CN103394522A - 一种冷轧带钢板形控制功效系数的现场测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供冷轧带钢板形控制功效系数的现场测试方法,通过在轧机调试初期通过对相同的规格的带钢根据不同的工况进行精细分类,有规律的单独调整各个板形控制机构的动作量,现场采集不同动作量作用下出口板形的改变量数据,继而合理利用这些过程数据进行控制功效系数的计算,就可能得到更接近轧机真实生产过程中的存在的输入输出关系,获得高精度的冷轧机板形控制功效系数,从而能够很好地解决传统冷轧带钢生产中仅仅由技术人员使用机理模型计算方法进行冷轧机板形控制功效系数计算时计算值与实际值之间通常偏差较大,将精度不高的功效系数应用于闭环板形控制系统后会造成冷轧带钢产品板形控制精度不高、甚至发生断带停机生产事故的技术问题。
Description
技术领域
本发明属于冷轧带钢领域,尤其涉及一种冷轧带钢板形控制功效系数的现场测试方法。
背景技术
随着国内装备制造业的飞速发展,下游用户对冷轧带钢产品的板形质量要求也越来越高,尤其表现在高档汽车、IT产业和家用电器等行业。提高产品板形质量已经成为冷轧带钢企业提高经济效益和核心竞争力的重要途径之一。冷轧带钢板形控制技术是一项融合多学科知识、高度复杂的关键性技术,涉及工艺、设备、液压、电气控制和计算机等多个学科的专业知识,需要各个专业协同做好每一个控制功能模块的优化设计工作。冷轧板形控制技术一直为国外公司所垄断而导致进口冷轧板形控制系统价格昂贵,即使高价进口后由于不掌握核心技术在产品变规格后不能保证系统良好运行,因此进行冷轧板形控制核心技术的国产化研发势在必行。为了增强冷轧机的板形控制能力,现代冷轧轧机一般具有多种板形控制手段,如压下倾斜、工作辊正负弯辊、中间辊正弯辊、轧辊横移和喷射冷却等。在冷轧带钢板形控制系统投入运行时,板形自动控制系统需要综合考虑各个板形调控手段的调控能力,通过统筹计算使得各板形调控手段相互配合以达到最大限度消除板形偏差的控制效果。因此,对各个板形调控手段的调控能力的准确评估,也就是说是否能够获取高精度的冷轧机板形控制功效系数便成为影响板形控制效果优劣的一个关键因素。
已有获取冷轧机板形控制功效系数的方法主要分为有限元数值计算法、简单轧机实验法和在线自学习三种方法。由于不同冷轧机板形调控机构对出口板形的影响机理非常复杂,模型中未知干扰因素众多,轧机工作状况也是不断变化的,因此很难通过传统的辊系弹性变形理论、轧件三维变形理论等机理性方法来精确计算出高精度的冷轧机板形控制功效系数;这也是用有限元数值计算方法解决该类问题时所遇到的瓶颈。在实际带材轧制生产过程中,冷轧机板形控制功效系数还会受到诸多轧制过程参数的影响,如带钢宽度、轧制力、轧辊粗糙度和轧辊温度等;不同规格的带钢对应不同的冷轧机板形控制功效系数,即使相同的规格的带钢在不同的工况下(例如不同轧制张力条件)其冷轧机板形控制功效系数也会发生变化,因而由简单轧机实验法得到的冷轧机板形控制功效系数在精度方面也存在较大问题。另一方面,使用在线自学习方法可以在一定程度上改善控制功效系数的精度,但是由于在线板形变化是由若干个板形控制机构共同作用的结果,各调控机构对板形的影响是相互耦合的,并且在线自学习算法会受到控制系统实时性的苛刻要求,目前已有在线自学习方法并不能对冷轧机板形控制功效系数进行精确解耦,因而所得到的自学习结果通常并不理想,甚至有时会变得更差,在这个过程中会导致带材浪费和增加生产成本。
