CN100534655C - 冷轧板形设定计算中热轧来料凸度的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冷轧带钢的板形控制方法，本发明公开了一种冷轧板形设定计算中热轧来料凸度的处理方法。该处理方法是根据热轧传递来的分段凸度数据，通过补偿计算消除前工序造成的误差，然后根据带钢的轧制位置，计算当前凸度大小作为输入条件提供给预计算和后计算，使弯辊力预计算和后计算的热轧带钢凸度输入值为当前实际位置的凸度，使得弯辊力计算结果准确，达到在带钢全长上准确设定的目的。本发明不需要在冷轧机前安装复杂、昂贵的凸度测量仪表，节约了投资，减少了成本。

Description

冷轧板形设定计算中热轧来料凸度的处理方法

(一)技术领域

本发明涉及冷轧带钢的板形控制方法，尤其涉及冷轧板形设定计算中热轧来料凸度的处理方法。

(二)背景技术

热轧时，为使带钢稳定顺行，带钢横截面总要保持一定的凸度。热轧供冷轧的热卷凸度一般控制在0～60μm，DI材为0～40μm。冷轧时，必须在等比例凸度的原则基础上考虑带钢的板形，使负载辊缝形状与来料断面形状相匹配，才能保证机组出口带钢板形良好。在实际冷轧中，当来料凸度发生变化时，已定的轧制状态就会改变，因而使板形发生变化。因此，为了保证板形，必须根据来料的凸度实时调整板形的控制手段。

在实际板形控制中，倾斜、弯辊、窜辊、分区冷却等方法都是有效的板形控制手段。其中弯辊是板形的一个重要的、实时的控制手段，可以改变轧辊的有效凸度，从而改变负载辊缝的形状和轧后带钢的延伸率横向分布。当一根带钢即将进入冷轧机时，计算机系统会先启动一次板形预计算，计算能保证该带钢顺利生产的弯辊力、窜辊量等参数；而当带钢进入轧机进行生产的时候，又会定期启动后计算，根据目前的实测轧制力、张力、带钢入出口厚度以及计算得到的轧辊凸度(即实际辊型)，通过计算当前情况下的板形，计算弯辊调节量并发送到自动控制系统以调整弯辊力实现最佳板形。

这些板形计算需要用到一个重要的参数：来料凸度。因为冷轧过程中金属横向流动很小，几乎可以忽略不计，因此必须根据等比例凸度的原则进行辊缝设定才能保证出口带钢板形良好，参见图1。即：

$\frac{C_h}{\stackrel{\‾}{h}}=\frac{C_H}{\stackrel{\‾}{H}}$

其中：C_h＝h_c-h_e，C_H＝H_c-H_e，h和H分别为出口和入口的平均厚度。

从上式可以看出，来料凸度对整个板形设定计算具有至关重要的作用。因此准确掌握来料凸度是准确设定计算的前提。

但是，热轧来料的凸度并不是固定不变的，会根据热轧的工艺条件、材料情况和设备情况在一定的范围内波动。

为解决冷轧板形设定的准确性问题，获得准确的来料凸度，目前一般采用从L3传递热轧带钢的平均凸度作为板形预设定计算的输入值，参见图2。但是这种方法在实际应用中有很多局限，因为一根热轧带钢的凸度，从带头至带尾是不相同的，一根带钢在轧制过程中，在全长方向上的凸度是波动的。这就必然造成设定计算在一根带钢的全长方向上，有时可能准确，有时不准确。这对于预计算是可行的，因为预计算只是先算出一个生产指导值；但对于后计算来说，其结果要对生产进行实时控制，只用平均凸度是欠妥当的，平均凸度不能反映带钢当前位置的实际凸度，会导致计算的负载辊缝不准确，进而使计算的弯辊力无法实现对出口板形的理想控制。

