CN103464470A - 一种热连轧缩颈补偿控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热连轧缩颈补偿控制方法，涉及轧钢自动化控制技术领域，为解决现有热连轧过程中补偿量和补偿长度不准确等问题而设计。该热连轧缩颈补偿控制方法为由本卷带钢在精轧机组与卷取机之间实际的拉窄量对本卷带钢预判的拉窄量进行修正，将修正后的值作为下一卷带钢预判的拉窄量，根据下一卷带钢预判的拉窄量计算，获得下一卷带钢预判的缩颈补偿量。该控制方法通过实测的拉窄量和拉窄长度对预判的拉窄量和拉窄长度进行不断地修正，并通过修正后的拉窄量来确定缩颈补偿量，控制准确，避免出现空切，有效提高了带钢成材率和生产效率，大大节约了生产成本。

Description

一种热连轧缩颈补偿控制方法

技术领域

本发明涉及轧钢自动化控制技术领域，尤其涉及一种热连轧缩颈补偿控制方法。

背景技术

热连轧是一种生产钢材的方式，用连铸板坯或初轧板坯作原料，经步进式加热炉加热，高压水除鳞后进入粗轧机，粗轧料经切头飞剪切头，再进入精轧机，实施计算机控制轧制，终轧后即经过层流冷却和卷取机卷曲、成为直发卷。

热轧带钢的成品尺寸是在轧制过程中进行控制的，具体的说是通过定宽机、粗轧机、精轧机及立辊轧机进行控制。在精轧机轧制完成后带钢的尺寸不允许再发生变化，但对一些薄规格和材质较软的带钢，在带钢头部进入卷取机开始卷取的过程中，卷取机由速度控制转为张力控制，此时的精轧末机架与卷取机之间的带钢在张力的作用下产生拉钢，易使带钢变窄，通常将这种现象称为“缩颈”。据现场检测，热轧带钢距其头部100-150米的位置最易变窄，而带钢的变窄部位在形成钢卷后会出现径向向内凹陷的现象，其出现的缩颈使钢卷卷取不齐，即产生缩颈效应。在传统的热轧板尺寸控制中，对于热轧带钢在卷取的过程中可能产生的宽度缩颈没有任何的控制措施，极大的影响了带钢成品质量，从而给企业造成了一定程度的经济损失。

热轧钢卷通常作为冷轧带钢的原材料，在用热轧钢卷轧制冷轧带钢的过程中，首先需要将热轧钢卷放入酸洗生产线上，以去除其外表面的氧化铁皮，然后再对其进行切边。由于热轧带钢变窄的程度不大，当带钢展开时很难用肉眼看出其是否有变窄的部位，所以，在酸洗线圆盘切边易出现空切，而空切部位越多，会影响冷轧带钢成材率和生产效率，即便切边时发现有窄尺部位也不易及时修整。

带钢全长各点的宽度体现了带钢的尺寸质量，为了使带钢的宽度值处于控制范围内，就必须事先计算出带钢全长各点的宽度值，从而确定是放行还是进行改规格，以避免宽度异常的钢卷进入冷轧工序。测量热轧带钢全长各点的宽度通常是在带钢成卷后，利用卷尺对成卷带钢各点的宽度进行人工测量，即对成卷带钢各点的宽度利用卷尺对钢卷的内圈、外圈进行手工测量，该种测量方式采用的卷尺虽然结构简单，但由于卷尺只有在展开一条直线上才能准确地测量出长度，钢卷中部区域如果产生缩颈，就无法利用卷尺来测量缩颈量，对于有缩颈的钢卷也只能将其放在精整线，将钢卷全长打开后进行宽度测量，这样的测量方式非常费时费力。

