热轧带钢的过程控制

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1、RAL RALRALRAL 第一章第一章 热轧数学模型概况热轧数学模型概况第二章第二章 热轧过程轧制力能参数的计算热轧过程轧制力能参数的计算第三章第三章 热轧带钢负荷分配方法热轧带钢负荷分配方法主要内容主要内容RAL 1.1 热连轧数学模型的发展特点热连轧数学模型的发展特点1.2 热连轧数学模型的发展趋势热连轧数学模型的发展趋势1.3 热连轧数学模型的分类和功能热连轧数学模型的分类和功能 1.4 国内热连轧数学模型的应用状况国内热连轧数学模型的应用状况1.5 国外三大公司的热轧数学模型及其比较国外三大公司的热轧数学模型及其比较1.热轧数学模型概况热轧数学模型概况RAL 1.1 热连轧数学模型的

2、发展特点热连轧数学模型的发展特点1.2 热连轧数学模型的发展趋势热连轧数学模型的发展趋势1.3 热连轧数学模型的分类和功能热连轧数学模型的分类和功能 1.4 国内热连轧数学模型的应用状况国内热连轧数学模型的应用状况1.5 国外三大公司的热轧数学模型及其比较国外三大公司的热轧数学模型及其比较1.热轧数学模型概况热轧数学模型概况RAL 1.1 热连轧数学模型的发展特点热连轧数学模型的发展特点带钢热连轧数学模型带钢热连轧数学模型:用数学的方法描述一个带钢热连轧生产过程的输入和输出关系的数学表达式。（1）数学模型的结构从简单到复杂。）数学模型的结构从简单到复杂。经验公式/表格 机理模型层别划分自学习

3、人工智能技术（如Siemens系统）快速FEM技术（RAL）（2）数学模型的功能由单一功能到复合功能。）数学模型的功能由单一功能到复合功能。20世纪60年代初：控制精轧机（辊缝和速度的设定）。60年代中、后期：加热炉、粗精轧、卷取机。20世纪80年代：板坯库、成品库、热平整线和热剪切线。RAL 1.1 热连轧数学模型的发展特点热连轧数学模型的发展特点（3）数学模型的精度越来越高，并且已经趋于稳定。）数学模型的精度越来越高，并且已经趋于稳定。（4）由产品的尺寸精度扩展到产品的形状精度，再扩展）由产品的尺寸精度扩展到产品的形状精度，再扩展 到产品的性能精度。到产品的性能精度。外商考核产品质量保证指

4、标RAL 1.1 热连轧数学模型的发展特点热连轧数学模型的发展特点1.2 热连轧数学模型的发展趋势热连轧数学模型的发展趋势1.3 热连轧数学模型的分类和功能热连轧数学模型的分类和功能 1.4 国内热连轧数学模型的应用状况国内热连轧数学模型的应用状况1.5 国外三大公司的热轧数学模型及其比较国外三大公司的热轧数学模型及其比较1.热轧数学模型概况热轧数学模型概况RAL 1.2 热连轧数学模型的发展趋势热连轧数学模型的发展趋势（1）数学模型的研制方法不断融入了新技术。）数学模型的研制方法不断融入了新技术。传统的数学模型传统的数学模型以最小二乘法为基础的多元回归分析法以最小二乘法为基础的多元回归分析法

5、轧钢工艺理论轧钢工艺理论弹跳方程弹跳方程流量恒定定律流量恒定定律物理学物理学 传热理论传热理论RAL 1.2 热连轧数学模型的发展趋势热连轧数学模型的发展趋势（1）数学模型的研制方法不断融入了新技术。）数学模型的研制方法不断融入了新技术。现代的数学模型现代的数学模型以最小二乘法为基础的多元回归分析法以最小二乘法为基础的多元回归分析法轧钢工艺理论轧钢工艺理论弹跳方程弹跳方程流量恒定定律流量恒定定律物理学物理学 传热理论传热理论人工智能技术人工智能技术模糊控制技术模糊控制技术数据挖掘技术数据挖掘技术RAL 1.2 热连轧数学模型的发展趋势热连轧数学模型的发展趋势（1）数学模型的研制方法不断融入了新

6、技术。）数学模型的研制方法不断融入了新技术。Siemens的轧制力和轧制力矩混合模型 物理数学模型物理数学模型主要考虑变形程度、变形速度、变形温度和前后张力等确定性因素的影响；人工神经网络人工神经网络则用来考虑材料化学成分对变形抗力的影响。RAL 1.2 热连轧数学模型的发展趋势热连轧数学模型的发展趋势（1）数学模型的研制方法不断融入了新技术。）数学模型的研制方法不断融入了新技术。采用神经网络预测精轧机组的宽展精轧机组的宽展；采用了神经网络来进行头尾短行程控头尾短行程控制制。Siemens的宽度自动控制系统结构 RAL 1.2 热连轧数学模型的发展趋势热连轧数学模型的发展趋势（1）数学模型的研

7、制方法不断融入了新技术。）数学模型的研制方法不断融入了新技术。冷却模型：卷取温度控制 冷却速度和冷却路径的控制 终轧温度的控制 相变转变点的控制 CSP半无头轧制技术：动态变规格（FGC)技术 动态PC技术/BRC功能 RAL 1.2 热连轧数学模型的发展趋势热连轧数学模型的发展趋势（2）数学模型的软件趋于标准化、产品化适用于各种类）数学模型的软件趋于标准化、产品化适用于各种类 型的热轧生产线。型的热轧生产线。标准热轧数学模型库:不同的轧制压力、温度及前滑等模型。板形万能模型：以GE公司为代表。工作辊综合辊型工作辊综合辊型支撑辊综合辊型支撑辊综合辊型,ufdrbpce wrwr brwbwi

8、jCf F F CCDD ECRAL 1.2 热连轧数学模型的发展趋势热连轧数学模型的发展趋势（2）数学模型的软件趋于标准化、产品化适用于各种类）数学模型的软件趋于标准化、产品化适用于各种类 型的热轧生产线。型的热轧生产线。22022 toptopbotbottoptopbotbotW wcW wseW wcW wseT wcT wseT wcT wsewrwrpce wrweqvLLCCCWW四辊常规轧机四辊常规轧机：；取决于WR原始磨削凸度；0eqvC0wC四辊四辊CVC轧机轧机：；取决于WR横移位置及CVC辊型曲线；0eqvC0wC四辊四辊PC轧机轧机：；取决于PC角 ，00wCeqvC