针对这种情况，目前出现的处理方法是在轧机入口增设凸度测量仪表，实际测量轧机入口的来料凸度，例如日本新日铁专利“冷轧过程中的板材板形控制方法”(JP2005118840)，进而进行前馈计算处理，实现弯辊力的前馈控制，例如日本安川电机专利“冷轧机宽度方向上的板形自动控制方法”(JP2004154830)，参见图3。但这种方法需要额外增进测量仪表，而且该仪表测量位置多，价格昂贵，维护复杂，代价高。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种冷轧板形设定计算中热轧来料凸度的处理方法，该处理方法是对热轧来料凸度进行合理的处理，使弯辊力后计算的热轧带钢凸度输入值为当前实际位置的凸度，使得弯辊力计算结果准确。

本发明是这样实现的：一种冷轧板形设定计算中热轧来料凸度的处理方法，其特征是：

第1步，利用热轧凸度仪的测量数据，提供给每根需要进冷轧机的带钢在全长方向上的n个凸度值；

第2步，对n个凸度值进行补偿计算消除前工序造成的误差，补偿计算分为四个部分：倒卷计算、切头计算、拉矫补偿和切边补偿；

第2.1步，倒卷计算，将钢卷凸度数据倒置，即带头变带尾，带尾变带头；

第2.2步，切头计算，切除钢卷头部若干米长度，令cl为切除长度，tl为总长度，则切头后的钢卷凸度应为：

$c\left[i\right]=c\left[i\right]+\frac{c[i+1]-c\left[i\right]}{\mathrm{tl}/n}\×(\mathrm{cl}\×\frac{n+1-i}{n})$

第2.3步，拉矫补偿，令拉矫机的延伸率为e，假设带钢在宽度方向上均匀延伸，则凸度变为：

$c\left[i\right]=\frac{c\left[i\right]}{1+e}$

第2.4步，切边补偿，令单边切边量为cs，带钢宽度为w，则凸度变为：

$c\left[i\right]={\left(\frac{w-2\×\mathrm{cs}}{w}\right)}^2\×c\left[i\right]$

第3步，根据带钢的轧制位置，计算当前凸度大小作为输入条件提供给预计算和后计算，使弯辊力预计算和后计算的热轧带钢凸度输入值为当前实际位置的凸度；

第3.1步，预计算，在每个钢卷的预计算时，取第一个凸度c[1]作为初始参数；

第3.2步，后计算，在每次后计算启动弯辊力计算的时候，根据目前冷轧机内带钢的位置判断该位置带钢的热轧入口凸度，用该凸度进行计算；计算得到的凸度为带钢在冷轧机入口的凸度值，即第一机架入口的凸度值，其余机架的入口凸度可根据等比例凸度原则兼顾板形影响计算得到。

所述冷轧机入口的带钢凸度值的具体实现如下：

令带钢的入口速度为v，上次计算与本次计算的时间间隔为dt，定义一个静态变量rl，用于记录该带钢已经轧制的长度，

(1)给rl赋值

如果有新的带钢进行后计算，即新的带钢进入冷轧机，

rl＝0.0

否则，rl＝rl+v×dt

(2)求出该位置位于哪两个凸度测量点之间：

$x=\frac{\mathrm{rl}}{\mathrm{tl}}\×n$

x是一个大于或等于0的浮点数，取小于或等于x的最大整数i，则该位置位于(i，i+1)两个凸度测量点之间；

(3)求出该位置的带钢凸度

由于来料凸度在长度方向上缓慢变化，可以假设(i，i+1)两个凸度测量点之间的凸度呈线性变化，因此该位置的凸度为：

$\mathrm{cr}=c\left[i\right]+\frac{c[i+1]-c\left[i\right]}{\mathrm{tl}/n}\×(x-i)$

cr为带钢在冷轧机入口的凸度值，即第一机架入口的凸度值。

所述n个测量点是均匀分布的，n个测量凸度值为30个。

本发明是根据热轧传递来的分段凸度数据，通过补偿计算消除前工序造成的误差，根据带钢的轧制位置，计算当前凸度大小作为输入条件提供给预计算和后计算，使弯辊力预计算和后计算的热轧带钢凸度输入值为当前实际位置的凸度，使得弯辊力计算结果准确，达到在带钢全长上准确设定的目的。