中国专利申请号为“201310025573.5”，名称为“控制被轧制钢卷产生缩颈的方法”提出了一种解决方法，包括以下步骤：（1）计算或检测出被轧制的同种厚度的带钢缩颈部位的起点和终点位置，以及缩颈部位的缩颈宽度；（2）将上述带钢缩颈部位的起点和终点所在部位，以及缩颈部位的宽度这三个数据输入到轧钢机出口机架上的控制器内；（3）当被轧制带钢的缩颈部位的起点到达轧钢机出口机架的立辊部位时，立辊在控制器的控制下向两侧扩张，且立辊扩张的宽度与缩颈宽度相同或相近，而当被轧制带钢的缩颈部位的终点到达轧钢机出口机架的立辊部位时，立辊在控制器的控制下回到原位。

上述方法在一定程度上能够解决缩颈问题，但是由于该方法中带钢缩颈部位的起点和终点位置以及缩颈部位的缩颈宽度是确定的，不能实时的对缩颈部分进行补偿，因此控制不够准确。

发明内容

本发明一个目的是提出一种能够实时对拉窄量进行修正、准确确定缩颈补偿量的热连轧缩颈补偿控制方法。

本发明的另一个目的是提出一种能够实时对拉窄长度进行修正的热连轧缩颈补偿控制方法。

本发明的还一个目的是提出一种能够精确换算缩颈补偿量和缩颈补偿长度的热连轧缩颈补偿控制方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种热连轧缩颈补偿控制方法，由本卷带钢在精轧机组与卷取机之间实际的拉窄量对本卷带钢预判的拉窄量进行修正，将修正后的值作为下一卷带钢预判的拉窄量，

根据下一卷带钢预判的拉窄量计算，获得下一卷带钢预判的缩颈补偿量。

进一步的，所述方法包括以下步骤：

步骤1、预设预判的拉窄量和预判的拉窄长度，根据设定参数计算确定立辊补偿起点；

步骤2、由预判的拉窄量通过回归多项式模型获得预判的缩颈补偿量；

由预判的拉窄长度通过体积等量换算获得预判的缩颈补偿长度；

步骤3、当第n卷带钢的补偿起点位置到达粗轧最后一道次立辊时，根据预判的缩颈补偿量调整立辊的开口度，直至第n卷带钢走过预判的缩颈补偿长度，将立辊恢复原来的开口度；

步骤4、通过测宽仪检测精轧机组与卷取机之间第n卷带钢的宽度，获得第n卷带钢实际的拉窄量，采用指数平滑法由第n卷带钢实际的拉窄量对第n卷带钢预判的拉窄量进行修正，将修正后的值作为第n+1卷带钢预判的拉窄量，

检测第n卷带钢实际的拉窄长度，采用指数平滑法由第n卷带钢实际的拉窄长度对第n卷带钢预判的拉窄长度进行修正，将修正后的值作为第n+1卷带钢预判的拉窄长度。

进一步的，步骤1中，当更换带钢规格或带钢钢种时或当n=1时，预设的所述预判的拉窄量和预判的拉窄长度为根据带钢规格及带钢钢种模型表获得；

否则，预设的所述预判的拉窄量和预判的拉窄长度为第n-1卷带钢预判的拉窄量和第n-1卷带钢预判的拉窄长度。

进一步的，带钢前端头到所述立辊补偿起点的距离的计算公式为：

$L_{\mathrm{rhead}}=L_{\mathrm{fhead}}\×\frac{h_{\mathrm{fex}}}{h_{\mathrm{ren}}}\×\frac{W_f}{W_{r0}}+L_{\mathrm{cren}},$

