CN102294362B - 一种中厚板厚度精度控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种中厚板厚度精度控制方法,综合考虑各方面影响因素及约束条件,有针对性地综合运用各种设定、实测、计量等手段,通过钢板长度方向的厚度控制、钢板宽度方向的厚度控制、钢板绝对厚度控制、测厚仪精度控制及二级轧制目标厚度控制五项控制措施,使模型精度更加贴近于实际,程序设计更趋近于科学,硬件设置和功能更接近于标准,实现满足约束条件下的目标厚度最佳化,使钢板轧制厚度精度明显提高,表面质量得到改善,其凹兜深度由0.5mm减小到0.13mm,轧制尺寸现货率减少0.76%,成材率提高0.80%,具有显著的经济效益和推广价值。
Description
技术领域
本发明属于轧钢自动控制方法领域,尤其涉及一种带有自动压下的四辊轧机在中厚板轧制过程中进行厚度精度控制的方法。
背景技术
随着造船、桥梁、制管、容器等行业的蓬勃发展,板材产品对尺寸精度的要求越来越高,用户也提出了更加严格的订货标准,尤其是国家尺寸标准GB709-2006的制定,使公差带相对于老版本的标准严格了20%以上。同时,激烈的市场竞争以及原料成本的上涨导致成材厂的生产成本快速增加。在这样的背景下,进一步降低成本,提高产品的精度既是占据市场优势地位的基础条件,也是对中厚板轧机厚度精度控制水平提出的一个严峻挑战。
目前,国内的4300mm厚板轧机大多是带有自动压下的四辊轧机,这种轧机轧制的中厚板厚度精度组成要素及存在问题如下:
1、钢板长度方向的厚度问题:目前中厚板国际上流行的厚度控制模式是绝对AGC(辊缝自动控制系统)控制模式,该模式的缺点是当钢板头部轧制力波动较大的时候,实际轧制力将与计算轧制力产生较大的偏差,AGC必将产生滞后的过补偿现象,从而造成钢板产生滞后的薄点。由于钢板头尾轧制力波动较大,因此造成钢板头尾个别点超标。
2、钢板宽度方向的厚度问题:在辊身长度大于4米的平辊轧机上,其过长的辊身在轧钢时必然不可避免的产生巨大的挠度,从而造成钢板板凸度过大。
3、钢板绝对厚度精度问题:该精度主要取决于轧制数学模型的精度,而数学模型的计算精度主要取决于变形抗力的计算精度,通常变形抗力无法进行测量,只能依靠经验拟合,因此精度较差。
4、测厚仪精度问题:国际上中厚板测厚主要采用γ射线测厚仪,但国内有的从国外采购的测厚仪,对方仅提供硬件,因此只能自主的进行软件开发。
5、二级轧制目标厚度问题:轧制目标厚度必须合理考虑标准的上下限、坯料的要料公差带、钢板同板差、钢板异板差、设备精度情况,而原有方法靠人为经验进行设定,不能充分考虑到上述约束条件。
上述问题的存在,极大影响了钢板的厚度精度和产品质量合格率,导致钢板轧制成材率下降,尺寸现货率大幅度增加,并直接影响到企业的经济效益。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种综合考虑钢板长度方向、宽度方向、绝对厚度方面的影响因素和控制措施,通过测厚仪精度和二级轧制目标厚度优化,从而提高钢板轧制厚度精度和轧制成材率的中厚板厚度精度控制方法。
为此,本发明所采取的解决方案是:
一种中厚板厚度精度控制方法,通过钢板长度方向的厚度控制、钢板宽度方向的厚度控制、钢板绝对厚度控制、测厚仪精度控制及二级轧制目标厚度控制,提高中厚板的厚度精度;其具体方法为:
1、长度方向的厚度控制:在轧机技术控制系统中增加辊缝自动控制系统即AGC咬入端二阶厚度补偿功能,长度位置以咬钢信号为触发点,AGC自动控制系统根据设定的长度位置和补偿量进行相应的辊缝补偿;
2、钢板宽度方向的厚度控制:调整支承辊辊形曲线,通过加大辊凸度,减少钢板凸度;
工作辊辊形:150~400μm的正弦曲线;
支撑辊辊形:距轧辊辊身中点±1500mm内为凸度80μm的正弦曲线;
距轧辊辊身中点±1500mm外为R=70000mm的2段圆弧应力卸载曲线;
3、钢板绝对厚度控制:修改变形抗力拟合程序表,模型中用于轧制力计算的变形抗力采用钢种作为分类条件,以各元素化学成分最细化的出钢记号作为变形抗力的拟合单元,对每个钢种的变形抗力进行最小二乘法拟合,使每个钢种都建立一条变形抗力曲线,提高变形抗力拟合精度;
4、测厚仪精度控制:以温度补偿和密度补偿为控制基础,在γ射线测厚仪精度控制系统中增加厚度补偿功能;
厚度补偿公式为:
式中:h为γ射线实测钢板厚度(mm);
C为线性衰变补偿值(μm),校准即可满足精度;
Ct为温度补偿系数(%),需要制作补偿曲线;
Cρ为密度补偿系数(%),需要制作补偿曲线;
Ck为相互干涉补偿系数(%),由功能预留;
μ为线性衰减系数(%),由基础表查到;
I0为初始射线强度(Ci),由检测得到;
I为接受射线强度(Ci),由检测得到;
厚度补偿计算公式中,线性衰变补偿值C采用标准垫片校出;相互干涉补偿系数Ck考虑两个射源的距离远大于1m,故取Ck=0;因此,厚度补偿的重点是温度补偿和密度补偿;
温度补偿公式为:h=ht×(1+Ct/100)
式中:ht为温度补偿前的板厚(mm),Ct为温度补偿系数(%)。
密度补偿公式为:h=hρ×(1+Cρ/100)
式中:hρ为修正前的板厚(mm);Cρ为密度补偿系数(%)。
5、二级轧制目标厚度控制:增加轧制目标厚度计算程序,以产品标准的下限和坯料要料差及设备精度,作为控制图的上下限;
钢板目标轧制厚度计算公式为:hb=aX+B
式中:hb为钢板目标轧制厚度(mm);
X为坯料要料差(mm),即对应于产品标准控制下限厚度所增加的厚度值,为已知;
a为考虑钢板的同板差和异板差后的目标厚度控制权重系数(%);
B为目标厚度偏移量(mm),系根据标准号、厚度组距、宽度组距、长度组距设定。
目标厚度控制权重系数a=3σ/X
式中:σ为综合标准偏差值(mm),3σ为设定的控制偏差值(mm);
式中:σ1为凹兜标准偏差值(mm);σ2为凸度标准偏差值(mm);
σ3为异板差标准偏差值(mm)。
所述AGC咬入端二阶厚度补偿的具体参数为:
钢板厚度(mm) | 一阶段补偿量(mm) | 一阶段长度位置(mm) | 二阶段补偿量(mm) | 二阶段长度位置(mm) |
<20 | -0.3~+0.3 | 200~400 | 0.3~0.7 | 900~1000 |
20~40 | -0.3~+0.3 | 200~400 | 0.4~0.8 | 1000~1200 |
≥40 | 0.6~1.0 | 400~600 | 0.2~0.6 | 900~11000 |
测厚仪精度控制中的温度补偿系数Ct的制作方法是:
用同一张钢板在无补偿的γ射线测厚仪下多道次跑钢,通过轧机过程数据分析采集系统将600~1100℃各温度段内的钢板厚度数据采集上来,得到不同温度下的厚度曲线;
将常温状态的钢板吊到无补偿的γ射线测厚仪下,同时得到冷状态的钢板厚度曲线;