另一方面,在轧机调试初期通过对相同的规格的带钢根据不同的工况进行精细分类,有规律的单独调整各个板形控制机构的动作量,现场采集不同动作量作用下出口板形的改变量数据,继而合理利用这些过程数据进行控制功效系数的计算,就可能得到更接近轧机真实生产过程中的存在的输入输出关系,从而获得高精度的冷轧机板形控制功效系数。与此同时,开发出这种冷轧带钢板形控制功效系数的现场测试方法不影响实际生产过程,而且不受控制系统的实时性要求限制,可以设计利用足够多组现场数据来进行冷轧机板形控制功效系数的计算,有效避免了样本数据过少时异常数据点造成计算结果精度变差现象的发生。因此,研发冷轧带钢板形控制功效系数的现场测试方法是一条能够进一步提高冷轧带钢板形控制质量的可行性技术方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:提供一种冷轧带钢板形控制功效系数的现场测试方法,能够很好地解决传统冷轧带钢生产中仅仅由技术人员使用机理模型计算方法进行冷轧机板形控制功效系数计算时计算值与实际值之间通常偏差较大,将精度不高的功效系数应用于闭环板形控制系统后会造成冷轧带钢产品板形控制精度不高、甚至发生断带停机生产事故的技术问题。
为了解决上述技术问题,本发明采取的技术方案为:一种冷轧带钢板形控制功效系数的现场测试方法,其特征在于:它包括以下步骤:
1)在轧机调试初期通过对相同规格的带钢根据不同的工况进行精细分类:
根据轧制压力F和卷取机前张力T所处不同区间,将相同规格的带钢划分为N×N种不同工况;
2)对于确定规格的冷轧带钢,人工调整其轧制压力F和卷取机前张力T至所需要的工况,设置轧机板形控制机构的初始值,利用安装在轧机出口处的接触式板形仪在线测量Num组出口板形值δij,i=1,…,Num;j=1,…,n,n表示所轧规格带钢有效覆盖板形仪测量区域的个数,也称为有效板形测量特征点个数;并利用如下数学公式计算第j个所轧规格带钢有效覆盖板形仪测量区域的板形初始值:
3)在轧机倾辊装置的有效工作区间内,在步骤2)所述工况下依次随机性改变轧机倾辊装置的动作量Uk1,k=1,…,N1,N1为轧机倾辊装置随机性改变的次数;
在轧机倾辊装置每次动作完毕之后,利用安装在轧机出口处的接触式板形仪在线测量Num组出口板形值后取其平均值,得到轧机倾辊装置每次动作完毕之后的板形值θkj;
利用如下数学公式计算轧机倾辊装置的板形控制功效系数:
式中:E1j为轧机倾辊装置在第j个板形测量特征点处的板形轧机板形调控功效系数;
4)将轧机倾辊装置恢复到初始状态,在轧机工作辊弯辊装置的有效工作区间内,在步骤2)所述工况下依次随机性改变轧机倾辊装置的动作量Us2,s=1,…,N2,N2为轧机工作辊弯辊装置随机性改变的次数;
利用如下数学公式计算轧机倾辊装置的板形控制功效系数:
式中:E2j为轧机工作辊弯辊装置在第j个板形测量特征点处的板形轧机板形调控功效系数;
5)将轧机工作辊弯辊装置恢复到初始状态,在轧机中间辊弯辊装置的有效工作区间内,在步骤2)所述工况下依次随机性改变轧机倾辊装置的动作量Ur2,r=1,…,N3,N3为轧机中间辊弯辊装置随机性改变的次数;
在倾辊装置每次动作完毕之后,利用安装在轧机出口处的接触式板形仪在线测量Num组出口板形值后取其平均值,得到倾辊装置每次动作完毕之后的板形值χrj;
利用如下数学公式计算轧机倾辊装置的板形控制功效系数:
式中:E3j为轧机中间辊弯辊装置在第j个板形测量特征点处的板形轧机板形调控功效系数;
6)判断现场测试结果是否符合要求:
将上述现场测试得到轧机倾辊装置、工作辊弯辊装置和中间辊弯辊装置的板形控制功效系数绘制成二维图形,由工艺人员对所得现场测试结果进行定性判断,若合理则本次现场测试结果有效,否则重新进行现场测试;
7)将符合要求的板形控制功效系数保存到板形计算机数据库中,替换原来的冷轧机板形控制功效系数,用于以后同规格带钢轧制过程的板形控制。
