电工钢是一种高效节能、含碳量极低的硅铁软磁合金,是支撑国家机电产业与能源发展战略最主要的板带功能材料和国防、军工的核心原材料。电工钢自由规程轧制过程具有高效率和低成本的显著优势,但是却面临着极大的挑战:一方面表现为电工钢自由规程轧制大量同宽薄板连续轧制的完整服役期内轧辊严重、不均匀磨损和辊件不均匀变形的极端服役条件;另一方面表现为由于电工钢使用方法的特殊性提出的更高精度板形质量要求。板形控制已成为电工钢实现自由规程轧制的瓶颈问题。目前国内外众多学者对新一代高技术轧机、板形控制模型、自由规程轧制新技术等方面做了很多基础研究和应用成果,但是没有从根本上解决电工钢自由规程轧制极端制造条件与高精度板形控制之间的矛盾,导致国外研制发明的各种复杂组合的控制方法或装置应用越来越广泛。本文采用理论研究、数值模拟、大型工业轧机的现场跟踪测试、轧制试验和验证应用相结合的方法,对新一代热连轧机电工钢自由规程轧制的板形控制进行研究,主要工作及成果体现为以下几个方面:(1)电工钢自由规程轧制板形控制特性研究。建立了考虑电工钢本构关系模型、工作辊磨损模型及工作辊热辊形的电工钢轧制过程辊件一体化有限元仿真模型。分析了电工钢自由规程轧制轧制过程的不均匀变形凸度控制特性、完整服役周期内的不均匀磨损控制特性及多种控制手段板形控制特性。(2)全宽度电工钢自由规程轧制的ASR(Asymmetry Self-compensating Rolling)轧机机型与板形控制的研究。设计了适应全宽度电工钢自由规程轧制的兼顾带钢不均匀变形边降、凸度控制和不均匀磨损控制的ASR工作辊辊形及其窜辊策略;提出了适合全宽度ASR辊形的弯辊力数学模型。大型工业试验及应用表明,通过ASR及其窜辊、弯辊力数学模型的使用,突破了全宽度电工钢自由规程轧制的工作辊严重不均匀磨损控制和辊件高精度不均匀变形控制的难题。(3)考虑轧制润滑工艺的ASR轧机板形控制研究。采用遗传算法建立了考虑轧制润滑工艺条件下的工作辊磨损模型,综合分析了轧制润滑工艺对ASR窜辊策略的影响机理,提出了轧制润滑工艺条件下的ASR板形控制策略,并且设计了考虑轧制润滑工艺的ASR工作辊。研究结果表明,本项研究成果不仅保证了电工钢产品质量精度,而且拓展了电工钢热轧极端服役条件。(4)电工钢自由规程轧制多种手段集成板形控制研究。基于上述研究,本文制定了多种板形控制手段集成控制的集成方案及评价路线,研究了轧制工艺润滑、ASR工作辊、VCR(Varing Contact Backup Roll)支持辊辊形、液压窜辊及弯辊系统对电工钢自由规程轧制板形控制的集成强化效果。本项研究为电工钢自由规程轧制多种板形控制方法及装备的合理集成方式提供了理论和方法支持。电工钢自由规程轧制的ASR工作辊、ASR工作辊液压窜辊功能与窜辊策略和弯辊力数学模型等研究成果,已在大型工业轧机生产线试验验证与稳定规模应用,取得轧制单位明显扩大条件下,电工钢板形实物质量显著提高、轧辊不均匀磨损明显改善的生产实绩。