钢轨断面规格通长波动控制方法

专利名称：钢轨断面规格通长波动控制方法
技术领域：
本发明涉及一种钢轨尺寸波动控制方法，尤其是一种钢轨断面规格通长波动控制方法。
背景技术：
采用万能生产线自动控制生产的钢轨，均存在断面规格通长波动的问题，即断面规格尺寸偏差幅度较大。不同规格、材质的钢轨，其断面规格波动的长度及偏差有所不同， 但共同点是指向轧机方向的一端通常在长度方向O 15米(与轨高对应)的“波动段”内存在断面规格波动幅度高于其它部位的问题，而轧制力在通长方向上又相差不大，通过轧制力来进行补偿的AGC远不能消除“波动段”内的断面规格异常波动的问题。但波动段之后，钢轨通长的断面各尺寸随着轧制状态的稳定而得到了精确的控制，断面规格波动幅度变小。断面规格波动控制是一个世界性的难题，一般采取优化孔型的办法来解决，但效果均不理想，采取加大切头段长度的办法来解决成本又太高。因此，高速重轨上线使用时均要对前述出现断面规格异常波动的“波动段”进行人工打磨，以使断面规格满足要求同时减少切头损失。一般分析认为，造成钢轨断面规格波动的原因包括钢轨的连轧张力、温度波动、进钢冲击、AGC补偿滞后、机械设备响应速度慢等，此外，钢轨的头、腰、底三部分的延伸系数不一样，按理论其连轧张力应不相同，但实际生产中只能取一个最优张力值也是造成尺寸波动的原因。此外，轧制过程中的孔型磨损导致的轧制变化也是一个影响因素。
公开日为2009年2月11日，公开号为CN101362153A的中国专利申请公开了一种轧机液压AGC系统及其控制方法，整个系统以外环闭环和内环单闭环两者相结合的内外环双闭环方式连接而成，以测厚仪作为反馈元件，将测厚仪反馈值与厚度给定值的偏差信号先输入到基于Smith预估器功能的PID控制器再输入到内环单闭环中的PID控制器；将位置传感器、压力传感器、张力传感器和测速仪反馈值的偏差信号输入到PID控制器；PID控制器将这些信号由控制模块进行处理，使用触摸屏HMI设置和显示系统各参数，操作和监控各步骤，本发明引入基于Smith预估器功能的PID控制的策略，测厚仪的反馈响应速度快，显著提高了系统的控制精度和稳定性，安装和调试简单、操作方便、运行可靠。”该专利申请必须要利用测厚仪来取得已通过轧制的板材厚度偏差来修正后续的轧制厚度，是依据测量在线轧件的参数来修正，其修正本身就具有一定的滞后性，尤其是刚开始轧制的一段板材根本没有任何数据来进行修正，因此刚开始轧制的一段板材其厚度误差就较大；其最终参数的执行是通过L2级的输入实现；并且由于该专利是专用于板材，板材的板形控制主要与压下量(辊缝)和辊形曲线两大因素有关，板厚精度决定了其补偿值很小；而钢轨断面形状复杂，除辊形因素和辊缝大小因素外，头、腰、底各部分延伸变形也有着相互影响，由此，不能直接将该方法运用到具有复杂截面的钢轨的尺寸波动控制，而要根据自然规律，去探索适合于钢轨复杂断面形状的补偿控制方法。
公开日为2006年8月23日，公开号为CN1820864A的中国专利申请公开了一种串列轧机的板厚控制方法，在串列轧机的任一个支架中，在被压延材料的前端到达下游侧的支架或卷绕装置时，对因在该支架出侧张力发生引起的该支架的压延负荷变化及出侧板厚变化进行预测，并根据这些预测值将该支架的轧辊间隙与所述出侧张力的发生时间配合地进行操作，以抵消出侧板厚的变化，能将因下一支架咬入时的出侧张力的发生及因前支架尾端脱出时的入侧张力的消失引起的板厚变化抑制成极小。该专利申请同样是适用于板材的板厚控制方法，也是依据测量在线轧件的参数来修正，其修正仍然具有一定的滞后性，补偿值也很小，最终参数的执行也是通过L2级的输入实现。注在轧制控制中，LI级是指直接对独立设备的运行进行操作控制的系统；L2级是指各设备间控制系统，主要是人工控制轧件工艺参数及物流的系统。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种提高钢轨断面规格通长控制精度的钢轨断面规格通长波动控制方法。本发明解决该技术问题的思路是，立足于一个更为宏观的角度，将同一规格产品的先后轧制过程纳入同一大系统，将在先的正常轧制结果作为反馈信号输入在后的轧制过程中进行控制。具体地是，根据在先轧制成品的实测结果，找出钢轨断面规格通长异常波动的波动段位置及其波动幅度，根据钢轨断面各部分延伸变形关系，在正常轧制控制方法下直接采用LI级输入进行针对性地调节，使得波动段内断面规格波动幅度减小，从而实现对波动段的轧制控制，达到钢轨通长的断面规格波动幅度减小、提高断面规格通长控制精度的控制目标。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是钢轨断面规格通长波动控制方法， 包括以下步骤I、根据常规轧制生产获取需轧制钢轨在正常轧制情况下的断面各尺寸检测曲线， 得出断面各尺寸通长波动异常部分在钢轨上的分布长度I和在分布长度I上断面各尺寸波动的平均偏差；II、根据断面各尺寸波动的平均偏差确定钢轨断面上的补偿部位，并确定与补偿部位相应的轧制部位的辊缝补偿值K或轧辊串动补偿值Q ；III、根据补偿部位选择轧制相应部位的轧机作为补偿轧机，根据辊缝补偿值K或轧辊串动补偿值Q选择η个道次作为补偿道次，将辊缝补偿值K或轧辊串动补偿值Q分配至各补偿道次，并且，越靠近成品孔道次，单个补偿道次上的辊缝补偿量Kn或轧辊串动补偿量Qn的绝对值越小，η为补偿道次的数量，η为正整数，Kl+……+Kn = K，Ql+……+Qn = Q ；IV、根据断面规格通长波动异常部分在钢轨上的分布长度I确定出需补偿长度L ；V、在轧制钢轨时，在钢轨需补偿长度L上，根据辊缝补偿量Kn确定补偿轧机上轧制部位的辊缝S = s-Kn，其中s为正常轧制时的正常辊缝；当达到需补偿长度L后，所述辊缝S回复到正常轧制时的正常辊缝s ;根据轧辊串动补偿值Q确定补偿辊的串动值X = x+Qn，其中X为正常轧制时的正常串动值；当达到需补偿长度L后，所述补偿辊的串动值X回复到正常轧制时的正常串动值X。更具体地，在步骤I中所述的断面尺寸为底宽，在步骤II中，如果底宽波动的平均偏差k满足I k I > O. 3mm,则在底宽部位直接进行补偿；如果底宽波动的平均偏差k满足