与现有的技术相比，本发明的主要特点是可以根据来料当前长度位置计算获取修正后的实际凸度作为弯辊力计算的输入条件，使计算的负载辊缝与来料的断面形状相匹配，从而保证按照该弯辊力控制的板形良好。而不需要在冷轧机前安装复杂、昂贵的凸度测量仪表，节约了投资，减少了成本。

(四)附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1为等比例凸度的原理图；

图2为现有的平均凸度传递方法示意图；

图3为现有的实测凸度前馈控制方法示意图；

图4为本发明的热轧来料凸度测量值分布图(n＝30)；

图5为本发明的凸度分段传递加上补偿计算方法示意图；

图6为实施例带钢凸度的曲线图。

(五)具体实施方式

本发明利用热轧凸度仪的测量数据，进行一定的数据处理，通过L3传递到冷轧，为冷轧的设定计算提供准确的入口参数。因为热轧的精轧机后装有复杂、精密的凸度测量仪表，用于进行实时的凸度测量以实现凸度闭环控制。

一种冷轧板形设定计算中热轧来料凸度的处理方法，其步骤是：

第1步，利用热轧凸度仪的测量数据，提供给每根需要进冷轧机的带钢在全长方向上的n个凸度值；这n个值沿带头至带尾的分布情况如图4所示，沿带钢长度方向这n个测量点是均匀分布的，n个测量凸度值为30个。

第2步，对n个凸度值进行补偿计算消除前工序造成的误差，因为一根带钢的n个凸度测量值的位置虽然在热轧测量时是准确的，但在酸洗和冷连轧生产线上要受到切头、拉矫、酸洗、切边等工序的影响；补偿计算分为四个部分：倒卷计算、切头计算、拉矫补偿和切边补偿；参见图5

第2.1步，倒卷计算，因热轧来料的带尾是冷轧的带头，需要将钢卷凸度数据倒置，即带头变带尾，带尾变带头；

已知热轧来料长度L，将沿长度方向n个(假定n为30)带钢凸度值保存在数组c[30]中，数组维数为30；

建立中间数组tc[30]，作如下赋值：

tc[i]＝c[30-i]

然后回代：

c[i]＝tc[i]；

第2.2步，切头计算，在冷轧上卷时，要切除头部的若干米长度，因此在凸度计算中要扣除这部分长度；令cl为切除长度，tl为总长度，则切头后的钢卷凸度应为：

$c\left[i\right]=c\left[i\right]+\frac{c[i+1]-c\left[i\right]}{\mathrm{tl}/30}\×(\mathrm{cl}\×\frac{30+1-i}{30})$

第2.3步，拉矫补偿，酸洗前的拉矫机一般会有1％到3％的延伸率，也会改变带钢凸度，因此需要补偿计算；令拉矫机的延伸率为e，假设带钢在宽度方向上均匀延伸，则凸度变为：

$c\left[i\right]=\frac{c\left[i\right]}{1+e}$

第2.4步，切边补偿，大部分钢卷在轧制前需要切边处理，因此还需要进行切边补偿；令单边切边量为cs，带钢宽度为w，则凸度变为：

$c\left[i\right]={\left(\frac{w-2\×\mathrm{cs}}{w}\right)}^2\×c\left[i\right]$

第3步，根据带钢的轧制位置，计算当前凸度大小作为输入条件提供给预计算和后计算，使弯辊力预计算和后计算的热轧带钢凸度输入值为当前实际位置的凸度；

第3.1步，预计算，在每个钢卷的预计算时，取第一个凸度c[1]作为初始参数；

第3.2步，后计算，在每次后计算启动弯辊力计算的时候，根据目前冷轧机内带钢的位置判断该位置带钢的热轧入口凸度，用该凸度进行计算；计算得到的凸度为带钢在冷轧机入口的凸度值，即第一机架入口的凸度值，其余机架的入口凸度可根据等比例凸度原则兼顾板形影响计算得到。

