CN102641903B - 炉卷轧机轧件头尾跑偏控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种炉卷轧机轧件头尾跑偏控制方法，该方法能够在现有设备配置的基础上，利用粗轧最后道次的轧件跑偏量及粗轧轧制力的情况，再结合炉卷轧机的轧制信息，区分不同的模式，确定出炉卷轧机两侧辊缝控制的偏移量，进行防止跑偏的辊缝设定控制。通过该方法可以减小带钢头尾跑偏量，有利于防止由于带钢跑偏导致的停机事故，可以提高炉卷轧机的轧制稳定性。

Description

炉卷轧机轧件头尾跑偏控制方法

技术领域

本发明涉及炉卷轧机控制技术，更具体地说，涉及一种炉卷轧机轧件头尾跑偏控制方法。 

背景技术

炉卷轧机（STECKEL MILL）作为热带钢轧机的形式之一，自诞生至今已有70多年的历史。多年来，通过人们对炉卷轧机工艺技术及设备的不断改善与提高，炉卷轧机正得以复苏，尤其是目前钢铁企业承受资源、环境以及制造成本的巨大压力，使得炉卷轧机这种类似短流程的生产技术进一步成熟和实用。炉卷轧机的一个技术优势是，由于轧机前后配置了卷取炉，起到保温的作用，特别适合生产加热温度范围窄、变形抗力大、边部容易开裂的产品，例如不锈钢和特殊合金钢。目前制约炉卷轧机稳定生产的一个突出问题是：在轧制过程中，轧件头尾的跑偏问题，它一直影响炉卷轧机不能正常轧钢。特别是轧制薄规格带钢时，跑偏一直是造成全部轧废的主要原因。频发的轧制事故，导致生产效率低下、制造成本上升。因此，对于炉卷轧机而言，如何防止带钢在轧制过程跑偏，提高轧制稳定性，减少轧制过程中的事故，是一个迫切需要解决的问题。 

请参阅图1所示，该炉卷轧机生产线依次设置有粗轧机、辊道、宽度测量仪表、前后卷取炉、炉卷轧机、板型多功能仪表等主要设备。其中，炉卷轧机采用四辊可逆式轧机，用于带钢尺寸及板形控制；前后卷取炉用于补偿轧制过程中的带钢温降，即在炉卷轧机轧制过程中，带钢通过可逆轧机进行轧制的同时，进入炉卷轧机两侧的卷取炉进行补温，将厚规格的板坯或中间坯轧制成薄规格的钢卷或板带。 

在轧制过程中，由于侧导对中不好、板坯横向温差、板坯有楔形、中间板坯有镰刀弯、轧机两侧牌坊刚度不同、轧辊热凸度不理想、夹送辊不 水平、设备磨损等原因，导致带钢的头尾跑偏或者形状不好，结果容易引起带钢端部与导板装置的碰撞、也容易引起带钢无法进入卷取炉等造成的带钢运行故障，最终导致生产过程的中断，这是目前炉卷轧机轧制过程中稳定性差的一个重要原因。 

针对上述炉卷轧机容易出现跑偏的技术难题，目前，在实际生产过程中和理论研究中，采取了许多方法和改进措施，具体为：1、提高夹送辊标定精度，保持夹送辊平行，同时改进夹送辊辊形；2、进行侧导精确对中，防止设备非正常磨损；3、建立良好的热凸度，改善轧制条件；4、防止中间板坯镰刀弯；5、提高带钢全长温度的均匀性，改善头部形状。这些方法在实际使用过程中，虽然起到了一定的效果，但是，由于粗轧机的控制和炉卷轧机的控制是分开进行的，测量仪表信息没有得到充分的共享，使得炉卷轧机无法预知粗轧中间板坯的状态变化，更不要说进行合理的预估控制。另外，炉卷轧机轧制过程的状态也经常在变化，这些变化给轧制过程带来了很多的不确定性，而目前，都是靠操作经验，手动干预实现的，有一定的盲目性，时好时坏。 