温度补偿系数Ct=(热态γ射线测量厚度-冷态γ射线测量厚度)÷冷态γ射线测量厚度,即得出温度补偿系数Ct的拟合温度补偿曲线。
测厚仪精度控制中的密度补偿系数Cρ的测量方法有两种:
1、测量方法:将超声波测厚仪测得的钢板冷态厚度曲线与冷状态γ射线测厚仪测得的钢板冷态厚度曲线对比,得到密度补偿系数Cρ;
2、计算方法:利用钢种每个化学成分的体积密度及百分含量计算出来,
Cρ=Ai×yi
式中:Ai为钢板金相组织修正系数;
yi为各化学元素的体积密度与百分含量的乘积之和;
yi=a1×x1+a2×x2+a3×x3+a4×x4+a5×x5+a6×x6+a7×x7……
ai为各化学元素的体积密度;xi为各化学元素百分含量。
钢板目标轧制厚度计算中凹兜标准偏差值σ1为0.08mm,凸度标准偏差值σ2为0.06mm,异板差标准偏差值σ3为0.09mm。
由于对钢板长度方向的厚度进行AGC控制和辊缝补偿,减少了实际轧制力与计算轧制力之间的偏差,降低了钢板头尾轧制力波动幅度,避免钢板在长度方向上产生的局部异常薄点。通过合理设计工作辊辊形,扩大支撑辊凸度,弥补了轧制过程中轧辊形成的挠度,避免了钢板凸度过大的问题,使钢板宽度方向的厚度更加均匀。采用化学成分最细化的出钢记号作为变形抗力的拟合单元,大大提高变形抗力拟合精度,从而使轧制数学模型的精度明显提高。通过合理制作和科学测量,以温度与密度为重点,对测厚仪精度进行有效厚度补偿,确保了测厚仪的使用和测量精度。综合考虑各种影响因素,合理选择标准偏差和控制水平,使权重系数完全可以满足标准和设计要求,实现了满足约束条件下的目标厚度最佳化。由于采取了上述综合性的措施,使钢板轧制厚度精度明显提高,表面质量得到改善,其凹兜深度由0.5mm减小到0.13mm,轧制尺寸现货率减少0.76%,成材率提高0.80%,具有显著的经济效益和推广价值。
具体实施方式
本发明中厚板厚度精度控制方法,主要是综合考虑各方面影响因素及约束条件,有针对性地综合运用各种设定、实测、计量等手段,通过钢板长度方向的厚度控制、钢板宽度方向的厚度控制、钢板绝对厚度控制、测厚仪精度控制及二级轧制目标厚度控制五项控制措施,使模型精度更加贴近于实际,程序设计更趋近于科学,硬件设置和功能更接近于标准,进而实现提高中厚板厚度精度的目标。厚度精度控制的具体过程和方法为:
1、长度方向的厚度控制:主要是AGC控制。
通常厚板轧机在半自动及全自动状态下投入的AGC方式均为绝对AGC方式,绝对AGC厚度计算公式为:
式中:h为轧出厚度(mm);S为轧制时辊缝(mm);SZER为轧板调零时辊缝(mm);KM为轧机刚度系数;δ为考虑轧机热膨胀、轧辊磨损的系数。
绝对AGC采用计算轧制力为基准轧制力,其缺点是当轧制力波动较大的时候,实际轧制力将与计算轧制力产生较大的偏差,AGC将产生滞后的过补偿现象,造成钢板薄点。由于钢板头尾轧制力波动较大,因此造成钢板头尾个别点超标。且绝对AGC在生产过程中会致使钢板咬入端(单道轧钢在钢板头部、双道轧钢在钢板尾部)且距钢板毛头500~1500mm之间出现深度在0.2mm~0.7mm的凹兜,从而严重影响钢板的厚度精度。
为此,本发明在轧机技术控制系统中增加辊缝自动控制系统即AGC咬入端二阶厚度补偿功能,长度位置以咬钢信号为触发点,AGC自动控制系统根据设定的长度位置和补偿量进行相应的辊缝补偿。
AGC咬入端二阶厚度补偿的具体参数如下表所示。
钢板厚度(mm) | 一阶段补偿量(mm) | 一阶段长度位置(mm) | 二阶段补偿量(mm) | 二阶段长度位置(mm) |