冷轧机入口的带钢凸度值的具体实现如下：

令带钢的入口速度为v，上次计算与本次计算的时间间隔为dt，定义一个静态变量rl，用于记录该带钢已经轧制的长度，

(1)给rl赋值

如果有新的带钢进行后计算，即新的带钢进入冷轧机，

rl＝0.0

否则，rl＝rl+v×dt

(2)求出该位置位于哪两个凸度测量点之间：

$x=\frac{\mathrm{rl}}{\mathrm{tl}}\×n$

x是一个大于或等于0的浮点数，取小于或等于x的最大整数i，则该位置位于(i，i+1)两个凸度测量点之间；

(3)求出该位置的带钢凸度

由于来料凸度在长度方向上缓慢变化，可以假设(i，i+1)两个凸度测量点之间的凸度呈线性变化，因此该位置的凸度为：

$\mathrm{cr}=c\left[i\right]+\frac{c[i+1]-c\left[i\right]}{\mathrm{tl}/n}\×(x-i)$

cr为带钢在冷轧机入口的凸度值，即第一机架入口的凸度值。

实施例

在某冷连轧机三电改造项目中，弯辊力模型的来料凸度已按本发明进行处理，可以实现弯辊力的自动设定，且板形情况良好。

凸度处理的实例如下：

假定热轧测量凸度数值如表1所示；

表1

40.00	42.39	44.20	44.98	44.54	42.99	40.70	38.24	36.216	35.11
										35.20	36.47	38.60	41.07	43.28	44.69	44.94	43.99	42.06	39.62
37.27	35.60	35.00	35.62	37.31	39.66	42.10	44.01	44.95	44.67

假定钢卷总长500m，切头10m。拉矫延伸3％，带钢宽度800mm，单侧切边20mm，则经过补偿计算后的带钢凸度变为表2，带钢凸度的曲线图参见图6。

当轧制到320m时，

$x=\frac{\mathrm{rl}}{\mathrm{tl}}\×30=\frac{320}{500}\×30=19.2$

则此时的轧制位置位于第19点和第20点之间，查表2；

此时的实际凸度为：

$\mathrm{cr}=c\left[i\right]+\frac{c[i+1]-c\left[i\right]}{\mathrm{tl}/30}\×(x-i)=31.95+\frac{30.84-31.95}{500/30}\×(19.2-19)=31.94$

如果按照传统方法只采用来料平均凸度40.52，则将产生的误差为：

$\frac{40.52-31.94}{31.94}\×100\%=26.9\%$

可见采用本发明的方法可大大提高板形设定精度。

表2

位置	原始数据	倒卷计算	切头计算	拉矫补偿	切边补偿
						1	40.00	44.67	44.68	43.37	39.15
2	42.39	44.95	44.93	43.62	39.37
						3	44.20	44.01	43.97	42.69	38.53
4	44.98	42.10	42.06	40.83	36.85
						5	44.54	39.66	39.62	38.47	34.71
6	42.99	37.31	37.28	36.20	32.67
						7	40.70	35.62	35.61	34.57	31.20
8	38.24	35.00	35.01	33.99	30.68
						9	36.21	35.60	35.62	34.59	31.21
10	35.11	37.27	37.30	36.22	32.69
						11	35.20	39.62	39.65	38.50	34.74
12	36.47	42.06	42.08	40.86	36.87
						13	38.60	43.99	44.00	42.72	38.55
14	41.07	44.94	44.94	43.63	39.37
						15	43.28	44.69	44.67	43.37	39.14
16	44.69	43.28	43.26	42.00	37.90
						17	44.94	41.07	41.05	39.85	35.97
18	43.99	38.60	38.58	37.46	33.81
						19	42.06	36.47	36.46	35.40	31.95
20	39.62	35.20	35.20	34.17	30.84
						21	37.27	35.11	35.12	34.09	30.77
22	35.60	36.21	36.22	35.17	31.74
						23	35.00	38.24	38.25	37.14	33.52
24	35.62	40.70	40.71	39.52	35.67
						25	37.31	42.99	43.00	41.74	37.67
26	39.66	44.54	44.54	43.24	39.03
						27	42.10	44.98	44.98	43.67	39.41
28	44.01	44.20	44.20	42.91	38.73
						29	44.95	42.39	42.39	41.15	37.14
30	44.67	40.00	40.00	38.83	35.05
						平均	40.52	40.52	40.51	39.33	35.50