其中，L_rhead为带钢前端头到立辊补偿起点的距离，

L_fhead为精轧机组后带钢前端头到立辊补偿起点的距离，

h_fex为精轧目标厚度，

h_ren为粗轧最后一道次立辊入口厚度，

W_f为精轧目标宽度，

W_r0为粗轧最后一道次立辊入口宽度，

L_cren为飞剪剪切长度对应粗轧最后一道次立辊入口长度。

进一步的，所述L_cren由飞剪切头量通过体积等量换算获得。

优选的，步骤2中，所述回归多项式模型为N＝a₀N_f ³+a₁N_f ²+a₂N_f+a₃，

其中，N为缩颈补偿量，

N_f为拉窄量，

a₀，a₁，a₂，a₃为拟合多项式系数。

进一步的，所述采用指数平滑法由第n卷带钢实际的拉窄量对第n卷带钢预判的拉窄量进行修正具体为，

其中，

为第n+1卷带钢预判的拉窄量，

为第n卷带钢预判的拉窄量，

为第n卷带钢实际的拉窄量，

α为拉窄量增益系数，0＜α＜1；

所述采用指数平滑法由第n卷带钢实际的拉窄长度对第n卷带钢预判的拉窄长度进行修正具体为，

其中，

为第n+1卷带钢预判的拉窄长度，

为第n卷带钢预判的拉窄长度，

为第n卷带钢实际的拉窄长度，

β为拉窄长度增益系数，0＜β＜1。

优选的，步骤2中，由预判的拉窄长度通过体积等量换算获得的值乘以增益系数获得预判的缩颈补偿长度，所述增益系数大于0。

优选的，在计算立辊补偿起点、缩颈补偿量和缩颈补偿长度前，首先将各参数的热尺寸转化为冷尺寸，计算完成后再将冷尺寸转化为热尺寸进行参数设定。

本发明的有益效果为：

（1）本发明的热连轧缩颈补偿控制方法，通过实测的拉窄量对预判的拉窄量进行不断地修正，并通过修正后的拉窄量来确定缩颈补偿量，控制准确，避免出现空切，有效提高了带钢成材率和生产效率，大大节约了生产成本；

（2）由预判的拉窄量通过回归多项式模型获得预判的缩颈补偿量，并由预判的拉窄长度通过体积等量换算获得预判的缩颈补偿长度，通过这种换算使得确定的缩颈补偿量和缩颈补偿长度更加精确；

（3）本发明的热连轧缩颈补偿控制方法，还通过实际的拉窄长度对预判的拉窄长度进行修正，使得拉窄长度的确定更加准确。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的热连轧装置中精轧机组最后一个机架、卷取机以及测宽仪的结构示意图。

图2是本发明实施例一提供的缩颈补偿曲线图。

1、精轧机组最后一个机架；2、卷取机；31、第一测宽仪；32、第二测宽仪。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

本实施例的热连轧装置包括粗轧机组、精轧机组和卷取机2，在精轧机组最后一个机架1与卷取机2之间设置有两个测宽仪，第一测宽仪31检测出精轧机组最后一个机架1的带钢的宽度W₁，第二测宽仪32检测进卷取机2之前的带钢的宽度W₂。图1是本实施例热连轧装置中精轧机组最后一个机架、卷取机以及测宽仪的结构示意图。

本实施例热连轧缩颈补偿控制方法的具体步骤为：

步骤1、热连轧装置的数据处理系统内预设有预判的拉窄量和预判的拉窄长度，根据设定参数计算确定立辊补偿起点；

步骤2、由预判的拉窄量通过回归多项式模型获得预判的缩颈补偿量，

由预判的拉窄长度通过体积等量换算获得的值乘以增益系数N_gain获得预判的缩颈补偿长度，所述增益系数N_gain大于0；

步骤3、当第n卷带钢的补偿起点位置到达粗轧最后一道次立辊时，根据预判的缩颈补偿量调整立辊的开口度，直至第n卷带钢走过预判的缩颈补偿长度，将立辊恢复原来的开口度；

步骤4、通过第一测宽仪和第二测宽仪检测精轧机组与卷取机之间第n卷带钢的实际的拉窄量为W₁-W₂，采用指数平滑法由第n卷带钢实际的拉窄量对第n卷带钢预判的拉窄量进行修正，将修正后的值作为第n+1卷带钢预判的拉窄量，检测第n卷带钢实际的拉窄长度，采用指数平滑法由第n卷带钢实际的拉窄长度对第n卷带钢预判的拉窄长度进行修正，将修正后的值作为第n+1卷带钢预判的拉窄长度。