k I ( O. 3mm,则在底宽部位或轨底厚度部位或腰厚部位进行补偿，相应的辊缝补偿值K采用下式确定以底宽部位为补偿部位时，当k < O时，辊缝补偿值K = kXb+c,当k彡O时，辊缝补偿值K = kxb-c ；以轨底厚度部位为补偿部位时，辊缝补偿值K = -kXb + bl，以腰厚部位为补偿部位时，辊缝补偿值K = kXb^b2 ；辊缝补偿值K的各计算式中，K-棍缝补偿值，单位mm ；k——某一连续分布长度I上底宽波动的平均偏差，简称底宽波动的平均偏差，单位mm ；b——热收缩系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，b e [1.012， I. 014]；c——底宽尺寸在后续轧制道次中的展宽量，单位mm，根据正常轧制的轧制工艺确定，后续轧制道次指补偿道次之后(不包括补偿道次)至轧制完成的那些轧制道次；bl——轨底厚度部位的展宽系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，bl e [O. 2,0. 3]；b2——腰厚部位的拉缩系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数， b2 e [O. 05，O. 10]。在步骤I中所述的断面尺寸为轨高，在步骤II中，如果轨高波动的平均偏差y满足|y| > O. 3mm，则在头厚部位或轨底厚度部位直接进行补偿；如果轨高波动的平均偏差y 满足|y| < O. 3mm，则在头厚部位或轨底厚度部位或头宽部位或腰厚部位进行补偿，相应的辊缝补偿值K采用下式确定以头厚部位为补偿部位时，辊缝补偿值K = yXb ;以轨底厚度部位为补偿部位时，辊缝补偿值K = yXb ;以头宽部位为补偿部位时，辊缝补偿值K = -yXb^b3 ；以腰厚部位为补偿部位时，辊缝补偿值K = yXb^b4 ；辊缝补偿值K的各计算式中，K-棍缝补偿值，单位mm ；y——在分布长度I上轨高波动的平均偏差，简称轨高波动的平均偏差，单位mm ；b——热收缩系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，b e [1.012， I. 014]；b3——头厚部位的展宽系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数， bl e [O. 2,0. 3]；b4—腰厚部位的展宽系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数， b4 e [O. 3,0. 35]。在步骤I中所述的断面尺寸为对称f，f = F1-F2，式中，Fl为钢轨上腿长度，F2为钢轨下腿长度，在步骤II中，轧辊串动补偿值Q采用下式确定轧棍串动补偿值Q = qXb + cl,式中，Q——轧辊串动补偿值，直接影响钢轨上腿或下腿的厚度，单位mm ；q——在分布长度I上对称波动的平均偏差，简称对称波动的平均偏差，单位mm ；b——热收缩系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，b e [1.012， I. 014]；Cl——展宽系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，cl e
。进一步的，在步骤III中，当轧辊串动补偿值Q满足IQl > 3. 5mm时，则将轧辊串动补偿值Q分配在至少两个补偿道次上，使得单个补偿道次上的轧辊串动补偿量Qn满足
Qn I ( 3. 5mm,当轧辊串动补偿值Q满足I Q | < 3. 5mm时，则只在一个轧制道次上完成轧辊串动的补偿。进一步的，在步骤III中，当辊缝补偿值K满足|K| > Imm时，则将辊缝补偿值K 分配在至少两个补偿道次上，使得单个补偿道次上的辊缝补偿量Kn满足|Kn| ( Imm;当辊缝补偿值K满足|K| ( Imm时，则只在一个轧制道次上完成辊缝的补偿。更具体地，在步骤IV中，需补偿长度L按照下式进行确定，L = Ι + aXb，式中L——待轧制钢轨实际需补偿长度，单位m ；I——正常轧制时断面规格通长波动异常部分在钢轨上的分布长度，简称分布长度，单位m ；a——伸系数，与钢轨轧制过程中各道次的变形量有关，设补偿道次为由开坯指向成品孔的倒数第j道次，则a = alXa2Xa3X…Xaj,式中，aj为倒数第j道次的延伸系数，为根据轧制经验确定的无量纲常数；b——热收缩系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，b e [1.012，