9、22tan(/180)2wreqvwrLCD 模型从结构上同时适合于四辊常规轧机四辊常规轧机、CVC轧机轧机、WRS轧机轧机以及PC轧机轧机；但对于不同的机型及CVC辊型曲线，模型系数 不同。,i jCRAL 1.2 热连轧数学模型的发展趋势热连轧数学模型的发展趋势（2）数学模型的软件趋于标准化、产品化适用于各种类）数学模型的软件趋于标准化、产品化适用于各种类 型的热轧生产线。型的热轧生产线。标准热轧数学模型库:不同的轧制压力、温度及前滑等模型。板形万能模型：以GE公司为代表。模型软件适合各种类型的热轧生产线。根据具体的工艺设备布置和轧机参数，进行根据具体的工艺设备布置和轧机参数，进行参数配置

10、参数配置，就，就可以生成实用的模型程序。可以生成实用的模型程序。RAL 1.2 热连轧数学模型的发展趋势热连轧数学模型的发展趋势（2）数学模型的软件趋于标准化、产品化适用于各种类）数学模型的软件趋于标准化、产品化适用于各种类 型的热轧生产线。型的热轧生产线。常规轧制设定计算常规轧制设定计算preCalculationSingleMode()连续轧制设定计算连续轧制设定计算preCalculationContiMode()德国德国Siemens公司公司精轧设定计算系统精轧设定计算系统CSP半无头轧制技术半无头轧制技术同时适合同时适合:常规热轧生产线常规热轧生产线 CSP生产线生产线RAL 1.2

11、 热连轧数学模型的发展趋势热连轧数学模型的发展趋势（2）数学模型的软件趋于标准化、产品化适用于各种类）数学模型的软件趋于标准化、产品化适用于各种类 型的热轧生产线。型的热轧生产线。标准热轧数学模型库:不同的轧制压力、温度及前滑等模型。板形万能模型：以GE公司为代表。模型软件适合各种类型的热轧生产线。数学模型参数的给定和调整趋于规范化、工具化。RAL 1.2 热连轧数学模型的发展趋势热连轧数学模型的发展趋势（2）数学模型的软件趋于标准化、产品化适用于各种类）数学模型的软件趋于标准化、产品化适用于各种类 型的热轧生产线。型的热轧生产线。标准热轧数学模型库:不同的轧制压力、温度及前滑等模型。板形万能

12、模型：以GE公司为代表。模型软件适合各种类型的热轧生产线。数学模型参数的给定和调整趋于规范化、工具化。开发配套的数模调试及解析工具，使用工具给数学模型配开发配套的数模调试及解析工具，使用工具给数学模型配置初始参数。模型参数的修改、调试规范化，缩短了现场置初始参数。模型参数的修改、调试规范化，缩短了现场的调试时间。的调试时间。RAL 1.2 热连轧数学模型的发展趋势热连轧数学模型的发展趋势（2）数学模型的软件趋于标准化、产品化适用于各种类）数学模型的软件趋于标准化、产品化适用于各种类 型的热轧生产线。型的热轧生产线。标准热轧数学模型库:不同的轧制压力、温度及前滑等模型。板形万能模型：以GE公司为

13、代表。模型软件适合各种类型的热轧生产线。数学模型参数的给定和调整趋于规范化、工具化。（3）热轧数学模型的主流依然是静态模型和自学习修正。）热轧数学模型的主流依然是静态模型和自学习修正。RAL 1.1 热连轧数学模型的发展特点热连轧数学模型的发展特点1.2 热连轧数学模型的发展趋势热连轧数学模型的发展趋势1.3 热连轧数学模型的分类和功能热连轧数学模型的分类和功能 1.4 国内热连轧数学模型的应用状况国内热连轧数学模型的应用状况1.5 国外三大公司的热轧数学模型及其比较国外三大公司的热轧数学模型及其比较1.热轧数学模型概况热轧数学模型概况RAL 1.3 热连轧数学模型的分类和功能热连轧数学模型的

14、分类和功能设定模型设定模型 加热炉设定模型 粗轧设定模型 精轧设定模型 板形设定模型 卷取设定模型控制模型控制模型 加热炉温度控制模型 粗轧宽度控制模型 厚度控制模型 板形控制模型 精轧温度控制模型 卷取温度控制模型模型的自学习模型的自学习 轧制力模型的自学习 温度模型的自学习 功率模型的自学习 力矩模型的自学习 宽度模型的自学习 前滑模型的自学习 板形模型的自学习RAL 1.1 热连轧数学模型的发展特点热连轧数学模型的发展特点1.2 热连轧数学模型的发展趋势热连轧数学模型的发展趋势1.3 热连轧数学模型的分类和功能热连轧数学模型的分类和功能 1.4 国内热连轧数学模型的应用状况国内热连轧数学

15、模型的应用状况1.5 国外三大公司的热轧数学模型及其比较国外三大公司的热轧数学模型及其比较1.热轧数学模型概况热轧数学模型概况RAL 1.4 国内热连轧数学模型的应用状况国内热连轧数学模型的应用状况（1）设定模型应用得最好）设定模型应用得最好 粗轧、精轧及卷取设定模型基本都投入在线运行，使用效果明显。（2）温度控制模型应用得较好）温度控制模型应用得较好 精轧温度控制模型、卷取温度控制模型应用得较好。而一般来说，卷取温度控制模型的应用效果好于精轧温度控制模型。（3）板形模型普遍存在问题）板形模型普遍存在问题 板形设定模型和板形控制模型在使用过程中都有不同程度的问题。（4）燃烧控制模型应用得不好）

