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轧辊磨损数学模型研究_吴海淼

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均向前流动速度为 :
vx =vhhx1
=h1
vh1 +2R(1 -cosαx)
式中 :v为出口断面上的金属向前流动速度 ;
(3)
h1 为出口断面处的轧件厚度 ; hx为横断面 N处的轧件厚度 。 在接下来的时 间增 量微 段 dt内 , 辊 面上 的点 M
向前转过的弧长为 :
l1 =ωRdt
(4)
动引起的磨损量和相互滚动引起的磨损量 , 其中相对
滑动引起的磨损是主要的 。所以客观分析轧制变形区
内轧辊表面与轧件的相对滑动 , 是建立工作辊磨损数
学模型的前提 。
2.2.1 工作辊与轧件相对滑动模型
图 1 轧制变形区示意图 Fig1 Thesketchmapofrolldeformationarea
3.QinhuangdaoShougangPlateMillCorporationLimited, QinhuangdaoHebei066000, China) Abstract:Basedonthetheoryoffrictionalwearandthecharacteristicsofrollwearmechanism, themathematicmodelof rollwearonplateandstriprollingmillswasdeveloped.Inthismodel, manyinfluencingfactorsofrollwearwereconsideredcomprehensively.Theanalysismethodsofmodelparameterswereexpounded.Themodelofslippagebetweenrolland platewasdevelopedtocalculatetheslippagedistance.Basedonexperimentaldataof3 454 mmplatemill, themodelparametersofworkrollwearwereoptimizedandidentifiedbyusinggeneticalgorithm.Thecomparisonbetweencalculativeresultsandmeasureddataofworkrollwearshowsthatthemodelisaccurateandreliableandcanbeappliedtoproductive practice. Keywords:rolls;wear;plateandstripmills;relativeslip;mathematicalmodels
(6)
当 dt非常小 时 , 可以 用弦长 MM′近 似代 替圆 弧
长 MM′, 并且 忽 略 极 小 值 0.5ωdt对 余弦 值 的 影 响 ,
则在时间微段 dt内 , 轧 件横 断面 在接触 弧上 滑过 的
(1.河北工程大学机电工程学院 河北邯郸 056038;2.河北机电职业技术学院 河北邢台 054048; 3.秦皇岛首钢板材有限公司 河北秦皇岛 066000)