按上述方案,所述的步骤1)中将相同规格的带钢划分为N×N种不同工况的具体步骤为:将最小轧制压力Fmin和最大轧制压力Fmax组成的压力区间均分为N等份;同时也将最小卷取机前张力Tmin和最大卷取机前张力Tmax组成的压力区间均分为N等份;其中N为大于或等于5的整数;
所述的N1、N2、N3均为大于5的整数。
按上述方案,所述的步骤2)中依据轧机二级预设定系统来设置轧机板形控制机构的初始值。
按上述方案,所述的Num为大于10的整数。
本发明的有益效果为:该方法通过在轧机调试初期通过对相同的规格的带钢根据不同的工况进行精细分类,有规律的单独调整各个板形控制机构的动作量,现场采集不同动作量作用下出口板形的改变量数据,继而合理利用这些过程数据进行控制功效系数的计算,就可能得到更接近轧机真实生产过程中的存在的输入输出关系,从而获得高精度的冷轧机板形控制功效系数,因此能够很好地解决传统冷轧带钢生产中仅仅由技术人员使用机理模型计算方法进行冷轧机板形控制功效系数计算时计算值与实际值之间通常偏差较大,将精度不高的功效系数应用于闭环板形控制系统后会造成冷轧带钢产品板形控制精度不高、甚至发生断带停机生产事故的技术问题。
附图说明
图1为本发明一实施例的流程图。
图2为采用本发明一实施例实现的软件系统界面图。
图3为未使用本方法时冷轧带钢出口板形分布图。
图4为使用本方法时冷轧带钢出口板形分布图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明做进一步说明,但不限定本发明。
图1为本发明一实施例的流程图,它包括以下步骤:
1)在轧机调试初期通过对相同规格的带钢根据不同的工况进行精细分类:根据轧制压力F和卷取机前张力T所处不同区间,将相同规格的带钢划分为N×N种不同工况;
具体步骤为:将最小轧制压力Fmin和最大轧制压力Fmax组成的压力区间均分为N等份;同时也将最小卷取机前张力Tmin和最大卷取机前张力Tmax组成的压力区间均分为N等份;其中通常N的取值为大于或等于5的整数;
2)对于确定规格的冷轧带钢,人工调整其轧制压力F和卷取机前张力T至所需要的工况,设置轧机板形控制机构的初始值,利用安装在轧机出口处的接触式板形仪在线测量Num组出口板形值δij,i=1,…,Num;j=1,…,n,n表示所轧规格带钢有效覆盖板形仪测量区域的个数,也称为有效板形测量特征点个数;并利用如下数学公式计算第j个所轧规格带钢有效覆盖板形仪测量区域的板形初始值:通常Num取大于10的整数;
3)在轧机倾辊装置的有效工作区间内,在步骤2)所述工况下依次随机性改变轧机倾辊装置的动作量Uk1,k=1,…,N1,N1为轧机倾辊装置随机性改变的次数;
在轧机倾辊装置每次动作完毕之后,利用安装在轧机出口处的接触式板形仪在线测量Num组出口板形值后取其平均值,得到轧机倾辊装置每次动作完毕之后的板形值θkj;
利用如下数学公式计算轧机倾辊装置的板形控制功效系数:
式中:E1j为轧机倾辊装置在第j个板形测量特征点处的板形轧机板形调控功效系数;
4)将轧机倾辊装置恢复到初始状态,在轧机工作辊弯辊装置的有效工作区间内,在步骤2)所述工况下依次随机性改变轧机倾辊装置的动作量Us2,s=1,…,N2,N2为轧机工作辊弯辊装置随机性改变的次数;
在轧机倾辊装置每次动作完毕之后,利用安装在轧机出口处的接触式板形仪在线测量Num组出口板形值后取其平均值,得到轧机倾辊装置每次动作完毕之后的板形值
利用如下数学公式计算轧机倾辊装置的板形控制功效系数:
式中:E2j为轧机工作辊弯辊装置在第j个板形测量特征点处的板形轧机板形调控功效系数;
5)将轧机工作辊弯辊装置恢复到初始状态,在轧机中间辊弯辊装置的有效工作区间内,在步骤2)所述工况下依次随机性改变轧机倾辊装置的动作量Ur2,r=1,…,N3,N3为轧机中间辊弯辊装置随机性改变的次数;