16、燃烧控制模型应用得不好 加热炉燃烧控制模型应用得不好，有的热轧厂燃烧控制模型一直没有投入在线应用。RAL 1.4 国内热连轧数学模型的应用状况国内热连轧数学模型的应用状况在模型的维护和开发方面，存在下面的问题：在模型的维护和开发方面，存在下面的问题：（1）多数停留在生产过程的维护，改进和开发的深度及）多数停留在生产过程的维护，改进和开发的深度及广度不够。广度不够。（2）模型的调试和模型参数的修改过多的依赖于人的经）模型的调试和模型参数的修改过多的依赖于人的经验，而缺乏把这种经验理论化、标准化。验，而缺乏把这种经验理论化、标准化。（3）模型的调试工具不完善。）模型的调试工具不完善。RAL 1.1

17、 热连轧数学模型的发展特点热连轧数学模型的发展特点1.2 热连轧数学模型的发展趋势热连轧数学模型的发展趋势1.3 热连轧数学模型的分类和功能热连轧数学模型的分类和功能 1.4 国内热连轧数学模型的应用状况国内热连轧数学模型的应用状况1.5 国外三大公司的热轧数学模型及其比较国外三大公司的热轧数学模型及其比较1.热轧数学模型概况热轧数学模型概况RAL 1.5 国外三大公司的热轧国外三大公司的热轧数学模型及其比较数学模型及其比较美国美国GE的热轧模型的热轧模型（1）RTC(Reheat furnace Temperature Control)加热炉温度控制模型；（2）MPC(Mill Pacing

18、 Control)轧制节奏控制模型；（3）RSU(Roughing mill Set Up)粗轧设定模型；（4）RAWC(Rougher mill Automatic Width Control)粗轧宽度控制模型；（5）FSU(Finishing mill Set Up)精轧设定模型；（6）SSU(Shape Set Up)板形设定模型；（7）ASC(Automatic Shape Control)自动板形控制模型；（8）FTC1&FTC2(Finishing mill Temperature Control)精轧温度控制；（9）CTC(Coiling Temperature Control)

19、卷取温度控制模型；（10）CSU(Coil Set Up)卷取设定模型；（11）HTT(Holding Table Transfer control)辊道传送模型；（12）RHT(Rougher Holding Table cover control)粗轧出口保温罩模型。RAL 1.5 国外三大公司的热轧国外三大公司的热轧数学模型及其比较数学模型及其比较日本三菱电机公司的热轧模型日本三菱电机公司的热轧模型（1）ACC(Automatic Combustion Control)自动燃烧控制模型；（2）MPC(Mill Pacing Control)轧制节奏控制模型；（3）RSU(Roughing

20、 mill Set Up)粗轧设定模型；（4）RAWC(Rougher mill Automatic Width Control)粗轧宽度控制模型；（5）FSU(Finishing mill Set Up)精轧设定模型；（6）PCSU(Pair Cross angle Set Up)板形设定模型；（7）ASC(Automatic Shape Control)自动板形控制模型；（8）FTC(Finishing mill Temperature Control)精轧温度控制模型；（9）CTC(Coiling Temperature Control)卷取温度控制模型；（10）CSU(Coil Set

21、 Up)卷取设定模型。RAL 1.5 国外三大公司的热轧国外三大公司的热轧数学模型及其比较数学模型及其比较德国德国Siemens公司的热轧模型公司的热轧模型 设定计算模型由以下几部分构成：设定计算模型由以下几部分构成：（1）Rolling Strategy(轧制策略)。为设定计算做准备工作，如决定负荷分配方式及负荷值。（2）Pass Schedule Pre-calculation(道次规程预计算)。压下规程和速度规程的计算，计算过程中包含许多预报模型，如轧制力模型、轧制力矩模型、电机功率模型、前滑模型和带钢温度模型等。（3）Pass Schedule Post calculation and

22、 adaptation(道次规程后计算和自适应）。这实际是模型的自学习过程。（4）Background Training of Neural Networks(神经网络后台训练)。为了提高模型的精度，把这项技术用于热轧模型的研究与开发，是Siemens公司独创的。RAL 1.5 国外三大公司的热轧国外三大公司的热轧数学模型及其比较数学模型及其比较德国德国Siemens公司的热轧模型公司的热轧模型 Siemens也有各种控制模型：也有各种控制模型：（1）PCFC(Profile Contour and Flatness Control)板凸度和平直度控制；（2）STC(Strip Tempera

23、ture Control)带钢温度控制模型；（3）CTC(Coiling Temperature Control)卷取温度控制模型；（4）AWC(Automatic Width Control)自动宽度控制模型。RAL 1.5 国外三大公司的热轧国外三大公司的热轧数学模型及其比较数学模型及其比较国外三家公司热轧模型的比较国外三家公司热轧模型的比较（1）功能）功能。热轧模型名称有所区别，但功能基本相同，都能满足生产要求，在国内外都有许多成功的应用。（2）算法区别）算法区别。以轧制压力模型为例，GE公司的轧制压力模型可以有多种形式的选择。三菱电机公司采用的是改进的志田茂模型；Simens公司采用的

24、是基于物理数学模型和人工神经网络的混合模型。（3）模型的评估标准）模型的评估标准。GE和三菱一般使用命中率，Siemens使用正态分布误差。两者间可以换算。（4）考核指标）考核指标。GE公司最先进。如对厚度指标进行考核时，是包括带钢头部和尾部的全长精度；而其他两家公司则要求去掉带钢的头尾部。三菱和Siemens的考核指标不相上下。RAL 1.5 国外三大公司的热轧国外三大公司的热轧数学模型及其比较数学模型及其比较国外三家公司热轧模型的比较国外三家公司热轧模型的比较（5）考核的前提条件）考核的前提条件。GE提出的前提条件最少，三菱电机公司居中，德国Simens公司的前提条件多一些。（6）模型的复

