CN101417292B

CN101417292B - 依托常规轧制模型控制中低牌号电工钢轧制的方法

Info

Publication number: CN101417292B
Application number: CN2008103062837A
Authority: CN
Inventors: 胡松涛
Original assignee: Pangang Group Steel Vanadium and Titanium Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Steel Vanadium and Titanium Co Ltd
Priority date: 2008-12-16
Filing date: 2008-12-16
Publication date: 2011-05-11
Anticipated expiration: 2028-12-16
Also published as: CN101417292A

Abstract

本发明公开了一种能够达到控制精度要求的依托常规轧制模型控制中低牌号电工钢轧制的方法。该方法包括通过试验得出对应于中低牌号电工钢钢种的变形温度与变形抗力的关系曲线，根据该关系曲线修正常规轧制模型中的变形抗力算法：在常规轧制模型的数据区建立独立的与钢种牌号对应的钢种特性表和厚度区间表；根据钢种牌号调用与之相对应的该独立的钢种特性表和该独立的厚度区间表参与控制；根据所述关系曲线确定变形抗力“拐点”温度，与温度模型设定的机架温度分布进行对比，确定“拐点”温度对应的机架，在模型计算过程中通过确定的“拐点”温度对应的机架调用相应变形抗力修正的算法计算电工钢轧制力。本方法适用于中低牌号电工钢轧制时应用。

Description

依托常规轧制模型控制中低牌号电工钢轧制的方法

技术领域

本发明涉及一种中低牌号电工钢轧制的控制方法，尤其是一种依托常规带钢热连轧轧制模型控制中低牌号电工钢轧制的方法。

背景技术

国内生产中低牌号电工钢的热连轧厂基本上是引进国外的专用模型进行批量生产，目前在国内还没有依托常规的热连轧数学模型成功进行中低牌号电工钢批量生产的先例。

常规热连轧数学模型设置有三大数据区：钢种特性数据区，厚度区间数据区和常数区，并具有如下的功能：设定功能、自学习功能、自适应穿带功能。设定功能主要模型有：轧制辊缝模型采用厚度计法和秒流量法、屈服应力(变形抗力)模型采用应力应变和温度效应、轧制力模型采用纵宽比概念(亚历山大和福特方法)、功率模型根据杠杆原理、温度模型、活套张力运算法则、负荷分配运算法则、穿带速度选择法则、极限恢复法则、轧辊热凸度和磨损补偿、穿带速度补偿模型。

常规热连轧数学模型中轧制力与变形抗力的算法。

轧制力模型是屈服应力、宽度、接触弧长的函数，接触弧长计算中变形半径是迭代计算的，并且它本身是轧制力的函数：

F＝W×(R×(1+Kh×F/W×(H-h))^1/2)×K’(1)

(1)式中：

F-轧制力，W-带钢宽度，R-工作辊半径，

Kh-工作辊硬度，H-机架入口带钢厚度，

h-机架出口带钢厚度，K’-单位面积上的轧制力，

其中：

K’＝k×(a+b×L/(H+h)) (2)

(2)式中：

k-变形抗力，a、b-与带钢材质有关的常数，

L-接触弧长，H、h-机架入口、出口带钢厚度，

其中：

k＝Kc×f(T)×f(V) (3)

(3)式中：

Kc-与化学成份有关的硬度系数，

f(T)-与轧制温度相关的函数，

f(V)-与轧制速度相关的函数。

该模型是通用模型，其中与轧制温度相关的函数是通过变形抗力曲线回归出来的，其主要特征是变形抗力与温度成反比：在高温下，温度越高，变形抗力越小。

模型的控制精度是依据设定轧制力和实际轧制力的比较来判断，本发明所称轧制力是指轧件在机架的总轧制力，是沿宽度方向轧制力的累积，设定轧制力越接近实际轧制力，就认为模型的控制精度越高。在模型应用于自动控制时，首先根据钢种对数据区参数赋值，结合在线采集的控制参数进行计算和控制，当设定轧制力与实测轧制力相比处于一个允许的误差范围内时，启动自学习功能，对数据区中的参数赋值进行自动优化，使设定轧制力不断接近实际轧制力。