在倾辊装置每次动作完毕之后,利用安装在轧机出口处的接触式板形仪在线测量Num组出口板形值后取其平均值,得到倾辊装置每次动作完毕之后的板形值χrj;
利用如下数学公式计算轧机倾辊装置的板形控制功效系数:
式中:E3j为轧机中间辊弯辊装置在第j个板形测量特征点处的板形轧机板形调控功效系数;
6)判断现场测试结果是否符合要求:
将上述现场测试得到轧机倾辊装置、工作辊弯辊装置和中间辊弯辊装置的板形控制功效系数绘制成二维图形,由工艺人员对所得现场测试结果进行定性判断,若合理则本次现场测试结果有效,否则重新进行现场测试;
7)将符合要求的板形控制功效系数保存到板形计算机数据库中,替换原来的冷轧机板形控制功效系数,用于以后同规格带钢轧制过程的板形控制。
基于本发明的冷轧带钢板形控制功效系数的现场测试方法可用于四辊、六辊单机架或多机架冷连轧机组。以下以一台单机架六辊轧机为例,该六辊轧机可轧制的产品包括普通板、高强钢、部分不锈钢和硅钢等。本实施例轧制的是中高牌号硅钢,机型为UCM轧机,板形控制手段包括轧辊倾斜、工作辊正负弯辊、中间辊正弯辊、中间辊窜辊以及乳化液分段冷却等。其中中间辊窜辊是根据带钢宽度进行预设定,调整原则是将中间辊辊身边缘与带钢边部对齐,亦可由操作方考虑添加一个修正量,调到位后保持位置不变;乳化液分段冷却具有较大的时间滞后特性。因而在线调节的板形控制手段主要有轧辊倾斜、工作辊正负弯辊、中间辊正弯辊三种。该机组的主要技术性能指标和设备参数为:
轧制速度:Max900m/min,轧制压力:Max18000KN,最大轧制力矩:140.3KN×m,卷取前张力:Max220KN,主电机功率:5500KW;
来料厚度范围:1.8~2.5mm,来料宽度范围:850~1280mm,轧后厚度范围:0.2mm~1.0mm;
工作辊直径:290~340mm,工作辊身长:1400mm,中间辊直径:440~500mm,中间辊身长:1640mm,支撑辊直径:1150~1250mm,支撑辊身长:1400mm;
每侧工作辊弯辊力:-280~350KN,每侧中间辊弯辊力:0~500KN,中间辊轴向横移量:-120~120mm,辅助液压系统压力:14MPa,平衡弯辊系统压力:28MPa,压下系统压力:28MPa。
板形测量装置(通常为接触式板形仪)采用瑞典的ABB公司板形辊,该板形辊辊径313mm,由实心钢轴组成,沿宽度方向每隔52mm或26mm被分成一个测量区域,每个测量区域内沿轴向在测量辊的四周均匀分布着四个沟槽以放置磁弹性力传感器,传感器的外面被钢环所包裹。本实例中产品规格(厚度×宽度)为:0.25mm×1250mm,板形仪中间20个测量区段宽度为52mm,其余两侧测量区段宽度为26mm。
基于图1,本实施例进行冷轧带钢板形控制功效系数的现场测试方法的具体流程为:
(1)在轧机调试初期通过对相同的规格的带钢根据不同的工况进行精细分类:影响工况的主要因素是轧制压力F和卷取机前张力T,单位均为KN。将最小轧制压力Fmin和最大轧制压力Fmax组成的压力区间均分为5等份;同时也将卷取机前张力Tmin和最大卷取机前张力Tmax组成的压力区间均分为5等份。于是,根据轧制压力和卷取机前张力所处不同区间,相同的规格的带钢可以划分为5×5种不同工况,也就是说获得精细分类种数为5×5=25种。
(2)本实例中由人工确定用于所轧0.25mm×1250mm规格带钢的工况为:F∈[16000KN,17000KN]和T∈[160KN,180KN],人工调整其轧制压力F和卷取机前张力T至所需要的工况范围内,依据轧机二级预设定系统来设置轧机板形控制机构的初始值,利用安装在轧机出口处的接触式板形仪在线测量10组出口板形值δij,这里,i=1,…,10;j=1,…,20;单位为板形国际单位I或者MPa;本实例中按照带钢规格和板形仪尺寸确定出所轧带钢有效板形测量特征点个数为20个。并利用如下数学公式计算板形初始值:
(3)在轧机倾辊装置的有效工作区间内,依次随机性改变倾辊装置的动作量Uk1,单位为mm,这里,k=1,…,5。在倾辊装置每次动作完毕之后,利用安装在轧机出口处的接触式板形仪在线测量10组出口板形值后取其平均值得到倾辊装置每次动作完毕之后的板形值θkj,单位为板形国际单位I或者MPa。利用如下数学公式计算轧机倾辊装置的板形控制功效系数:
式中:E1j为轧机倾辊装置在第j个板形测量特征点处的板形轧机板形调控功效系数。
(4)将轧机倾辊装置恢复到初始状态,在轧机工作辊弯辊装置的有效工作区间内,依次随机性改变倾辊装置的动作量Us2,单位为KN,这里,s=1,…,5。在倾辊装置每次动作完毕之后,利用安装在轧机出口处的接触式板形仪在线测量10组出口板形值后取其平均值得到倾辊装置每次动作完毕之后的板形值单位为板形国际单位I或者MPa。利用如下数学公式计算轧机倾辊装置的板形控制功效系数:
式中:E2j为轧机工作辊弯辊装置在第j个板形测量特征点处的板形轧机板形调控功效系数。
(5)将轧机工作辊弯辊装置恢复到初始状态,在轧机中间辊弯辊装置的有效工作区间内,依次随机性改变倾辊装置的动作量Ur2,单位为KN,这里,r=1,…,5。在倾辊装置每次动作完毕之后,利用安装在轧机出口处的接触式板形仪在线测量10组出口板形值后取其平均值得到倾辊装置每次动作完毕之后的板形值χrj,单位为板形国际单位I或者MPa。利用如下数学公式计算轧机倾辊装置的板形控制功效系数:
式中:E3j为轧机中间辊弯辊装置在第j个板形测量特征点处的板形轧机板形调控功效系数。
(6)判断现场测试结果是否符合要求
将上述现场测试得到轧机倾辊装置、工作辊弯辊装置和中间辊弯辊装置的板形控制功效系数绘制成二维图形,直观的展现给工艺人员,由工艺人员对所得现场测试结果进行定性判断。若合理则本次现场测试结果有效,否则,重新进行现场测试。图2为采用本发明一实施例实现的软件系统界面图,为了更直观的表现自学习计算结果的特性,在系统界面的右边给出了轧辊倾斜、工作辊弯辊、中间辊弯辊三种装置的板形控制功效系数分布柱状图,可以更好的提供给技术人员进行自学习计算结果的效果判别。
(7)将符合要求的板形控制功效系数保存到板形计算机数据库,替换原来的冷轧机板形控制功效系数,用于以后同规格带钢轧制过程的板形控制。
为了验证本发明方法的优越性,在本实施例中选取两卷相同规格的带钢产品进行工业试验比较。图3给出的未使用本方法时冷轧带钢出口板形分布图,由图3可以看出冷轧带钢出口板形分布情况并不理想,在若干区段板形控制精度超出了常规板形技术性能考核指标(一般为10I),严重影响了冷轧带钢产品质量档次。图4给出的使用本方法时冷轧带钢出口板形分布图。由图3和图4间的比较可以看出,图4中的冷轧带钢出口板形分布质量比较理想,出口板形控制精度控制在8I以内,完全满足通用的板形控制精度技术性能考核要求,能够显著提高了冷轧带钢的质量。通过使用本发明技术方案,本实例所得到的冷轧机板形控制功效系数的精度有了显著提高,能够有效解决由于功效系数精度不高而造成冷轧带钢产品板形控制精度不理想、甚至发生断带停机等生产事故的技术问题,充分证明了本发明方法的有效性和实用价值。