<20 | -0.3~+0.3 | 200~400 | 0.3~0.7 | 900~1000 |
20~40 | -0.3~+0.3 | 200~400 | 0.4~0.8 | 1000~1200 |
≥40 | 0.6~1.0 | 400~600 | 0.2~0.6 | 900~11000 |
2、钢板宽度方向的厚度控制:主要是进行轧辊荼毒控制。
通过钢板凸度测量发现,钢板凸度过大的部分主要分布在钢板的边部,影响量达到70%,因此只要改善钢板两侧的凸度就能减少钢板的总体凸度。通过轧辊辊系受力分析发现,支撑辊轧制力峰值也在此区域,显然可以通过改善轧辊辊形来改善凸度。为此本发明主要通过调整支承辊辊形曲线和加大辊凸度双重措施,减少钢板的凸度,使轧后成品钢板的厚度更加均匀一致。
其具体辊形曲线为:
工作辊辊形曲线:150~400μm的正弦曲线。
支撑辊辊形曲线为两段:距轧辊辊身中点±1500mm内为凸度80μm的正弦曲线;距轧辊辊身中点±1500mm外为R=70000mm的2段圆弧应力卸载曲线。
3、钢板绝对厚度控制:主要是数学模型精度控制。
中厚板在轧制过程产生的宽展较小,近似于平面变形轧制,特别对于精轧过程,其宽展量可以忽略不计。轧制力计算多采用西姆斯热轧轧制力计算公式:
式中:P为轧制力(kN);B为轧件宽度(mm);R′为考虑弹性压扁的轧辊半径(mm);Δh为压下量(mm);Qp为变形区形状影响函数;σ为平均变形抗力(kN/mm2)。
从公式可以轧制力的精度决定于变形抗力的精度,因此变形抗力的精度影响绝对厚度精度。
由于不同钢种、不同厚度组距、不同交货状态的钢种化学成分和轧制温度均不相同,所以以往采用同一牌号作为分类条件就显得很不科学。
为此,本发明修改变形抗力拟合程序表,模型中用于轧制力计算的变形抗力采用钢种作为分类条件,以各元素化学成分最细化的出钢记号作为变形抗力的拟合单元,对每个钢种的变形抗力进行最小二乘法拟合,使每个钢种都建立一条变形抗力曲线,提高变形抗力拟合精度;
4、测厚仪精度控制:主要是进行精度补偿。
测厚仪精度控制是以温度补偿和密度补偿为控制基础,在γ射线测厚仪精度控制系统中增加了厚度补偿功能。其厚度补偿公式为:
式中:h为γ射线实测钢板厚度(mm);C为线性衰变补偿值(μm),将测厚仪校准即可满足精度;Ct为温度补偿系数(%),需要制作补偿曲线;Cρ为密度补偿系数(%),需要制作补偿曲线;Ck为相互干涉补偿系数(%),由功能预留;μ为线性衰减系数(%),由基础表可以查到;I0为初始射线强度(Ci),由检测得到;I为接受射线强度(Ci),由检测得到;
厚度补偿计算公式中,线性衰变补偿值C采用标准垫片校出;相互干涉补偿系数Ck考虑使当两个射源之间的距离小于1m时,才进行线源干涉补偿,但考虑对于中厚板轧机来说,两个射源的距离远大于1m,故取Ck=0。因此,厚度补偿的重点是温度补偿和密度补偿;
采用的温度补偿公式为:h=ht×(1+Ct/100)
式中:ht为温度补偿前的板厚(mm);Ct为温度补偿系数(%)。
温度补偿系数Ct的制作方法是:
用同一张钢板在无补偿的γ射线测厚仪下多道次跑钢,通过轧机过程数据分析采集系统采集600~1100℃各温度段内的钢板厚度数据,得到不同温度下的厚度曲线;
将常温状态的钢板吊到无补偿的γ射线测厚仪下,同时得到冷状态的钢板厚度曲线;