步骤1中的拉窄量为精轧机组最后一个机架与卷取机之间的带钢被拉窄的拉窄量，拉窄长度为精轧机组最后一个机架与卷取机之间的带钢被拉窄的长度。当更换带钢规格或带钢钢种时或当n=1时，预判的拉窄量和预判的拉窄长度为根据带钢规格及带钢钢种在数据处理系统中的带钢规格及带钢钢种模型表获得；否则，为第n-1卷带钢预判的拉窄量和第n-1卷带钢预判的拉窄长度。

所述立辊补偿起点通过带钢前端头到立辊补偿起点的距离确定，所述带钢前端头到立辊补偿起点的距离的计算公式为：

其中，L_rhead为带钢前端头到立辊补偿起点的距离，

L_fhead为精轧机组后带钢前端头到立辊补偿起点的距离，

h_fex为精轧目标厚度，

h_ren为粗轧最后一道次立辊入口厚度，

W_f为精轧目标宽度，

W_r0为粗轧最后一道次立辊入口宽度，

L_cren为飞剪剪切长度对应粗轧最后一道次立辊入口长度。

所述L_cren由精轧机组前的切头飞剪的飞剪切头量通过体积等量换算获得，其计算公式为： $L_{\mathrm{cren}}=L_c\×\frac{h_{\mathrm{rex}}}{h_{\mathrm{ren}}}\×\frac{W_{r1}}{W_{r0}},$ 其中，

L_c为飞剪切头量；

h_rex为粗轧最后一道次立辊出口厚度；

W_r1为粗轧最后一道次立辊出口宽度。

步骤2中，回归多项式模型为N＝a₀N_f ³+a₁N_f ²+a₂N_f+a₃，

其中，N为缩颈补偿量，

N_f为拉窄量，

a₀，a₁，a₂，a₃为拟合多项式系数。

由于轧件在粗轧最后一道次立辊轧制后，还需要粗轧平辊、精轧机组轧制。在此过程中，对轧件宽度造成影响有很多因素，这些因素无法完全通过理论模型准确定量预报，这就需要根据大量实验数据对拉窄量和缩颈补偿量进行数据拟合，拟合得到多项式，用以对带钢拉窄段进行宽度补偿。a₀，a₁，a₂，a₃为根据实验数据拟合的拟合多项式系数，不同的带钢规格和带钢钢种，其数值也不相同。

所述由预判的拉窄长度通过体积等量换算获得预判的缩颈补偿长度的具体公式为：L_r的计算公式为：

其中，L_r为预判的缩颈补偿长度，

L_f为带钢出精轧机组后被拉窄的拉窄长度。

步骤3中，所述采用指数平滑法由第n卷带钢实际的拉窄量对第n卷带钢预判的拉窄量进行修正具体为，

其中，

为第n+1卷带钢预判的拉窄量，

为第n卷带钢预判的拉窄量，

为第n卷带钢实际的拉窄量，

α为拉窄量增益系数，0＜α＜1；

所述采用指数平滑法由第n卷带钢实际的拉窄长度对第n卷带钢预判的拉窄长度进行修正具体为，

其中，

为第n+1卷带钢预判的拉窄长度，

为第n卷带钢预判的拉窄长度，

为第n卷带钢实际的拉窄长度，

β为拉窄长度增益系数，0＜β＜1。

此外，由于带钢的热胀冷缩，在上述的计算立辊补偿起点、缩颈补偿量和缩颈补偿长度前，首先将各参数的热尺寸转化为冷尺寸，计算完成后再将冷尺寸转化为热尺寸进行参数设定，这样能够使得计算的值更加精准。