25、杂程度）模型的复杂程度。日本三菱电机最简单，德国Simens的最复杂，美国GE居中。（3）在中国的业绩）在中国的业绩。德国Simens最多，日本三菱电机公司居中，GE最少。三菱电机和东芝电气有关部门合并成立了芝菱公司(TMEIC)，为国内也提供了一些热轧模型。RAL 第一章第一章 热轧数学模型概况热轧数学模型概况第二章第二章 热轧过程轧制力能参数的计算热轧过程轧制力能参数的计算第三章第三章 热轧带钢负荷分配方法热轧带钢负荷分配方法主要内容主要内容RAL 2.1 板带材热轧轧制力模型板带材热轧轧制力模型 轧制力的计算及影响因素轧制力的计算及影响因素 典型厂家热轧轧制力模型典型厂家热轧轧制力模型2

26、.2 板带材热轧轧制力矩与功率模型板带材热轧轧制力矩与功率模型 轧辊主传动系统的负荷轧辊主传动系统的负荷 典型厂家轧制力矩和轧制功率模型典型厂家轧制力矩和轧制功率模型2.热轧过程轧制力能参数的计算热轧过程轧制力能参数的计算RAL 2.1 板带材热轧轧制力模型板带材热轧轧制力模型 轧制压力的计算及影响因素轧制压力的计算及影响因素 典型厂家热轧轧制力模型典型厂家热轧轧制力模型2.2 板带材热轧轧制力矩与功率模型板带材热轧轧制力矩与功率模型 轧辊主传动系统的负荷轧辊主传动系统的负荷 典型厂家轧制力矩和轧制功率模型典型厂家轧制力矩和轧制功率模型2.热轧过程轧制力能参数的计算热轧过程轧制力能参数的计算R

27、AL 2.1.1 轧制力的计算及其影响因素轧制力的计算及其影响因素目前大多数轧制力数学模型的共同特点是都把轧制压力分目前大多数轧制力数学模型的共同特点是都把轧制压力分解成两个函数的乘积。一个函数是解成两个函数的乘积。一个函数是变形抗力变形抗力，另一个函数，另一个函数是是应力状态影响系数应力状态影响系数。dcdFmFLW pLW QK变形抗力变形抗力描述了材料化学成分和变形物理条件对轧制压力的影响；应力状态应力状态系数描述接触弧应力状态对轧制压力的影响。RAL 2.1.1 轧制力的计算及其影响因素轧制力的计算及其影响因素国内外生产实践证明，把轧制力数学模型分解成变形抗力国内外生产实践证明，把轧制

28、力数学模型分解成变形抗力和应力状态影响系数两个模型的方法是一种很好的方法。和应力状态影响系数两个模型的方法是一种很好的方法。其优点在于：其优点在于：第一、能够分别研究变形抗力和应力状态系数模型；第二、便于在线计算和离线分析；第三、当把应力状态系数的计算方法确定之后，轧制压力数学模型的建立最终归结为变形抗力数学模型的建立。RAL 2.1.1 轧制力的计算及其影响因素轧制力的计算及其影响因素目前普遍认为基于目前普遍认为基于OrowanOrowan理论的理论的SimsSims的应力状态系数模型是最适于热的应力状态系数模型是最适于热轧带钢轧制力模型的理论公式轧带钢轧制力模型的理论公式 。SimsSim

29、s以以OrowanOrowan的变形区力平衡公式为的变形区力平衡公式为基础，并假设热轧时接触弧表面粘着而不产生相对滑动，变形区高度基础，并假设热轧时接触弧表面粘着而不产生相对滑动，变形区高度方向存在不均匀变形。方向存在不均匀变形。2ff11lnln 1arctan12121 411tanarctanln 12182FbbbrRRrQRhrhrhrtttRKhKtthrhhrRrRRKRAL 2.1.1 轧制力的计算及其影响因素轧制力的计算及其影响因素由于由于Sims模型比较复杂，许多人在其基础上发表了各模型比较复杂，许多人在其基础上发表了各种简化的种简化的Sims应力状态影响系数公式。其中比较

30、著名应力状态影响系数公式。其中比较著名的，并且在带钢热连轧计算机控制系统中使用较多的的，并且在带钢热连轧计算机控制系统中使用较多的有有:志田茂公式志田茂公式美坂佳助公式美坂佳助公式福特亚历山大公式福特亚历山大公式克林特里公式克林特里公式RAL 2.1.1 轧制力的计算及其影响因素轧制力的计算及其影响因素志田茂公式志田茂公式0.80.50.0520.016,0.150.20.12,0.15dFRQCHCrCr dRHr式中，为轧辊弹性压扁半径，mm；为机架入口轧件厚度，mm；为压下率。RAL 2.1.1 轧制力的计算及其影响因素轧制力的计算及其影响因素美坂佳助公式美坂佳助公式0.2542dFcc

31、LQHHHhdLcHHh式中，为变形区接触弧长度，mm；为轧件平均厚度，mm；为机架入口轧件厚度，mm；为机架出口轧件厚度，mm。RAL 2.1.1 轧制力的计算及其影响因素轧制力的计算及其影响因素福特亚历山大公式福特亚历山大公式 式中，20.78612dFrrRQrHdRHr为轧辊弹性压扁半径，mm；为机架入口轧件厚度，mm；为压下率。RAL 2.1.1 轧制力的计算及其影响因素轧制力的计算及其影响因素克林特里公式克林特里公式0.750.272dFccLQHHHhdLcHHh式中，为变形区接触弧长度，mm；为轧件平均厚度，mm；为机架入口轧件厚度，mm；为机架出口轧件厚度，mm。RAL 2.