温度补偿系数Ct=(热态γ射线测量厚度-冷态γ射线测量厚度)÷冷态γ射线测量厚度,即得出温度补偿系数Ct的拟合温度补偿曲线。
密度补偿公式为:h=hρ×(1+Cρ/100)
式中:hρ为修正前的板厚(mm);Cρ为密度补偿系数(%)。
测厚仪精度控制中的密度补偿系数Cρ的测量方法有两种:
1、测量方法:将超声波测厚仪测得的钢板冷态厚度曲线与冷状态γ射线测厚仪测得的钢板冷态厚度曲线对比,得到密度补偿系数Cρ;
2、计算方法:利用每个钢种化学成分的体积密度及百分含量计算出来,
Cρ=Ai×yi
式中:Ai为钢板金相组织修正系数;
yi为各化学元素的体积密度与百分含量的乘积之和;
yi=a1×x1+a2×x2+a3×x3+a4×x4+a5×x5+a6×x6+a7×x7……
ai为各化学元素的体积密度;xi为各化学元素百分含量。
钢板目标轧制厚度计算中凹兜标准偏差值σ1为0.08mm,凸度标准偏差值σ2为0.06mm,异板差标准偏差值σ3为0.09mm。
5、二级轧制目标厚度控制:主要是考虑约束条件的多因素控制。
原有方法是靠人为经验进行设定,不能充分考虑到实际存在的众多约束条件。为此,本发明增加轧制目标厚度计算程序,以产品标准的下限和坯料要料差及设备精度,作为控制图的上下限。
钢板目标轧制厚度计算公式为:hb=aX+B
式中:hb为钢板目标轧制厚度(mm);X为坯料要料差(mm),即对应于产品标准控制下限厚度所增加的厚度值,本发明确定的坯料要料差为0.7mm。a为考虑钢板的同板差和异板差后的目标厚度控制权重系数(%);B为目标厚度偏移量(mm),系根据标准号、厚度组距、宽度组距、长度组距设定。
目标厚度控制权重系数的计算方法为:a=3σ/X
σ1为凹兜标准偏差值(mm),σ1=0.08mm;
σ2为凸度标准偏差值(mm),σ2=0.06mm;
σ3为异板差标准偏差值(mm),σ3=0.09mm。
由综合标准偏差值σ计算公式,可以得到:σ=0.14mm。
若以3σ设定的控制偏差值(mm),则3σ=0.42mm。根据控制图思想,只要目标厚度距离标准下限3σ水平,就可以既满足标准又满足坯料设计要求。
因此,考虑钢板的同板差和异板差后的目标厚度控制权重系数a=60%,亦即a设定的数值。
目标厚度控制权重系数a与目标厚度偏移量B的使用方法是:
a值可根据标准号、钢牌号、厚度组距、宽度组距和长度组距进行微调,但设定在60%可以满足基本要求。
B值是目标厚度偏移量,可用于特殊要求的钢板厚度控制,也可根据标准号、钢牌号、厚度组距、宽度组距、长度组距进行微调,但与a值互不干扰。
Claims (5)
1.一种中厚板厚度精度控制方法,其特征在于,通过钢板长度方向的厚度控制、钢板宽度方向的厚度控制、钢板绝对厚度控制、测厚仪精度控制及二级轧制目标厚度控制,提高中厚板的厚度精度;其具体方法为:
(1)、长度方向的厚度控制:在轧机技术控制系统中增加辊缝自动控制系统即AGC咬入端二阶厚度补偿功能,长度位置以咬钢信号为触发点,AGC自动控制系统根据设定的长度位置和补偿量进行相应的辊缝补偿;
(2)、钢板宽度方向的厚度控制:调整支承辊辊形曲线,通过加大辊凸度,减少钢板凸度;
工作辊辊形:150~400μm的正弦曲线;
支撑辊辊形:距轧辊辊身中点±1500mm内为凸度80μm的正弦曲线;
距轧辊辊身中点±1500mm外为R=70000mm的2段圆弧应力卸载曲线;