1.014]。更具体地，在步骤III中，补偿轧机为精轧机和/或精轧机之前的轧机。进一步的，在步骤V后进行以下步骤VI、检测成品钢轨补偿段至正常轧制段之间过渡区域底宽的突变情况。更具体地，所述的分布长度I和需补偿长度L均从钢轨指向轧机的端头开始连续计算。本发明的有益效果是在钢轨轧制的自动控制程序中，根据在先轧制产品断面规格波动情况，确定相应的补偿部位、补偿轧机、辊缝补偿值、补偿道次和辊缝补偿值或轧辊串动补偿值，并分配各个补偿道次的辊缝补偿量或轧辊串动补偿量，根据断面规格通长波动异常部分在钢轨上的分布长度确定需补偿长度，进而在钢轨需补偿长度上对补偿轧机相应轧制部位的辊缝或轧辊串动值进行调整，对于钢轨轧制始端这段轧制应力变化较大的区域具有很好的修正作用，从而有效控制了钢轨波动段的断面规格波动，使得整个钢轨产品的断面规格通长偏差减少，提高了产品质量；在轧制后还可以监测成品断面规格是否出现突变点，从而检测钢轨产品的断面规格通长波动是否合格。




例)。
图I是本发明应用于轧制控制时的流程图。
图2是钢轨断面的示意图。
图3是实施例一 五及其对比例的轧机布置工艺图。
图4是图3中第二轧边机E2上钢轨轧制示意图。
图5是图3中万能轧机UF上钢轨轧制示意图。
图6是采用常规轧制方法生产的底宽波动曲线图(实施例一的对比例)。
图7是实施例一的底宽波动曲线图。
图8是采用常规轧制方法生产的底宽波动曲线图(实施例二的对比例)。
图9是实施例二的底宽波动曲线图。
图10是采用常规轧制方法生产的轨高波动曲线图(实施例三的对比例)。
图11是实施例三的轨高波动曲线图。
图12是采用常规轧制方法生产的轨高波动曲线图(实施例四的对比例)。
图13是实施例四的轨高波动曲线图。
图14是应用本发明及常规轧制方法生产的对称波动对比图表(实施例五及对比
图中零部件、部位及编号底宽F、钢轨上腿长度F1、钢轨下腿长度F2、头厚d、腰厚 W、轨底厚度t、轨高H ;开坯机BD1、开坯机BD2、万能轧机U1、第一轧边机E1、万能轧机U2、 第二轧边机E2、万能轧机UF ;钢轨轧件I、头部立辊2、底部立辊3、下水平辊4、上水平辊5、 轧边机下水平辊6、轧边机上水平辊7。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。声明，为叙述简要，在本说明书中，断面规格指断面各尺寸，包括底宽F、轨高H、对称f、腰厚W、头厚d、头宽B、腿厚t，“断面规格通长波动异常部分在钢轨上的分布长度I”与 “分布长度I”具有同一含义，“在分布长度I上底宽波动的平均偏差k”与“底宽波动的平均偏差k”具有同一含义。道次指轧制道次，倒数第I个道次为成品孔道次。如图I 图14所示，本发明的钢轨断面规格通长波动控制方法包括以下步骤I、根据常规轧制生产获取需轧制钢轨在正常轧制情况下的断面各尺寸检测曲线， 得出断面各尺寸通长波动异常部分在钢轨上的分布长度I和在分布长度I上断面各尺寸波动的平均偏差。II、根据断面规格通长波动的平均偏差k确定钢轨断面上的补偿部位，并确定与补偿部位相应的轧制部位的辊缝补偿值K或轧辊串动补偿值Q ;普通的板材在轧制时仅一台轧机即可，其仅有两个面受到轧制，仅在厚度方向进行约束，在调节板材时仅需控制上下轧辊的缝隙即可，不存在选择补偿部位，与普通的板材不同，如图I所示，钢轨轧件I具有较为复杂的断面，为了成型复杂的断面必须要使用多台轧机组成生产线以依次轧制钢轨轧件 I的各个部位，从图3 图5可以看出，钢轨轧件I是经由多台轧机、多个轧制道次连续轧制成型，在同一轧机上也同时受到多个轧辊的作用，例如图4所示的轧边机上水平辊7和轧边机下水平辊6，以及图5所示的头部立辊2、底部立辊3、下水平辊4和上水平辊5，并且根据金属变形的规律，对某一部尺寸的改变必然影响到其它部位，因此钢轨轧制成型控制时要顾及断面各个部位之间的相互影响，这使得钢轨轧制控制变得更加复杂，但与此对立统一的是，也可以利用这种相互影响来达到控制的目标，即能够选择补偿部位。例如，对于底宽尺寸调控来说，所选择的补偿部位并不一定是直接影响底宽F的底宽部位，此时相应调节的是轧边机上上、下水平辊之间的辊缝；也可能是对底宽F产生间接影响的轨底厚度部位， 此时调节万能轧机上底部立辊的辊缝；或腰厚部位，此时调节万能轧机上上、下水平辊之间的辊缝；对于轨高尺寸调控来说，所选择的补偿部位并不一定是直接影响轨高H的头厚部位或轨底厚度部位，此时相应调节的是万能轧机头部立辊或底部立辊的辊缝；也可能是对轨高H产生间接影响的头宽部位或腰厚部位，此时相应调节的是轧边机或成品轧机的上、 下水平辊之间的辊缝或万能轧机的上、下水平辊之间的辊缝；对于对称调控来说，只能以万能轧机的可串动辊为补偿辊，轧辊串动补偿值Q可根据对称波动的平均偏差q得出；这与仅通过控制工作辊辊缝就能补偿的板材就有较大的区别。此外，辊缝补偿值K可根据相应尺寸波动的平均偏差利用经验公式推算得出，也可根据实际生产中的规律得出，根据不同生产条件，可以通过有限试验得到最佳的辊缝补偿值K或轧辊串动补偿值Q。III、根据补偿部位选择轧制相应部位的轧机作为补偿轧机，根据辊缝补偿值K或轧辊串动补偿值Q选择η个道次作为补偿道次，将辊缝补偿值K或轧辊串动补偿值Q分配至各补偿道次，并且，越靠近成品孔道次，单个补偿道次上的辊缝补偿量Kn或轧辊串动补偿量Qn的绝对值越小，η为补偿道次的数量，η为正整数，Kl+……+Kn = K，Ql+……+Qn = Q0需要说明的是Κ及Kn的正负应根据常规轧制工艺模型中确定的方向和辊缝补偿公式来确定，对此，本领域技术人员能够根据叠加的辊缝补偿量应使得相应辊缝变宽还是变窄来进行判断。Q及Qn的正负应根据常规轧制工艺模型中确定的方向和轧辊串动补偿公式来确定，对此，本领域技术人员能够根据叠加的轧辊串动补偿量应使得相应腿厚变大还是变小来进行判断。