鋼軌斷面規格通長波動控制方法

2023-12-03 00:00:06 1

專利名稱：鋼軌斷面規格通長波動控制方法
技術領域：
本發明涉及一種鋼軌尺寸波動控制方法，尤其是一種鋼軌斷面規格通長波動控制方法。
背景技術：
採用萬能生產線自動控制生產的鋼軌，均存在斷面規格通長波動的問題，即斷面規格尺寸偏差幅度較大。不同規格、材質的鋼軌，其斷面規格波動的長度及偏差有所不同， 但共同點是指向軋機方向的一端通常在長度方向O 15米(與軌高對應)的「波動段」內存在斷面規格波動幅度高於其它部位的問題，而軋制力在通長方向上又相差不大，通過軋制力來進行補償的AGC遠不能消除「波動段」內的斷面規格異常波動的問題。但波動段之後，鋼軌通長的斷面各尺寸隨著軋制狀態的穩定而得到了精確的控制，斷面規格波動幅度變小。斷面規格波動控制是一個世界性的難題，一般採取優化孔型的辦法來解決，但效果均不理想，採取加大切頭段長度的辦法來解決成本又太高。因此，高速重軌上線使用時均要對前述出現斷面規格異常波動的「波動段」進行人工打磨，以使斷面規格滿足要求同時減少切頭損失。一般分析認為，造成鋼軌斷面規格波動的原因包括鋼軌的連軋張力、溫度波動、進鋼衝擊、AGC補償滯後、機械設備響應速度慢等，此外，鋼軌的頭、腰、底三部分的延伸係數不一樣，按理論其連軋張力應不相同，但實際生產中只能取一個最優張力值也是造成尺寸波動的原因。此外，軋制過程中的孔型磨損導致的軋制變化也是一個影響因素。
公開日為2009年2月11日，公開號為CN101362153A的中國專利申請公開了一種軋機液壓AGC系統及其控制方法，整個系統以外環閉環和內環單閉環兩者相結合的內外環雙閉環方式連接而成，以測厚儀作為反饋元件，將測厚儀反饋值與厚度給定值的偏差信號先輸入到基於Smith預估器功能的PID控制器再輸入到內環單閉環中的PID控制器；將位置傳感器、壓力傳感器、張力傳感器和測速儀反饋值的偏差信號輸入到PID控制器；PID控制器將這些信號由控制模塊進行處理，使用觸控螢幕HMI設置和顯示系統各參數，操作和監控各步驟，本發明引入基於Smith預估器功能的PID控制的策略，測厚儀的反饋響應速度快，顯著提高了系統的控制精度和穩定性，安裝和調試簡單、操作方便、運行可靠。」該專利申請必須要利用測厚儀來取得已通過軋制的板材厚度偏差來修正後續的軋制厚度，是依據測量在線軋件的參數來修正，其修正本身就具有一定的滯後性，尤其是剛開始軋制的一段板材根本沒有任何數據來進行修正，因此剛開始軋制的一段板材其厚度誤差就較大；其最終參數的執行是通過L2級的輸入實現；並且由於該專利是專用於板材，板材的板形控制主要與壓下量(輥縫)和輥形曲線兩大因素有關，板厚精度決定了其補償值很小；而鋼軌斷面形狀複雜，除輥形因素和輥縫大小因素外，頭、腰、底各部分延伸變形也有著相互影響，由此，不能直接將該方法運用到具有複雜截面的鋼軌的尺寸波動控制，而要根據自然規律，去探索適合於鋼軌複雜斷面形狀的補償控制方法。
公開日為2006年8月23日，公開號為CN1820864A的中國專利申請公開了一種串列軋機的板厚控制方法，在串列軋機的任一個支架中，在被壓延材料的前端到達下遊側的支架或卷繞裝置時，對因在該支架出側張力發生引起的該支架的壓延負荷變化及出側板厚變化進行預測，並根據這些預測值將該支架的軋輥間隙與所述出側張力的發生時間配合地進行操作，以抵消出側板厚的變化，能將因下一支架咬入時的出側張力的發生及因前支架尾端脫出時的入側張力的消失引起的板厚變化抑制成極小。該專利申請同樣是適用於板材的板厚控制方法，也是依據測量在線軋件的參數來修正，其修正仍然具有一定的滯後性，補償值也很小，最終參數的執行也是通過L2級的輸入實現。注在軋制控制中，LI級是指直接對獨立設備的運行進行操作控制的系統；L2級是指各設備間控制系統，主要是人工控制軋件工藝參數及物流的系統。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種提高鋼軌斷面規格通長控制精度的鋼軌斷面規格通長波動控制方法。本發明解決該技術問題的思路是，立足於一個更為宏觀的角度，將同一規格產品的先後軋制過程納入同一大系統，將在先的正常軋制結果作為反饋信號輸入在後的軋制過程中進行控制。具體地是，根據在先軋製成品的實測結果，找出鋼軌斷面規格通長異常波動的波動段位置及其波動幅度，根據鋼軌斷面各部分延伸變形關係，在正常軋制控制方法下直接採用LI級輸入進行針對性地調節，使得波動段內斷面規格波動幅度減小，從而實現對波動段的軋制控制，達到鋼軌通長的斷面規格波動幅度減小、提高斷面規格通長控制精度的控制目標。