以上实施例仅用于说明本发明的计算思想和特点,其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施,本发明的保护范围不限于上述实施例。所以,凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰,均在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种冷轧带钢板形控制功效系数的现场测试方法,其特征在于:它包括以下步骤:
1)在轧机调试初期通过对相同规格的带钢根据不同的工况进行精细分类:
根据轧制压力F和卷取机前张力T所处不同区间,将相同规格的带钢划分为N×N种不同工况;
2)对于确定规格的冷轧带钢,人工调整其轧制压力F和卷取机前张力T至所需要的工况,设置轧机板形控制机构的初始值,利用安装在轧机出口处的接触式板形仪在线测量Num组出口板形值δij,i=1,…,Num;j=1,…,n,n表示所轧规格带钢有效覆盖板形仪测量区域的个数,也称为有效板形测量特征点个数;并利用如下数学公式计算第j个所轧规格带钢有效覆盖板形仪测量区域的板形初始值:
3)在轧机倾辊装置的有效工作区间内,在步骤2)所述工况下依次随机性改变轧机倾辊装置的动作量Uk1,k=1,…,N1,N1为轧机倾辊装置随机性改变的次数;
在轧机倾辊装置每次动作完毕之后,利用安装在轧机出口处的接触式板形仪在线测量Num组出口板形值后取其平均值,得到轧机倾辊装置每次动作完毕之后的板形值θkj;
利用如下数学公式计算轧机倾辊装置的板形控制功效系数:
式中:E1j为轧机倾辊装置在第j个板形测量特征点处的板形轧机板形调控功效系数;
4)将轧机倾辊装置恢复到初始状态,在轧机工作辊弯辊装置的有效工作区间内,在步骤2)所述工况下依次随机性改变轧机倾辊装置的动作量Us2,s=1,…,N2,N2为轧机工作辊弯辊装置随机性改变的次数;
利用如下数学公式计算轧机倾辊装置的板形控制功效系数:
式中:E2j为轧机工作辊弯辊装置在第j个板形测量特征点处的板形轧机板形调控功效系数;
5)将轧机工作辊弯辊装置恢复到初始状态,在轧机中间辊弯辊装置的有效工作区间内,在步骤2)所述工况下依次随机性改变轧机倾辊装置的动作量Ur2,r=1,…,N3,N3为轧机中间辊弯辊装置随机性改变的次数;
在倾辊装置每次动作完毕之后,利用安装在轧机出口处的接触式板形仪在线测量Num组出口板形值后取其平均值,得到倾辊装置每次动作完毕之后的板形值χrj;
利用如下数学公式计算轧机倾辊装置的板形控制功效系数:
式中:E3j为轧机中间辊弯辊装置在第j个板形测量特征点处的板形轧机板形调控功效系数;
6)判断现场测试结果是否符合要求:
将上述现场测试得到轧机倾辊装置、工作辊弯辊装置和中间辊弯辊装置的板形控制功效系数绘制成二维图形,由工艺人员对所得现场测试结果进行定性判断,若合理则本次现场测试结果有效,否则重新进行现场测试;
7)将符合要求的板形控制功效系数保存到板形计算机数据库中,替换原来的冷轧机板形控制功效系数,用于以后同规格带钢轧制过程的板形控制。
2.根据权利要求1所述的一种冷轧带钢板形控制功效系数的现场测试方法,其特征在于:所述的步骤1)中将相同规格的带钢划分为N×N种不同工况的具体步骤为:将最小轧制压力Fmin和最大轧制压力Fmax组成的压力区间均分为N等份;同时也将最小卷取机前张力Tmin和最大卷取机前张力Tmax组成的压力区间均分为N等份;其中N为大于或等于5的整数;
所述的N1、N2、N3均为大于5的整数。
3.根据权利要求1或2所述的一种冷轧带钢板形控制功效系数的现场测试方法,其特征在于:所述的步骤2)中依据轧机二级预设定系统来设置轧机板形控制机构的初始值。
4.根据权利要求1或2所述的一种冷轧带钢板形控制功效系数的现场测试方法,其特征在于:所述的Num为大于10的整数。
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