设万能轧机的下水平辊为可串动辊，常规轧制工艺模型中的正常串动值X是以向腿侧串动为正，轧辊串动补偿公式是补偿辊的串动值X = x+Qn，其中X为正常轧制时的正常串动值，若q > 0，说明通常上腿长度Fl >下腿长度F2，要减小对称偏差需要减小下腿的腿厚，以增加下腿长度F2，则下腿应叠加向腿侧的串动以完成串动补偿，则Q及 Qn应为正，反之，若q < 0，说明通常上腿长度Fl <下腿长度F2，要减小对称偏差需要增加下腿的腿厚，以减小下腿长度F2，则下腿应叠加向头侧的串动完成串动补偿，则Q及Qn应为负。IV、根据断面规格通长波动在钢轨上的分布长度I确定出需补偿长度L，根据轧制的客观规律，需补偿长度L与分布长度I存在一定的对应关系，需补偿长度L可根据分布长度I利用经验公式推算得出，也可根据实际生产中的规律得出。V、在轧制钢轨时，在钢轨需补偿长度L上，根据辊缝补偿量Kn确定补偿轧机上轧制部位的辊缝S = s-Kn，其中s为正常轧制时的正常辊缝；当达到需补偿长度L后，补偿轧机上轧制部位的辊缝S回复到正常轧制时的正常辊缝s ;根据轧辊串动补偿值Q确定补偿辊的串动值X = x+Qn，其中X为正常轧制时的正常串动值；当达到需补偿长度L后，所述补偿辊的串动值X回复到正常轧制时的正常串动值X。本发明与单个尺寸调节的控制方法的不同在于，必须在全面考虑断面各尺寸与标准尺寸之间的偏差，以及单个尺寸补偿对其余相关联尺寸的影响后，综合决定单个尺寸的补偿方式和补偿值。决定补偿值时应注意以下原则第一，如果是对某单个尺寸是进行直接补偿，则对其它尺寸的影响可以忽略不计；第二，如果对某单个尺寸是进行间接补偿，则在确定补偿值时需预先分析其余与之有关联的尺寸与标准值的差值，选取最合理的一个或几个部位进行补偿，从而既保证该单个尺寸的尺寸精度，又提高相关联的其余各单个尺寸的尺寸精度，具体来说，与底宽有关联的尺寸有“腰厚、腿厚、对称”，与轨高有关联的尺寸有 “腰厚、腿厚、头厚”，与对称有关联的尺寸有“腿厚、底宽”，如果间接补偿会导致相关联的尺寸的精度降低，则采用直接补偿，所述的直接补偿是指直接调控精确控制某尺寸的相应轧制部位的补偿方式，除此之外的补偿方式为间接补偿，当一个部位达不到要求的补偿量时， 选择两个以上的部位进行补偿；第三，确定的主要保证底宽尺寸或者说与标准相差最大的尺寸是首先要保证的，如果其它尺寸不能达最优，则只须保证在标准范围内即可。正常轧制一般是采用轧制力自动控制系统AGC，利用AGC可以检测已经轧制的前端钢轨的轧制力，利用检测出的偏差数据修正辊缝从而减少偏差，由于AGC实际上是通过前端的偏差来修正后端的钢轨，因此其修正是有滞后性，因此，对于刚开始轧制的一段钢轨或者轧制应力变化较大的一段钢轨，其修正就无法实行，但由于在常规轧制控制中突变段只有长度为I的一段钢轨，因此辊缝补偿仅用于波动段的轧制控制，在轧制完需补偿长度L 后，就可回复到正常的AGC控制。钢轨的生产是由生产线上的各个轧机连续轧制而成，确定需补偿的部位后即可确定轧制相应部位的轧机作为可选的补偿轧机，进而利用辊缝补偿值 K及辊缝补偿量Kn修正最终确定的补偿轧机的辊缝。本发明的方法是配合现有的常规轧制控制方法来使用的，是利用已知的数据经过换算来补偿处于补偿道次时轧机的辊缝，并且仅在需补偿长度L上补偿，目的在于修正常规轧制控制的盲区和轧制力突变区，从而控制钢轨的断面规格通长波动在平稳的范围内， 使得整条钢轨在长度方向上均具有较小的底宽偏差，提高产品的质量。试验证明，采用本发明的方法能够很好地控制钢轨断面规格通长波动，解决了人们长期以来一直想解决而又未能解决的问题，而且还无需采用额外的设备。根据生产线的不同和轧制品种的不同，辊缝补偿值K与断面各尺寸波动的平均偏差的对应关系可能有所不同，但一般应考虑截面延伸变形规律及轧后热收缩对轧制的影响，在确定需补偿长度L时也同样要考虑这些影响。根据长期的生产实践，发明人给出以下推荐的补偿部位确定方法和辊缝补偿值K 估算公式。如图2、图4及图5所示，若在步骤I中所述的断面尺寸为底宽F，在步骤II中，考虑钢轨轧件I头部、腰部、底部等变形的相互影响关系，确定底宽波动补偿是在钢轨轧件I 的底宽部位进行还是在其它部位进行，如果底宽波动的平均偏差k满足Ikl > O. 3mm，则在底宽部位直接进行补偿；如果底宽波动的平均偏差k满足|k| ( O. 3mm,则在底宽部位或轨底厚度部位或腰厚部位进行补偿，相应的辊缝补偿值K采用下式确定以底宽部位为补偿部位时，当k < O时，辊缝补偿值K = kXb+c,当k彡O时，辊缝补偿值K = kxb-c ；以轨底厚度部位为补偿部位时，辊缝补偿值K = -kXb + bl，以腰厚部位为补偿部位时，辊缝补偿值K = kXb^b2 ；辊缝补偿值K的各计算式中，
K——棍缝补烂值，单位mm ；
k—-在分布长度I上底宽波动的平均偏差，根据底宽检测曲线得到，单位mm ；
b-热收缩系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，b e [1.012，I. 014]；
C-底宽尺寸在后续轧制道次中的展宽量，单位mm，根据正常轧制的轧制工艺确定，后续轧制道次指补偿道次之后(不包括补偿道次)至轧制完成的那些轧制道次；
bl一轨底厚度部位的展宽系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，bl e[O. 2,0. 3]；
b2—一腰厚部位的拉缩系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，b2 e [O.05,0.10] ο
在底宽F波动量较大时，宜通过控制底宽部位来直接调节底宽F。以底宽部位为补