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是鋼軌斷面規格通長波動控制方法， 包括以下步驟I、根據常規軋制生產獲取需軋制鋼軌在正常軋制情況下的斷面各尺寸檢測曲線， 得出斷面各尺寸通長波動異常部分在鋼軌上的分布長度I和在分布長度I上斷面各尺寸波動的平均偏差；II、根據斷面各尺寸波動的平均偏差確定鋼軌斷面上的補償部位，並確定與補償部位相應的軋制部位的輥縫補償值K或軋輥串動補償值Q ；III、根據補償部位選擇軋制相應部位的軋機作為補償軋機，根據輥縫補償值K或軋輥串動補償值Q選擇η個道次作為補償道次，將輥縫補償值K或軋輥串動補償值Q分配至各補償道次，並且，越靠近成品孔道次，單個補償道次上的輥縫補償量Kn或軋輥串動補償量Qn的絕對值越小，η為補償道次的數量，η為正整數，Kl+……+Kn = K，Ql+……+Qn = Q ；IV、根據斷面規格通長波動異常部分在鋼軌上的分布長度I確定出需補償長度L ；V、在軋制鋼軌時，在鋼軌需補償長度L上，根據輥縫補償量Kn確定補償軋機上軋制部位的輥縫S = s-Kn，其中s為正常軋制時的正常輥縫；當達到需補償長度L後，所述輥縫S回復到正常軋制時的正常輥縫s ;根據軋輥串動補償值Q確定補償輥的串動值X = x+Qn，其中X為正常軋制時的正常串動值；當達到需補償長度L後，所述補償輥的串動值X回復到正常軋制時的正常串動值X。更具體地，在步驟I中所述的斷面尺寸為底寬，在步驟II中，如果底寬波動的平均偏差k滿足I k I > O. 3mm,則在底寬部位直接進行補償；如果底寬波動的平均偏差k滿足
k I ( O. 3mm,則在底寬部位或軌底厚度部位或腰厚部位進行補償，相應的輥縫補償值K採用下式確定以底寬部位為補償部位時，當k O. 3mm，則在頭厚部位或軌底厚度部位直接進行補償；如果軌高波動的平均偏差y 滿足|y| < O. 3mm，則在頭厚部位或軌底厚度部位或頭寬部位或腰厚部位進行補償，相應的輥縫補償值K採用下式確定以頭厚部位為補償部位時，輥縫補償值K = yXb ;以軌底厚度部位為補償部位時，輥縫補償值K = yXb ;以頭寬部位為補償部位時，輥縫補償值K = -yXb^b3 ；以腰厚部位為補償部位時，輥縫補償值K = yXb^b4 ；輥縫補償值K的各計算式中，K-棍縫補償值，單位mm ；y——在分布長度I上軌高波動的平均偏差，簡稱軌高波動的平均偏差，單位mm ；b——熱收縮係數，為根據軋制鋼種的軋制經驗確定的無量綱常數，b e [1.012， I. 014]；b3——頭厚部位的展寬係數，為根據軋制鋼種的軋制經驗確定的無量綱常數， bl e [O. 2,0. 3]；b4—腰厚部位的展寬係數，為根據軋制鋼種的軋制經驗確定的無量綱常數， b4 e [O. 3,0. 35]。在步驟I中所述的斷面尺寸為對稱f，f = F1-F2，式中，Fl為鋼軌上腿長度，F2為鋼軌下腿長度，在步驟II中，軋輥串動補償值Q採用下式確定軋棍串動補償值Q = qXb + cl,式中，Q——軋輥串動補償值，直接影響鋼軌上腿或下腿的厚度，單位mm ；q——在分布長度I上對稱波動的平均偏差，簡稱對稱波動的平均偏差，單位mm ；b——熱收縮係數，為根據軋制鋼種的軋制經驗確定的無量綱常數，b e [1.012， I. 014]；Cl——展寬係數，為根據軋制鋼種的軋制經驗確定的無量綱常數，cl e
。進一步的，在步驟III中，當軋輥串動補償值Q滿足IQl > 3. 5mm時，則將軋輥串動補償值Q分配在至少兩個補償道次上，使得單個補償道次上的軋輥串動補償量Qn滿足
Qn I ( 3. 5mm,當軋輥串動補償值Q滿足I Q | Imm時，則將輥縫補償值K 分配在至少兩個補償道次上，使得單個補償道次上的輥縫補償量Kn滿足|Kn| ( Imm;當輥縫補償值K滿足|K| ( Imm時，則只在一個軋制道次上完成輥縫的補償。更具體地，在步驟IV中，需補償長度L按照下式進行確定，L = Ι + aXb，式中L——待軋制鋼軌實際需補償長度，單位m ；I——正常軋制時斷面規格通長波動異常部分在鋼軌上的分布長度，簡稱分布長度，單位m ；a——伸係數，與鋼軌軋制過程中各道次的變形量有關，設補償道次為由開坯指向成品孔的倒數第j道次，則a = alXa2Xa3X…Xaj,式中，aj為倒數第j道次的延伸係數，為根據軋制經驗確定的無量綱常數；b——熱收縮係數，為根據軋制鋼種的軋制經驗確定的無量綱常數，b e [1.012，