摘要:根据摩擦磨损原理及轧辊磨损的机制特点, 综合考虑影响轧辊磨损的多种因素 , 建立了板带轧机轧辊磨损的 数学模型 。 系统阐述了模型中各个参数的分析方法 , 并建立了轧件与工作辊的相对滑动模型, 定量计算轧件与工作辊表 面的相对滑动距离 。 结合 3 454 mm中厚板轧机现场实际数据 , 采用遗传算法对工作辊磨损模型进行了参数的优化识别 。 工作辊磨损量计算结果与现场实测磨损数据吻合良好 , 表明了参数优化识别的准确性和模型的可靠性, 能够应用于生产 实践 。
一般情况下 , 轧辊磨损量沿辊身横向分布是很不 均匀的 。轧辊磨损不均匀分布的辊廓形状及其形成过 程与下列因素有关 [ 3, 6] :
(l)轧制压力和辊间接触压力的大小及其沿辊身 横向的不均匀分布情况 。
(2)轧制变 形区 内轧 件与 轧辊 表面 温度 场的 急 剧变化和横向上的不均匀分布 。
(3)在轧 制变 形区 内 , 轧件 金属 横 向流 动的 不 均匀状 况 , 轧件 中 部金 属的 横向 流 动较 小 , 边部 较 大。
(1.CollegeofMechanicalandElectricalEngineering, HebeiUniversityofEngineering, HandanHebei056038, China; 2.HebeiInstituteofMachineryElectricity, XingtaiHebei054048, China;
数 ;p为接触 表面 的正 压力 ;l为 接触 表面 滑动 或滚
动距离 。
式 (1)为摩擦磨损的 基本原 理 , 它是本 文建立
轧辊磨损数学模型的出发点 。
2.2 工作辊磨损数学模型
工作辊磨损量包括与轧件接触引起的磨损量和与
支撑辊接触引起的磨损量 , 而前者是主要的 。工作辊
与轧件接触的磨损量 , 又包括工作辊与轧件间相对滑
目前国内外对轧辊磨损数学模型的研究大多是考虑影
响轧辊磨损的主要因素 , 对现场实测数据进行回归解
析 , 建 立半 经 验 、 半 理论 的 模型 [ 7 -12] 。 由 于 未 能从
摩擦磨损原理上合理解释轧辊磨损的本质 , 模型缺乏
科学性 , 计算精度也比较低 。本文作者根据摩擦磨损
原理及轧辊磨损的机制特点 , 以对轧制过程中摩擦运
(1 )轧辊 在 周期 性的 承载 、 卸载 、 加热 、 冷却
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润滑与密封
第 34卷
过程中承受着接触疲劳和热疲劳 , 当循环应力超过轧 辊材料的 疲劳 强 度时 , 表 面 层将 引发 裂纹 并 逐渐 扩 展 , 最后使 裂纹 区 的材 料断 裂剥 落 , 形成 了 疲劳 磨 损 , 其中包括接触疲劳磨损和热疲劳磨损 。
动的客观分析为前提 , 充分考虑支撑辊的影响 、 轧制
力沿辊身横向不均匀分布的影响以及其他多种因素的
影响 , 建立轧辊磨损的数学模型 。
2.1 摩擦磨损原理
根据摩擦学原理 [ 6] , 物体相互接触摩擦表面的磨
损量与接触载荷和 相对滑 动及相 互滚动 距离成 正比 ,
即:
w=kpl
(1)
式中 :w为磨 损 量 ; k为 由实 测 数 据 确 定 的磨 损 系
பைடு நூலகம்
辊表面上的 M点 到达 变形 区入 口断 面处 , 对 应于 轧
辊的圆周速度 ω、 轧辊半径 R和咬 入角 α, 在 接下来
的某时刻
t(0≤t≤
α ω
),
由点