本实施例的热连轧缩颈补偿控制方法，通过实测的拉窄量和拉窄长度对预判的拉窄量和拉窄长度进行不断地修正，并通过修正后的拉窄量来确定缩颈补偿量，控制准确，避免出现空切，有效提高了带钢成材率和生产效率，大大节约了生产成本；由预判的拉窄量通过回归多项式模型获得预判的缩颈补偿量，并由预判的拉窄长度通过体积等量换算获得预判的缩颈补偿长度，通过这种换算使得确定的缩颈补偿量和缩颈补偿长度更加精确。

下面以板坯为例说明本实施例的缩颈补偿控制方法：

1）板坯钢种：Q235B；板坯厚度：230mm；板坯宽度：1300mm；精轧目标宽度：1270mm；粗轧最后一道次立辊出口厚度：40mm；精轧出口厚度：4.5mm；

2）多项式拟合后的三次多项式系数：

a₀＝0.0419，a₁＝-0.5924，a₂＝2.8958，a₃＝-0.0345

根据回归多项式模型获得的缩颈补偿多项式方程如下式所示：

y＝0.0419x³-0.5924x²+2.8958x-0.0345

缩颈补偿曲线如图2所示。

在数据处理系统中读取以下参数（轧件尺寸都已转换为冷尺寸）：粗轧最后一道次立辊入口厚度：63.48mm；粗轧最后一道次立辊入口宽度：1282.21mm；粗轧最后一道次立辊侧压量：10.03mm；粗轧入口平均温度：1173.5℃；粗轧最后一道次立辊出口厚度：40.03mm；粗轧最后一道次立辊出口宽度：1278.75mm；粗轧最后一道次出口平均温度：1176.74℃；精轧出口厚度：4.50mm；精轧出口宽度：1279.51mm；飞剪切头量：20mm；前一卷带钢拉窄量（即预判的拉窄量）：3.25mm；本卷带钢拉窄量（即实际的拉窄量）：4.23mm；前一卷带钢精轧机后拉窄长度（即预判的拉窄长度）：61.3m；本卷带钢精轧机后拉窄长度（即实际的拉窄长度）：60m；精轧机后补偿起始点即精轧机组后带钢前端头到立辊补偿起点的距离为：150m；增益系数N_gain取1.0。

将前一卷带钢拉窄量和本卷带钢拉窄量代入公式

其中的α取0.4，得到下一卷带钢预判的拉窄量为3.64mm；

将下一卷带钢预判的拉窄量根据体积等量换算获得下一卷带钢预判的缩颈补偿量为4.68mm；

将前一卷带钢精轧机后拉窄长度和本卷带钢精轧机后拉窄长度代入公式

其中的β取0.4，得到下一卷带钢精轧机后预判的拉窄长度为60.78m；

将下一卷带钢精轧机后预判的拉窄长度根据体积等量换算获得下一卷带钢预判的缩颈补偿长度为4.30m；

将飞剪切头量代入公式获得飞剪剪切长度对应粗轧最后一道次立辊入口长度，再将飞剪剪切长度对应粗轧最后一道次立辊入口长度以及精轧机组后带钢前端头到立辊补偿起点的距离代入公式

计算获得立辊补偿起始点L_rhead为10.75m。

当下一卷带钢距离前端头10.75m的补偿起点位置到达粗轧最后一道次立辊时，将立辊的开口度增加缩颈补偿量4.68mm，直至走过缩颈补偿长度4.30m，再将立辊恢复原来的开口度。

通过准确的确定补偿起点，将产生缩颈现象部位的带钢预先通过增加立辊开口度的方式进行补偿，避免产生缩颈，同时通过不断对拉窄量和拉窄长度进行修正，获得更加精确的缩颈补偿量和缩颈补偿长度，在保证带钢开轧温度和轧制节奏的工况下，它能够实时有效地调整精轧机后带钢拉窄的现象，有效地保证终轧目标宽度指标。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种热连轧缩颈补偿控制方法，其特征在于，

