中厚板轧机板形控制系统和模型研究

论文摘要

板形是中厚板的一项主要质量指标和决定其市场竞争力的重要因素。目前,板形控制技术已成为中厚板生产的核心技术之一,是当前开发和研究的重点和热点。近年来,随着中厚板轧机宽度的增加和中厚板厚度控制技术的完善,使得中厚板板形问题日益明显,同时,在轧制工艺上,普遍采用大压下轧制、低温轧制等技术,轧制力大幅增加,使得中厚板的板形问题也更加严重。本文在对中厚板轧机的板形控制系统进行系统、深入研究的基础上,开发出一套可在线应用的中厚板板形模型。具体的研究内容如下：(1)分析了中厚板轧机板形控制系统的结构和功能、对过程控制系统的作用和结构进行研究,对中厚板轧机板形控制系统的设定计算的功能、方法、控制策略、计算流程进行研究。(2)建立了中厚板轧机的辊系的弹性变形模型。使用离散单元法计算轧辊的弹性变形,使用积分法的差分形式计算工作辊和支撑辊的弹性挠曲；使用指数平滑法对辊间压扁和轧制区压扁进行修正,保证了辊系弹性变形的计算精度。(3)建立了轧辊的温度场和热膨胀模型。采用傅立叶级数计算轧辊辊面在多种边界条件综合作用下的等效换热系数和传热量；采用二维有限差分法计算工作辊和支撑辊的温度场和热膨胀变化。(4)建立了轧辊的磨损模型。在模型中分别考虑了接触弧长、辊间压扁弧长和轧辊直径对轧辊磨损的影响,考虑了计算点与磨损区边部的距离对轧辊磨损的影响。(5)基于上述板形模型编写了计算软件。其仿真结果表明该模型较原系统模型具有考虑全面、通用性好、理论意义明确等优点。通过本文的研究为中厚板轧机板形模型的改进和发展奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的背景、目的和意义
• 1.2 中厚板轧机发展
• 1.3 板形的基本理论
• 1.3.1 板形及板凸度的基本概念
• 1.3.2 边部减薄
• 1.3.3 中厚板的断面形状表达式
• 1.3.4 中厚板的平直度
• 1.3.5 板平直度和板凸度的关系
• 1.3.6 轧制过程中影响板形的因素
• 1.4 板形控制手段的发展
• 1.4.1 液压弯辊技术
• 1.4.2 轧辊的横移技术和交叉技术
• 1.5 板形数学模型的发展
• 1.5.1 辊系的弹性变形模型的发展
• 1.5.2 轧辊温度场和热膨胀模型的发展
• 1.5.3 轧辊的磨损模型研究的发展
• 1.6 本文研究的主要内容
• 第2章 中厚板轧机板形控制系统
• 2.1 中厚板轧机板形自动控制系统
• 2.2 中厚板轧机的过程控制系统
• 2.2.1 过程控制系统功能分析
• 2.2.2 过程控制的设定计算
• 2.3 中厚板轧机板形调控机构设定计算
• 2.3.1 板形设定计算的功能和特点
• 2.3.2 板形设定计算的计算方法
• 2.3.3 板形设定计算的控制策略
• 2.3.4 板形设定计算的计算流程
• 2.4 小结
• 第3章 辊系的弹性变形
• 3.1 轧辊弹性变形的基本理论
• 3.1.1 梁的弯曲及其挠度曲线微分方程
• 3.1.2 梁的剪切挠度
• 3.1.3 黑尔茨接触理论和费普尔公式
• 3.2 中厚板轧机力学模型
• 3.3 中厚板轧机轧辊的弹性变形计算
• 3.3.1 离散化
• 3.3.2 积分法计算中厚板轧机辊系的挠曲变形
• 3.3.3 中厚板轧机辊系的压扁函数
• 3.4 中厚板轧机辊系变形基本方程
• 3.4.1 力—位移关系方程
• 3.4.2 力平衡关系方程
• 3.4.3 变形协调关系方程
• 3.5 计算过程
• 3.6 小结
• 第4章 轧辊的温度场和热膨胀
• 4.1 基础理论
• 4.1.1 传热学基本定律
• 4.1.2 傅立叶级数
• 4.2 轧辊的离散化
• 4.3 轧辊边界条件
• 4.3.1 工作辊辊面的传热量和换热系数计算
• 4.3.2 工作辊端部的传热量和换热系数计算
• 4.3.3 支撑辊的传热量和换热系数计算
• 4.4 轧辊的温度场计算
• 4.4.1 轧辊的温度场计算
• 4.4.2 轧辊表层单元的温度变化
• 4.4.3 轧辊内部的温度变化
• 4.4.4 计算轧辊温度场的相关参数计算
• 4.5 轧辊的热膨胀计算
• 4.6 轧辊温度场和热膨胀的计算流程
• 4.7 小结
• 第5章 轧辊的磨损
• 5.1 轧辊的磨损特征及机理
• 5.2 计算轧辊磨损的理论模型
• 5.2.1 影响轧辊磨损的因素
• 5.2.2 轧辊磨损的理论计算公式
• 5.3 中厚板轧机轧辊的磨损计算
• 5.3.1 轧辊的离散化
• 5.3.2 工作辊的磨损计算
• 5.3.3 支撑辊的磨损计算
• 5.4 轧辊磨损的计算流程
• 5.5 轧辊的凸度曲线计算
• 5.6 小结
• 第6章 中厚板轧机板形模型分析
• 6.1 Visual C++平台介绍
• 6.2 辊系的弹性变形模型计算以及轧件宽度对辊系挠曲的影响
• 6.2.1 辊系弹性变形计算
• 6.2.2 轧件宽度对辊系弹性变形的影响
• 6.3 轧辊温度场模型计算
• 6.3.1 轧制时间对轧辊表层中点温度的影响
• 6.3.2 轧制时间对工作辊温度场和热膨胀的影响
• 6.4 轧辊磨损模型计算
• 6.5 与原有模型的对比
• 6.5.1 辊系的弹性变形模型
• 6.5.2 轧辊的温度场与热膨胀模型
• 6.5.3 轧辊的磨损模型
• 6.6 小结
• 第7章 结论
• 参考文献
• 致谢