CN101543841A - 用于改善带钢表面质量的冷轧机组的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于改善带钢表面质量的冷轧机组的控制方法，通过单独控制最后一个机架X的前一机架X－1或同时控制最后一个机架X、前一机架X－1，在带钢板形发生变化前预测轧制力的变化来对弯辊进行预先补偿，从而减少了严重双边浪的产生，优化了轧机出口带钢的板形，改善了工作辊的辊形，消除了卷取机上钢卷外圈压辊印。同时也未对轧机稳定轧制产生任何影响。

Description

用于改善带钢表面质量的冷轧机组的控制方法

技术领域

本发明涉及冶金领域的冷轧技术，尤其涉及一种冷轧机组带钢表面质量的控制方法。

背景技术

带钢表面质量是衡量冷轧机轧后产品质量的一项重要指标，特别是汽车外板，对表面质量要求高，不允许有压印等缺陷，如果带钢表面有缺陷，产品将作判废或降级处理，影响机组产品成材率和公司的经济效益。因此，各钢铁厂为了提高产品竞争力，采取各种措施来消除本机组的质量缺陷。

如图1所示的UCM轧机，其中BUR为支撑辊；IMR为中间辊；WR为工作辊；PUC为压上系统；WS侧为工作侧；DS侧为传动侧。该轧机由上下BUR、上下WR和上下IMR构成，通过PUC压上系统将轧制力作用在下BUR上，再通过IMR和WR将轧制力作用到带钢上，将带钢从厚轧到薄。为了控制轧机出口带钢的板形，配置了IMR弯辊和WR弯辊等设备。IMR弯辊具有正弯功能，其作用是将IMR辊向上弯曲，改变IMR形状；WR弯辊具有正弯和负弯功能，正弯功能使WR向上弯曲，负弯功能使WR向下弯曲，主要目的是改变WR的形状。

轧机轧制时所需的轧制力由下BUR、WS侧和DS侧两侧液压力提供，液压力直接作用在BUR、WS侧和DS侧的轴承座上，轧制力通过IMR和WR将轧制力传递到带钢上，其受力分布情况如图2所示。

从图2可以看出WR的受力主要分为两部分：中部受力区1和边部受力区2，这两部分力直接作用在带钢上。由于轧制力直接作用在轴承座上，且轧辊长度L大于带钢宽度W，轧制时受轧制力的影响，辊子产生弹性变形，形成WR的中部弯曲大于边部弯曲，使WR辊形变成拱形而非平坦的形状，WR中部受力区1的力小于边部受力区2的力，因此边部受力区2对带钢产生的应变力大于中部受力区1，使边部受力区2带钢的延伸大于中部受力区1。

轧辊中部受力区1的力(用F1表示)和边部受力区2的力(用F2表示)不同的排列组合，就会生产不同的板形，其中：图3所示称为边浪，受力区1的力<受力区2的力，即F1<F2，带钢横断面呈双凸度形；图4所示称为理想板形(平直)，受力区1的力＝受力区2的力，F1＝F2；图5所示称为中浪，受力区1的力>受力区2的力，F1>F2。

为实现冷轧机连续化生产，轧机出口设置了飞剪、卡罗塞卷取机和带尾定位用压辊(3套)等设备，轧机工艺流程简图见图6所示，A为焊缝，2、3、4、5均为机架。

正常轧制时，由于自动板形控制系统ASC的作用，F1和F2基本可以保持相等，板形平直良好。当轧机做剪切准备时，在焊缝进入轧机前，需将轧机速度降至剪切速度(范围100mpm～300mpm)。降速过程中轧辊与带钢之间的摩擦力将发生变化，摩擦系数增大，轧制力也相应变大，使得F1<F2，造成轧辊边部受力区的带钢延伸加剧，带钢板形出现严重双边浪，横断面呈双凸度形，边部偏薄而中部偏厚，尤其薄料(0.35mm厚度)生产时，双边浪更为明显。

