CN100430494C - 带钢连续退火过程中的非接触式板形检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种及时、准确地获取带钢板形定量数据的板形检测方法，而且实现方式简单可行，该方法包含下列步骤：(1)测量带钢在垂直于其传送方向的横截面上的垂直高度分布，所述横截面位于退火炉入口前的两个支承位置之间；(2)计算带钢若干平行于其传送方向的纵向区域在所述支承位置之间的长度分布，其中，每个所述纵向区域在所述支承位置之间的长度根据该区域在所述横截面上的垂直高度计算确定；(3)根据所述长度分布计算带钢表面的起伏程度；以及(4)输出板形数据，其包含所述起伏程度。

Description

带钢连续退火过程中的非接触式板形检测方法

技术领域

本发明涉及冶金生产技术，特别涉及一种带钢连续退火过程中的非接触式板形检测方法。

背景技术

作为钢铁企业的关键生产设备，带钢连续退火炉生产率的高低直接影响到企业的产能。带钢的表面并非平坦的平面，而是呈如图1a或1b所示的波浪起伏状，其中，图1a示出的是波浪起伏发生在带钢边缘区域的情形(以下称为边浪)，图1b示出的是波浪起伏发生在带钢中部区域的情形(以下称为中浪)。当带钢在连续退火炉内的行进速度较快时，一旦带钢的板形不良度超过一定程度或表面起伏较大时，非常容易引起带钢跑偏，从而导致断带事故。尤其是对于高速薄带钢连退机组，其对带钢板形的敏感度更高，因此更容易发生热瓢曲、跑偏等问题。一旦发生断带事故，就需要停止整个连退机组的运行，从而影响连退机组的产能，特别是炉内断带事故，其往往需要停机24小时来排除故障，对生产的影响更大。因此在连续退火过程中应该尽量避免发生断带事故。

为此，需要对带钢板形进行实时检测，当板形不良时，控制系统即可通过降低通板速度或预先调整纠偏辊位置来避免跑偏、断带问题的发生。

一种常用的方法是在退火炉内安装工业电视监视装置，生产操作人员通过工业电视监视装置了解大致的板形情况。该方法的缺点是安装的工业电视监视装置数量非常有限，而且还需要操作人员凭目测来确定板形情况，因此不能准确、全面地了解炉内带钢的板形情况。此外，由于监视装置一般安装在连退炉内，当发现板形不良而采取降速措施时，降速控制的滞后往往使得跑偏、断带事故无法及时阻止。

另一种常用的方法是利用板形检测装置定量地测量板形数据以提高板形检测的准确性。板形检测装置分为接触式和非接触式二大类，主要用于轧机或平整机。

接触式板形检测装置包含与带钢表面接触的板形测量辊，当带钢表面不平坦时，由于压电效应的存在，板形测量辊各区域将产生不同幅度的压电信号，通过测量这些压电信号的幅度即可确定带钢各部分的垂直高度分布情况。接触式板形检测装置的缺点是板形测量辊的制造非常复杂，因此价格昂贵。

非接触式板形检测装置一般采用多个测距传感器来测量传感器平面与带钢表面之间的距离从而得到带钢表面的垂直高度分布，由此可以得到利用浪高和浪距表征的带钢浪形，从而获得带钢板形的情况。

这种检测装置的缺点是，为了及时、准确地获取带钢表面的垂直高度分布，必须采用数量较多并且响应速度很快的测距传感器。

此外，由于安装在退火炉内，因此对传感器的抗干扰性能要求很高，而且更换传感器也不方便。

发明内容

本发明的目的是提供一种及时、准确地获取带钢板形定量数据的板形检测方法，而且实现方式简单可行。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种带钢连续退火过程中的非接触式板形检测方法，所述方法包含由板形检测装置执行的下列步骤：

(1)测量带钢在垂直于其传送方向的横截面上的垂直高度分布，所述横截面位于退火炉入口前的两个支承位置之间；

(2)计算带钢若干平行于其传送方向的纵向区域在所述支承位置之间的长度分布，其中，每个所述纵向区域在所述支承位置之间的长度根据该区域在所述横截面上的垂直高度计算确定；

(3)根据所述长度分布计算带钢表面的起伏程度；以及

(4)输出板形数据，其包含所述起伏程度。

比较好的是，在上述带钢连续退火过程中的非接触式板形检测方法中，所述支承位置为带钢与传送辊的接触位置，所述传送辊位于开卷机与入口活套之间。

比较好的是，在上述带钢连续退火过程中的非接触式板形检测方法中，所述横截面位于退火炉入口前的两个支承位置的中间。

比较好的是，在上述带钢连续退火过程中的非接触式板形检测方法中，所述若干纵向区域为位于带钢中部和边缘的纵向区域，并且在步骤(2)中，根据下式计算位于带钢中部和边缘的纵向区域在所述支承位置之间的长度：