(3)、钢板绝对厚度控制:修改变形抗力拟合程序表,模型中用于轧制力计算的变形抗力采用钢种作为分类条件,以各元素化学成分最细化的出钢记号作为变形抗力的拟合单元,对每个钢种的变形抗力进行最小二乘法拟合,使每个钢种都建立一条变形抗力曲线,提高变形抗力拟合精度;
(4)、测厚仪精度控制:以温度补偿和密度补偿为控制基础,在γ射线测厚仪精度控制系统中增加厚度补偿功能;
厚度补偿公式为:
式中:h为γ射线实测钢板厚度,mm;
C为线性衰变补偿值,μm,校准即可满足精度;
Ct为温度补偿系数,%,需要制作补偿曲线;
Cρ为密度补偿系数,%,需要制作补偿曲线;
Ck为相互干涉补偿系数,%,由功能预留;
μ为线性衰减系数,%,由基础表查到;
I0为初始射线强度,Ci,由检测得到;
I为接受射线强度,Ci,由检测得到;
厚度补偿计算公式中,线性衰变补偿值C采用标准垫片校出;相互干涉补偿系数Ck考虑两个射源的距离远大于1m,故取Ck=0;因此,厚度补偿的重点是温度补偿和密度补偿;
温度补偿公式为:
h=ht×(1+Ct/100)
式中:ht为温度补偿前的板厚,mm;
Ct为温度补偿系数,%;
密度补偿公式为:
h=hρ×(1+Cρ/100)
式中:hρ为修正前的板厚,mm;
Cρ为密度补偿系数,%;
(5)、二级轧制目标厚度控制:增加轧制目标厚度计算程序,以产品标准的下限和坯料要料差及设备精度,作为控制图的上下限;
钢板目标轧制厚度计算公式为:
hb=aX+B
式中:hb为钢板目标轧制厚度,mm;
X为坯料要料差,mm,即对应于产品标准控制下限厚度所增加的厚度值,为已知;
a为考虑钢板的同板差和异板差后的目标厚度控制权重系数,%;
B为目标厚度偏移量,mm,系根据标准号、厚度组距、宽度组距、长度组距设定;
目标厚度控制权重系数a=3σ/X
式中:σ为综合标准偏差值,mm,3σ为设定的控制偏差值,mm;
式中:σ1为凹度标准偏差值,mm;
σ2为凸度标准偏差值,mm;
σ3为异板差标准偏差值,mm。
3.根据权利要求1所述的中厚板厚度精度控制方法,其特征在于,测厚仪精度控制中的温度补偿系数Ct的制作方法是:
用同一张钢板在无补偿的γ射线测厚仪下多道次跑钢,通过轧机过程数据分析采集系统将600~1100℃各温度段内的钢板厚度数据采集上来,得到不同温度下的厚度曲线;
将常温状态的钢板吊到无补偿的γ射线测厚仪下,同时得到冷状态的钢板厚度曲线;
温度补偿系数Ct=(热态γ射线测量厚度-冷态γ射线测量厚度)÷冷态γ射线测量厚度,即得出温度补偿系数Ct。
4.根据权利要求1所述的中厚板厚度精度控制方法,其特征在于,测厚仪精度控制中的密度补偿系数Cρ的测量方法有两种:
(1)、测量方法:将超声波测厚仪测得的钢板冷态厚度曲线与冷状态γ射线测厚仪测得的钢板冷态厚度曲线对比,得到密度补偿系数Cρ;
(2)、计算方法:利用钢种每个化学成分的体积密度及百分含量计算出来,
Cρ=Ai×yi
式中:Ai为钢板金相组织修正系数;
yi为各化学元素的体积密度与百分含量的乘积之和;
yi=a1×x1+a2×x2+a3×x3+a4×x4+a5×x5+a6×x6+a7×x7......
ai为各化学元素的体积密度;
xi为各化学元素百分含量。
5.根据权利要求1所述的中厚板厚度精度控制方法,其特征在于,钢板目标轧制厚度计算中凹度标准偏差值σ1为0.08mm,凸度标准偏差值σ2为0.06mm,异板差标准偏差值σ3为0.09mm。
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