这种形态的板形在剪切前后通过3套压辊的压力作用，产生对带钢表面作用力的不均匀，带钢变形就形成了图7所示的情况，在带钢表面留下压印B。

压辊压印产生的原因为不良板形的带钢通过压辊压力的作用而产生，不良板形是主要因素，而不良板形产生的根源是轧机剪切降速过程中轧制力发生了变化，从而打破了原来ASC建立起来的F1＝F2状态，使得双边浪形成。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于改善带钢表面质量的冷轧机组的控制方法，该方法能消除冷轧机薄料剪切过程中轧后产品压辊印，提高轧后产品的表面质量，提高机组成材率。

本发明的技术构思为：如果板形良好，那么压辊与带钢是平面接触，即使通过压辊压下作用，带钢表面受力也是均匀的，不会产生压辊印。剪切过程降速是工艺所需，降速造成轧制力的变化也是AGC(自动厚度控制)的要求，因此，可以考虑在带钢板形发生变化前通过预测轧制力的变化来对弯辊进行预先补偿，从而解决板形变差的问题。UCM轧机控制板形的主要设备有WR正负弯辊和IMR弯辊。在检测到轧机轧机力的变化时，通过引入弯辊补偿控制，改善WR的辊形，使WR中部受力区和边部受力区的轧制力相近或相等，使轧机出口板形尽可能的平坦，这样就可解决压辊印的产生。

本发明的目的是这样实现的：一种用于改善带钢表面质量的冷轧机组的控制方法，控制最后一个机架X之前的机架X-1，对机架X-1的控制包括如下步骤：

A 初始化机架X—1的轧制力P与带钢宽度W比值的偏差量ΔF_X-1和弯辊补偿力F_WRAD(X-1)，执行步骤B；

B 判断轧机出口带钢厚度，如小于某确定值，执行步骤C；否则，控制结束；

C 测量机架X—1轧制力P与带钢宽度W比值的变化，执行步骤D；

D 对机架X—1轧制力P与带钢宽度比值W的变化过滤，执行步骤E；

E 计算机架X—1轧制力P与带钢宽度W比值的偏差量ΔF_X-1并判断，如不等于0，执行步骤F；否则，控制结束；

F 计算机架X—1弯辊补偿力F_WRAD(X-1)并判断，如果弯辊补偿力F_WRAD(X-1)大于某确定值，结束控制。否则，执行步骤G；

G 输出弯辊补偿力F_WRAD(X-1)，弯辊自动补偿，执行步骤C。

优选地，还可控制最后一个机架X，对机架X的控制包括如下步骤：

A 初始化机架X速度V_X与轧制力P_X函数关系变化的偏差量ΔF_X和弯辊补偿力F_WRAD(X)，执行步骤B；

B 判断轧机出口带钢厚度，如小于某确定值，执行步骤C；否则，控制结束；

C 测量机架X速度V_X的变化，执行步骤D；

D 建立机架X速度V_X与轧制力P_X的函数关系，执行步骤E；

E 计算机架X速度V_X与轧制力P_X函数关系变化的偏差量ΔF_X并判断，如不等于0，执行步骤F；否则，控制结束；

F 计算机架X弯辊补偿力F_WRAD(X)并判断，如果弯辊补偿力F_WRAD(X)大于某确定值，结束控制。否则，执行步骤G；

G 输出弯辊补偿力F_WRAD(X)，弯辊自动补偿，执行步骤C。

优选地，所述机架X-1的控制步骤C中通过压力传感器测量机架X-1轧制力P。

优选地，所述机架X-1的控制步骤D中采用一次惯性延迟对机架X-1轧制力P与带钢宽度W比值的变化过滤，其一次惯性环节为1/(1+Ts)，其中T为时间。

优选地，所述机架X-1的控制步骤E中机架X-1轧制力P与带钢宽度W比值的偏差量ΔF_X-1的计算公式为ΔF_X-1＝P/W(n)—P/W(n—1)其中：n为程序扫描的次数。

优选地，所述机架X-1的控制步骤F中采用积分控制计算机架X-1弯辊补偿力F_WRAD(X-1)，其计算公式为：F_WRAD(X-1)＝∑KIG×ΔF4×ΔT₂其中：