偿部位时，当k < O时,棍缝补偿值K = kXb+c,当k彡O时,棍缝补偿值K = kXb-C0在钢轨生产中，如果底宽F与标准底宽相比偏小，即k < O时，需要抬辊以加大辊缝，辊缝补偿值K = kXb+c应满足K < 0，分配时也应保证Kn < 0，辊缝S = s-Kn，即补偿时的辊缝大于正常辊缝；反之，如果底宽F与标准底宽相比偏大，即k > O时，需要压辊以减小辊缝，辊缝补偿值K = kXb-c应满足K > 0，分配时也应保证Kn > 0，辊缝S = s-Kn,即补偿时的辊缝小于正常辊缝。此外，在底宽F波动量较小时，可以通过控制轨底厚度来间接控制底宽F，也可以选择通过控制其它部位来间接控制底宽F。例如，在钢轨生产中，如果钢轨轨底厚度t与标准轨底厚度相比偏厚，则可通过减薄轨底厚度t增加底宽F，其变化量的关系按经验公式推算AF = -blX Λ t，其中减号表示底宽F的变化量AF与轨底厚度t的变化量At成反比，bl——轨底厚度部位的展宽系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，bl e
，变化量 Δ t通过调整万能轧机底部立辊3即可实现，此时控制轨底厚度t的轧机的辊缝补偿值K =-kX (I. 012 I. 014) + (O. 2 O. 3)。又如，在钢轨生产中，如果钢轨腰厚W与标准腰厚相比偏厚时，则可通过减薄腰厚 W来减小底宽F，其变化量的关系按经验公式推算AF = b2X八胃，其中无减号“-”，表示底宽F的变化量Λ F与腰厚W的变化量AW成正比，b2——腰厚部位的拉缩系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，b2 e [O. 05,0. 10]，变化量AW通过调整万能轧机上水平辊5垂直压下即可实现，此时控制腰厚W的轧机的辊缝补偿值K = kX (I. 012
I.014) + (O. 05 O. 10)。上述方法间接地调整了底宽F，这种调整方式的好处在于不仅可以调整底宽F，还可以调节轨底厚度t或者腰厚W，同时保证钢轨多个尺寸的精确性，从而生产出质量更好的钢轨。如图2、图4及图5所示，若在步骤I中所述的断面尺寸为轨高H，在步骤II中，考虑钢轨轧件I头部、腰部、底部等变形的相互影响关系，确定轨高波动补偿是在钢轨轧件I 的头厚部位、轨底厚度部位进行或是在其它部位进行，如果轨高波动的平均偏差I满足Iy > O. 3mm，则在头厚部位或轨底厚度部位直接进行补偿；如果轨高波动的平均偏差y满足
Y ( O. 3mm，则在头厚部位、轨底厚度部位或头宽部位或腰厚部位进行补偿，相应的辊缝补偿值K采用下式确定以头厚部位为补偿部位吋，辊缝补偿值K = yXb ；以轨底厚度部位为补偿部位吋，辊缝补偿值K = yXb，以头宽部位为补偿部位吋，辊缝补偿值K = _yXb + b3 ；以腰厚部位为补偿部位吋，辊缝补偿值K = yXb^b4 ；辊缝补偿值K的各计算式中，K-棍缝补偿值，单位mm ；y——在分布长度I上轨高波动的平均偏差，根据轨高H的检测曲线得到，单位 mm ；b——热收缩系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，b G [1.012， I. 014]；b3——头宽部位的展宽系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数， bl G
；b4—腰厚部位的展宽系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数， b4 G
。在轨高H波动量较大时，宜通过控制头厚部位或轨底厚度部位来直接调节轨高H。 钢轨断面尺寸检测标准中，对钢轨的轨底厚度有要求，而对头厚无要求，因此，如果轨底厚度是在标准范围内的，通常选择对头厚进行补偿，使轨高发生改变。以头厚部位为补偿部位吋，辊缝补偿值K = yXb，此时选择的补偿轧机一般为终轧机之前精确控制头厚尺寸的轧机；如果轨底厚度没有在标准范围内，且轨底厚度与轨高同时小于或大于标准尺寸，则可以轨底厚度部位为补偿部位，辊缝补偿值K = yXb，此时选择的补偿轧机一般为终轧机之前精确控制头厚尺寸的轧机。在轨高H波动量较小时，除了可以控制头厚部位或轨底厚度部位来直接调节轨高 H以外，也可以通过控制头宽B或腰厚W来间接控制轨高H。例如，在钢轨生产中，如果轨高H与标准相比偏小且钢轨底宽F与标准底宽相比偏大，则可通过减小头宽B增加头厚d，以增加轨高H，此时选择的补偿轧机一般为终轧机前直接控制底宽尺寸的轧机，其变化量的关系按经验公式推算= AH= Ad = - (0. 20 0. 30) A B，其中减号“-”表示头厚d的变化量Ad与头宽B的变化量AB成反比，b3——头宽部位的展宽系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，b3 G
，变化量AB 通过调整轧边机上、下水平辊或成品孔轧机的上、下水平辊即可实现，此时控制头宽B的轧机的辊缝补偿值 K = yXb + b3 = yX (I. 012 I. 014) + (0. 2 0. 3)。又如，在钢轨生产中，如果钢轨腰厚W与标准腰厚相比偏厚时，则可通过减薄腰厚 W来减小轨高H，其变化量的关系按经验公式推算AH = b4X AW，轨高H的变化量AH与腰厚W的变化量A W成正比，b4——腰厚部位的展宽系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，b4 G
，变化量A W通过调整万能轧机上水平辊5垂直压下即可实现，此时控制腰厚W的轧机的辊缝补偿值K = AWXb + b4，yX (I. 012 I. 014) + (0. 3
