CN102248004A - 一种窄带热连轧精轧机刚度的计算方法 - Google Patents

Abstract

一种窄带热连轧精轧机刚度的计算方法，属于轧制过程自动化中窄带热连轧精轧机厚度的自动控制技术领域。步骤如下：轧机进行自动压靠，PLC存储参考零点的位置值和轧制力的平均值；确定机架摆辊缝值；根据轧制规程确定需要轧制带钢厚度，用铝板验证各机架的辊缝，并进行微调；按照确定的辊缝过铝板，记录末机架过铝板时的轧制力平均值和铝板厚度平均值；保证空载辊缝不变进行轧钢生产，记录末机架钢板的轧制力平均值和出口处带钢厚度；根据厚度偏差重新修正上游机架辊缝，末机架辊缝不变；修正辊缝后再次轧制相同规格的钢板，记录修正上游机架辊缝后末机架出口处带钢的轧制力平均值和出口厚度；根据三点通过二元线性回归法得到轧机刚度。

Description

一种窄带热连轧精轧机刚度的计算方法

技术领域

本发明属于轧制过程自动化中窄带热连轧精轧机厚度的自动控制技术领域，特别是涉及一种窄带热连轧精轧机刚度的计算方法。

背景技术

热连轧轧制时将发生的基本现象是轧机的弹性变形和轧件的塑性变形，如图1所示。在板带钢轧制过程中，轧辊对轧件施加的压力使轧件产生塑性变形，使轧件从入口的厚度H轧制到出口的厚度h。同时，轧件也给轧辊以同样大小、方向相反的反作用力，这个反作用力传到机座各部位的零件(轧辊、轧辊轴承、轴承座、垫板)之上，使各零件产生一定的弹性变形。这些零件弹性变形的累积结果都反映在轧辊的辊缝上，使实际轧制辊缝增大，即轧件出口厚度会大于初始辊缝值，这就被称为弹跳。而轧机产生单位弹跳量所需要的轧制力，称为轧机刚度。

轧机弹跳变形由轧机牌坊和辊系及其零部件组成这两部分弹性变形组成，由于支承辊辊径、工作辊有无凸度以及工作辊与支撑辊接触状况等的变化，所以轧机刚度不是轧机固有常数。Sims等利用压靠法测定了轧机弹性曲线，弹性曲线反映了弹跳值随轧制力的变化，它并不是一条直线，在小压力范围内，为一弯曲段，随着轧制力增大，弹性曲线近似为直线，这个非线性区并不稳定，每次换辊都会有所变化，但在实际生产中，轧机多工作在其弹性曲线的直线段，于是通常把直线部分的斜率称为轧机刚度，并把该直线的斜率定义为轧机刚度系数，如图2所示。

由于轧机弹性曲线小轧制力段非线性区的不稳定使弹跳方程的应用精度受到限制，通过让轧机进行预压靠，找到参考零点，从而提高弹跳方程的使用精度。弹跳方程如下式所示，预压靠和轧制时的弹性曲线如图2所示。

$h=S_0+\frac{P-P_0}{M}$

式中，h为轧机出口处的带钢厚度，S₀为空载辊缝，P₀为预压靠轧制力，P为实测轧制力，M为轧机的刚度系数。

由轧机的弹跳方程可以看出，轧机的刚度系数是一个十分重要的参数，它直接影响厚度控制中弹跳方程的估算精度进而影响带钢的厚度控制；在热连轧的精轧设定阶段，在给定入口厚度、出口厚度、预设的轧制力和刚度值的情况下，通过弹跳方程来计算空载辊缝，刚度值直接影响辊缝设定精度，进而影响带钢厚度命中率。

因此，为了提高带钢厚度控制精度，应尽量提高轧机刚度测量的准确性，轧机刚度测量目前有以下两种方法：

(1)压靠法

在轧辊转速一定的情况下，预压靠到预压靠轧制力P₀，然后按照设定的步长，在轧制力闭环下进行压靠，同时记录每一步中的轧制力和辊缝值，然后回归分析实测的弹性曲线。

压靠法相当于板宽等于辊身长度的情况，但是实际板宽总是小于辊身长度，所以轧板时弹跳量要大于空载压靠的情况；其次，窄带热轧机一般考虑到成本问题，测量压力不使用直接测量轧制压力的测压元件，而是通过安装在液压缸活塞两侧的压力传感器测量液压油压力，间接计算得到轧制力。液压缸内压力存在尖峰效应，用压力传感器检测到的轧制力只有是在静止的时刻才是真正的轧制力，即压力传感器检测存在一定的滞后性，在压靠过程中，轧辊以一定速度旋转，由于轧辊存在一定的偏心度，所以轧制力很难稳定，因此，压力传感器很难准确检测轧制力。

(2)轧板法

轧板法是在预压靠结束后，按照轧制规程设定每个机架空载辊缝S₀，然后进行轧板，测出轧制力P和对应轧制后的轧件厚度，根据几次重复试验，根据几组数据用线性回归的方法，根据轧机弹跳方程算出轧机刚度的最佳估算值。