32、1.1 轧制力的计算及其影响因素轧制力的计算及其影响因素应力状态影响系数与压下率的关系曲线 美坂佳助公式和克林特里公式与Sims公式吻合较好，而志田茂公式和福特亚历山大公式与Sims公式计算结果存在较大的偏差。RAL 2.1.1 轧制力的计算及其影响因素轧制力的计算及其影响因素变形抗力模型是轧制力模型的核心，它直接决定了轧制力变形抗力模型是轧制力模型的核心，它直接决定了轧制力模型的预报精度。在平面变形条件下，材料的平均变形抗模型的预报精度。在平面变形条件下，材料的平均变形抗力如下式所示：力如下式所示：23msKmKs式中，为金属的平均变形抗力，MPa；为在单向应力作用下的金属塑性变形阻力，MP

33、a。RAL 2.1.1 轧制力的计算及其影响因素轧制力的计算及其影响因素金属塑性变形阻力的大小不仅与金属材料的化学成分有关，金属塑性变形阻力的大小不仅与金属材料的化学成分有关，而且还取决于塑性变形的物理条件（变形温度、变形速度而且还取决于塑性变形的物理条件（变形温度、变形速度相和变形程度相和变形程度)。参考国内外热轧厂的金属塑性变形阻力模。参考国内外热轧厂的金属塑性变形阻力模型，普遍采用如下函数形式：型，普遍采用如下函数形式：,sf T u e a b c d m n式中，T为金属变形温度；u为金属变形速度；e为金属变形程度；a、b、c、d、m和n等为模型系数。RAL 2.1.1 轧制力的计算

34、及其影响因素轧制力的计算及其影响因素对于化学成分的影响，目前存在两种做法：对于化学成分的影响，目前存在两种做法：一种是直接将化学成分的影响体现在a、b、c、d、m和n等模型系数中，不同的钢种具有不同的模型系数。expc dTnsabTue当轧制的钢种比较多时，为了减小模型表数据量，人们将性能比较接近的钢种划分到一个钢族，在钢族中选取一个具有代表性的钢种作为基准钢，a、b、c、d、m和n等模型系数根据基准钢的化学成分来确定，然后再根据与基准钢化学成分的差异，乘以一个化学成分影响项。同一钢族内的所有钢种具有相同的化学成分影响项模型系数。RAL 2.1.1 轧制力的计算及其影响因素轧制力的计算及其影

35、响因素化学成分影响项有如下两种形式：化学成分影响项有如下两种形式：*,kmf C Nb Mn Cr Mo V Ti Pf CCfC Nb Mn Cr Mo V Ti P*11.0nkmiiiif CCRAL 2.1.1 轧制力的计算及其影响因素轧制力的计算及其影响因素对于化学成分的影响的另一种做法是把对于化学成分的影响的另一种做法是把a、b、c、d、m和和n等模型系数表示为碳含量的函数，然后在此基础上考虑其等模型系数表示为碳含量的函数，然后在此基础上考虑其它化学元素含量的影响，乘以一个化学成分影响项。它化学元素含量的影响，乘以一个化学成分影响项。01nkmiikmif CCCikmiC式中，为

36、化学成分影响项系数，为化学成分含量，；某热轧厂化学成分影响项系数RAL 2.1 板带材热轧轧制力模型板带材热轧轧制力模型 轧制力的计算及影响因素轧制力的计算及影响因素 典型厂家热轧轧制力模型典型厂家热轧轧制力模型2.2 板带材热轧轧制力矩与功率模型板带材热轧轧制力矩与功率模型 轧辊主传动系统的负荷轧辊主传动系统的负荷 典型厂家轧制力矩和轧制功率模型典型厂家轧制力矩和轧制功率模型2.热轧过程轧制力能参数的计算热轧过程轧制力能参数的计算RAL 2.1.2 典型厂家热轧轧制力模型典型厂家热轧轧制力模型某某1580热轧热轧机组现采用的轧制力计算模型：机组现采用的轧制力计算模型：dmFcrFLW lKQ

37、接触面积接触面积轧制压力轧制压力RAL 2.1.2 典型厂家热轧轧制力模型典型厂家热轧轧制力模型RAL 2.1.2 典型厂家热轧轧制力模型典型厂家热轧轧制力模型RAL 2.1.2 典型厂家热轧轧制力模型典型厂家热轧轧制力模型变形抗力计算模型为：432109101expkkkkckkiikikmbbTbbbaaKuRAL 2.1.2 典型厂家热轧轧制力模型典型厂家热轧轧制力模型某某1780热轧热轧机组现采用的轧制力计算模型：机组现采用的轧制力计算模型：Rf iLcr iFw Ld iKm iQp iRAL 2.1.2 典型厂家热轧轧制力模型典型厂家热轧轧制力模型轧辊压扁半径计算模型：轧辊压扁半径

38、计算模型：单位宽轧制力单位宽轧制力 02000116 1MmiCRd iRKm iLd iQp iHCERAL 2.1.2 典型厂家热轧轧制力模型典型厂家热轧轧制力模型应力状态影响系数：应力状态影响系数：0.80.50.0520.0160.150.20.120.15Rd iQp iCH irCrrr(1)H ir入口带钢厚度；压下率。式中，RAL 2.1.2 典型厂家热轧轧制力模型典型厂家热轧轧制力模型变形抗力计算模型：变形抗力计算模型：0129.83nmkmiikmsiKCCmKsikmiC式中，为金属的平均变形抗力，MPa；为由志田茂公式计算得到的金属塑性变形阻力，kg/mm2；为化学成分

39、含量，；为化学成分影响项系数。RAL 2.1.2 典型厂家热轧轧制力模型典型厂家热轧轧制力模型志田茂对8种碳素钢进行了实验，在实验的基础上提出了碳素钢的金属塑性变形阻力模型。志田茂模型考虑了相变对金属塑性变形阻力的影响，在相变临界温度两侧采用了不同的模型。0.41950273.150.32odCtC5.00.010.28exp1.30.3,0.05100.20.25.00.010.28 exp1.30.3,0.05100.20.2mnoodCsmnooddCueettTueegttTRAL 2.1.2 典型厂家热轧轧制力模型典型厂家热轧轧制力模型RAL 2.1.2 典型厂家热轧轧制力模型典型厂

40、家热轧轧制力模型某某2050热轧热轧机组现采用的轧制力计算模型：机组现采用的轧制力计算模型：基于P.M.Cook 和 A.W.MC Crum研究结果，将轧制力轧制力表示成材料硬度与相对压下率的乘积形式。Pr 式中，为相对压下率；为材料硬度。HhHrRAL 2.1.2 典型厂家热轧轧制力模型典型厂家热轧轧制力模型材料硬度材料硬度与以下几部分有关：材料相关的修正因子；机架相关的修正因子；轧辊压扁对轧制力的影响系数；不考虑轧辊压扁时的材料硬度。RRsmKKK式中，Km为材料相关的遗传系数；Ks 为机架相关的遗传系数；KR为轧辊压扁影响系数；为未考虑轧辊压扁时的材料硬度。RRAL 2.1.2 典型厂家