1.014]。更具體地，在步驟III中，補償軋機為精軋機和/或精軋機之前的軋機。進一步的，在步驟V後進行以下步驟VI、檢測成品鋼軌補償段至正常軋制段之間過渡區域底寬的突變情況。更具體地，所述的分布長度I和需補償長度L均從鋼軌指向軋機的端頭開始連續計算。本發明的有益效果是在鋼軌軋制的自動控制程序中，根據在先軋制產品斷面規格波動情況，確定相應的補償部位、補償軋機、輥縫補償值、補償道次和輥縫補償值或軋輥串動補償值，並分配各個補償道次的輥縫補償量或軋輥串動補償量，根據斷面規格通長波動異常部分在鋼軌上的分布長度確定需補償長度，進而在鋼軌需補償長度上對補償軋機相應軋制部位的輥縫或軋輥串動值進行調整，對於鋼軌軋制始端這段軋制應力變化較大的區域具有很好的修正作用，從而有效控制了鋼軌波動段的斷面規格波動，使得整個鋼軌產品的斷面規格通長偏差減少，提高了產品質量；在軋制後還可以監測成品斷面規格是否出現突變點，從而檢測鋼軌產品的斷面規格通長波動是否合格。




例)。
圖I是本發明應用於軋制控制時的流程圖。
圖2是鋼軌斷面的示意圖。
圖3是實施例一 五及其對比例的軋機布置工藝圖。
圖4是圖3中第二軋邊機E2上鋼軌軋制示意圖。
圖5是圖3中萬能軋機UF上鋼軌軋制示意圖。
圖6是採用常規軋制方法生產的底寬波動曲線圖(實施例一的對比例)。
圖7是實施例一的底寬波動曲線圖。
圖8是採用常規軋制方法生產的底寬波動曲線圖(實施例二的對比例)。
圖9是實施例二的底寬波動曲線圖。
圖10是採用常規軋制方法生產的軌高波動曲線圖(實施例三的對比例)。
圖11是實施例三的軌高波動曲線圖。
圖12是採用常規軋制方法生產的軌高波動曲線圖(實施例四的對比例)。
圖13是實施例四的軌高波動曲線圖。
圖14是應用本發明及常規軋制方法生產的對稱波動對比圖表(實施例五及對比
圖中零部件、部位及編號底寬F、鋼軌上腿長度F1、鋼軌下腿長度F2、頭厚d、腰厚 W、軌底厚度t、軌高H ;開坯機BD1、開坯機BD2、萬能軋機U1、第一軋邊機E1、萬能軋機U2、 第二軋邊機E2、萬能軋機UF ;鋼軌軋件I、頭部立輥2、底部立輥3、下水平輥4、上水平輥5、 軋邊機下水平輥6、軋邊機上水平輥7。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。聲明，為敘述簡要，在本說明書中，斷面規格指斷面各尺寸，包括底寬F、軌高H、對稱f、腰厚W、頭厚d、頭寬B、腿厚t，「斷面規格通長波動異常部分在鋼軌上的分布長度I」與 「分布長度I」具有同一含義，「在分布長度I上底寬波動的平均偏差k」與「底寬波動的平均偏差k」具有同一含義。道次指軋制道次，倒數第I個道次為成品孔道次。如圖I 圖14所示，本發明的鋼軌斷面規格通長波動控制方法包括以下步驟I、根據常規軋制生產獲取需軋制鋼軌在正常軋制情況下的斷面各尺寸檢測曲線， 得出斷面各尺寸通長波動異常部分在鋼軌上的分布長度I和在分布長度I上斷面各尺寸波動的平均偏差。II、根據斷面規格通長波動的平均偏差k確定鋼軌斷面上的補償部位，並確定與補償部位相應的軋制部位的輥縫補償值K或軋輥串動補償值Q ;普通的板材在軋制時僅一臺軋機即可，其僅有兩個面受到軋制，僅在厚度方向進行約束，在調節板材時僅需控制上下軋輥的縫隙即可，不存在選擇補償部位，與普通的板材不同，如圖I所示，鋼軌軋件I具有較為複雜的斷面，為了成型複雜的斷面必須要使用多臺軋機組成生產線以依次軋制鋼軌軋件 I的各個部位，從圖3 圖5可以看出，鋼軌軋件I是經由多臺軋機、多個軋制道次連續軋製成型，在同一軋機上也同時受到多個軋輥的作用，例如圖4所示的軋邊機上水平輥7和軋邊機下水平輥6，以及圖5所示的頭部立輥2、底部立輥3、下水平輥4和上水平輥5，並且根據金屬變形的規律，對某一部尺寸的改變必然影響到其它部位，因此鋼軌軋製成型控制時要顧及斷面各個部位之間的相互影響，這使得鋼軌軋制控制變得更加複雜，但與此對立統一的是，也可以利用這種相互影響來達到控制的目標，即能夠選擇補償部位。例如，對於底寬尺寸調控來說，所選擇的補償部位並不一定是直接影響底寬F的底寬部位，此時相應調節的是軋邊機上上、下水平輥之間的輥縫；也可能是對底寬F產生間接影響的軌底厚度部位， 此時調節萬能軋機上底部立輥的輥縫；或腰厚部位，此時調節萬能軋機上上、下水平輥之間的輥縫；對於軌高尺寸調控來說，所選擇的補償部位並不一定是直接影響軌高H的頭厚部位或軌底厚度部位，此時相應調節的是萬能軋機頭部立輥或底部立輥的輥縫；也可能是對軌高H產生間接影響的頭寬部位或腰厚部位，此時相應調節的是軋邊機或成品軋機的上、 下水平輥之間的輥縫或萬能軋機的上、下水平輥之間的輥縫；對於對稱調控來說，只能以萬能軋機的可串動輥為補償輥，軋輥串動補償值Q可根據對稱波動的平均偏差q得出；這與僅通過控制工作輥輥縫就能補償的板材就有較大的區別。此外，輥縫補償值K可根據相應尺寸波動的平均偏差利用經驗公式推算得出，也可根據實際生產中的規律得出，根據不同生產條件，可以通過有限試驗得到最佳的輥縫補償值K或軋輥串動補償值Q。