M所引的 轧辊 半径 与
上下轧辊中心连线的夹角为 :
αx =α-ωt
(2)
根据秒流量相等 原则 , t时刻在变 形区内 由点 M
所引的轧件 横断 面 N上 , 轧件 金属 沿断 面高 度的 平
轧辊磨损是轧制过程中最难以精确预测和控制的 过程因素之一 [ 3] 。目前对轧辊磨损机制及数学模型的 研究还很不充分 , 数学模型的研究主要针对热连轧机
＊基金项目 :河北工程大学青年教师基金资助项目 (070316). 收稿日期:2009 -03-16 作者简介:吴海淼 (1982— ), 女 , 硕士 , 讲师 .E-mail:whmmail@.
2009年第 8期
吴海淼等 :轧辊磨损数学模型研究
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在板 带轧 制的 变形 区内 , 由 于 “前 滑 ” 和 “后
滑 ” 现象的 存在 , 轧 件 与轧 辊表 面间 存 在明 显的 相
对滑动 [ 13 -14] 。 忽略轧制过 程 中轧 件的 宽展 , 并且 考
虑平面断面假 设 。如图 1 所 示 , 假设 在 t=0 时刻 轧
工作辊进行 , 且主要 是对现 场实 测数据 的回归 解析 , 计算精度较低 。建立科学的轧辊磨损数学模型 , 准确 预报轧制过程中的轧辊磨损量累积分布 , 是提高板带 轧机控制水平 、 改善产品质量和提高生产效率的迫切 需要 。 1 轧辊磨损机制
轧辊磨损在几何和物理条件上与一般金属磨损有 很大差别 [ 4 -6] , 如在轧制过程中 轧辊承受伴 有较硬氧 化物颗粒研磨的周期性载荷和温度波动 , 并与周围液 体及气体介质相互作用 , 处于氧化性气氛中 ;辊缝内 实际接触面 积 远大 于刚 性条 件 下接 触峰 点面 积 的总 和 ;轧辊表面与轧件 的复杂 滑移 运动和 周期性 接触 。 从磨损机 制 上来 看 , 轧 辊磨 损主 要 分为 以下 几 种形 式:
(4)轧辊与 轧件 之间 以及 轧辊 之间 在高 温及 高 压力条件作用下相互接触摩擦 , 在接触表面之间形成 了黏着磨损 。
另外还有轧辊承受冲击载荷引起的冲击磨损以及
由多种磨损机制综合形成的微动磨损 。一般认为磨粒 磨损和疲劳磨损是轧辊磨损的主要形式 。但是 , 在实 际生产过程中 , 各种磨损形式总是同时存在 , 相互影 响 , 共同对轧辊的磨损起作用 。
当 dt取值非常小时 , 在 dt时 间段内横断 面 N向
前流动的水平距离约为 :
l′≈vxdt
(5)
假设在 t+dt时 刻 , 轧件 横断面 N前移 到 N′处 ,
且横断面 N′与轧辊辊面相 交于点 M′。由 变形区 的几
何形状关系可知 , 连接点 M和 M′的弦长为 :
MM′=cos(αx
l′ -0.5ωdt)
(2)高温 轧件 表面 产生 氧化 铁皮 , 这些 氧化 铁 皮在轧制力作用下破碎形成坚硬的碎片 , 其碎片颗粒 作为磨粒不断磨削轧辊表面 , 对轧辊造成磨粒磨损 。
(3)轧辊工 作时 处于 水蒸 气和 空气 的氧 化性 气 氛中 , 轧辊与高温轧件接触及相互摩擦使得辊面温度 升高 , 促使辊面氧化加快 , 在载荷作用下 , 氧化层破 裂形成了高温氧化磨损 ;轧辊表面与其周围液体及气 体介质相互作用 , 发生化学或电化学反应 , 表面膜不 断形成和破坏 , 形成了其他化学磨损 。这些形式共同 构成了腐蚀磨损 。