该方法需要准备合适的试验板，需要专门试验，占用生产时间，减低生产效率；另一方面，压力传感器检测的滞后性，使轧板法轧制力有效点数比较少，如果全用轧板法的测量值进行回归，不能相对准确的回归出轧机刚度。

发明内容

针对现有轧机刚度测量方法存在的不足，本发明提供一种窄带热连轧精轧机刚度的计算方法；该方法提高了轧机刚度计算的准确性，同时也提高了生产效率，降低了生产成本。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种窄带热连轧精轧机刚度的计算方法，该方法采用轧机、轧辊及其电液伺服控制系统，在位置和轧制力控制系统中通过安装在液压缸中的位置传感器来测量液压缸位移、通过压力传感器测量轧制力；该方法包括如下步骤：

步骤一：轧机在PLC的控制下进行自动压靠，当压靠到设定的预压靠轧制力P₀时，PLC自动存储参考零点的位置值和参考零点处轧制力的平均值；

步骤二：确定机架摆的辊缝值S₀，将位置传感器检测到的机架摆的辊缝值与步骤一中PLC存储的参考零点的位置值进行比较，得到的差值即为机架摆的辊缝值S₀；

步骤三：根据轧制规程，确定需要轧制带钢的厚度，用铝板来验证各机架的辊缝，并进行微调，提高带钢厚度的命中率；

步骤四：按照步骤三中确定的各机架的辊缝，过铝板，记录末机架过铝板时的轧制力平均值P_LB和铝板厚度平均值h_LB；

步骤五：保证空载辊缝不变进行正常轧钢生产，并记录末机架钢板的轧制力平均值P_steel和出口处带钢厚度h_steel；

步骤六：根据厚度偏差重新修正上游机架辊缝，末机架辊缝不变；

步骤七：修正辊缝后再次轧制相同规格的钢板，记录修正上游机架辊缝后末机架出口处带钢的轧制力平均值P_steelc和出口厚度h_steelc；

步骤八：根据步骤四、步骤五和步骤七中得到的三个点(h_LB，P_LB)，(h_steel，P_steel)和(h_steelc，P_sttelc)，可以通过二元线性回归法得到轧机刚度，回归函数的形式如下式：

P＝ah+b

式中：a为轧机刚度；b为待定系数；P为轧制力；h为铝板或钢板的厚度平均值。

本发明的有益效果：

本发明的方法比压靠法的测量状态更接近实际生产状态，测得的实际刚度也更能真实的反应轧制过程中轧机的实际刚度；在轧钢过程中，取轧制力平均值，避免了压力传感器检测的滞后性，相对准确地反应了真实轧制力。与轧板法相比，本发明的方法在轧铝时一方面利用轧铝板的轧制力和轧后厚度的数据，另一方面用铝板来验证辊缝，提高了轧钢时的厚度命中率，接下来利用生产实际轧制数据，增加轧制过程中的有效点数，提高了轧制力的准确性，在此基础上采用回归法确定轧机刚度，提高了轧机刚度计算的准确性，同时也提高了生产效率，降低了生产成本。

附图说明

图1为轧制过程中发生的基本现象示意图；

图2为预压靠和轧制时的弹性变形曲线图；

图3为本发明的计算方法的程序流程图；

其中，h-轧机出口处带钢厚度；S₀-空载辊缝；P₀-预压靠轧制力；P-实测轧制力；H-轧机入口处带钢厚度；S-辊缝值。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明：

一种窄带热连轧精轧机刚度的计算方法，该方法采用轧机、轧辊及其电液伺服控制系统，在位置和轧制力控制系统中通过安装在液压缸中的位置传感器来测量液压缸位移、通过压力传感器测量轧制力；如图3所示，该方法包括如下步骤：

步骤一：将精轧机组切换到调零模式，按下末机架的辊缝清零按钮，进行预压靠操作；轧机在PLC的控制下进行自动压靠，在压靠过程中会自动将轧辊调平，当压靠到设定的预压靠轧制力P₀(预压靠轧制力应当超过轧机弹性曲线非线性段的轧制力)时，PLC自动存储参考零点的位置值和参考零点处轧制力的平均值(支撑辊旋转一圈的轧制力平均值)，存储结束后，指示调零成功，同时将辊缝摆到设定值等待新的命令；