$L_c={\∫}_0^l\sqrt{1+\frac{d_c^2{\mathrm{\π}}^2{\cos }^2\left(\frac{\mathrm{\πx}}{l}\right)}{l^2}}$

$L_e={\∫}_0^l\sqrt{1+\frac{d_e^2{\mathrm{\π}}^2{\cos }^2\left(\frac{\mathrm{\πx}}{l}\right)}{l^2}}$

其中，d_c和d_e分别为位于带钢中部和边缘的纵向区域在所述横截面上的垂直高度，L_c和L_e分别为带钢中部和边缘的纵向区域在所述支承位置之间的长度，l为带钢在所述支承位置之间的水平距离。

更好的是，在上述带钢连续退火过程中的非接触式板形检测方法中，计算所述长度L_c和L_e的方程式近似为：

$L_c=\frac{{4l}^2+d_c^2{\mathrm{\π}}^2}{4l}$

$L_c=\frac{{4l}^2+d_c^2{\mathrm{\π}}^2}{4l}.$

比较好的是，在上述带钢连续退火过程中的非接触式板形检测方法中，利用根据下式计算的带钢相对延伸差ε来表示所述起伏程度：

$\mathrm{\ϵ}=\frac{|L_c-L_e|}{\max (L_c,L_e)}.$

比较好的是，在上述带钢连续退火过程中的非接触式板形检测方法中，所述板形数据还包括浪形判定结果，并且在步骤(1)与步骤(2)之间按照下列步骤获得浪形判定结果：

(i)比较位于带钢中央和边缘的纵向区域在所述横截面上的垂直高度d_c和d_e；

(ii)如果d_c＞d_e，则判定带钢的浪形为边浪，否则，判定带钢的浪形为中浪。

在本发明中，由于在带钢进入退火炉之前即可测定带钢板形情况，因此可以及时控制连退机组的通板速度，有效避免了断带事故的发生。此外，由于检测装置安装在退火炉入口前，因此安装和维护都比较方便。最后，本发明仅需检测带钢一个横截面上的垂直高度分布即可确定板形状况，因此所需的传感器数量较少，从而降低了装置的制造成本。

附图说明

通过以下结合附图对本发明较佳实施例的描述，可以进一步理解本发明的目的、特征和优点，其中：

图1a和1b为带钢表面波浪起伏的示意图。

图2为位于传送辊之间的带钢的悬索线图。

图3a和3b为悬垂在传送辊之间的带钢纵截面形状示意图，其中图3a为带钢短延伸部分的示意图，图3b为带钢长延伸部分的示意图。

图4a和4b为悬垂在传送辊之间的带钢示意图，其中图4a示出的是边浪情形，图4b示出的是中浪情形。

图5a和5b分别为图4a和4b所示带钢的横截面形状示意图。

图6为按照本发明第一较佳实施例的板形检测示意图。

图7为第一较佳实施例测量带钢横截面垂直高度分布的示意图。

图8为按照本发明的第一较佳实施例的板形检测方法流程图。

图9a和9b分别为边浪情形和中浪情形下的带钢横截面测量示意图。

图10为按照本发明第二较佳实施例的板形检测方法流程图。

具体实施方式

在连续退火炉的入口前，由于张力设置较小，因此架设在支承位置之间的带钢在重力作用下基本上呈如图2所示的悬索线状，该示意图为悬垂在两个支承位置之间的带钢剖面示意图，其沿带钢传送方向(以下称为纵向)剖取，以下将该剖取面称为纵截面。这里的支承位置可以取位于开卷机和入口活套之间的传送辊与带钢的接触位置。当沿纵向将带钢划分为多条狭长的纵向区域时，则带钢各纵向区域的下垂程度不尽相同，其中图3a为下垂程度较小的带钢纵向区域示意图，由于带钢1的该纵向区域在两根传送辊2a和2b之间的长度较短，因此称为短延伸部分，图3b为下垂程度较大的带钢纵向区域示意图，由于带钢1的该纵向区域在两根传送辊2a和2b之间的长度较长，因此称为长延伸部分。当带钢中部区域为短延伸部分而边缘部分为长延伸部分时，带钢表面的波浪起伏形状为如图4a和5a所示的边浪状，其中，图5a为图4a所示悬垂在两根传送辊之间的带钢剖面示意图，其沿垂直于其传送方向(以下称为横向)剖取，以下将该剖取面称为横截面，反之，当带钢中部区域为长延伸部分而边缘部分为短延伸部分时，带钢表面的波浪起伏形状为如图4b和5b所示的中浪状，图5b为图4b所示悬垂在两根传送辊之间的带钢剖面示意图，其也沿横向剖取。