在应用常规热连轧数学模型轧制中低牌号电工钢的试轧过程中，出现模型设定误差较大，机架间金属流量不匹配，轧制状态相当不稳定，带钢厚度、宽度严重异常的问题，同时模型设定误差过大时还造成了带钢在机架内废钢，这种现象不仅严重影响了带钢产品质量，降低热轧带钢成材率，同时增加了处理废钢的事故时间，热轧带钢生产受到较大影响。

通过对中低牌号电工钢热轧状态下的变形抗力试验，发现该系列钢种有着不同于一般热轧材质钢的性能特点，由于其性能的特殊性，在温度900℃附近会出现变形抗力的“拐点”，在此温度区域内，随着温度的降低带钢变形抗力不仅不随之增大，反而出现变形抗力随之降低的现象，一旦采用常规模型进行计算，在拐点温度附近所计算的轧制力会出现较大的偏差，导致模型设定参数不准确，从而影响模型设定精度和轧制状态的稳定性。

常规的带钢热连轧轧制模型在计算带钢变形抗力的时候，没有考虑中低牌号电工钢变形抗力出现拐点的现象，因此，常规的精轧数学模型计算的个别机架的轧制参数与带钢的实测参数值存在着较大误差，无法应用于高精度中低牌号电工钢的轧制控制。

发明内容

为了克服现有常规的热连轧数学模型控制中低牌号电工钢生产时控制精度差的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种能够达到控制精度要求的依托常规轧制模型控制中低牌号电工钢轧制的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：依托常规轧制模型控制中低牌号电工钢轧制的方法，所述常规轧制模型包括轧制力模型和温度模型，设置有钢种特性数据区，厚度区间数据区和常数区，轧制力模型公式为：

F＝W×(R×(1+Kh×F/W×(H-h))^1/2)×k×(a+b×L/(H+h))，

其中，k＝Kc×f(T)×f(V)，

式中：

F-轧制力，W-带钢宽度，R-工作辊半径，Kh-工作辊硬度，H-机架入口带钢厚度，h-机架出口带钢厚度，k-变形抗力，a、b-与带钢材质有关的常数，L-接触弧长，H、h-机架入口、出口带钢厚度，Kc-与带钢化学成分有关的硬度系数，f(T)-与轧制温度相关的函数，f(V)-与轧制速度相关的函数，

该方法包括，

通过试验得出对应于中低牌号电工钢钢种的变形温度与变形抗力的关系曲线，根据所述关系曲线对常规轧制模型中的变形抗力算法进行修正：

a、在常规轧制模型的钢种特性数据区建立独立的与钢种牌号对应的钢种特性表，在常规轧制模型的厚度区间数据区建立独立的与钢种牌号对应的厚度区间表；

b、根据钢种牌号调用与之相对应的该独立的钢种特性表和该独立的厚度区间表参与控制；

c、根据所述关系曲线确定随着温度的降低带钢变形抗力不仅不随之增大，反而出现变形抗力随之降低的变形抗力“拐点”温度，与温度模型设定的机架温度分布进行对比，确定“拐点”温度对应的机架，在轧制中低牌号电工钢时，该机架调用的变形抗力算法修正为：

k＝Kc×(f(T)+f(T)×K_T)×f(V)，

式中，

K_T-通过试验得出的与钢种有关的经验参数常数，轧制钢种为常规牌号钢种时K_T＝0，轧制钢种牌号为中低牌号电工钢时K_T≠0，K_T是位于常数区的一组对应于相应电工钢牌号的特征数据。