III、根據補償部位選擇軋制相應部位的軋機作為補償軋機，根據輥縫補償值K或軋輥串動補償值Q選擇η個道次作為補償道次，將輥縫補償值K或軋輥串動補償值Q分配至各補償道次，並且，越靠近成品孔道次，單個補償道次上的輥縫補償量Kn或軋輥串動補償量Qn的絕對值越小，η為補償道次的數量，η為正整數，Kl+……+Kn = K，Ql+……+Qn = Q0需要說明的是Κ及Kn的正負應根據常規軋制工藝模型中確定的方向和輥縫補償公式來確定，對此，本領域技術人員能夠根據疊加的輥縫補償量應使得相應輥縫變寬還是變窄來進行判斷。Q及Qn的正負應根據常規軋制工藝模型中確定的方向和軋輥串動補償公式來確定，對此，本領域技術人員能夠根據疊加的軋輥串動補償量應使得相應腿厚變大還是變小來進行判斷。設萬能軋機的下水平輥為可串動輥，常規軋制工藝模型中的正常串動值X是以向腿側串動為正，軋輥串動補償公式是補償輥的串動值X = x+Qn，其中X為正常軋制時的正常串動值，若q > 0，說明通常上腿長度Fl >下腿長度F2，要減小對稱偏差需要減小下腿的腿厚，以增加下腿長度F2，則下腿應疊加向腿側的串動以完成串動補償，則Q及 Qn應為正，反之，若q < 0，說明通常上腿長度Fl O. 3mm，則在底寬部位直接進行補償；如果底寬波動的平均偏差k滿足|k| ( O. 3mm,則在底寬部位或軌底厚度部位或腰厚部位進行補償，相應的輥縫補償值K採用下式確定以底寬部位為補償部位時，當k < O時，輥縫補償值K = kXb+c,當k彡O時，輥縫補償值K = kxb-c ；以軌底厚度部位為補償部位時，輥縫補償值K = -kXb + bl，以腰厚部位為補償部位時，輥縫補償值K = kXb^b2 ；輥縫補償值K的各計算式中，
K——棍縫補爛值，單位mm ；
k—-在分布長度I上底寬波動的平均偏差，根據底寬檢測曲線得到，單位mm ；
b-熱收縮係數，為根據軋制鋼種的軋制經驗確定的無量綱常數，b e [1.012，I. 014]；
C-底寬尺寸在後續軋制道次中的展寬量，單位mm，根據正常軋制的軋制工藝確定，後續軋制道次指補償道次之後(不包括補償道次)至軋制完成的那些軋制道次；
bl一軌底厚度部位的展寬係數，為根據軋制鋼種的軋制經驗確定的無量綱常數，bl e[O. 2,0. 3]；
b2—一腰厚部位的拉縮係數，為根據軋制鋼種的軋制經驗確定的無量綱常數，b2 e [O.05,0.10] ο
在底寬F波動量較大時，宜通過控制底寬部位來直接調節底寬F。以底寬部位為補
償部位時，當k < O時,棍縫補償值K = kXb+c,當k彡O時,棍縫補償值K = kXb-C0在鋼軌生產中，如果底寬F與標準底寬相比偏小，即k < O時，需要抬輥以加大輥縫，輥縫補償值K = kXb+c應滿足K < 0，分配時也應保證Kn O時，需要壓輥以減小輥縫，輥縫補償值K = kXb-c應滿足K > 0，分配時也應保證Kn > 0，輥縫S = s-Kn,即補償時的輥縫小於正常輥縫。此外，在底寬F波動量較小時，可以通過控制軌底厚度來間接控制底寬F，也可以選擇通過控制其它部位來間接控制底寬F。例如，在鋼軌生產中，如果鋼軌軌底厚度t與標準軌底厚度相比偏厚，則可通過減薄軌底厚度t增加底寬F，其變化量的關係按經驗公式推算AF = -blX Λ t，其中減號表示底寬F的變化量AF與軌底厚度t的變化量At成反比，bl——軌底厚度部位的展寬係數，為根據軋制鋼種的軋制經驗確定的無量綱常數，bl e
，變化量 Δ t通過調整萬能軋機底部立輥3即可實現，此時控制軌底厚度t的軋機的輥縫補償值K =-kX (I. 012 I. 014) + (O. 2 O. 3)。又如，在鋼軌生產中，如果鋼軌腰厚W與標準腰厚相比偏厚時，則可通過減薄腰厚 W來減小底寬F，其變化量的關係按經驗公式推算AF = b2X八胃，其中無減號「-」，表示底寬F的變化量Λ F與腰厚W的變化量AW成正比，b2——腰厚部位的拉縮係數，為根據軋制鋼種的軋制經驗確定的無量綱常數，b2 e [O. 05,0. 10]，變化量AW通過調整萬能軋機上水平輥5垂直壓下即可實現，此時控制腰厚W的軋機的輥縫補償值K = kX (I. 012
I.014) + (O. 05 O. 10)。上述方法間接地調整了底寬F，這種調整方式的好處在於不僅可以調整底寬F，還可以調節軌底厚度t或者腰厚W，同時保證鋼軌多個尺寸的精確性，從而生產出質量更好的鋼軌。如圖2、圖4及圖5所示，若在步驟I中所述的斷面尺寸為軌高H，在步驟II中，考慮鋼軌軋件I頭部、腰部、底部等變形的相互影響關係，確定軌高波動補償是在鋼軌軋件I 的頭厚部位、軌底厚度部位進行或是在其它部位進行，如果軌高波動的平均偏差I滿足Iy > O. 3mm，則在頭厚部位或軌底厚度部位直接進行補償；如果軌高波動的平均偏差y滿足