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钢锭轧制坯的轧制过程中的轧辊磨损监测与预测方法研究

钢锭轧制坯的轧制过程中的轧辊磨损监测与预测方法研究

钢锭轧制坯的轧制过程中的轧辊磨损监测与预测方法研究一、引言钢铁工业作为基础性行业，在现代工业领域中具有重要地位。

钢锭的生产是钢铁工业生产中的关键环节之一，而轧制过程中的轧辊磨损对钢锭质量以及生产效率具有直接影响。

因此，针对轧辊磨损的监测与预测方法的研究对于提高钢锭的质量和生产效率具有重要意义。

二、轧辊磨损监测方法在钢锭的轧制过程中，轧辊磨损的监测是确保钢锭质量的重要手段。

目前，常用的轧辊磨损监测方法主要包括以下几种：1. 视觉检测法：该方法通过观察轧制过程中轧辊表面的变化情况，识别可能出现的磨损情况。

这种方法简单易行，但准确性较低，仅适用于轧辊表面磨损的初级判断。

2. 声波检测法：该方法利用超声波传感器获取轧辊表面的声音信号，通过分析声音的频率和振幅变化来监测轧辊磨损情况。

该方法对于轧辊磨损的检测相对准确，但受环境噪声的影响较大，需要进行信号处理和滤波。

3. 动态力检测法：该方法利用位移传感器测量轧辊的位移变化，通过分析位移信号的幅值、频率和相位等参数来判断轧辊磨损的程度。

该方法准确性较高，但需要专门的设备和传感器进行监测，成本较高。

三、轧辊磨损预测方法除了监测轧辊磨损情况，预测轧辊磨损也是钢锭轧制过程中的重要研究方向。

通过预测轧辊磨损情况，可以提前调整轧制工艺参数，减少钢锭的质量损失和生产成本。

目前，常用的轧辊磨损预测方法主要包括以下几种：1. 基于经验模型的预测方法：该方法通过统计轧辊磨损与轧制工艺参数之间的关系，并建立经验模型进行磨损的预测。

这种方法简单易行，但准确性较低，容易受到工艺参数变化的影响。

2. 基于智能算法的预测方法：该方法利用人工智能算法，如神经网络、遗传算法等，分析轧辊磨损与多个工艺参数之间的复杂关系，并建立预测模型。

这种方法准确性较高，但需要大量的数据训练和复杂的计算过程。

3. 基于监测数据的预测方法：该方法利用实时监测得到的轧辊磨损数据，结合历史数据进行分析和建模，预测轧辊磨损的趋势和变化情况。

热轧轧辊磨损模型研究及轧辊横移影响分析

热轧轧辊磨损模型研究及轧辊横移影响分析


根 据摩擦 学原 理 ， 转 动 着 的 圆柱 体 磨 损量 与
接触 载荷 、 滚 动 及 滑动 距离 成 正 比， 由此 可 知 ， 轧
制计划 长度 与工作 辊周 长 的比值决定 了磨 损量 大
小， 因为该值 直 接影 响 轧 制 负荷 下 轧 辊 圆周 上 每
一
个 点 通 过 变 形 区 的 次 数口 。通 过 实 测 宝 钢
关键词 ： 热轧带钢； 轧辊磨损 ； 轧辊横移 ； 自由程 序 轧 制
中 图分 类 号 ： ＴＧ ３ ３ ５ ． １
文献 标 志 码 ： Ａ
文章编号 ： １ ６ ７ ４ — ３ ６ ４ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ — ０ ０ ９ ８ — ０ ６
在热轧 带钢 生 产 过程 中 ， 下 游 机 架 产生 的轧 辊严 重不均 匀磨 损是制 约 自由程序 轧制 的最直 接 因素 。早 在 ２ ０世 纪 ５ ０ ～６ ０年 代 ， Ｓ ａ ｃ ｈ ｓ ｌ ２ ］ 、 ｗⅢｉ ａ ｍｓ Ⅲ ３ 等人 就对热 连轧 机轧 辊磨 损 进 行 了研 究， 这 个 阶段主 要是通 过实 测轧辊 磨损 数据 ， 分析 轧辊 磨损 的主 要影 响 因素 ， 其研 究 结 果 中都没 有
匀分 布 等 因素 ， 以实 测数 据为基 础 ， 建 立 了工作辊 与 支撑辊 磨损 分布 的理论 模型 。李长 生等 ＿ ６ 利用 热磨 损试 验机 ， 研究 了高 铬铸铁 、 高 速钢轧 辊 的磨
损 量与工 艺参 数 的关 系 ， 通 过 大 量试 验 数 据 回归
得 到轧辊 磨损 的数学 模 型 。何安 瑞等 ¨ ７ 在 大量实 测数 据 的基础 上 ， 综 合考 虑 轧 辊磨 损 的主 要影 响 因素 ， 得 到 了半 经 验 半理 论 且 具 有较 高 精 度 的工 作 辊磨 损模 型 。孔 祥 伟 等［ ８ ］ 以宝钢 ２ ０ ５ ０ ｍｍ 热 连 轧机 为研究 对 象 ， 采 用现 场 在 线磨 损 计 算 模 型
中厚板轧机轧辊磨损的研究_牛继龙

中厚板轧机轧辊磨损的研究_牛继龙

分析探讨中厚板轧机轧辊磨损的研究牛继龙(中板厂)摘　要:通过对中厚板轧辊磨损的分析,介绍了轧辊磨损模型的解析原理,探讨了适合在线应用的轧辊磨损回归解析模型,并进行了实际的解析分析。

