力保持不變，抬升時對下游機架軋制無影響，同時通過距離模型跟蹤變厚度區(qū)離開換輥機架F_i的距離，將變厚度區(qū)控制在兩個機架內(nèi)，設(shè)變厚度區(qū)從產(chǎn)生到達(dá)到過渡機架F_i+1的入口所需的時間為T_MAX，

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

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

2b)機架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行計算和調(diào)整，使換輥機架F_i改變輥縫時機架F_i-1單位前張力值變?yōu)閾Q輥機架F_i的單位前張力值，同時改變輥縫使機架F_i-1出口厚度保持不變；

2c)機架F_i-2及其上游機架輥速調(diào)節(jié)：

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

(3)過渡機架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：通過距離模型進行不斷累積計算變厚區(qū)離開換輥機架F_i的距離L_i，當(dāng)滿足L_i-L≥0時，過渡機架F_i+1開始抬升和調(diào)速；

3a2)過渡機架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，使過渡機架F_i+1改變輥縫時過渡機架F_i+2單位后張力保持不變，以保證下游各機架軋制的穩(wěn)定；

3b)機架F_i-1輥速調(diào)節(jié)并調(diào)整輥縫：

機架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行計算和調(diào)整，使機架F_i-1輥縫改變以保證出口厚度不變，并使過渡機架F_i+1改變輥縫時機架F_i-1單位前張力值由換輥機架F_i的單位前張力值重新變?yōu)樵担?/p>

3c)機架F_i-2及其上游各機架輥速調(diào)節(jié)：

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

(4)過渡機架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：通過距離模型進行不斷累積計算變厚區(qū)離開換輥機架F_i的距離L_i，當(dāng)滿足L_i-2L≥0時，過渡機架F_i+2開始抬升和調(diào)速；

4a2)過渡機架F_i+2調(diào)節(jié)輥縫并調(diào)速：過渡機架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)通過后過渡機架F_i+2出口厚度為過渡機架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，使過渡機架F_i+2改變輥縫時過渡機架F_i+3單位后張力保持不變，以保證下游各機架軋制的穩(wěn)定；

4b)過渡機架F_i+1輥縫和輥速進行調(diào)節(jié)：

過渡機架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行計算和調(diào)整，使過渡機架F_i+1輥縫值調(diào)整為換輥機架F_i的輥縫值以保證換輥機架F_i的出口厚度值，并使過渡機架F_i+1單位前張力值變?yōu)閾Q輥機架F_i單位前張力值；

4c)機架F_i-1及其上游機架輥速調(diào)節(jié)：

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

(5)調(diào)節(jié)待命機架F_j上游的各機架階段：

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

(6)待命機架F_j軋輥壓下及輥速調(diào)節(jié)階段：

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

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

6b)過渡機架F_j-1輥縫及輥速的調(diào)節(jié)：

過渡機架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行計算和調(diào)整，使過渡機架F_j-1輥縫值調(diào)整為過渡機架F_j-2輥縫值以保證過渡機架F_j-2出口厚度值，并使過渡機架F_j-1單位前張力值變?yōu)檫^渡機架F_j-2的單位前張力值；

6c)過渡機架F_j-2及其上游機架輥速的調(diào)節(jié)：

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

本發(fā)明步驟(1)中，所述的工藝、板帶、軋機參數(shù)包括：工作輥直徑D，軋機剛度K_m，機架間距離L，六機架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為機架F_i軋輥轉(zhuǎn)速，S_f,i為機架F_i軋件的前滑系數(shù)，Δt為時間步長。

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)前時刻正處于調(diào)節(jié)狀態(tài)軋機的機架號即表示機架F_n為軋輥正在壓下或抬升的機架，σ_b,n+1為機架F_n+1的單位后張力，H_n+1為機架F_n+1的入口厚度，為τ時刻F_n機架單位前張力，為τ時刻機架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為機架F_n軋件出口速度，V_b,n+1為機架F_n+1軋件入口速度，S_f,n為機架F_n軋件的前滑系數(shù)，S_b,n+1為機架F_n+1軋件的后滑系數(shù)，V_R,n為機架F_n軋輥轉(zhuǎn)速，V_R,n+1為機架F_n+1軋輥轉(zhuǎn)速，ΔV_R,n為機架F_n軋輥轉(zhuǎn)速改變量，ΔS_f,n為機架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機架輥縫改變量，h_n-1為F_n-1機架軋件出口厚度，ΔP_n-1為F_n-1機架軋制力變化量，K_m為軋機剛度。