0.35)。如图2、图4及图5所示，若在步骤I中所述的断面尺寸为对称f，在步骤II中，轧辊串动补偿值Q采用下式确定
轧棍串动补偿值Q = qXb + cl,式中，Q—轧辊串动补偿值，直接影响钢轨上腿或下腿的厚度，単位mm ；q——在分布长度I上对称波动的平均偏差，简称对称波动的平均偏差，单位mm ；b——热收缩系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，b G [1.012， I. 014]；Cl——展宽系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，Cl G
。对称f的调整与其余的尺寸如底宽F或腰厚W的调整不同，其只能依靠调节上腿或下腿的腿厚进行间接调整，因此，其补偿部位是确定的，只是根据调整量的大小确定是在一个轧制道次上调整还是在至少两个轧制道次上调整。根据实践经验，同一轧制道次当其辊缝补偿量大于Imm时，会出现补偿精度大于
0.Imm的情況，同时轧机的液压系统会因快速变化而出现轧机压下系统轻微抖动现象，补偿后的规格尺寸容易出现明显的突变点。为进一歩改善补偿效果，当辊缝补偿值K满足|k| > Imm吋，则将辊缝补偿值K分配在至少两个补偿道次上，使得单个补偿道次上的辊缝补偿量Kn满足I Kn I彡1mm，式中，n为补偿道次的数量，n为正整数，Kl+……+Kn = K，以此逐渐地补偿钢轨轧件的断面规格通长波动，并且越靠近成品孔道次，其单个补偿道次上被分配的辊缝补偿量Kn的绝对值越小，这就使得钢轨轧件受到的补偿是逐渐減少的，其受到的轧制カ也逐步变化到平稳状态，因此最后的成品钢轨的精度就更高，质量更好；当辊缝补偿值K满足|K|彡Imm时，其补偿值较小，则只在一个轧制道次上完成辊缝的补偿，即n = 1， K = K1，减少需调整的轧机数量。显然地，K1、K2、……、Kn—般应同正或同负。同理，同一轧制道次上当其轧辊串动补偿量大于3. 5mm吋，会出现补偿精度大于
0.Imm的情況，同时轧机的液压系统会因快速变化而出现轧机压下系统轻微抖动现象，补偿后的规格尺寸容易出现明显的突变点。为进一歩改善补偿效果，当轧辊串动补偿值Q满足
Ql > 3. 5mm吋，则将轧辊串动补偿值Q分配在至少两个轧制道次上，使得单个补偿道次上的轧辊串动补偿量Qn满足|Qn|彡3. 5mm，式中，n为补偿轧机的数量，n为正整数，Ql+…… +Qn = Q，以此逐渐地补偿钢轨轧件I的对称通长波动，并且越靠近成品孔道次的补偿道次， 其被分配的轧辊串动补偿量Qn的绝对值IQnI越小，这就使得钢轨轧件受到的补偿是逐渐減少的，其受到的轧制カ也逐步变化到平稳状态，因此最后的成品钢轨的精度就更高，质量更好；当轧辊串动补偿值Q满足IQl彡3. 5_时，其补偿值较小，则只在一个轧制道次上完成轧辊串动的补偿，即n = 1，Q = Q1，减少需调整的轧机数量。显然地，QU Q2、……、Qn 一般应同正或同负。根据申请人长期的生产实践，发明人给出以下推荐的需补偿长度估算公式，在步骤IV中，需补偿长度L按照下式进行确定，L = 1 + aXb,式中L——待轧制钢轨实际需补偿长度，单位m ；I——正常轧制时断面规格通长波动异常部分在钢轨上的分布长度，简称分布长度，单位m ；a——延伸系数，与钢轨轧制过程中各道次的变形量有夫，设补偿道次为由开坯指向成品孔的倒数第j道次，则a = al Xa2Xa3X…Xaj，式中，aj为倒数第j道次的延伸系数，为根据轧制经验确定的无量纲常数；
b——热收缩系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，b G [1.012， I. 014]。依据上式计算出的需补偿长度L还可以进ー步根据经验数据进行修正，以达到最佳。为提高补偿精度，步骤III中的补偿轧机宜选择为精轧机和/或精轧机之前的轧机。为了检测控制效果，在步骤V后进行以下步骤VI、检测成品钢轨补偿段至正常轧制段之间过渡区域断面规格的突变情况。利用对成品钢轨的检测来考察过渡区域是否存在规格突变点，实时掌握产品质量，以便还可以进一歩根据检测数据对控制进行修正，提高产品的质量。如前所述，波动剧烈的位置通常是钢轨轧件的开始段，因为此时常规轧制控制系统还不能起到很好的调节作用，轧制カ突变以及AGC的控制盲区均位于钢轨开始轧制的部位，即分布长度I通常只有连续的一段。因此，为简化控制，所述的分布长度I和需补偿长度L均从钢轨指向轧机的端头开始连续计算，在进行偏差补偿时，也可仅考虑这一部位，其它部位的偏差可通过常规轧制控制模式来修正，其补偿控制流程可參见图I所示。从理论来说，本发明的控制方法起作用只与轧机的液压响应速度有夫，但实际上， 如果断面规格通长波动异常部分在钢轨上的分布长度I本身很短，则应用本发明方法的效果并不明显，为此，推荐在步骤IV中，需补偿长度L ^ 2m。此外，优选的常规轧制控制方法是对轧件各部位轧制カ进行AGC控制。实施例一如图3、图4、图5和图6、图7所示，以轧制60kg/mU75V钢轨为例，其标准底宽F为 150mm，轧机布置エ艺图參见图3，60kg/mU75V钢轨采用七机架生产钢轨，开坯机组为两个机架，分别为开坯机BD1、开坯机BD2，万能机组为五机架，三架万能，分别为万能轧机U1、万能轧机U2和万能轧机UF，ニ架轧边，分别为第一轧边机E1、第二轧边机E2，按图3エ艺布置的轧机轧制钢轨时，万能轧机UF、第二轧边机E2、万能轧机U2各轧制I道次，而第一轧边机 El轧2道次、万能轧机Ul轧3道次，其常规轧制模型中，辊缝变化量是以辊缝变宽为正，倒数第二架轧机即第二轧边机E2为最后一架精确控制底宽F的轧机，用以下步骤进行断面规格通长波动控制。