综上所述，目前的炉卷轧机轧制过程中，钢坯从加热炉抽出，经过粗轧轧制到成品厚度，并形成一定的头尾形状，中间板坯进入炉卷轧机往复轧制，达到目标厚度，这一系列的热加工和传输过程中，发生的各种变化都不是理想的，无法避免带钢头尾跑偏的发生，常常导致生产事故，严重限制了炉卷轧机制造能力的提升，恶化了产品质量。 

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺点，本发明的目的是提供一种炉卷轧机轧件头尾跑偏控制方法，用以减小轧制过程中的带钢头尾跑偏量。 

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 

该炉卷轧机轧件头尾跑偏控制方法的具体步骤如下： 

A.根据粗轧中的两侧轧制力的平均偏差量以及轧件跑偏量，计算出炉卷轧机第一道次轧制的两侧辊缝偏差设定值，并以此进行辊缝控制的设定，完成第一道次的炉卷轧制； 

B.检测前一奇道次轧制的轧件头尾实际楔形量和轧件跑偏量，计算出炉卷轧机该偶道次轧制的两侧辊缝偏差设定值，并以此进行辊缝控制的设定，完成该偶道次的炉卷轧制； 

C.采集前一偶道次轧制的两侧实际辊缝偏差值，并与前一偶道次轧制的两侧辊缝偏差设定值进行比较修正，得到该奇道次轧制的两侧辊缝偏差设定值，并以此进行辊缝控制的设定，完成该奇道次的炉卷轧制； 

D.重复步骤B、C，直至所有轧制道次完成。 

所述的步骤A具体包括以下步骤： 

A1.采用粗轧后测宽仪表检测出粗轧后的轧件跑偏量，并根据该跑偏量计算出轧件两侧厚度偏差； 

A2.采用粗轧L1控制系统采集粗轧机的两侧轧制力的平均偏差量； 

A3.根据步骤A1中的轧件两侧厚度偏差以及步骤A2中的两侧轧制力的平均偏差量，计算出炉卷轧机第一道次轧制的两侧辊缝偏差设定值； 

A4.根据步骤A3中的炉卷轧机第一道次的两侧辊缝偏差设定值，并通过炉卷轧机L1辊缝控制系统来对炉卷轧机第一道次轧制进行辊缝控制的设定。 

所述的步骤B具体包括以下步骤： 

B1.采用炉卷板型多功能仪表分别检测出前一奇道次轧制的轧件头尾实际楔形量和轧件跑偏量； 

B2.根据步骤B1中的实际楔形量与跑偏量计算出该偶道次轧制的两侧辊缝偏差设定值； 

B3.根据步骤B2中的炉卷轧机偶道次的两侧辊缝偏差设定值，并通过炉卷轧机L1辊缝控制系统来对炉卷轧机该偶道次轧制进行辊缝控制的设定。 

所述的步骤C具体包括以下步骤： 

C1.通过炉卷轧机L1辊缝控制系统采集前一偶道次轧制的两侧实际辊缝偏差值； 

C2.将步骤C1中的两侧实际辊缝偏差值与步骤B2中计算出的前一偶道次轧制的两侧辊缝偏差设定值进行比较修正，计算出该奇道次轧制的两 侧辊缝偏差设定值； 

C3.根据步骤C2中的奇道次轧制的两侧辊缝偏差设定值，并通过炉卷轧机L1辊缝控制系统来对炉卷轧机该奇道次轧制进行辊缝控制的设定。 

所述的计算均通过炉卷轧机跑偏控制装置实现。 

在上述技术方案中，本发明的炉卷轧机轧件头尾跑偏控制方法能够在现有设备配置的基础上，利用粗轧最后道次的轧件跑偏量及粗轧轧制力的情况，再结合炉卷轧机的轧制信息，区分不同的模式，确定出炉卷轧机两侧辊缝控制的偏移量，进行防止跑偏的辊缝设定控制。通过该方法可以减小带钢头尾跑偏量，有利于防止由于带钢跑偏导致的停机事故，可以提高炉卷轧机的轧制稳定性。 