41、热轧轧制力模型典型厂家热轧轧制力模型未考虑轧辊压扁时的材料硬度未考虑轧辊压扁时的材料硬度RRAL 2.1.2 典型厂家热轧轧制力模型典型厂家热轧轧制力模型轧辊压扁对轧制力的影响系数轧辊压扁对轧制力的影响系数KRRAL 2.1.2 典型厂家热轧轧制力模型典型厂家热轧轧制力模型某某2160热轧热轧机组现采用的轧制力计算模型：机组现采用的轧制力计算模型：物理数学模型物理数学模型主要考虑变形程度、变形速度、变形温度和前后张力等确定性因素的影响；人工神经网络人工神经网络则用来考虑材料化学成分对变形抗力的影响。RAL 2.1.2 典型厂家热轧轧制力模型典型厂家热轧轧制力模型将变形区分为弹性区和塑性区。将变

42、形区沿接触弧划分为若干单元，基于力平衡微分方程，采用有限差分法进行计算各单元正应力，然后各单元进行积分累加，即为轧制力。RAL 2.1 板带材热轧轧制力模型板带材热轧轧制力模型 轧制力的计算及影响因素轧制力的计算及影响因素 典型厂家热轧轧制力模型典型厂家热轧轧制力模型2.2 板带材热轧轧制力矩与功率模型板带材热轧轧制力矩与功率模型 轧辊主传动系统的负荷轧辊主传动系统的负荷 典型厂家轧制力矩和电机功率模型典型厂家轧制力矩和电机功率模型2.热轧过程轧制力能参数的计算热轧过程轧制力能参数的计算RAL 2.2.1 轧辊主传动系统的负荷轧辊主传动系统的负荷动空摩轧机MMMiMM/传动轧辊所需的力矩由以下

43、四部分组成:RAL 2.2.1 轧辊主传动系统的负荷轧辊主传动系统的负荷换算到电机轴上的轧制力矩与静力矩之比值称为轧机的效率:空摩轧轧MMiMiMc/由于轧制制度和轧机结构（主要是轧辊轴承结构）的不同，轧机效率值在很大的范围内变化，。动力矩只在轧机加减速时产生。95.05.0c RAL 2.2.1 轧辊主传动系统的负荷轧辊主传动系统的负荷根据轧制力确定轧制力矩：当轧件不受其他外力作用时，轧件对两个轧辊作用的法向力N1，N2和摩擦力T1，T2的合力必定大小相等，方向相反。且作用在同一直线上。所以传动轧辊所需的轧制力矩为，总轧制力矩为：12cMMPaPl22cMPaPl轧RAL 2.1 板带材热轧

44、轧制力模型板带材热轧轧制力模型 轧制力的计算及影响因素轧制力的计算及影响因素 典型厂家热轧轧制力模型典型厂家热轧轧制力模型2.2 板带材热轧轧制力矩与功率模型板带材热轧轧制力矩与功率模型 轧辊主传动系统的负荷轧辊主传动系统的负荷 典型厂家轧制力矩和电机功率模型典型厂家轧制力矩和电机功率模型2.热轧过程轧制力能参数的计算热轧过程轧制力能参数的计算RAL 2.2.2 典型厂家轧制力矩和典型厂家轧制力矩和电机功率模型电机功率模型某某1580热轧热轧厂轧制力矩和功率模型厂轧制力矩和功率模型 轧制力矩模型：轧制力矩模型：FhRG RAL 2.2.2 典型厂家轧制力矩和典型厂家轧制力矩和电机功率模型电机功

45、率模型某某1580热轧热轧厂轧制力矩和功率模型厂轧制力矩和功率模型 电机功率模型：电机功率模型：GNP1602RRaaraammmmr32210RAL 2.2.2 典型厂家轧制力矩和典型厂家轧制力矩和电机功率模型电机功率模型某某1780热轧热轧厂轧制力矩和功率模型厂轧制力矩和功率模型 轧制力矩模型：轧制力矩模型：RAL 2.2.2 典型厂家轧制力矩和典型厂家轧制力矩和电机功率模型电机功率模型某某1780热轧热轧厂轧制力矩和功率模型厂轧制力矩和功率模型 电机功率模型：电机功率模型：RAL 2.2.2 典型厂家轧制力矩和典型厂家轧制力矩和电机功率模型电机功率模型某某2050热轧热轧厂轧制力矩和功率

46、模型厂轧制力矩和功率模型 轧制力矩模型：轧制力矩模型：112qmqsslTqkkfPSiebel 力臂计算式力臂计算式RAL 2.2.2 典型厂家轧制力矩和典型厂家轧制力矩和电机功率模型电机功率模型某某2050热轧热轧厂轧制力矩和功率模型厂轧制力矩和功率模型 轧制力矩模型还考虑了带钢张力的影响：轧制力矩模型还考虑了带钢张力的影响：zfbTqHh W RRAL 2.2.2 典型厂家轧制力矩和典型厂家轧制力矩和电机功率模型电机功率模型某某2050热轧热轧厂轧制力矩和功率模型厂轧制力矩和功率模型 电机功率模型：电机功率模型：r1zwVPTqTqRRAL 第一章第一章 热轧数学模型概况热轧数学模型概况

47、第二章第二章 热轧过程轧制力能参数的计算热轧过程轧制力能参数的计算第三章第三章 热轧带钢负荷分配方法热轧带钢负荷分配方法主要内容主要内容RAL 3.1 热轧带钢负荷分配基本原热轧带钢负荷分配基本原则则 中间坯厚度确定原则中间坯厚度确定原则 粗轧负荷分配原则粗轧负荷分配原则 精轧负荷分配原则精轧负荷分配原则3.2 负荷分配方法的发展负荷分配方法的发展3.热轧带钢负荷分配方法热轧带钢负荷分配方法RAL 3.1.1 中间坯厚度确定原则中间坯厚度确定原则原则上说，只要精轧机组有足够的能力，原则上说，只要精轧机组有足够的能力，HRC应取大一些。应取大一些。(1)中间坯厚度加大有利于减少粗轧道次，缩短粗轧