I、根据正常轧制的情况，分析60kg/mU75V在正常轧制情况下的断面各尺寸检测曲线，该曲线如图6所示，根据曲线得出断面规格通长波动主要体现为底宽F的波动，其波动异常部分在钢轨上的分布长度I = 9. 5m，底宽波动的平均偏差k = -0. 8mm,即比150mm 的标准值小0. 8mm。II、断面规格通长波动偏差|k| =0. 8mm >0. 3mm，确定直接在底宽部位进行补偿， 因此至少要选择直接控制底宽的精轧机即第二轧边机E2作为补偿轧机，根据正常轧制エ 艺，万能轧机UF上成品孔道次中底宽部位的展宽量c = 0. lmm，k = -0. 8mm < 0，则底宽部位的辊缝补偿值 K = kXb+c = -0. 8X I. 013+0. I ^ -0. 71mm，且 |K| く 1mm。III、根据轧机机架的布置形式，第二轧边机E2后为精轧机UF，由于辊缝补偿值K 满足|K| < lmm，宜n = 1，K = K1，即只在一个轧制道次上完成辊缝的补偿，精确确定底宽 F的最后ー架轧机为第二轧边机E2，为提高补偿精度，选择第二轧边机E2作为补偿轧机，确定补偿道次为倒数第2道次，j = 2。IV、考虑万能轧机UF上成品孔延伸系数al = I. 15，第二轧边机E2道次的延伸系数 a2 = I. 016，延伸系数 a = alXa2，a = I. 15X1. 016 = I. 17，60kg/mU75V 的热收缩系数 b = I. 013，可得出需补偿长度 L = 1 + aXb = 9. 5 + 1. 17X1. 013 ^ 8. 22 (m)。V、在基础自动化上进行程序优化，根据其正常轧制エ艺，第二轧边机E2上底宽部位正常轧制时的正常辊缝s = 10. 41mm，在需补偿长度L = 8. 22m上根据辊缝补偿量Kl =-0. 71mm 确定第二轧边机 E2 上的相应棍缝 S = s_Kl = 10. 41-(-0. 71) = 11. 12 (mm)，即将第二轧边机E2上的轧边机上水平辊7或轧边机下水平辊6抬高0. 71mm即可，当达到需补偿长度L后，辊缝回复到正常辊缝，即当第二轧边机E2轧件轧出长度为8. 22m时，其底宽部位的辊缝由初始的11. 12mm变为正常的10. 41mm。VI、根据液压响应速度监测成品底宽F是否出现突变点。从第二轧边机E2液压的响应速度看，响应时间为250毫秒，轧制速度为2. 4m/s，则对应轧件长度为600_，经检测发现不存在任何突变点。利用常规轧制方法生产的60kg/mU75V钢轨底宽F波动曲线图參见图6，本例生产出的钢轨底宽F波动曲线图參见图7，从图6和图7的对比可以看出，常规轧制方法生产的 60钢轨底宽F在起始阶段的偏差高达I. 1mm，平均偏差也达到0. 8mm。而本例生产的60kg/ mU75V钢轨底宽F偏差均在0. 4mm以内。下表I所示为应用本发明方法前后钢轨轧制头IOm的底宽数值对比。表I
权利要求
1.钢轨断面规格通长波动控制方法，其特征在于包括以下步骤Ι、根据常规轧制生产获取需轧制钢轨在正常轧制情况下的断面各尺寸检测曲线，得出断面各尺寸通长波动异常部分在钢轨上的分布长度I和在分布长度I上断面各尺寸波动的平均偏差；II、根据断面各尺寸波动的平均偏差确定钢轨断面上的补偿部位，并确定与补偿部位相应的轧制部位的辊缝补偿值K或轧辊串动补偿值Q ；III、根据补偿部位选择轧制相应部位的轧机作为补偿轧机，根据辊缝补偿值K或轧辊串动补偿值Q选择η个道次作为补偿道次，将辊缝补偿值K或轧辊串动补偿值Q分配至各补偿道次，并且，越靠近成品孔道次，单个补偿道次上的辊缝补偿量Kn或轧辊串动补偿量 Qn的绝对值越小，η为补偿道次的数量，η为正整数，Kl+……+Kn = K，Ql+……+Qn = Q ；IV、根据断面规格通长波动异常部分在钢轨上的分布长度I确定出需补偿长度L；V、在轧制钢轨时，在钢轨需补偿长度L上，根据辊缝补偿量Kn确定补偿轧机上轧制部位的辊缝S = s-Kn，其中s为正常轧制时的正常辊缝；当达到需补偿长度L后，所述辊缝S 回复到正常轧制时的正常辊缝s ;根据轧辊串动补偿值Q确定补偿辊的串动值X = x+Qn，其中X为正常轧制时的正常串动值；当达到需补偿长度L后，所述补偿辊的串动值X回复到正常轧制时的正常串动值X。
2.如权利要求I所述的钢轨断面规格通长波动控制方法，其特征在于在步骤I中所述的断面尺寸为底宽(F)，在步骤II中，如果底宽波动的平均偏差k满足|k| > O. 3mm，则在底宽部位直接进行补偿；如果底宽波动的平均偏差k满足|k| ( O. 3mm，则在底宽部位或轨底厚度部位或腰厚部位进行补偿，相应的辊缝补偿值K采用下式确定以底宽部位为补偿部位时，当k < O时，辊缝补偿值K = kXb+c,当k > O时，辊缝补偿值 K = kXb-c ；以轨底厚度部位为补偿部位时，辊缝补偿值K = -kXb + bl，以腰厚部位为补偿部位时，辊缝补偿值K = kXb + b2 ；辊缝补偿值K的各计算式中，K-棍缝补偿值，单位mm ；k——在分布长度I上底宽波动的平均偏差，简称底宽波动的平均偏差，单位mm ; b——热收缩系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，b e [1.012， I. 014]；c——底宽尺寸在后续轧制道次中的展宽量，单位mm，根据正常轧制的轧制工艺确定， 后续轧制道次指补偿道次之后(不包括补偿道次)至轧制完成的那些轧制道次；bl——轨底厚度部位的展宽系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数， bl e [O. 2,0. 3]；b2——腰厚部位的拉缩系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数， b2 e [O. 05，O. 10]。