Y ( O. 3mm，則在頭厚部位、軌底厚度部位或頭寬部位或腰厚部位進行補償，相應的輥縫補償值K採用下式確定以頭厚部位為補償部位吋，輥縫補償值K = yXb ；以軌底厚度部位為補償部位吋，輥縫補償值K = yXb，以頭寬部位為補償部位吋，輥縫補償值K = _yXb + b3 ；以腰厚部位為補償部位吋，輥縫補償值K = yXb^b4 ；輥縫補償值K的各計算式中，K-棍縫補償值，單位mm ；y——在分布長度I上軌高波動的平均偏差，根據軌高H的檢測曲線得到，單位 mm ；b——熱收縮係數，為根據軋制鋼種的軋制經驗確定的無量綱常數，b G [1.012， I. 014]；b3——頭寬部位的展寬係數，為根據軋制鋼種的軋制經驗確定的無量綱常數， bl G
；b4—腰厚部位的展寬係數，為根據軋制鋼種的軋制經驗確定的無量綱常數， b4 G
。在軌高H波動量較大時，宜通過控制頭厚部位或軌底厚度部位來直接調節軌高H。 鋼軌斷面尺寸檢測標準中，對鋼軌的軌底厚度有要求，而對頭厚無要求，因此，如果軌底厚度是在標準範圍內的，通常選擇對頭厚進行補償，使軌高發生改變。以頭厚部位為補償部位吋，輥縫補償值K = yXb，此時選擇的補償軋機一般為終軋機之前精確控制頭厚尺寸的軋機；如果軌底厚度沒有在標準範圍內，且軌底厚度與軌高同時小於或大於標準尺寸，則可以軌底厚度部位為補償部位，輥縫補償值K = yXb，此時選擇的補償軋機一般為終軋機之前精確控制頭厚尺寸的軋機。在軌高H波動量較小時，除了可以控制頭厚部位或軌底厚度部位來直接調節軌高 H以外，也可以通過控制頭寬B或腰厚W來間接控制軌高H。例如，在鋼軌生產中，如果軌高H與標準相比偏小且鋼軌底寬F與標準底寬相比偏大，則可通過減小頭寬B增加頭厚d，以增加軌高H，此時選擇的補償軋機一般為終軋機前直接控制底寬尺寸的軋機，其變化量的關係按經驗公式推算= AH= Ad = - (0. 20 0. 30) A B，其中減號「-」表示頭厚d的變化量Ad與頭寬B的變化量AB成反比，b3——頭寬部位的展寬係數，為根據軋制鋼種的軋制經驗確定的無量綱常數，b3 G
，變化量AB 通過調整軋邊機上、下水平輥或成品孔軋機的上、下水平輥即可實現，此時控制頭寬B的軋機的輥縫補償值 K = yXb + b3 = yX (I. 012 I. 014) + (0. 2 0. 3)。又如，在鋼軌生產中，如果鋼軌腰厚W與標準腰厚相比偏厚時，則可通過減薄腰厚 W來減小軌高H，其變化量的關係按經驗公式推算AH = b4X AW，軌高H的變化量AH與腰厚W的變化量A W成正比，b4——腰厚部位的展寬係數，為根據軋制鋼種的軋制經驗確定的無量綱常數，b4 G
，變化量A W通過調整萬能軋機上水平輥5垂直壓下即可實現，此時控制腰厚W的軋機的輥縫補償值K = AWXb + b4，yX (I. 012 I. 014) + (0. 3
0.35)。如圖2、圖4及圖5所示，若在步驟I中所述的斷面尺寸為對稱f，在步驟II中，軋輥串動補償值Q採用下式確定
軋棍串動補償值Q = qXb + cl,式中，Q—軋輥串動補償值，直接影響鋼軌上腿或下腿的厚度，単位mm ；q——在分布長度I上對稱波動的平均偏差，簡稱對稱波動的平均偏差，單位mm ；b——熱收縮係數，為根據軋制鋼種的軋制經驗確定的無量綱常數，b G [1.012， I. 014]；Cl——展寬係數，為根據軋制鋼種的軋制經驗確定的無量綱常數，Cl G
。對稱f的調整與其餘的尺寸如底寬F或腰厚W的調整不同，其只能依靠調節上腿或下腿的腿厚進行間接調整，因此，其補償部位是確定的，只是根據調整量的大小確定是在一個軋制道次上調整還是在至少兩個軋制道次上調整。根據實踐經驗，同一軋制道次當其輥縫補償量大於Imm時，會出現補償精度大於
0.Imm的情況，同時軋機的液壓系統會因快速變化而出現軋機壓下系統輕微抖動現象，補償後的規格尺寸容易出現明顯的突變點。為進一歩改善補償效果，當輥縫補償值K滿足|k| > Imm吋，則將輥縫補償值K分配在至少兩個補償道次上，使得單個補償道次上的輥縫補償量Kn滿足I Kn I彡1mm，式中，n為補償道次的數量，n為正整數，Kl+……+Kn = K，以此逐漸地補償鋼軌軋件的斷面規格通長波動，並且越靠近成品孔道次，其單個補償道次上被分配的輥縫補償量Kn的絕對值越小，這就使得鋼軌軋件受到的補償是逐漸減少的，其受到的軋制カ也逐步變化到平穩狀態，因此最後的成品鋼軌的精度就更高，質量更好；當輥縫補償值K滿足|K|彡Imm時，其補償值較小，則只在一個軋制道次上完成輥縫的補償，即n = 1， K = K1，減少需調整的軋機數量。顯然地，K1、K2、……、Kn—般應同正或同負。同理，同一軋制道次上當其軋輥串動補償量大於3. 5mm吋，會出現補償精度大於