由上可见，带钢表面的波浪起伏形状使得悬垂在两根传送辊之间的带钢各纵向区域具有不同的长度，而且它们长度的相对差值越大，则带钢表面波浪起伏的程度也越大，反之，它们长度的相对差值越小，则带钢表面波浪起伏的程度也越小。因此当确定了带钢纵向区域在支承位置之间的长度分布之后，即可确定带钢表面的起伏程度，从而为板形监测提供依据。

对于悬垂在两根传动辊之间的带钢，其每个纵向区域的纵截面都可以视作一条如图2所示的具有一定刚度的悬索线，因此只要已知两个支承位置之间在水平方向(即图2中的X轴方向)上的距离l和悬索线上特定点至支承位置在Z轴方向上的垂直距离(例如最低位置点与支承位置之间的垂直距离d)，就可以计算出悬索线在两个支承位置之间的长度L。

第一实施例

以下描述按照本发明方法的第一实施例。

如图6所示，连续退火炉入口前，带钢1在开卷机和入口活套之间的传送辊2a和2b的带动下沿图中所示箭头V的方向行进，因此可将传送辊2a、2b与带钢1的接触位置取为支承位置。为了测量某一时刻带钢1在垂直于行进方向V的某个横截面上的垂直高度分布，在两根传送辊2a和2b之间的带钢1下方设置一组垂直于方向V并且跨度接近于带钢宽度的测距传感器3。在本实施例中，为便于后续计算处理，特将横截面或测距传感器3设定在两根传送辊中间的位置。

如图7所示，每个传感器测量的是往返于其探测平面与带钢下表面之间的信号，因此每个传感器的测量信号分别对应带钢的一个纵向区域在该横截面上的垂直高度值，其中，d_c和d_e分别为位于中央和边缘的传感器探测平面至带钢下表面的垂直距离，实际上也就是位于带钢中部和边缘的纵向区域在该横截面上的垂直高度，d₀为传动辊至传感器探测平面的垂直距离。

测量信号处理器4接收测距传感器3输出的一组测量信号，并将测量信号转换为带钢在横截面上的垂直高度分布值，并根据下面将要详述的计算方法确定带钢纵向区域的长度分布和带钢表面起伏程度。测试信号处理器4将处理信号作为板形数据送至连续退火机组控制系统5，供其用于控制带钢的传送速度。

以下描述带钢纵向区域长度的计算方法。

如上所述，每个纵向区域的纵截面为具有一定刚度的悬索线，因此当已知两根传送辊之间的水平距离和悬索线上特定点与传送辊的垂直距离时即可计算出纵向区域在两根传送辊之间的长度。悬索线的长度可应用变分法求泛函极值问题的算法来计算，但是变分法求泛函极值问题的方程形式非常复杂，计算量很大，因此为简化起见，本实施例将带钢的悬索线近似假设为下列形式的正弦曲线：

$z=d\·\mathrm{Sin}\left(\frac{\mathrm{\πx}}{l}\right)---\left(1\right)$

这里，如图2所示，z和x分别为悬索线上任意一点在Z轴和X轴上的坐标，l为两根传送辊之间在X轴方向上的距离，d为悬索线上最低位置点与传送辊之间的垂直距离。悬索线的长度L则可采用下式计算：

$L={\∫}_0^l\sqrt{1+\frac{d^2{l}^2{\mathrm{Cos}}^2\left(\frac{\mathrm{\πx}}{l}\right)}{l^2}}---\left(2\right)$

上式方程式(2)的积分运算较为复杂，因此可以进一步简化为下式：

$L\≈\frac{{4l}^2+d^2{\mathrm{\π}}^2}{4l}---\left(3\right)$

如上所述，在本实施例中，将横截面或测距传感器3的位置设定在两根传送辊中间，因此测距传感器3测得的距离信号对应于每个带钢纵向区域悬索线最低位置点与传送辊之间的垂直距离d，从而可以采用公式(2)或(3)来计算每个纵向区域的长度。需要指出的是，虽然在本实施例中横截面被设置在两个支承辊中间，但是这仅是为了简化计算公式的需要，当将横截面设置在两个支承辊之间的其它位置时，同样也可以计算出纵向区域的长度。