48、轧制时间。(2)提高精轧开轧温度，但可能加大精轧机组负荷。带坯厚度应首先根据成品厚度来定。带坯厚度应首先根据成品厚度来定。（1）如需轧制较薄的成品，中间坯厚度亦需相应减薄。（2）太薄的带坯又无法保证轧制薄规格成品所需的精轧开轧温度，即使保证了精轧开轧温度，由于轧制温度较低，精轧机的负荷也不会降低太多，甚至有可能增大。RAL 3.1 热轧带钢负荷分配基本原则热轧带钢负荷分配基本原则 中间坯厚度确定原则中间坯厚度确定原则 粗轧负荷分配原则粗轧负荷分配原则 精轧负荷分配原则精轧负荷分配原则3.2 负荷分配方法的发展负荷分配方法的发展3.3 在线负荷分配方法在线负荷分配方法 IAS为我国某为我国某14

49、50mm热轧厂提供的负荷分配方法热轧厂提供的负荷分配方法 MITSUBISHI为我国某为我国某1780mm热轧厂提供的负荷分配方法热轧厂提供的负荷分配方法 SIEMENS为我国某为我国某2050mm热轧厂提供的负荷分配方法热轧厂提供的负荷分配方法 SIEMENS为我国某为我国某2160mm热轧厂提供的负荷分配方法热轧厂提供的负荷分配方法3.热轧带钢负荷分配方法热轧带钢负荷分配方法RAL 3.1.2 粗轧负荷分配原则粗轧负荷分配原则（1）板坯在粗轧机组上轧制时，轧件温度高、塑性好，故应尽量利用该条件而采用大压下量轧制。考虑到粗轧机组与精轧机组之间，在轧制节奏和负荷上的平衡，粗轧机组一般占总变形量

50、（板坯到成品）的70-80%。（2）为保证精轧机组的轧件终轧温度，应尽可能提高粗轧机组轧出的带坯温度。因此，要尽可能减少粗轧道次和提高粗轧速度，以缩短轧制节奏，减少轧件的温降。（3）为简化精轧机组的调整，粗轧机组轧出的带坯，厚度范围应尽可能缩小，并且不同厚度的数目也应尽可能减少。RAL 3.1.2 粗轧负荷分配原则粗轧负荷分配原则（4）粗轧机各道压下量分配规律为：第一道次考虑咬入及坯料厚度偏差不能给以最大压下量；中间各道次应以设备能力所允许的最大压下量轧制；最后道次为了控制出口厚度和带坯板形，应适当减小压下量。RAL 3.1 热轧带钢负荷分配基本原则热轧带钢负荷分配基本原则 中间坯厚度确定原则

51、中间坯厚度确定原则 粗轧负荷分配原则粗轧负荷分配原则 精轧负荷分配原则精轧负荷分配原则3.2 负荷分配方法的发展负荷分配方法的发展3.3 在线负荷分配方法在线负荷分配方法 IAS为我国某为我国某1450mm热轧厂提供的负荷分配方法热轧厂提供的负荷分配方法 MITSUBISHI为我国某为我国某1780mm热轧厂提供的负荷分配方法热轧厂提供的负荷分配方法 SIEMENS为我国某为我国某2050mm热轧厂提供的负荷分配方法热轧厂提供的负荷分配方法 SIEMENS为我国某为我国某2160mm热轧厂提供的负荷分配方法热轧厂提供的负荷分配方法3.热轧带钢负荷分配方法热轧带钢负荷分配方法RAL 3.1.3

52、精轧负荷分配原则精轧负荷分配原则（1）充分利用高温的有利条件，把压下量尽量集中在前几机架。（2）在后几架轧机上为了保证板形、厚度控制精度及表面质量，压下量逐渐减小。（3）为保证带钢机械性能，防止晶粒过度长大，终轧机架的压下率应不低于10%。（4）压下量分配应尽可能简化精轧机组的调整，使轧制力和电机功率不超过允许值。RAL 3.1.3 精轧负荷分配原则精轧负荷分配原则依据以上原则，精轧逐架压下量的分配规律是：依据以上原则，精轧逐架压下量的分配规律是：（1）第1机架可以留有适当余量，即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2-4架，为了充分利用

53、设备能力，仅可能给以大的压下量轧制；（3）以后各架，随着轧制温度的降低，板形抗力增大，应逐渐减小压下量；（4）为控制带钢的板形、厚度精度及性能质量，最后一架的压下量一般在10-15%。RAL 3.1 热轧带钢负荷分配基本原则热轧带钢负荷分配基本原则 中间坯厚度确定原则中间坯厚度确定原则 粗轧负荷分配原则粗轧负荷分配原则 精轧负荷分配原则精轧负荷分配原则3.2 负荷分配方法的发展负荷分配方法的发展3.3 在线负荷分配方法在线负荷分配方法 IAS为我国某为我国某1450mm热轧厂提供的负荷分配方法热轧厂提供的负荷分配方法 MITSUBISHI为我国某为我国某1780mm热轧厂提供的负荷分配方法热轧

54、厂提供的负荷分配方法 SIEMENS为我国某为我国某2050mm热轧厂提供的负荷分配方法热轧厂提供的负荷分配方法 SIEMENS为我国某为我国某2160mm热轧厂提供的负荷分配方法热轧厂提供的负荷分配方法3.热轧带钢负荷分配方法热轧带钢负荷分配方法RAL 3.2 负荷分配方法的发展负荷分配方法的发展经验表格法（经验表格法（20世纪世纪60年代以前）年代以前）根据操作工的现场经验，直接分配各机架的压下量和厚度，并通常将这种经验以表格的形式固定下来。优点：优点：显著的优点是简单，不需要复杂的理论计算；而且，如果设计者经验丰富，也可以制定出符合工艺要求的压下规程 。缺点：缺点：盲目性大，需要在生产过