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為機架F_n-1軋件出口速度，V_b,n為機架F_n軋件入口速度，L為機架間距離，E為軋件的彈性模量，Δt為時間步長，σ_f,target為機架F_n-1單位前張力的目標(biāo)值，σ_f,now為機架F_n-1單位前張力的當(dāng)前值，ΔV_R,n-1為機架F_n-1軋輥轉(zhuǎn)速改變量，S_f,n-1為機架F_n-1軋件的前滑系數(shù)，S_b,n為機架F_n軋件的后滑系數(shù)，ΔS_f,n-1為機架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為機架F_n-2軋輥轉(zhuǎn)速改變量，ΔV_R,n-1為機架F_n-1軋輥轉(zhuǎn)速改變量，S_b,n-1為機架F_n-1軋件的后滑系數(shù)，ΔS_b,n-1為機架F_n-1軋件的后滑系數(shù)改變量，V_R,n-2為機架F_n-2軋輥轉(zhuǎn)速，S_f,n-2為機架F_n-2軋件的前滑系數(shù)，S_b,n-2為機架F_n-2軋件的后滑系數(shù)，V_R,n-3為機架F_n-3軋輥轉(zhuǎn)速，ΔV_R,n-3為機架F_n-3軋輥轉(zhuǎn)速改變量，S_f,n-3為機架F_n-3軋件的前滑系數(shù)，ΔV_R,2為機架F₂軋輥轉(zhuǎn)速改變量，S_b,2為機架F₂軋件的后滑系數(shù)，ΔV_R,1為機架F₁軋輥轉(zhuǎn)速改變量，S_f,1為機架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為機架F_n輥縫改變量，h_n為機架F_n軋件出口厚度，ΔP_n為機架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為機架F_n-1輥縫改變量，h_n-2為機架F_n-2軋件出口原始厚度，ΔP_n-1為機架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)合一種六機架布置的ESP無頭軋制精軋機組在線換輥設(shè)備，充分考慮各機架間張力和軋件的厚度控制，提出一種實現(xiàn)ESP精軋機組在線換輥的逆流換輥方法，建立動態(tài)換輥時的數(shù)學(xué)模型，調(diào)節(jié)換輥過程中各個過渡階段的軋輥轉(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為換輥機架退出軋制過程流程圖。

圖3為過渡機架調(diào)整過程流程圖。

圖4為待命機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為換輥過程對最終產(chǎn)品板厚的影響圖。

具體實施方法

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明：

參照圖1～4，本發(fā)明實施例的一種實現(xiàn)ESP精軋機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、軋機參數(shù)：

所述的工藝、板帶、軋機參數(shù)包括工作輥直徑D，軋機剛度K_m，機架間距離L，機架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，末機架出口速度V；

步驟2：換輥機架F_i軋輥抬升并調(diào)速階段：

2.1)換輥機架F_i軋輥抬升并調(diào)速：

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

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

式中：L為機架間距離，V_f,i為換輥機架F_i軋輥線速度，則整個抬升過程的時間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，確保換輥機架F_i改變輥縫時過渡機架F_i+1的單位后張力保持不變，使換輥機架F_i換輥時對下游機架軋制無影響。

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)機架F_i-1輥速使機架F_i-1的單位前張力與換輥機架F_i的單位前張力相等，同時由于張力變化會使機架F_i-1的軋制力變化導(dǎo)致其出口厚度出現(xiàn)波動，需要通過如下的輥縫控制模型及時調(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)機架F_i-2及其上游機架輥速調(diào)節(jié)：

由于機架F_i-1的輥速、輥縫及單位前張力的變化，其機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)機架F_i-2及其上游機架的輥速以保證上游各機架間的張力穩(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(長度追蹤)：變厚度區(qū)的移動，會造成過渡機架F_i+1入口厚度的變化，需要對變厚度區(qū)進行追蹤，以便精確計算過渡機架F_i+1的入口厚度，使待命機架壓下系統(tǒng)和調(diào)速系統(tǒng)和變厚度區(qū)完全協(xié)調(diào)。當(dāng)換輥機架F_i開始抬升時應(yīng)該計算變厚區(qū)離開換輥機架F_i的距離L_i以此對其進行追蹤。但當(dāng)變厚度區(qū)到達(dá)過渡機架F_i+1時，由于入口厚度的變化使得后滑系數(shù)的改變造成了軋機入口速度改變，由如下距離模型進行不斷的累積計算變厚區(qū)離開換輥機架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，過渡機架F_i+1開始抬升和調(diào)速。