∑KIG为积分时间，经验值；

ΔT₂为定时任务T₂扫描周期。

优选地，所述机架X的控制步骤D中采用函数发生器来建立机架X速度V_X与轧制力P_X的函数关系。

优选地，所述机架X的控制步骤E中机架X速度V_X与轧制力P_X函数关系变化的偏差量ΔF_X计算公式为ΔF_X＝P_X(n)—P_X(n—1)其中：n为程序扫描的次数。

优选地，所述机架X的控制步骤F中采用积分控制计算机架X弯辊补偿力F_WRAD(X)，其计算公式为：F_WRAD(X)＝∑KIG×ΔF_X×ΔT₂其中：

∑KIG为积分时间，经验值；

ΔT₂为定时任务T₂扫描周期。

优选地，所述机架弯辊力通过调节电流型控制比例阀的输入电压来实现，其输出关系式为：

V(i)＝[KPG×(F_WRSET(i)+F_WRAD(X-1)—F_WRFB(i))+∑KIG×(F_WRSET(i)+F_WRAD(X-1)—F_WRFB(i))×ΔT2]/32000(digit)×10(V)其中：

i为i机架；

KPG为比例增益；

KIG为积分增益；

ΔT2为定时任务T2的扫描周期；

F_WRSET(i)+F_WRAD(X-1)为弯辊设定值；

F_WRFB(i)为弯辊力实际反馈值。

本发明由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

减少了严重双边浪的产生，优化了轧机出口带钢的板形，改善了工作辊的辊形，消除了剪切过程中钢卷外圈压辊印的产生。同时也未对轧机稳定轧制产生任何影响。

4机架弯辊补偿功能特点：

1、能直接测量机架的轧制力，从而获得该机架精确的受力变化情况，具有测量直接、快速、高精度等特点；

2、4机架为最终机架前一台机架，该补偿功能具有前馈控制特点，可为最终机架入口提供良好的板形，具有预控的特点；

3、因采用直接测量轧制力的变化而计算出弯辊补偿力方式，使控制模型更为简化，易于调试。

附图说明

图1为现有UCM冷轧机的结构简图；

图2为现有轧机轧辊受力分析图；

图3为现有轧辊受力后的一种边浪板形示意图；

图4为现有轧辊受力后的一种理想板形示意图；

图5为现有轧辊受力后的一种中浪板形示意图；

图6为现有轧机工艺流程简图；

图7为现有经3套压辊压下后的板形图；

图8为本发明的控制功能框架图；

图9为本发明的机架4弯辊补偿控制流程图；

图10为本发明的机架5弯辊补偿控制流程图；

图11为实施例1的机架4的弯辊补偿力控制曲线；

图12为未使用实施例1的出口带钢的板形变化示意图；

图13为使用实施例1后的出口带钢的板形变化示意图；

图14为实施例2的机架5速度与轧制力对应关系图；

图15为实施例2的机架4的弯辊补偿力控制曲线；

图16为实施例2的机架5的弯辊补偿力控制曲线；

图17为未使用实施例2的出口带钢的板形变化示意图；

图18为使用实施例2后的出口带钢的板形变化示意图。

具体实施方式

如图8、9所示，机架4在剪切准备降速过程中，包括如下控制步骤：

A 初始化机架4轧制力P与带钢宽度W比值的偏差量ΔF4和弯辊补偿力F_WRAD(4)，执行步骤B；

B 判断机架4出口带钢厚度h5，如小于0.35mm，执行步骤C；否则，控制结束；

C 通过压力传感器测量机架4轧制力P与带钢宽度W比值P/W的变化，执行步骤D；

D 为了避免信号阶跃变化，采用一次惯性延迟对机架4轧制力P与带钢宽度比值P/W的变化过滤，其一次惯性环节为1/(1+Ts)，其中T为时间。执行步骤E；

E 计算机架4轧制力P与带钢宽度W比值的偏差量ΔF4，将当前比值与前一次比值相减，公式为ΔF4＝P/W(n)—P/W(n—1)其中：

n为程序扫描的次数；

并判断，如偏差量ΔF4不等于0，执行步骤F；否则，控制结束；

F 采用积分控制计算机架4弯辊补偿力F_WRAD(4)，其计算公式为：F_WRAD(4)＝∑KIG×ΔF4×ΔT₂其中：

∑KIG为积分时间，经验值；

ΔT₂为定时任务T₂扫描周期，20ms。

并判断，如果弯辊补偿力F_WRAD(4)大于某确定值MAX(F_WR)，结束控制。否则，执行步骤G；

G 输出弯辊补偿力F_WRAD(4)，弯辊自动补偿，改善工作辊WR的辊形，消除机架4产生的双边浪，执行步骤C。

如图8、10所示，机架5为恒轧制力控制方式，机组降速引起轧制力波动，恒轧制力控制使轧制力维持恒定，为了提高控制响应速度，采用速度变化来预测轧制力的变化，包括如下控制步骤：