55、程中不断的校核和修正，易导致各架负荷不均，造成负荷向前架或向后架积累的现象，从而不仅影响整个机组能力的发挥，而且影响带钢的质量。RAL 3.2 负荷分配方法的发展负荷分配方法的发展能耗法（能耗法（20世纪世纪70、80年代）年代）能耗法从电机能量（功率）合理消耗的观点出发，按经验能耗资料推算出各架压下量。?1.找出单位重量的带钢功率消耗与延伸率或轧机厚度之间的定量关系，即单位能耗曲线。几种形式的能耗曲线RAL 3.2 负荷分配方法的发展负荷分配方法的发展能耗法（能耗法（20世纪世纪70、80年代）年代）?2.根据来料钢种及厚度H0，选择对应的能耗曲线。hkWh/tH0RAL 3.2 负荷分配方

56、法的发展负荷分配方法的发展能耗法（能耗法（20世纪世纪70、80年代）年代）?2.根据来料钢种及厚度H0，选择对应的能耗曲线。hkWh/tH0?3.根据目标厚度，确定累计能耗。hnWRAL 3.2 负荷分配方法的发展负荷分配方法的发展能耗法（能耗法（20世纪世纪70、80年代）年代）?2.根据来料钢种及厚度H0，选择对应的能耗曲线。hkWh/tH0?3.根据目标厚度，确定累计能耗。hnW?4.按一定的负荷分配方法将累计能耗分配给各个机架。RAL 3.2 负荷分配方法的发展负荷分配方法的发展能耗法（能耗法（20世纪世纪70、80年代）年代）?2.根据来料钢种及厚度H0，选择对应的能耗曲线。hkW

57、h/tH0?3.根据目标厚度，确定累计能耗。hnW?4.按一定的负荷分配方法将累计能耗分配给各个机架。等功耗分配法等相对功率分配法按一定的负荷分配比进行分配1iiniiNWWN/iWWnRAL 3.2 负荷分配方法的发展负荷分配方法的发展能耗法（能耗法（20世纪世纪70、80年代）年代）?2.根据来料钢种及厚度H0，选择对应的能耗曲线。hkWh/tH0?3.根据目标厚度，确定累计能耗。hnW?4.按一定的负荷分配方法将累计能耗分配给各个机架。标准负荷分配比表举例111100100jjjijiiiWWWWRAL 3.2 负荷分配方法的发展负荷分配方法的发展能耗法（能耗法（20世纪世纪70、80年

58、代）年代）?2.根据来料钢种及厚度H0，选择对应的能耗曲线。kWh/tH0?3.根据目标厚度，确定累计能耗。hnW?4.按一定的负荷分配方法将累计能耗分配给各个机架。111100100jjjijiiiWWWW?5.根据各机架累计能耗W1j，确定各机架出口厚度hi。11W1hRAL 3.2 负荷分配方法的发展负荷分配方法的发展能耗法（能耗法（20世纪世纪70、80年代）年代）?2.根据来料钢种及厚度H0，选择对应的能耗曲线。kWh/tH0?3.根据目标厚度，确定累计能耗。hnW?4.按一定的负荷分配方法将累计能耗分配给各个机架。111100100jjjijiiiWWWW?5.根据各机架累计能耗W

59、1j，确定各机架出口厚度hi。11W1h12W2hRAL 3.2 负荷分配方法的发展负荷分配方法的发展能耗法（能耗法（20世纪世纪70、80年代）年代）?2.根据来料钢种及厚度H0，选择对应的能耗曲线。kWh/tH0?3.根据目标厚度，确定累计能耗。hnW?4.按一定的负荷分配方法将累计能耗分配给各个机架。111100100jjjijiiiWWWW?5.根据各机架累计能耗W1j，确定各机架出口厚度hi。11W1h12W2hRAL 3.2 负荷分配方法的发展负荷分配方法的发展负荷分配系数法（负荷分配系数法（20世纪世纪90年代以后年代以后）负荷分配系数法是国内外现代化热连轧机组负荷分配普遍采用负

60、荷分配系数法是国内外现代化热连轧机组负荷分配普遍采用的方法。的方法。按一定的负荷分配系数给定各机架的压下量和轧件厚度。负荷按一定的负荷分配系数给定各机架的压下量和轧件厚度。负荷分配系数的类型主要包括压下量、压下率、轧制力和功率等类分配系数的类型主要包括压下量、压下率、轧制力和功率等类型。型。根据负荷分配系数类型的不同，有的需要进行迭代计算，有的根据负荷分配系数类型的不同，有的需要进行迭代计算，有的则可直接获得各机架的压下量和厚度。则可直接获得各机架的压下量和厚度。负荷分配系数可以参照品种和规格类似的其它热轧厂来确定，负荷分配系数可以参照品种和规格类似的其它热轧厂来确定，也可以采用离线优化的方法

61、来确定。也可以采用离线优化的方法来确定。RAL 3.2 负荷分配方法的发展负荷分配方法的发展人工智能方法（人工智能方法（20世纪世纪90年代年代）专家系统专家系统 ：日本福山制铁所第二热轧厂于日本福山制铁所第二热轧厂于1992年开发，用年开发，用于制定热连轧精轧机组负荷分配于制定热连轧精轧机组负荷分配。处理对象是难轧材：薄规格（处理对象是难轧材：薄规格（1.2mm）与变形抗力高的材料）与变形抗力高的材料（如高碳钢、不锈钢等）。主要用以解决轧制中的穿带难、蛇（如高碳钢、不锈钢等）。主要用以解决轧制中的穿带难、蛇行、侧弯和板形不好等问题。行、侧弯和板形不好等问题。协同人工智能设定系统：协同人工智能设定系统：东北大学孙晓光等人开发了热轧东北大学孙晓光等人开发了热轧带钢轧机精轧机组负荷分配带钢轧机精轧机组负荷分配。虽然人工智能技术在热轧带钢负荷分配领域有所应用，但虽然人工智能技术在热轧带钢负荷分配领域有所应用，但从我国近几年热轧带钢生产线的建设情况来看，从我国近几年热轧带钢生产线的建设情况来看，负荷分配负荷分配系数法系数法依然是这个领域的主流方向依然是这个领域的主流方向 。