本发明的有益效果是：依托常规的热连轧数学模型，通过对变形抗力与变形温度关系的实验研究，根据研究结果在原有数学模型的基础上增加中低牌号电工钢对应温度的变形抗力算法，提高各机架轧制参数的设定精度，并利用自学习功能进一步提高精度，满足了用常规的热连轧数学模型轧制出高精度的中低牌号电工钢的需求。

附图说明

图1是某中低牌号电工钢试样在变形速率为100/s时的应力应变曲线。

图2是某中低牌号电工钢试样在变形速率为80/s时的应力应变曲线。

图3是某中低牌号电工钢试样在变形速率为60/s时的应力应变曲线。

图4是某中低牌号电工钢试样在变形速率为40/s时的应力应变曲线。

图5是某中低牌号电工钢试样在变形速率为100/s时的变形抗力与变形温度的关系曲线。

图6是某中低牌号电工钢试样在变形速率为80/s时的变形抗力与变形温度的关系曲线。

图7是某中低牌号电工钢试样在变形速率为60/s时的变形抗力与变形温度的关系曲线。

图8是某中低牌号电工钢试样在变形速率为40/s时的变形抗力与变形温度的关系曲线。

图9为轧制某牌号电工钢时调用的厚度区间表。

图10为轧制某牌号电工钢时调用的钢种特性表。

图11为依托常规轧制模型应用本发明方法控制中低牌号电工钢轧制时的设定轧制力与实际轧制力对比情况。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例：

如图1～图11所示，本发明是依托常规轧制模型控制中低牌号电工钢轧制的方法。

首先，通过试验研究中低牌号电工钢的变形温度与变形抗力的关系，得出相应的试验数据。根据试验数据分析电工钢变形抗力的主要影响因素，最后绘制成变形抗力与温度的关系曲线，提供建立电工钢轧制模型修正算法的基础数据。

变形抗力曲线测试在Gleeble-3500热/力学模拟试验机上完成。该试验机能准确模拟金属材料的热加工状态并准确测量和记录变形中的各参数，如压力、位移、组织变化及热变形的可塑性等。加热控制精度为±1℃；负载系统采用液压伺服控制，最大载荷为10t；最大实际变形速率为100/s；整个系统由计算机控制并通过计算机绘制应力-应变曲线。

试样加工成Φ12×15mm的压缩试样，试样上下端面带凹槽，凹槽里充满玻璃粉润滑剂，以消除端面磨擦对变形抗力的影响，保证得到单向压应力。在Gleeble-3500热/力学模拟试验机上进行不同的变形温度、变形速率和变形程度压缩试验，试验方案如下：

(1)以10℃/s加热到1100℃，保温3min，以4℃/s冷却到下列各变形温度，分别以不同变形速率变形后空冷。

变形温度(Tε)：1100℃、1050℃、1000℃、950℃、925℃、910℃、900℃、890℃、880℃、870℃、860℃、850℃、840℃、830℃、800℃。

(2)变形速率40/s、60/s、80/s、100/s；

图1～图4所示为925℃时在不同变形速率条件下的应力应变图。

由于测试曲线有些测试点存在测量误差，导致测试结果失真，故采用回归分析以减小误差。

取ε＝0.4，分别作出变形速率为100/s、80/s、60/s、40/s时变形抗力与变形温度的变化曲线，如图5～图8所示。由曲线可以看出，在变形温度为900℃～850℃时存在双相区，在此区间变形抗力变化规律与其余温度段相反。

用多种牌号的中低牌号电工钢重复进行上述试验，得到与该牌号的钢种相对应的不同变形速率条件下的变形抗力试验数据。分析所得数据发现：不同牌号的中低牌号电工钢的变形抗力“拐点”温度均不一样，变形抗力与变形速率有关，中低牌号电工钢在热轧精轧阶段处于双相区，变形抗力会产生突变，因此用常规轧制模型进行控制时控制精度误差较大而达不到控制精度要求。