0.Imm的情況，同時軋機的液壓系統會因快速變化而出現軋機壓下系統輕微抖動現象，補償後的規格尺寸容易出現明顯的突變點。為進一歩改善補償效果，當軋輥串動補償值Q滿足
Ql > 3. 5mm吋，則將軋輥串動補償值Q分配在至少兩個軋制道次上，使得單個補償道次上的軋輥串動補償量Qn滿足|Qn|彡3. 5mm，式中，n為補償軋機的數量，n為正整數，Ql+…… +Qn = Q，以此逐漸地補償鋼軌軋件I的對稱通長波動，並且越靠近成品孔道次的補償道次， 其被分配的軋輥串動補償量Qn的絕對值IQnI越小，這就使得鋼軌軋件受到的補償是逐漸減少的，其受到的軋制カ也逐步變化到平穩狀態，因此最後的成品鋼軌的精度就更高，質量更好；當軋輥串動補償值Q滿足IQl彡3. 5_時，其補償值較小，則只在一個軋制道次上完成軋輥串動的補償，即n = 1，Q = Q1，減少需調整的軋機數量。顯然地，QU Q2、……、Qn 一般應同正或同負。根據申請人長期的生產實踐，發明人給出以下推薦的需補償長度估算公式，在步驟IV中，需補償長度L按照下式進行確定，L = 1 + aXb,式中L——待軋制鋼軌實際需補償長度，單位m ；I——正常軋制時斷面規格通長波動異常部分在鋼軌上的分布長度，簡稱分布長度，單位m ；a——延伸係數，與鋼軌軋制過程中各道次的變形量有夫，設補償道次為由開坯指向成品孔的倒數第j道次，則a = al Xa2Xa3X…Xaj，式中，aj為倒數第j道次的延伸係數，為根據軋制經驗確定的無量綱常數；
b——熱收縮係數，為根據軋制鋼種的軋制經驗確定的無量綱常數，b G [1.012， I. 014]。依據上式計算出的需補償長度L還可以進ー步根據經驗數據進行修正，以達到最佳。為提高補償精度，步驟III中的補償軋機宜選擇為精軋機和/或精軋機之前的軋機。為了檢測控制效果，在步驟V後進行以下步驟VI、檢測成品鋼軌補償段至正常軋制段之間過渡區域斷面規格的突變情況。利用對成品鋼軌的檢測來考察過渡區域是否存在規格突變點，實時掌握產品質量，以便還可以進一歩根據檢測數據對控制進行修正，提高產品的質量。如前所述，波動劇烈的位置通常是鋼軌軋件的開始段，因為此時常規軋制控制系統還不能起到很好的調節作用，軋制カ突變以及AGC的控制盲區均位於鋼軌開始軋制的部位，即分布長度I通常只有連續的一段。因此，為簡化控制，所述的分布長度I和需補償長度L均從鋼軌指向軋機的端頭開始連續計算，在進行偏差補償時，也可僅考慮這一部位，其它部位的偏差可通過常規軋制控制模式來修正，其補償控制流程可參見圖I所示。從理論來說，本發明的控制方法起作用只與軋機的液壓響應速度有夫，但實際上， 如果斷面規格通長波動異常部分在鋼軌上的分布長度I本身很短，則應用本發明方法的效果並不明顯，為此，推薦在步驟IV中，需補償長度L ^ 2m。此外，優選的常規軋制控制方法是對軋件各部位軋制カ進行AGC控制。實施例一如圖3、圖4、圖5和圖6、圖7所示，以軋制60kg/mU75V鋼軌為例，其標準底寬F為 150mm，軋機布置エ藝圖參見圖3，60kg/mU75V鋼軌採用七機架生產鋼軌，開坯機組為兩個機架，分別為開坯機BD1、開坯機BD2，萬能機組為五機架，三架萬能，分別為萬能軋機U1、萬能軋機U2和萬能軋機UF，ニ架軋邊，分別為第一軋邊機E1、第二軋邊機E2，按圖3エ藝布置的軋機軋制鋼軌時，萬能軋機UF、第二軋邊機E2、萬能軋機U2各軋制I道次，而第一軋邊機 El軋2道次、萬能軋機Ul軋3道次，其常規軋制模型中，輥縫變化量是以輥縫變寬為正，倒數第二架軋機即第二軋邊機E2為最後一架精確控制底寬F的軋機，用以下步驟進行斷面規格通長波動控制。I、根據正常軋制的情況，分析60kg/mU75V在正常軋制情況下的斷面各尺寸檢測曲線，該曲線如圖6所示，根據曲線得出斷面規格通長波動主要體現為底寬F的波動，其波動異常部分在鋼軌上的分布長度I = 9. 5m，底寬波動的平均偏差k = -0. 8mm,即比150mm 的標準值小0. 8mm。II、斷面規格通長波動偏差|k| =0. 8mm >0. 3mm，確定直接在底寬部位進行補償， 因此至少要選擇直接控制底寬的精軋機即第二軋邊機E2作為補償軋機，根據正常軋制エ 藝，萬能軋機UF上成品孔道次中底寬部位的展寬量c = 0. lmm，k = -0. 8mm < 0，則底寬部位的輥縫補償值 K = kXb+c = -0. 8X I. 013+0. I ^ -0. 71mm，且 |K| く 1mm。III、根據軋機機架的布置形式，第二軋邊機E2後為精軋機UF，由於輥縫補償值K 滿足|K| < lmm，宜n = 1，K = K1，即只在一個軋制道次上完成輥縫的補償，精確確定底寬 F的最後ー架軋機為第二軋邊機E2，為提高補償精度，選擇第二軋邊機E2作為補償軋機，確定補償道次為倒數第2道次，j = 2。