步骤二：确定机架摆的辊缝值S₀，将位置传感器检测到的机架摆的辊缝值与步骤一中PLC存储的参考零点的位置值进行比较，得到的差值即为机架摆的辊缝值S₀；

步骤三：根据轧制规程，确定需要轧制带钢的厚度，用铝板来验证各机架的辊缝，并进行微调，提高带钢厚度的命中率；

步骤四：按照步骤三中确定的各机架的辊缝，过铝板，记录末机架过铝板时的轧制力平均值P_LB和铝板厚度平均值h_LB；

步骤五：保证空载辊缝不变进行正常轧钢生产，并记录末机架钢板的轧制力平均值P_steel和出口处带钢厚度h_steel；

步骤六：由于步骤五是根据轧铝板的经验摆辊缝，因此，带钢厚度会与目标厚度存在一定的偏差，根据厚度偏差重新修正上游机架辊缝，末机架辊缝不变；

步骤七：修正辊缝后再次轧制相同规格的钢板，记录修正上游机架辊缝后末机架出口处带钢的轧制力平均值P_steelc和出口厚度h_steelc；此处带钢厚度更接近目标厚度；

步骤八：根据步骤四、步骤五和步骤七中得到的三个点(h_LB，P_LB)，(h_steel，P_steel)和(h_steelc，P_steelc)，可以通过二元线性回归法得到轧机刚度，回归函数的形式如下式：

P＝ah+b

式中：a为轧机刚度；b为待定系数；P为轧制力；h为铝板或钢板的厚度平均值。

回归函数中的参数通过下面的式子可以求出：

$a=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(h_i-\stackrel{\mathrm{\ω}}{h})(P_i-\stackrel{\mathrm{\ω}}{P})}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(h_i-\stackrel{\mathrm{\ω}}{h})}^2}$

$b=\stackrel{\mathrm{\ω}}{P}-a\stackrel{\mathrm{\ω}}{h}$

其中 $\left\{\begin{array}{c}\stackrel{W}{P}=\frac{P_{\mathrm{LB}}+P_{\mathrm{steel}}+P_{\mathrm{steelc}}}{3}\\ \stackrel{W}{h}=\frac{h_{\mathrm{LB}}+h_{\mathrm{steel}}+h_{\mathrm{steelc}}}{3}\end{array}\right.$

式中，a-轧机刚度；b-待定系数；P₀-预压靠轧制力；P_i-第i个轧制力采样值；i-采样的个数；n-采样次数总和；h_i-第i个采样点处铝板或钢板厚度；P_LB-末机架过铝板时的轧制力平均值；h_LB-末机架过铝板时的铝板厚度平均值；P_steel-末机架钢板的轧制力平均值；h_steelc-末机架钢板的出口处带钢厚度平均值；P_steelc-经修正上游机架辊缝后的末机架钢板的轧制力平均值；h_steelc-经修正上游机架辊缝后的末机架钢板的出口处带钢厚度平均值。

通过对上面的式子进行求解，就可以得出末机架的轧机刚度系数。

由于精轧机的各机架结构相同，步骤八中通过回归法得出的轧机刚度可以作为其他机架的轧机刚度。

上述步骤中所述的轧制力平均值和厚度平均值均采用下式进行计算：

$P_{\mathrm{AVE}}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i$

$h_{\mathrm{AVE}}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{h}_i$

其中：P_AVE为轧制力平均值；P_i为第i个轧制力采样值；i为采样的个数；n为采样次数总和；h_AVE为厚度平均值；h_i为第i个采样点处铝板或钢板厚度。

Claims (1)

1.一种窄带热连轧精轧机刚度的计算方法，该方法采用轧机、轧辊及其电液伺服控制系统，在位置和轧制力控制系统中通过安装在液压缸中的位置传感器来测量液压缸位移、通过压力传感器测量轧制力；其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一：轧机在PLC的控制下进行自动压靠，当压靠到设定的预压靠轧制力P ₀ 时，PLC自动存储参考零点的位置值和参考零点处轧制力的平均值；

步骤二：确定机架摆的辊缝值S ₀ ，将位置传感器检测到的机架摆的辊缝值与步骤一中PLC存储的参考零点的位置值进行比较，得到的差值即为机架摆的辊缝值S ₀ ； 

步骤三：根据轧制规程，确定需要轧制带钢的厚度，用铝板来验证各机架的辊缝，并进行微调，提高带钢厚度的命中率；

步骤四：按照步骤三中确定的各机架的辊缝，过铝板，记录末机架过铝板时的轧制力平均值P _LB 和铝板厚度平均值h _LB ；

步骤五：保证空载辊缝不变进行正常轧钢生产，并记录末机架钢板的轧制力平均值P _steel 和出口处带钢厚度h _steel ；

步骤六：根据厚度偏差重新修正上游机架辊缝，末机架辊缝不变；

步骤七：修正辊缝后再次轧制相同规格的钢板，记录修正上游机架辊缝后末机架出口处带钢的轧制力平均值P _steelc 和出口厚度h _steelc ；

步骤八：根据步骤四、步骤五和步骤七中得到的三个点（h _LB ，P _LB ）, （h _steel ，P _steel ）和（h _steelc ，P _steelc ），可以通过二元线性回归法得到轧机刚度，回归函数的形式如下式：

式中：a为轧机刚度；b为待定系数；P为轧制力；h为铝板或钢板的厚度平均值。

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