附图说明

图1是本发明的控制方法的原理框图； 

图2是本发明的控制方法的流程图。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。 

请参阅图1所示，本发明的炉卷轧机轧件头尾跑偏控制方法能够利用炉卷轧机生产线的现有设备配置进行，其中，粗轧L1控制系统是负责粗轧机的设备控制，采集粗轧机的各种信号，并将粗轧机工作侧和操作侧的轧制力信息，输出给炉卷轧机跑偏控制；粗轧后测宽仪表是检测粗轧后的轧件偏离中心线的大小（即粗轧跑偏量，Rough Center Line Dispalcement，简称RCLD）给炉卷轧机跑偏控制；炉卷板型多功能仪表是检测炉卷轧制中的轧件的楔形和轧件偏离中心线的大小（即炉卷跑偏量，Steckel Center Line Dispalcement，简称SCLD）输出给炉卷轧机跑偏控制；L2过程机是负责进行模型计算，输出轧机刚度、轧件塑性、道次信息等相关数据给炉卷轧机跑偏控制系统；炉卷轧机L1辊缝控制是负责炉卷轧机的辊缝控制，接收炉卷跑偏控制装置发出的辊缝偏移量，并依次执行设定，同时把辊缝实际偏移量输给炉卷轧机跑偏控制装置；炉卷轧机跑偏控制装置采用PC 机，用于接收上述各个相关信息，并通过运算，输出用于控制轧件头尾跑偏的两侧辊缝偏移量设定值，用以进行设定控制。 

请结合图2所示，该控制方法的具体步骤如下： 

A.根据粗轧中的两侧轧制力的平均偏差量以及轧件跑偏量，计算出炉卷轧机第一道次轧制的两侧辊缝偏差设定值，并以此进行辊缝控制的设定，完成第一道次的炉卷轧制；具体可先采用粗轧后测宽仪表检测出粗轧后的轧件跑偏量输入炉卷轧机跑偏控制装置，并根据该跑偏量计算出轧件两侧厚度偏差；然后采用粗轧L1控制系统采集粗轧机的两侧轧制力的平均偏差量输入炉卷轧机跑偏控制装置；再根据轧件两侧厚度偏差以及两侧轧制力的平均偏差量，计算出炉卷轧机第一道次轧制的两侧辊缝偏差设定值并输出；最后根据炉卷轧机第一道次的两侧辊缝偏差设定值，并通过炉卷轧机L1辊缝控制系统来对炉卷轧机第一道次轧制进行辊缝控制的设定。 

上述具体计算方式如下： 

若粗轧轧件的头尾跑偏量RCLD_k>0，则若RCLD_k<0，则 ${\mathrm{\&Delta;h}}_k=-\frac{\sqrt{L_k^2+{\mathrm{RCLD}}_k^2}-L_k}{\sqrt{L_k^2+{\mathrm{RCLD}}_k^2}}\&CenterDot;h_k;$

若粗轧轧件的头尾跑偏量RCLD_k与轧件两侧轧制力平均偏差量AF_k的方向相反（正负号相反），即轧件偏向轧制力大的一侧，则第一道次轧制的两侧辊缝偏差设定值若方向相同，则  ${\mathrm{\&Delta;S}}_k^{\mathrm{set}}\left(1\right)={\mathrm{\&eta;}}_k\&CenterDot;{\mathrm{\&Delta;}}_{h}k\&CenterDot;(1+\frac{Q_k}{C})+{\mathrm{\&psi;}}_k\&CenterDot;\frac{{\mathrm{\&Delta;F}}_k}{C}.$

式中，AF_k为粗轧各道次OS侧轧制力平均值与DS侧轧制力平均值的偏差量；C为轧机刚度，Q_k（k=1，2）为轧件头尾塑性系数，由L2过程机获得；L_k,h_k分别为头尾被剪切后轧件头尾部的跑偏基准长度和中心厚度，L_K为根据侧宽仪表输出的RCLD_k来确定，L_k≤20*|RCZD_k|Δh_k是根据体积 不变原理计算获得的，为由于轧件头尾工作侧（以下简称OS侧）和驱动侧（DS侧）轧制延伸长度不对称引起的轧件OS侧和DS侧的厚度偏差； 为正表示偏移量向DS侧倾斜，为负表示偏移量向OS侧倾斜；RCLD_k为负值表示偏向OS侧，正值表示偏向DS侧；ψ_k∈[0，1]为头尾轧制力调节融合系数；η_k∈(0，1)为头尾RCLD_k转化融合系数；k=1，2分别表示轧件的头部和尾部。 