A 初始化机架5速度V5与轧制力P5函数关系变化的偏差量ΔF5和弯辊补偿力F_WRAD(5)，执行步骤B；

B 判断机架5出口带钢厚度Δh5，如小于0.35mm，执行步骤C；否则，控制结束；

C 测量机架5速度V5的变化，执行步骤D；

D 采用函数发生器FG来建立机架5速度V5与轧制力P5的函数关系，执行步骤E；

E 计算机架5速度V5与轧制力P5函数关系变化的偏差量ΔF5，其公式为ΔF5＝P5(n)—P5(n—1)其中：

n为程序扫描的次数。

并判断，如偏差量ΔF5不等于0，执行步骤F；否则，控制结束；

F 采用积分控制计算机架5弯辊补偿力F_WRAD(5)，其公式为：F_WRAD(5)＝∑KIG×ΔF5×ΔT₂其中：

∑KIG为积分时间，经验值；

ΔT₂为定时任务T₂扫描周期，20ms。

并判断，如果弯辊补偿力F_WRAD(5)大于某确定值MAX(F_WR)，结束控制。否则，执行步骤G；

G 输出弯辊补偿力F_WRAD(5)，弯辊自动补偿，执行步骤C。

如图8所示，控制功能模块的输入参数为i机架的弯辊设定值(F_WRSET(i)+F_WRAD(4))和弯辊力反馈实际值F_WRFB(i)，控制输出为i机架WR弯辊电流型控制比例阀的输入电压V_(i)，控制i机架弯辊比例阀电流来控制该机架的WR弯辊力，采用比例积分控制方式，具有快速和精度高特点，其输出关系式为：

V(i)＝KPG×(F_WRSET(i)+F_WRAD(4)—F_WRFB(i))+∑KIG×(F_WRSET(i)+F_WRAD(4)—F_WRFB(i))×ΔT2其中：

i为i机架；

KPG为比例增益；

KIG为积分增益；

ΔT2为定时任务T2的扫描周期，20ms；

F_WRSET(i)+F_WRAD(4)为弯辊设定值；

F_WRFB(i)为弯辊力实际反馈值。

实施例1(只投入4机架弯辊补偿功能)

生产状况：轧机生产规格2.5mm/0.35mm×1411mm，轧制速度570mpm时，焊缝进入轧机前，为剪切做准备，轧机降速至目标速度120mpm，降速过程中，轧机出口带钢板形边浪严重，经卷取机压辊压下后在钢卷两侧产生起皱和压印。

调整状况：为此，在下一卷同规格(2.5mm/0.35mm×1411mm)的带钢上，投入4机架弯辊补偿功能，并进行调试。

关键参数：

a：h5厚度，确定该功能是否投入；

b：1次惯性延迟环节1/(1+Ts)中的时间T，确定滤波效果；

c：MAX(F_WR)，弯辊补偿最大可调节量；

d：KIG，确定积分时间。

关键参数调整确定：

a：h5厚度确定为0.45mm，即X.XX定义为0.45mm，超过0.45mm不投入该功能；

b：1次惯性延迟环节1/(1+Ts)中的时间T，确定T＝1000ms；

c：MAX(F_WR)，确定为MAX(F_WR)＝40吨(机械最大输出)；

d：KIG，确定积分时间KIG＝0.4s。

控制输出：控制曲线如图11所示，该图中显示了速度发生变化及轧制力发生变化，机架4弯辊补偿力的输出。其中A为机架5速度反馈；B为机架4轧制力/宽度变化值；C为机架4工作辊补偿力给定；D为机架工作辊弯辊总给定。