对南钢2500m m中厚板轧机的轧辊磨损进行预测和实际的测量,应用结果表明:磨损模型预测值与实测值吻合较好,能够比较显著地提高磨损模型的预报精度,从而为中厚板的厚度精度、板形和板凸度控制提供良好的基础。

关键词:中厚板　轧辊　磨损　模型　回归R e s e a r c ho nt h e R o l l e r We a r Mo d e l o f R o l l i n g Mi l lN i u J i l o n g(Me d i u m P l a t e P l a n t)A b s t r a c t:T h e o n-l i n e r e g r e s s i o n m o d e l o f r o l l e r w e a r i s s t u d i e di nt h i s p a p e r b y a n a l y z i n g t h e r o l l e r w e a r.I t s p r i n c i p l e i s p r e s e n t e da n di s a p p l i e dt o2500m mr o l l i n g m i l l a t N a n g a n g.T h e r e s u l t s s h o wt h a t t h e p r e d i c t e d w e a r d a t a a g r e e w e l l w i t ht h e m e a s u r e d d a t a a n dc a ni m p r o v e s i g n i f i c a n t l y t h ec a l c u l a t i n gp r e c i s i o n.T h e m o d e l f o r r o l l w e a r c a no f f e r t h e g o o db a s e f o r t h i c k n e s s p r e c i s i o n,s h a p e a n d c r o w n c o n t r o l f o r p l a t e.K e y w o r d s:p l a t e;r o l l e r;w e a r;m o d e l;r e g r e s s i o n1　前言中厚板轧辊磨损变化的时间常数很大,它是一个缓慢积累的过程。

轧辊磨损及补偿控制应用研究

轧辊磨损及补偿控制应用研究

热轧生产中带钢的板形控制主要由板形模 型控制，板形模型主要由板形设定模型和板形 自适应模型两部分组成。带钢的板形定义主要 由平直度和断面形状二者合成,而断面形状又 包括辊缝形状，板凸度和工作辊磨损形状。这 4个因素相互影响制约，共同控制着带钢的 板形。
1板形设定模型
在热轧过程中，产品的板形主要在精轧区 域进行控制。当带有轧制信息的中间坯经过精 轧区域的7个轧机后，就会成为带有目标厚度、 凸度以及平直度的带钢，而带钢的凸度和平直 度的控制就是由板形设定模型所控制&
以梅钢1780热轧精轧F7轧辊轧制力为 9 000 kN,弯辊力为880 kN为例，离线自适应 补偿系数查询配置文件为1. 4,工作辊直径
陈 晨等 轧辊磨损及补偿控制应用研究 760 cm,带钢产品宽度1 028 mm,则轧制这种 规格的带钢产生的磨损为:
WEAREDGE
= 1.4r 1.4r 1.4r 1.4r 1.4r 1.4r 1.2, 1.2r 1.2
当带有一定凸度的中间坯经过热轧的精轧 热连轧7个机架后,就会变成目标凸度的带钢， 带有凸度的中间坯横截面见图1&
图1 中间坯横截面
根据定义中间坯的凸度Q即为：
7 0 h+S + h0S
C0 - hCL ~
2
I出口带钢的凸度Q即为：Q二
2 h1 + h1
hC- - +S 0S& F7带钢出口横截面见图2&
2019年第2期
梅山科技Biblioteka -35 -轧辊磨损及补偿控制应用研究
陈晨谭耘宇赖森贞 （梅山钢铁公司设备部 南京 210039）
摘要：热轧带钢板形的控制是多方面的，影响因素主要有轧制力、弯辊力、串辊位置、轧 辊热膨胀、轧辊轮廓、轧辊磨损。这几个因素相互影响制约，共同控制着带钢板形的好坏。在 众多因素中，要属轧辊磨损因素最为不可控。支撑辊表面往往是不均匀的、长期的磨损，并且 支撑辊属于基础性的承载轧制力，所以对支撑辊磨损模型的与计算是十分必要的。在现有的 板形控制模型中加入了补偿控制方法，产品的质量也产生了非常可观的提升。