B.检测前一奇道次轧制的轧件头尾实际楔形量和轧件跑偏量，计算出炉卷轧机该偶道次轧制的两侧辊缝偏差设定值，并以此进行辊缝控制的设定，完成该偶道次的炉卷轧制。具体可先采用炉卷板型多功能仪表分别检测出前一奇道次轧制的轧件头尾实际楔形量和轧件跑偏量并输入炉卷轧机跑偏控制装置；然后根据实际楔形量与跑偏量计算出该偶道次轧制的两侧辊缝偏差设定值并输出；最后根据炉卷轧机偶道次的两侧辊缝偏差设定值，并通过炉卷轧机L1辊缝控制系统来对炉卷轧机该偶道次轧制进行辊缝控制的设定。 

上述具体计算方式如下： 

若检测的上一奇道次（包括第一道次）轧件头尾在炉卷轧机出侧（即靠近卷取机一侧）的楔形量以及跑偏量的大小SCLD_K，两者的正负号不同，即轧件偏向楔形对面的一侧，则该偶道次的两侧辊缝偏差设定值

若检测的上一奇道次（包括第一道次）轧件头尾在炉卷轧机出侧的楔形量以及跑偏量的大小SCLD_K，两者的正负号相同，即轧件偏向楔形一侧，则该偶道次的两侧辊缝偏差设定值

其中α∈[0，1)为调节因子；SCLD_K为多功能仪表输出的轧件跑偏量，偏向DS侧为正，偏向OS侧为负；ΔW_k为多功能仪表输出的楔形量，为DS侧的厚度减去OS侧的厚度；为正表示偏移量向DS侧倾斜，为负表示偏移量向OS侧倾斜，i为偶道次号，i=2，4，6，8……。 

C.由于进行随后的奇道次轧制时，考虑到炉卷轧机入侧没有安装多功能仪表，因此可采集前一偶道次轧制的两侧实际辊缝偏差值，并与前一偶道次轧制的两侧辊缝偏差设定值进行比较修正，得到该奇道次轧制的两侧 辊缝偏差设定值，并以此进行辊缝控制的设定，完成该奇道次的炉卷轧制。具体可先通过炉卷轧机L1辊缝控制系统采集前一偶道次轧制的两侧实际辊缝偏差量并输入炉卷轧机跑偏控制装置；然后将两侧实际辊缝偏差量与计算出的前一偶道次轧制的两侧辊缝偏差设定值进行比较修正，计算出该奇道次轧制的两侧辊缝偏差设定值并输出；最后根据该奇道次轧制的两侧辊缝偏差设定值，通过炉卷轧机L1辊缝控制系统来对炉卷轧机该奇道次轧制进行辊缝控制的设定。 

上述具体计算方式如下： 

该奇道次轧制的两侧辊缝偏移量) 

其中为上一偶道次轧制的辊缝偏差设定值，为上一偶道次轧制的两侧实际辊缝偏差值，为平滑修正因子，i为偶道次号，i=2，4，6，8……。 

D.重复步骤B、C，不断进行奇偶道次的辊缝控制设定，直至所有轧制道次完成。 

下面通过举例进行具体说明 

该轧件的轧制工艺如下：粗轧不锈钢中间板坯厚度为30mm，宽度为1000mm。炉卷轧制的产品的目标厚度为4mm，板坯温度五道次轧制从1030℃降到900℃，轧件刚度分别为1820、3924、7062、9777和18100kN/mm，粗轧最后一个道次的轧件刚度为1200kN/mm，轧机刚度为6000kN/mm。 