控制效果：弯辊补偿未投入前轧机出口板形效果图如图12所示，轧机降速时出现双边浪1’，弯辊补偿投入后轧机出口板形效果图如图13所示，通过投入控制功能，轧机出口板形边双边浪得到了改善，变成单侧微小边浪，压辊压下后单侧带钢起皱不明显，带钢表面未出现压印。

确定效果的关键：以不出现双边浪为佳(即边部不出现1’所示图形)。

实施例2(投入4机架和5机架弯辊补偿功能)

生产状况：轧机生产规格2.5mm/0.35mm×1411mm，轧制速度641.3mpm时，焊缝进入轧机前，为剪切做准备，轧机降速至目标速度130mpm，降速过程中，轧机出口带钢板形边浪严重，经卷取机压辊压下后在钢卷两侧产生起皱和压印，该卷带钢做封闭处理，带钢表面质量不合格影响到轧机的产品的成材率，影响轧机稳定生产。

调整状况：分别投入4机架弯辊补偿功能和5机架弯辊补偿功能，并进行调试。

1)、4机架弯辊补偿功能调整

关键参数：

a：h5厚度，确定该功能是否投入；

b：1次惯性延迟环节1/(1+Ts)中的时间T，确定滤波效果；

c：MAX(F_WR)，弯辊补偿最大可调节量；

d：KIG，确定积分时间。

关键参数调整确定：

a：h5厚度确定为0.45mm，即X.XX定义为0.45mm，超过0.45mm不投入该功能；

b：1次惯性延迟环节1/(1+Ts)中的时间T，确定T＝1000ms；

c：MAX(F_WR)，确定为MAX(F_WR)＝40吨(机械最大输出)；

d：KIG，确定积分时间KIG＝0.4s。

2)、5机架弯辊补偿功能调整

关键参数：

a：h5厚度，确定该功能是否投入；

b：速度V5与轧制力P5之间关系，预测速度变化导致轧制力的变化；

c：MAX(F_WR)，弯辊补偿最大可调节量；

d：KIG，确定积分时间。

关键参数调整确定：

a：h5厚度确定为0.45mm，即X.XX定义为0.45mm，超过0.45mm不投入该功能；

b：速度V5与轧制力P5之间的关系，用函数发生器来表示，对应摩擦系数的变化，如图14所示。

c：MAX(F_WR)，确定为MAX(F_WR)＝40吨(机械最大输出)；

d：KIG，确定积分时间＝0.4s。

控制输出：控制曲线如图15，16所示，该图中显示了速度发生变化及轧制力发生变化，机架4弯辊补偿力的输出和机架5弯辊补偿力的输出。其中A为机架5速度反馈；B为机架4轧制力/宽度变化值；C为机架4工作辊补偿力给定；D为机架工作辊弯辊总给定；E为机架5速度反馈；F为速度变化预测轧制力的变化值；G为机架5工作辊补偿值；H为机架5工作辊弯辊总输出。

控制效果：弯辊补偿未投入前轧机出口板形效果图如图17所示，轧机降速时出现双边浪1’，弯辊补偿投入后轧机出口板形效果图如图18所示，通过投入控制功能，轧机出口板形边浪消除，压辊压下后带钢不再起皱，在带钢表面也未出现压印。

确定效果的关键：以不出现边浪为佳(即边部不出现1’所示图形)。

Claims (10)