IV、考慮萬能軋機UF上成品孔延伸係數al = I. 15，第二軋邊機E2道次的延伸係數 a2 = I. 016，延伸係數 a = alXa2，a = I. 15X1. 016 = I. 17，60kg/mU75V 的熱收縮係數 b = I. 013，可得出需補償長度 L = 1 + aXb = 9. 5 + 1. 17X1. 013 ^ 8. 22 (m)。V、在基礎自動化上進行程序優化，根據其正常軋制エ藝，第二軋邊機E2上底寬部位正常軋制時的正常輥縫s = 10. 41mm，在需補償長度L = 8. 22m上根據輥縫補償量Kl =-0. 71mm 確定第二軋邊機 E2 上的相應棍縫 S = s_Kl = 10. 41-(-0. 71) = 11. 12 (mm)，即將第二軋邊機E2上的軋邊機上水平輥7或軋邊機下水平輥6抬高0. 71mm即可，當達到需補償長度L後，輥縫回復到正常輥縫，即當第二軋邊機E2軋件軋出長度為8. 22m時，其底寬部位的輥縫由初始的11. 12mm變為正常的10. 41mm。VI、根據液壓響應速度監測成品底寬F是否出現突變點。從第二軋邊機E2液壓的響應速度看，響應時間為250毫秒，軋制速度為2. 4m/s，則對應軋件長度為600_，經檢測發現不存在任何突變點。利用常規軋制方法生產的60kg/mU75V鋼軌底寬F波動曲線圖參見圖6，本例生產出的鋼軌底寬F波動曲線圖參見圖7，從圖6和圖7的對比可以看出，常規軋制方法生產的 60鋼軌底寬F在起始階段的偏差高達I. 1mm，平均偏差也達到0. 8mm。而本例生產的60kg/ mU75V鋼軌底寬F偏差均在0. 4mm以內。下表I所示為應用本發明方法前後鋼軌軋制頭IOm的底寬數值對比。表I
權利要求
1.鋼軌斷面規格通長波動控制方法，其特徵在於包括以下步驟Ι、根據常規軋制生產獲取需軋制鋼軌在正常軋制情況下的斷面各尺寸檢測曲線，得出斷面各尺寸通長波動異常部分在鋼軌上的分布長度I和在分布長度I上斷面各尺寸波動的平均偏差；II、根據斷面各尺寸波動的平均偏差確定鋼軌斷面上的補償部位，並確定與補償部位相應的軋制部位的輥縫補償值K或軋輥串動補償值Q ；III、根據補償部位選擇軋制相應部位的軋機作為補償軋機，根據輥縫補償值K或軋輥串動補償值Q選擇η個道次作為補償道次，將輥縫補償值K或軋輥串動補償值Q分配至各補償道次，並且，越靠近成品孔道次，單個補償道次上的輥縫補償量Kn或軋輥串動補償量 Qn的絕對值越小，η為補償道次的數量，η為正整數，Kl+……+Kn = K，Ql+……+Qn = Q ；IV、根據斷面規格通長波動異常部分在鋼軌上的分布長度I確定出需補償長度L；V、在軋制鋼軌時，在鋼軌需補償長度L上，根據輥縫補償量Kn確定補償軋機上軋制部位的輥縫S = s-Kn，其中s為正常軋制時的正常輥縫；當達到需補償長度L後，所述輥縫S 回復到正常軋制時的正常輥縫s ;根據軋輥串動補償值Q確定補償輥的串動值X = x+Qn，其中X為正常軋制時的正常串動值；當達到需補償長度L後，所述補償輥的串動值X回復到正常軋制時的正常串動值X。
2.如權利要求I所述的鋼軌斷面規格通長波動控制方法，其特徵在於在步驟I中所述的斷面尺寸為底寬(F)，在步驟II中，如果底寬波動的平均偏差k滿足|k| > O. 3mm，則在底寬部位直接進行補償；如果底寬波動的平均偏差k滿足|k| ( O. 3mm，則在底寬部位或軌底厚度部位或腰厚部位進行補償，相應的輥縫補償值K採用下式確定以底寬部位為補償部位時，當k O時，輥縫補償值 K = kXb-c ；以軌底厚度部位為補償部位時，輥縫補償值K = -kXb + bl，以腰厚部位為補償部位時，輥縫補償值K = kXb + b2 ；輥縫補償值K的各計算式中，K-棍縫補償值，單位mm ；k——在分布長度I上底寬波動的平均偏差，簡稱底寬波動的平均偏差，單位mm ; b——熱收縮係數，為根據軋制鋼種的軋制經驗確定的無量綱常數，b e [1.012， I. 014]；c——底寬尺寸在後續軋制道次中的展寬量，單位mm，根據正常軋制的軋制工藝確定， 後續軋制道次指補償道次之後(不包括補償道次)至軋制完成的那些軋制道次；bl——軌底厚度部位的展寬係數，為根據軋制鋼種的軋制經驗確定的無量綱常數， bl e [O. 2,0. 3]；b2——腰厚部位的拉縮係數，為根據軋制鋼種的軋制經驗確定的無量綱常數， b2 e [O. 05，O. 10]。