经测得，轧件在粗轧各道次头尾OS侧和DS侧轧制力平均偏差量为-200KN，轧件头尾OS侧和DS侧的RCLD_k为-20mm，轧件偏向OS侧。取轧件头尾跑偏基准长度L_k=200mm。 

由于轧件头尾OS侧和DS不对中引起的轧件OS侧和DS侧的厚度偏差量为： 

${\mathrm{\&Delta;h}}_k=-\frac{\sqrt{L_k^2+{\mathrm{CDL}}_k^2}-L_k}{\sqrt{L_k^2+{\mathrm{CLD}}_k^2}}.$ $h_k=-\frac{\sqrt{200*200+20*20}-200}{\sqrt{200*200+20*20}}*30=-0.149\mathrm{mm}$

因此，计算出炉卷轧机OS侧和DS侧第一道次轧制的辊缝偏差设定值（压下OS侧）为： 

${\mathrm{\&Delta;S}}_k^{\mathrm{set}}\left(1\right){\mathrm{\&eta;}}_k\&CenterDot;{\mathrm{\&Delta;h}}_k\&CenterDot;(1+\frac{Q_k}{C})+{\mathrm{\&psi;}}_k\&CenterDot;\frac{{\mathrm{\&Delta;F}}_k}{C}=0.5*(-0.149)*(1+\frac{1820}{6000})-0.5*\frac{200}{6000}=-0.092\mathrm{mm}$

根据该-0.092mm的设定值进行第一道炉卷轧制的辊缝设定控制，并完成第一道次的轧制。 

轧完第一道次之后，收集到的带钢头尾楔形量为OS侧厚0.05mm，头尾跑偏量为15mm，偏向OS侧；OS侧和DS侧轧制偏差为-150kN，对于第二道次来说，炉卷轧机第二道次OS侧和DS侧的辊缝偏差设定值（压向OS侧）为： 

${\mathrm{\&Delta;S}}_k^{\mathrm{set}}\left(2\right)=\mathrm{\&alpha;}\&CenterDot;{\mathrm{\&Delta;W}}_k\&CenterDot;(1+\frac{Q_k}{C})=-1.0\&times;0.05\&CenterDot;(1+\frac{1820}{6000})=-0.065\mathrm{mm},$

同样以此为设定值进行第二次轧制的辊缝设定控制。 

轧完第二道次之后，实测的辊缝偏差为0.05mm，遗传系数λ为0.8，对于第三道次来说，炉卷轧机第三道次OS侧和DS侧的辊缝偏差设定值为： $\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;S}}_k^{\mathrm{set}}\left(3\right)=\mathrm{\&lambda;}\&CenterDot;({\mathrm{\&Delta;S}}_k^{\mathrm{set}}\left(2\right)-{\mathrm{\&Delta;S}}_k^{\mathrm{set}}\left(2\right))\\ =0.8\&times;(-0.068+0.05)=-0.0144\mathrm{mm}\end{array},$ 并同样以此完成第三道轧制的辊缝设定控制。 

轧完第三道次之后，收集到的带钢头尾楔形为OS侧厚0.02mm，头尾跑偏量为10mm，OS侧和DS侧轧制力偏差量为-100kN，对于第四道次来说，炉卷轧机第四道次OS侧和DS侧的辊缝偏差设定值（压向OS侧）为： 

${\mathrm{\&Delta;S}}_k^{\mathrm{set}}\left(4\right)=\mathrm{\&alpha;}\&CenterDot;{\mathrm{\&Delta;W}}_k\&CenterDot;(1+\frac{Q_k}{C})=0.5\&times;0.02\&CenterDot;(1+\frac{7067}{6000})=0.022\mathrm{mm},$ 再以此完成第四道轧制的辊缝设定控制。 

轧完第四道次之后，带钢实测的辊缝偏差为0.02，平滑修正因子λ为0.9。 

对于第五道次来说，炉卷轧机第五道次OS侧和DS侧的辊缝偏移设定值为： 

$\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;S}}_k^{\mathrm{set}}\left(5\right)=\mathrm{\&lambda;}\&CenterDot;({\mathrm{\&Delta;S}}_k^{\mathrm{set}}\left(4\right)-{\mathrm{\&Delta;S}}_k^{\mathrm{set}}\left(4\right))\\ =0.9\&times;(-0.022+0.02)=-0.002\mathrm{mm}\end{array},$