3.如权利要求I所述的钢轨断面规格通长波动控制方法，其特征在于在步骤I中所述的断面尺寸为轨高(H)，在步骤II中，如果轨高波动的平均偏差y满足|y| > O. 3mm，则在头厚部位或轨底厚度部位直接进行补偿；如果轨高波动的平均偏差I满足I y I ( O. 3mm, 则在头厚部位或轨底厚度部位或头宽部位或腰厚部位进行补偿，相应的辊缝补偿值K采用下式确定以头厚部位为补偿部位时，棍缝补偿值K = yXb ；以轨底厚度部位为补偿部位时，辊缝补偿值K = yXb ；以头宽部位为补偿部位时，辊缝补偿值K = -yXb^b3 ；以腰厚部位为补偿部位时，辊缝补偿值K = yXb + b4 ；辊缝补偿值K的各计算式中，K-棍缝补偿值，单位mm ；I——在分 布长度I上轨高波动的平均偏差，简称轨高波动的平均偏差，单位mm ; b——热收缩系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，b e [1.012， I. 014]；b3——头厚部位的展宽系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数， bl e [O. 2,0. 3]；b4——腰厚部位的展宽系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数， b4 e [O. 3,0. 35]。
4.如权利要求I所述的钢轨断面规格通长波动控制方法，其特征在于在步骤I中所述的断面尺寸为对称f，f = F1-F2，式中，Fl为钢轨上腿长度，F2为钢轨下腿长度，在步骤 II中，轧辊串动补偿值Q采用下式确定轧辊串动补偿值Q = qXb + cl，式中，Q—轧辊串动补偿值，直接影响钢轨上腿或下腿的厚度，单位mm ； q——在分布长度I上对称波动的平均偏差，简称对称波动的平均偏差，单位mm ; b——热收缩系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，b e [1.012， I. 014]；Cl——展宽系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，cl e [O. 3，O. 4]。
5.如权利要求4所述的钢轨断面规格通长波动控制方法，其特征在于在步骤III中， 当轧辊串动补偿值Q满足IQl > 3. 5mm时，则将轧辊串动补偿值Q分配在至少两个补偿道次上，使得单个补偿道次上的轧辊串动补偿量Qn满足IQnI < 3. 5mm，当轧辊串动补偿值Q 满足IqI彡3. 5mm时，则只在一个轧制道次上完成轧辊串动的补偿。
6.如权利要求1、2或3所述的钢轨断面规格通长波动控制方法，其特征在于在步骤 III中，当辊缝补偿值K满足|K| > Imm时，则将辊缝补偿值K分配在至少两个补偿道次上， 使得单个补偿道次上的棍缝补偿量Kn满足|Kn|彡Imm ;当棍缝补偿值K满足|Κ|彡Imm 时，则只在一个轧制道次上完成辊缝的补偿。
7.如权利要求I 5中任意一项权利要求所述的钢轨断面规格通长波动控制方法，其特征在于在步骤IV中，需补偿长度L按照下式进行确定，L = Ι + aXb，式中L——待轧制钢轨实际需补偿长度，单位m ；I——正常轧制时断面规格通长波动异常部分在钢轨上的分布长度，简称分布长度，单位m ；a——延伸系数，与钢轨轧制过程中各道次的变形量有关，设补偿道次为由开坯指向成品孔的倒数第j道次，则a = alXa2Xa3X…Xaj,式中，aj为倒数第j道次的延伸系数, 为根据轧制经验确定的无量纲常数；b——热收缩系数，为根据轧制钢种的轧制经验确定的无量纲常数，b e [1.012， I. 014]。
8.如权利要求I 5中任意一项权利要求所述的钢轨断面规格通长波动控制方法，其特征在于在步骤III中，补偿轧机为精轧机和/或精轧机之前的轧机。
9.如权利要求I 5中任意一项权利要求所述的钢轨断面规格通长波动控制方法，其特征在于在步骤V后进行以下步骤VI、检测成品钢轨补偿段至正常轧制段之间过渡区域底宽(F)的突变情况。
10.如权利要求I 5中任意一项权利要求所述的钢轨断面规格通长波动控制方法，其特征在于所述的分布长度I和需补偿长度L均从钢轨指向轧机的端头开始连续计算。
全文摘要
本发明公开了一种提高钢轨底宽通长控制精度的钢轨断面规格通长波动控制方法，包括以下步骤根据钢轨在正常轧制情况下的钢轨断面尺寸检测曲线得出断面各尺寸通长波动异常部分在钢轨上的分布长度l和断面各尺寸波动的平均偏差，确定钢轨断面上的补偿部位，并确定与补偿部位相应的轧制部位的补偿值；根据轧制部位和补偿值选择补偿轧机和补偿道次，并确定补偿道次的补偿量；确定出需补偿长度L，轧制时在钢轨的需补偿长度L上给予补偿；当达到需补偿长度L后，补偿轧机上轧制部位的辊缝S回复到正常辊缝s，串动值Y正复到正常串动值y，有效控制了钢轨的断面规格通长波动，减少了轧制偏差，不需额外设备，主要用于钢轨轧制控制。
文档编号B21B37/16GK102601125SQ20121006116
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月9日 优先权日2012年3月9日
发明者杨伟, 王彦中, 甘鹏, 程铖, 贾济海, 赵云, 赵德伟, 陶功明 申请人:攀钢集团攀枝花钢钒有限公司