3.1b)過渡機架F_i+1軋輥抬升并調(diào)速：在抬升的同時也會造成軋機前后滑系數(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)速進行動態(tài)調(diào)整。調(diào)整策略與換輥機架軋輥抬升時相似，使過渡機架F_i+1改變輥縫時過渡機架F_i+2單位后張力保持不變，以保證下游各機架軋制的穩(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行計算和調(diào)整，將機架F_i-1的軋制狀態(tài)調(diào)整為變化前的狀態(tài)，首先使機架F_i-1的輥縫復(fù)位，然后使過渡機架F_i+1改變輥縫時機架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)機架F_i-2及其上游各機架輥速調(diào)節(jié)

通過如下軋輥速度控制模型對各機架輥速調(diào)節(jié)，以保證上游各機架間張力值的穩(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：過渡機架F_i+2輥速調(diào)節(jié)并調(diào)整輥縫階段：

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

4.1a)變厚度區(qū)追蹤(長度追蹤)：當(dāng)換輥機架F_i開始抬升時應(yīng)該計算變厚區(qū)離開換輥機架F_i的距離L_i以此對其進行追蹤。當(dāng)滿足L_i-2L≥0時，過渡機架F_i+2開始抬升和調(diào)速。

4.1b)過渡機架F_i+2抬升并調(diào)速：在抬升的同時也會造成軋機前后滑系數(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)速進行動態(tài)調(diào)整。調(diào)整策略與換輥機架軋輥抬升時相似，使過渡機架F_i+2改變輥縫時過渡機架F_i+3單位后張力保持不變，以保證下游各機架軋制的穩(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)過渡機架F_i+1輥縫和輥速進行調(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行計算和調(diào)整，將過渡機架F_i+1的軋制狀態(tài)調(diào)整為機架換輥F_i變換前的軋制狀態(tài)，首先使其輥縫值變?yōu)樽儞Q前換輥機架F_i機架的輥縫值，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輥機架F_i機架的單位前張力值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)機架F_i-1及其上游機架輥速調(diào)節(jié)：

通過如下軋輥速度控制模型對各機架輥速調(diào)節(jié)，以保證上游各機架間張力值的穩(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)待命機架F_j上游的各機架階段：

隨著變厚度點的不斷移動，每到下游一個機架時參照4.1)、4.2)、4.3)步驟進行相應(yīng)的輥縫和輥速調(diào)整，進而對待命機架F_j上游各機架進行調(diào)整，直到變厚度點到達(dá)待命機架F_j前時。

步驟6：待命機架F_j軋輥壓下及輥速調(diào)節(jié)階段：

6.1)待命機架F_j軋輥壓下及輥速調(diào)節(jié)：

6.1a)變厚度區(qū)追蹤(長度追蹤)

當(dāng)換輥機架F_i開始抬升時應(yīng)該計算變厚區(qū)離開換輥機架F_i的距離L_i以此對其進行追蹤。當(dāng)滿足L_i-(j-i)L≥0時，待命機架F_j開始壓下和調(diào)速。

6.1b)待命機架F_j壓下并調(diào)速

壓下時需通過輥縫控制模型保證待命機架F_j軋件出口厚度時刻為h_j-1。在壓下的同時也會造成軋機前后滑系數(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)速進行動態(tài)調(diào)整。使待命機架F_j改變輥縫時機架F_j+1單位后張力保持不變，以保證下游各機架軋制的穩(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行計算和調(diào)整，將過渡機架F_j-1的軋制狀態(tài)調(diào)整為過渡機架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^渡機架F_j-2機架的單位前張力值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)過渡機架F_j-2及其上游機架輥速的調(diào)節(jié)：

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

軋輥速度控制模型為：

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

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

……

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

以機架F₅為換輥機架，機架F₆為待命機架為例，計算所采用的設(shè)備和工藝參數(shù)依據(jù)某鋼廠熱軋帶鋼生產(chǎn)線及實際的軋制規(guī)程，具體的工藝、板帶、軋機參數(shù)為：工作輥直徑D為760mm，軋機剛度Km為9.8MN/mm，機架間距L為5800mm，機架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，末機架出口速度為8m/s，并取時間步長Δt＝0.003秒。

運用本發(fā)明的數(shù)學(xué)模型在上述參數(shù)下由程序計算出的換輥過程中各機架間的單位張力變化和板厚變化情況，如圖5和圖6所示。可以看出，在整個換輥過程中，機架F₅抬升的過程張力較為平穩(wěn)，而在機架F₆壓下過程中各機架則出現(xiàn)了一定幅度的波動，這是由于在壓下過程中機架F₆的入口厚度不斷變化造成的。但由于機架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，不會造成較大張力和厚度的波動。如圖7所示，換輥過程對最終產(chǎn)品板厚精度的影響小于1％。通過實例可以看出，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。