3.如權利要求I所述的鋼軌斷面規格通長波動控制方法，其特徵在於在步驟I中所述的斷面尺寸為軌高(H)，在步驟II中，如果軌高波動的平均偏差y滿足|y| > O. 3mm，則在頭厚部位或軌底厚度部位直接進行補償；如果軌高波動的平均偏差I滿足I y I ( O. 3mm, 則在頭厚部位或軌底厚度部位或頭寬部位或腰厚部位進行補償，相應的輥縫補償值K採用下式確定以頭厚部位為補償部位時，棍縫補償值K = yXb ；以軌底厚度部位為補償部位時，輥縫補償值K = yXb ；以頭寬部位為補償部位時，輥縫補償值K = -yXb^b3 ；以腰厚部位為補償部位時，輥縫補償值K = yXb + b4 ；輥縫補償值K的各計算式中，K-棍縫補償值，單位mm ；I——在分 布長度I上軌高波動的平均偏差，簡稱軌高波動的平均偏差，單位mm ; b——熱收縮係數，為根據軋制鋼種的軋制經驗確定的無量綱常數，b e [1.012， I. 014]；b3——頭厚部位的展寬係數，為根據軋制鋼種的軋制經驗確定的無量綱常數， bl e [O. 2,0. 3]；b4——腰厚部位的展寬係數，為根據軋制鋼種的軋制經驗確定的無量綱常數， b4 e [O. 3,0. 35]。
4.如權利要求I所述的鋼軌斷面規格通長波動控制方法，其特徵在於在步驟I中所述的斷面尺寸為對稱f，f = F1-F2，式中，Fl為鋼軌上腿長度，F2為鋼軌下腿長度，在步驟 II中，軋輥串動補償值Q採用下式確定軋輥串動補償值Q = qXb + cl，式中，Q—軋輥串動補償值，直接影響鋼軌上腿或下腿的厚度，單位mm ； q——在分布長度I上對稱波動的平均偏差，簡稱對稱波動的平均偏差，單位mm ; b——熱收縮係數，為根據軋制鋼種的軋制經驗確定的無量綱常數，b e [1.012， I. 014]；Cl——展寬係數，為根據軋制鋼種的軋制經驗確定的無量綱常數，cl e [O. 3，O. 4]。
5.如權利要求4所述的鋼軌斷面規格通長波動控制方法，其特徵在於在步驟III中， 當軋輥串動補償值Q滿足IQl > 3. 5mm時，則將軋輥串動補償值Q分配在至少兩個補償道次上，使得單個補償道次上的軋輥串動補償量Qn滿足IQnI < 3. 5mm，當軋輥串動補償值Q 滿足IqI彡3. 5mm時，則只在一個軋制道次上完成軋輥串動的補償。
6.如權利要求1、2或3所述的鋼軌斷面規格通長波動控制方法，其特徵在於在步驟 III中，當輥縫補償值K滿足|K| > Imm時，則將輥縫補償值K分配在至少兩個補償道次上， 使得單個補償道次上的棍縫補償量Kn滿足|Kn|彡Imm ;當棍縫補償值K滿足|Κ|彡Imm 時，則只在一個軋制道次上完成輥縫的補償。
7.如權利要求I 5中任意一項權利要求所述的鋼軌斷面規格通長波動控制方法，其特徵在於在步驟IV中，需補償長度L按照下式進行確定，L = Ι + aXb，式中L——待軋制鋼軌實際需補償長度，單位m ；I——正常軋制時斷面規格通長波動異常部分在鋼軌上的分布長度，簡稱分布長度，單位m ；a——延伸係數，與鋼軌軋制過程中各道次的變形量有關，設補償道次為由開坯指向成品孔的倒數第j道次，則a = alXa2Xa3X…Xaj,式中，aj為倒數第j道次的延伸係數, 為根據軋制經驗確定的無量綱常數；b——熱收縮係數，為根據軋制鋼種的軋制經驗確定的無量綱常數，b e [1.012， I. 014]。
8.如權利要求I 5中任意一項權利要求所述的鋼軌斷面規格通長波動控制方法，其特徵在於在步驟III中，補償軋機為精軋機和/或精軋機之前的軋機。
9.如權利要求I 5中任意一項權利要求所述的鋼軌斷面規格通長波動控制方法，其特徵在於在步驟V後進行以下步驟VI、檢測成品鋼軌補償段至正常軋制段之間過渡區域底寬(F)的突變情況。
10.如權利要求I 5中任意一項權利要求所述的鋼軌斷面規格通長波動控制方法，其特徵在於所述的分布長度I和需補償長度L均從鋼軌指向軋機的端頭開始連續計算。
全文摘要
本發明公開了一種提高鋼軌底寬通長控制精度的鋼軌斷面規格通長波動控制方法，包括以下步驟根據鋼軌在正常軋制情況下的鋼軌斷面尺寸檢測曲線得出斷面各尺寸通長波動異常部分在鋼軌上的分布長度l和斷面各尺寸波動的平均偏差，確定鋼軌斷面上的補償部位，並確定與補償部位相應的軋制部位的補償值；根據軋制部位和補償值選擇補償軋機和補償道次，並確定補償道次的補償量；確定出需補償長度L，軋制時在鋼軌的需補償長度L上給予補償；當達到需補償長度L後，補償軋機上軋制部位的輥縫S回復到正常輥縫s，串動值Y正復到正常串動值y，有效控制了鋼軌的斷面規格通長波動，減少了軋制偏差，不需額外設備，主要用於鋼軌軋制控制。
文檔編號B21B37/16GK102601125SQ20121006116
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月9日 優先權日2012年3月9日
發明者楊偉, 王彥中, 甘鵬, 程鋮, 賈濟海, 趙雲, 趙德偉, 陶功明 申請人:攀鋼集團攀枝花鋼釩有限公司