在得到上述的试验数据后，建立对应于各牌号的独立的钢种特性表和独立的厚度区间表，并针对热连轧数学模型中的变形抗力函数进行了修正，根据钢种索引和带钢在机架间的温度分布进行变形抗力的“拐点”计算，确定中低牌号电工钢的变形抗力的“拐点“温度所处的机架，对该机架的轧制力进行设定时，调用该变形抗力修正算法。以提高其控制精度。

根据试验数据，在常规的热连轧数学模型中，适宜于中低牌号电工钢的变形抗力修正算法为：

k＝Kc×(f(T)+K_T×f(T))×f(V)，

式中，

K_T-通过试验得出的与钢种有关的经验参数常数，

轧制钢种为其它钢种时，K_T＝0，轧制钢种为中低牌号电工钢时，K_T≠0，K_T的初值由控制人员根据试验得出的经验参数赋予。并在正常轧制中利用自学习功能对K_T参数值进行优化，使模型控制精度达到应用要求。

为了防止轧制中低牌号电工钢时模型参数对其他钢种的影响，在常规模型的数据区中必须单独创建独立的与钢种牌号对应的钢种特性表和厚度区间表，避免与其它钢种共享。

在进行中低牌号电工钢轧制时，模型根据试验结果得到的中低牌号电工钢变形抗力的“拐点”温度与温度模型预报的机架温度分布进行比对，确定机架位置，变形抗力修正算法通过标志位和机架进行变形抗力修正计算，得到较为优化的轧制力计算结果。

并且，通过模型自学习功能，轧制参数自动优化，提高模型的控制精度。轧制参数的优化过程是：根据同牌号的钢种在新建的独立的钢种特性表和厚度区间表中给出与该牌号对应的初始参数，在轧制过程中这些参数通过自学习自动更新，以达到最优的轧制规程。例如下表1中给出了一种常规钢种轧制时其机架变形抗力特性参数，而下表2中给出了材质类似的电工钢轧制时其机架变形抗力特性参数。

表1某常规钢种模型表参数

变量参数	F1	F2	F3	F4	F5	F6
							delk	0.075	0.053	0.014	0.109	0.072	0.049

表2材质近似的电工钢钢种模型表参数

变量参数	F1	F2	F3	F4	F5	F6
							delk	0.039	0.040	0.054	-0.031	-0.039	-0.112

如图11所示，本发明进行实物轧制时的设定轧制力与实际轧制力对比，设定轧制力与实际轧制力基本相吻合，最大误差＜4％，生产过程中轧制状态比较稳定，产品宽度、厚度尺寸的精度控制在±48μm以内，试验证明，应用本发明的方法依托常规轧制模型控制中低牌号电工钢轧制非常成功。

Claims

1.依托常规轧制模型控制中低牌号电工钢轧制的方法，所述常规轧制模型包括轧制力模型和温度模型，设置有钢种特性数据区，厚度区间数据区和常数区，轧制力模型公式为：

F＝W×(R×(1+Kh×F/W×(H-h))^1/2)×k×(a+b×L/(H+h))，

其中，k＝Kc×f(T)×f(V)，

式中：

F-轧制力，W-带钢宽度，R-工作辊半径，Kh-工作辊硬度，H-机架入口带钢厚度，h-机架出口带钢厚度，k-变形抗力，a、b-与带钢材质有关的常数，L-接触弧长，H-机架入口带钢厚度，h-机架出口带钢厚度，Kc-与带钢化学成分有关的硬度系数，f(T)-与轧制温度相关的函数，f(V)-与轧制速度相关的函数，

其特征是：该方法包括，

k＝Kc×(f(T)+f(T)×K_T)×f(V)，

式中，

2.如权利要求1所述的依托常规轧制模型控制中低牌号电工钢轧制的方法，其特征是：常规轧制模型具有的自学习功能用于中低牌号电工钢，优化所述独立的钢种特性表、独立的厚度区间表和K_T参数值。