1.一种用于改善带钢表面质量的冷轧机组的控制方法，其特征在于：对最后一个机架X之前的机架X-1的控制包括如下步骤：

A初始化机架X—1的轧制力P与带钢宽度W比值的偏差量ΔF_X-1和弯辊补偿力F_WRAD(X-1)，执行步骤B；

B判断轧机出口带钢厚度，如小于某确定值，执行步骤C；否则，控制结束；

C测量机架X—1轧制力P与带钢宽度W比值的变化，执行步骤D；

D对机架X—1轧制力P与带钢宽度比值W的变化过滤，执行步骤E；

E计算机架X—1轧制力P与带钢宽度W比值的偏差量ΔF_X-1并判断，如不等于0，执行步骤F；否则，控制结束；

F计算机架X—1弯辊补偿力F_WRAD(X-1)并判断，如果弯辊补偿力F_{WRAD(X -1)}大于某确定值，结束控制。否则，执行步骤G；

G输出弯辊补偿力F_WRAD(X-1)，弯辊自动补偿，执行步骤C。

2.如权利要求1所述的用于改善带钢表面质量的冷轧机组的控制方法，其特征在于：还可控制最后一个机架X，对机架X的控制包括如下步骤：

A 初始化机架X速度V_X与轧制力P_X函数关系变化的偏差量ΔF_X和弯辊补偿力F_WRAD(X)，执行步骤B；

B 判断轧机出口带钢厚度，如小于某确定值，执行步骤C；否则，控制结束；

C 测量机架X速度V_X的变化，执行步骤D；

D 建立机架X速度V_X与轧制力P_X的函数关系，执行步骤E；

E 计算机架X速度V_X与轧制力P_X函数关系变化的偏差量ΔF_X并判断，如不等于0，执行步骤F；否则，控制结束；

F 计算机架X弯辊补偿力F_WRAD(X)并判断，如果弯辊补偿力F_WRAD(X)大于某确定值，结束控制。否则，执行步骤G；

G 输出弯辊补偿力F_WRAD(X)，弯辊自动补偿，执行步骤C。

3.如权利要求1或2所述的用于改善带钢表面质量的冷轧机组的控制方法，其特征在于：所述机架X-1的控制步骤C中通过压力传感器测量机架X-1轧制力P。

4.如权利要求3所述的用于改善带钢表面质量的冷轧机组的控制方法，其特征在于：所述机架X-1的控制步骤D中采用一次惯性延迟对机架X-1轧制力P与带钢宽度W比值的变化过滤，其一次惯性环节为1/(1+Ts)，其中T为时间。

5.如权利要求4所述的用于改善带钢表面质量的冷轧机组的控制方法，其特征在于：所述机架X-1的控制步骤E中机架X-1轧制力P与带钢宽度W比值的偏差量ΔF_X-1的计算公式为ΔF_X-1＝P/W(n)—P/W(n—1)其中：n为程序扫描的次数。

6.如权利要求5所述的用于改善带钢表面质量的冷轧机组的控制方法，其特征在于：所述机架X-1的控制步骤F中采用积分控制计算机架X-1弯辊补偿力F_WRAD(X-1)，其计算公式为：F_WRAD(X-1)＝∑KIG×ΔF4×ΔT₂其中：

∑KIG为积分时间，经验值；

ΔT₂为定时任务T₂扫描周期。

7.如权利要求6所述的用于改善带钢表面质量的冷轧机组的控制方法，其特征在于：所述机架X的控制步骤D中采用函数发生器来建立机架X速度V_X与轧制力P_X的函数关系。

8.如权利要求7所述的用于改善带钢表面质量的冷轧机组的控制方法，其特征在于：所述机架X的控制步骤E中机架X速度V_X与轧制力P_X函数关系变化的偏差量ΔF_X计算公式为ΔF_X＝P_X(n)—P_X(n—1)其中：n为扫描的次数。

9.如权利要求8所述的用于改善带钢表面质量的冷轧机组的控制方法，其特征在于：所述机架X的控制步骤F中采用积分控制计算机架X弯辊补偿力F_WRAD(X)，其计算公式为：F_WRAD(X)＝∑KIG×ΔF_X×ΔT₂其中：

∑KIG为积分时间，经验值；

ΔT₂为定时任务T₂扫描周期。

10.如权利要求6或9所述的用于改善带钢表面质量的冷轧机组的控制方法，其特征在于：所述机架弯辊力通过调节电流型控制比例阀的输入电压来实现，其输出关系式为：

V(i)＝[KPG×(F_WRSET(i)+F_WRAD(X-1)—F_WRFB(i))+∑KIG×(F_WRSET(i)+F_WRAD(X-1)—F_WRFB(i))×ΔT2]/32000(digit)×10(V)其中：

i为i机架；

KPG为比例增益；

KIG为积分增益；

ΔT2为定时任务T2的扫描周期；

F_WRSET(i)+F_WRAD(X-1)为弯辊设定值；

F_WRFB(i)为弯辊力实际反馈值。

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