表1示出了公式(2)和(3)计算值的比较结果，其中L为公式(2)的计算结果，而L′为公式(3)的计算结果。由表1可见，在带钢急峻度d/l较小时，公式(3)的计算误差较小。由于带钢急峻度d/l一般都小于10％，因此简化公式(3)的计算误差小于0.042％。

表1

l(mm)	100	100	100	100	100
						d(mm)	1	2.5	5	7.5	10
L(mm)	100.024669	100.154035	100.614025	101.373790	102.424
						L’(mm)	100.024674	100.154213	100.616850	101.387913	102.467
误差(％)	0.000005	0.0002	0.003	0.014	0.042
						l(mm)	100	100	100	100	100
d(mm)	25	50	75	100
						L(mm)	113.984	146.370	186.630	230.489
L’(mm)	115.421	161.685	238.791	346.740
						误差(％)	1.26	10.46	27.95	49.16

在计算出带钢纵向区域在两根传送辊之间的长度分布后即可据此确定带钢的起伏程度。起伏程度可以采用各种形式的特征量来表征，只要特征量的取值与带钢纵向区域之间的相对长度差值正相关或负相关即可。

在本实施例中，假设带钢表面的浪形为单浪，即，其横截面如图5a或5b所示，仅有一个最高位置或最低位置并且位于带钢中部，因此可采用下列形式的带钢相对延伸差ε作为表征起伏程度的特征量：

$\mathrm{\ϵ}=\frac{|L_c-L_e|}{\max (L_c,L_e)}---\left(4\right)$

这里，L_c和L_e分别为位于带钢中部和边缘处的纵向区域在两根传送辊之间的长度。

以下借助图8描述本实施例的板形检测方法流程图。

如图8所示，在步骤S11中，每个测距传感器测量其探测平面与带钢下表面之间的距离信号并输出至测量信号处理器。

接着在步骤S12中，测量信号处理器将这些距离信号转换为带钢纵向区域在两根传送辊中间位置处横截面上的一组垂直高度值。

随后进入步骤S13，提取如图7所示位于带钢中部和边缘的纵向区域的垂直高度d_c和d_e。虽然带钢在横截面上有两个边缘，但是由于这里假设是单浪情形，因此无需将两个边缘的纵向区域的垂直高度都提取出来而只要选取与垂直高度d_c相差较大的那个垂直高度即可。

随后在步骤S14中，利用公式(3)计算带钢中部和边缘的纵向区域在两根传送辊之间的长度L_c和L_e。

接着在步骤S15中，利用公式(4)计算作为表征带钢表面起伏程度的特征量的带钢相对延伸差ε。

最后，在步骤S16中，将带钢相对延伸差ε作为板形数据输出至连续退火机组控制系统，因此控制系统可根据板形数据确定合适的通板速度。

第二实施例

以下描述按照本发明方法的第二实施例。

图9a和9b分别为边浪情形和中浪情形下的带钢横截面测量示意图，这里仍然假设带钢表面的浪形为单浪。由图可见，在边浪情形下，位于中央的传感器探测平面至带钢下表面的垂直距离大于位于边缘的传感器探测平面至带钢下表面的垂直距离，也即位于带钢中部的纵向区域在该横截面上的垂直高度大于位于带钢边缘的纵向区域在该横截面上的垂直高度；反之，在中浪情形下，位于中央的传感器探测平面至带钢下表面的垂直距离小于位于边缘的传感器探测平面至带钢下表面的垂直距离，也即位于带钢中部的纵向区域在该横截面上的垂直高度小于位于带钢边缘的纵向区域在该横截面上的垂直高度。由此可以通过比较位于带钢中部和边缘的纵向区域的垂直高度来确定浪形。

本实施例与第一实施例的不同之处为，本实施例输出的板形数据除了带钢表面的起伏程度以外还包括带钢表面的起伏浪形。以下借助图10描述本实施例的板形检测方法流程图。

如图10所示，在步骤S21中，每个测距传感器测量其探测平面与带钢下表面之间的距离信号并输出至测量信号处理器。

接着在步骤S22中，测量信号处理器将这些距离信号转换为带钢纵向区域在两根传送辊中间位置处横截面上的一组垂直高度值。

随后进入步骤S23，提取如图7所示位于带钢中部和边缘的纵向区域的垂直高度d_c和d_e。虽然带钢在横截面上有两个边缘，但是由于这里假设是单浪情形，因此无需将两个边缘的纵向区域的垂直高度都提取出来而只要选取与垂直高度d_c相差较大的那个垂直高度即可。