Claims (3)

1.一种冷轧板形设定计算中热轧来料凸度的处理方法，其特征是：

第1步，利用热轧凸度仪的测量数据，提供给每根需要进冷轧机的带钢在全长方向上的n个凸度值；

第2步，对n个凸度值进行补偿计算消除前工序造成的误差，补偿计算分为四个部分：倒卷计算、切头计算、拉矫补偿和切边补偿；

第2.1步，倒卷计算，将钢卷凸度数据倒置，即带头变带尾，带尾变带头；

第2.2步，切头计算，切除钢卷头部若干米长度，令c1为切除长度，t1为总长度，则切头后的钢卷凸度应为：

$c\left[i\right]=c\left[i\right]+\frac{c[i+1]-c\left[i\right]}{\mathrm{tl}/n}\×(\mathrm{cl}\×\frac{n+1-i}{n})$

第2.3步，拉矫补偿，令拉矫机的延伸率为e，假设带钢在宽度方向上均匀延伸，则凸度变为：

$c\left[i\right]=\frac{c\left[i\right]}{1+e}$

第2.4步，切边补偿，令单边切边量为cs，带钢宽度为w，则凸度变为：

$c\left[i\right]={\left(\frac{w-2\×\mathrm{cs}}{w}\right)}^2\×c\left[i\right]$

第3步，根据带钢的轧制位置，计算当前凸度大小作为输入条件提供给预计算和后计算，使弯辊力预计算和后计算的热轧带钢凸度输入值为当前实际位置的凸度；

第3.1步，预计算，在每个钢卷的预计算时，取第一个凸度c[1]作为初始参数；

第3.2步，后计算，在每次后计算启动弯辊力计算的时候，根据目前冷轧机内带钢的位置判断该位置带钢的热轧入口凸度，用该凸度进行计算；计算得到的凸度为带钢在冷轧机入口的凸度值，即第一机架入口的凸度值，其余机架的入口凸度可根据等比例凸度原则兼顾板形影响计算得到。

2.根据权利要求1所述的冷轧板形设定计算中热轧来料凸度的处理方法，其特征是：冷轧机入口的带钢凸度值的具体实现如下：

令带钢的入口速度为v，上次计算与本次计算的时间间隔为dt，定义一个静态变量rl，用于记录该带钢已经轧制的长度；

(1)给rl赋值

如果有新的带钢进行后计算，即新的带钢进入冷轧机，

rl＝0.0

否则，rl＝rl+v×dt

(2)求出该位置位于哪两个凸度测量点之间：

$x=\frac{\mathrm{rl}}{\mathrm{tl}}\×n$

x是一个大于或等于0的浮点数，取小于或等于x的最大整数i，则该位置位于(i，i+1)两个凸度测量点之间；

(3)求出该位置的带钢凸度

由于来料凸度在长度方向上缓慢变化，可以假设(i，i+1)两个凸度测量点之间的凸度呈线性变化，因此该位置的凸度为：

$\mathrm{cr}=c\left[i\right]+\frac{c[i+1]-c\left[i\right]}{\mathrm{tl}/n}\×(x-i)$

cr为带钢在冷轧机入口的凸度值，即第一机架入口的凸度值。

3.根据权利要求1所述的冷轧板形设定计算中热轧来料凸度的处理方法，其特征是：n个测量点是均匀分布的，n个测量凸度值为30个。

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