在以此进行第五道轧制的辊缝设定控制后，通过五道轧制后的带钢实际头尾偏离中心线的大小（跑偏量）仅为8mm，大大小于原有20mm的跑偏量。 

综上所述，采用本发明的跑偏控制方法，能够有效控制炉卷轧机的轧件跑偏量，提高了产品质量和轧制稳定性，而且还能够适用于其它类似机组的生产控制。 

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。 

Claims (5)

1.一种炉卷轧机轧件头尾跑偏控制方法，其特征在于，

该方法的具体步骤如下：

A.根据粗轧中的两侧轧制力的平均偏差量以及轧件跑偏量，计算出炉卷轧机第一道次轧制的两侧辊缝偏差设定值，并以此进行辊缝控制的设定，完成第一道次的炉卷轧制；

B.检测前一奇道次轧制的轧件头尾实际楔形量和轧件跑偏量，计算出炉卷轧机该偶道次轧制的两侧辊缝偏差设定值，并以此进行辊缝控制的设定，完成该偶道次的炉卷轧制；

C.采集前一偶道次轧制的两侧实际辊缝偏差值，并与前一偶道次轧制的两侧辊缝偏差设定值进行比较修正，得到该奇道次轧制的两侧辊缝偏差设定值，并以此进行辊缝控制的设定，完成该奇道次的炉卷轧制；

D.重复步骤B、C，直至所有轧制道次完成。

2.如权利要求1所述的炉卷轧机轧件头尾跑偏控制方法，其特征在于，

所述的步骤A具体包括以下步骤：

A1.采用粗轧后测宽仪表检测出粗轧后的轧件跑偏量，并根据该跑偏量计算出轧件两侧厚度偏差；

A2.采用粗轧L1控制系统采集粗轧机的两侧轧制力的平均偏差量；

A3.根据步骤A1中的轧件两侧厚度偏差以及步骤A2中的两侧轧制力的平均偏差量，计算出炉卷轧机第一道次轧制的两侧辊缝偏差设定值；

A4.根据步骤A3中的炉卷轧机第一道次的两侧辊缝偏差设定值，并通过炉卷轧机L1辊缝控制系统来对炉卷轧机第一道次轧制进行辊缝控制的设定。

3.如权利要求2所述的炉卷轧机轧件头尾跑偏控制方法，其特征在于，

所述的步骤B具体包括以下步骤：

B1.采用炉卷板型多功能仪表分别检测出前一奇道次轧制的轧件头尾实际楔形量和轧件跑偏量；

B2.根据步骤B1中的实际楔形量与跑偏量计算出该偶道次轧制的两侧辊缝偏差设定值；

B3.根据步骤B2中的炉卷轧机偶道次的两侧辊缝偏差设定值，并通过炉卷轧机L1辊缝控制系统来对炉卷轧机该偶道次轧制进行辊缝控制的设定。

4.如权利要求3所述的炉卷轧机轧件头尾跑偏控制方法，其特征在于，

所述的步骤C具体包括以下步骤：

C1.通过炉卷轧机L1辊缝控制系统采集前一偶道次轧制的两侧实际辊缝偏差值；

C2.将步骤C1中的两侧实际辊缝偏差值与步骤B2中计算出的前一偶道次轧制的两侧辊缝偏差设定值进行比较修正，计算出该奇道次轧制的两侧辊缝偏差设定值；

C3.根据步骤C2中的奇道次轧制的两侧辊缝偏差设定值，并通过炉卷轧机L1辊缝控制系统来对炉卷轧机该奇道次轧制进行辊缝控制的设定。

5.如权利要求4所述的炉卷轧机轧件头尾跑偏控制方法，其特征在于：

所述的计算均通过炉卷轧机跑偏控制装置实现。