接着，在步骤S24中，比较位于带钢中央和边缘的纵向区域在所述横截面上的垂直高度d_c和d_e，如果d_c＞d_e，则判定带钢的浪形为边浪，否则，判定带钢的浪形为中浪。

随后在步骤S25中，利用公式(3)计算带钢中部和边缘的纵向区域在两根传送辊之间的长度L_c和L_e。

接着在步骤S26中，利用公式(4)计算作为表征带钢表面起伏程度的特征量的带钢相对延伸差ε。

最后，在步骤S27中，将带钢相对延伸差ε作为板形数据输出至连续退火机组控制系统，因此控制系统可根据板形数据确定合适的通板速度。

Claims (8)

1、一种带钢连续退火过程中的非接触式板形检测方法，其特征在于，所述方法包含由板形检测装置执行的下列步骤：

(1)提供若干传感器于退火炉入口前，所述传感器分别设置在传送方向的横截面中间和两侧边，测量带钢在垂直于其传送方向的横截面上的垂直高度分布，所述横截面位于退火炉入口前的两个支承位置之间；

(2)计算带钢若干平行于其传送方向的纵向区域在所述支承位置之间的长度分布，其中，每个所述纵向区域在所述支承位置之间的长度根据该区域在所述横截面上的垂直高度计算确定；

(3)根据所述长度分布计算带钢表面的起伏程度；

(4)输出板形数据，其包含所述起伏程度。

2、如权利要求1所述的带钢连续退火过程中的非接触式板形检测方法，其特征在于，所述支承位置为带钢与传送辊的接触位置，所述传送辊位于开卷机与入口活套之间。

3、如权利要求1或2所述的带钢连续退火过程中的非接触式板形检测方法，其特征在于，所述横截面位于退火炉入口前的两个支承位置的中间。

4、如权利要求3所述的带钢连续退火过程中的非接触式板形检测方法，其特征在于，所述若干纵向区域为位于带钢中部和边缘的纵向区域，并且在步骤(2)中，根据下式计算位于带钢中部和边缘的纵向区域在所述支承位置之间的长度：

$L_c={\∫}_0^l\sqrt{1+\frac{d_c^2{\mathrm{\π}}^2{\cos }^2\left(\frac{\mathrm{\πx}}{l}\right)}{l^2}}$

$L_e={\∫}_0^l\sqrt{1+\frac{d_e^2{\mathrm{\π}}^2{\cos }^2\left(\frac{\mathrm{\πx}}{l}\right)}{l^2}}$

其中，d_c和d_e分别为位于带钢中部和边缘的纵向区域在所述横截面上的垂直高度，L_c和L_e分别为带钢中部和边缘的纵向区域在所述支承位置之间的长度，l为带钢在所述支承位置之间的水平距离。

5、如权利要求4所述的带钢连续退火过程中的非接触式板形检测方法，其特征在于，计算所述长度L_c和L_e的方程式近似为：

$L_c=\frac{{4l}^2+d_c^2{\mathrm{\π}}^2}{4l}$

$L_c=\frac{{4l}^2+d_c^2{\mathrm{\π}}^2}{4l}.$

6、如权利要求4或5所述的带钢连续退火过程中的非接触式板形检测方法，其特征在于，利用根据下式计算的带钢相对延伸差ε来表示所述起伏程度：

$\mathrm{\ϵ}=\frac{|L_c-L_e|}{\max (L_c,L_e)}.$

7、如权利要求4或5所述的带钢连续退火过程中的非接触式板形检测方法，其特征在于，所述板形数据还包括浪形判定结果，并且在步骤(1)与步骤(2)之间按照下列步骤获得浪形判定结果：

(i)比较位于带钢中央和边缘的纵向区域在所述横截面上的垂直高度d_c和d_e；

(ii)如果d_c＞d_e，则判定带钢的浪形为边浪，否则，判定带钢的浪形为中浪。

8、如权利要求6所述的带钢连续退火过程中的非接触式板形检测方法，其特征在于，所述板形数据还包括浪形判定结果，并且在步骤(1)与步骤(2)之间按照下列步骤获得浪形判定结果：

(i)比较位于带钢中央和边缘的纵向区域在所述横截面上的垂直高度d_c和d_e；

(ii)如果d_c＞d_e，则判定带钢的浪形为边浪，否则，判定带钢的浪形为中浪。

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