由本卷带钢在精轧机组与卷取机之间实际的拉窄量对本卷带钢预判的拉窄量进行修正，将修正后的值作为下一卷带钢预判的拉窄量，

根据下一卷带钢预判的拉窄量计算，获得下一卷带钢预判的缩颈补偿量。

2.根据权利要求1所述的一种热连轧缩颈补偿控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1、预设预判的拉窄量和预判的拉窄长度，根据设定参数计算确定立辊补偿起点；

步骤2、由预判的拉窄量通过回归多项式模型获得预判的缩颈补偿量；

由预判的拉窄长度通过体积等量换算获得预判的缩颈补偿长度；

步骤3、当第n卷带钢的补偿起点位置到达粗轧最后一道次立辊时，根据预判的缩颈补偿量调整立辊的开口度，直至第n卷带钢走过预判的缩颈补偿长度，将立辊恢复原来的开口度；

步骤4、通过测宽仪检测精轧机组与卷取机之间第n卷带钢的宽度，获得第n卷带钢实际的拉窄量，采用指数平滑法由第n卷带钢实际的拉窄量对第n卷带钢预判的拉窄量进行修正，将修正后的值作为第n+1卷带钢预判的拉窄量，

检测第n卷带钢实际的拉窄长度，采用指数平滑法由第n卷带钢实际的拉窄长度对第n卷带钢预判的拉窄长度进行修正，将修正后的值作为第n+1卷带钢预判的拉窄长度。

3.根据权利要求2所述的一种热连轧缩颈补偿控制方法，其特征在于，步骤1中，当更换带钢规格或带钢钢种时或当n=1时，预设的所述预判的拉窄量和预判的拉窄长度为根据带钢规格及带钢钢种模型表获得；

否则，预设的所述预判的拉窄量和预判的拉窄长度为第n-1卷带钢预判的拉窄量和第n-1卷带钢预判的拉窄长度。

4.根据权利要求2所述的一种热连轧缩颈补偿控制方法，其特征在于，带钢前端头到所述立辊补偿起点的距离的计算公式为： $L_{\mathrm{rhead}}=L_{\mathrm{fhead}}\×\frac{h_{\mathrm{fex}}}{h_{\mathrm{ren}}}\×\frac{W_f}{W_{r0}}+L_{\mathrm{cren}},$

其中，L_rhead为带钢前端头到立辊补偿起点的距离，

L_fhead为精轧机组后带钢前端头到立辊补偿起点的距离，

h_fex为精轧目标厚度，

h_ren为粗轧最后一道次立辊入口厚度，

W_f为精轧目标宽度，

W_r0为粗轧最后一道次立辊入口宽度，

L_cren为飞剪剪切长度对应粗轧最后一道次立辊入口长度。

5.根据权利要求4所述的一种热连轧缩颈补偿控制方法，其特征在于，所述L_cren由飞剪切头量通过体积等量换算获得。

6.根据权利要求2所述的一种热连轧缩颈补偿控制方法，其特征在于，步骤2中，所述回归多项式模型为N＝a₀N_f ³+a₁N_f ²+a₂N_f+a₃，

其中，N为缩颈补偿量，

N_f为拉窄量，

a₀，a₁，a₂，a₃为拟合多项式系数。

7.根据权利要求2所述的一种热连轧缩颈补偿控制方法，其特征在于，步骤3中，所述采用指数平滑法由第n卷带钢实际的拉窄量对第n卷带钢预判的拉窄量进行修正具体为，

其中，为第n+1卷带钢预判的拉窄量，

为第n卷带钢预判的拉窄量，

为第n卷带钢实际的拉窄量，

α为拉窄量增益系数，0＜α＜1；

所述采用指数平滑法由第n卷带钢实际的拉窄长度对第n卷带钢预判的拉窄长度进行修正具体为，

其中，

为第n+1卷带钢预判的拉窄长度，

为第n卷带钢预判的拉窄长度，

为第n卷带钢实际的拉窄长度，

β为拉窄长度增益系数，0＜β＜1。

8.根据权利要求2所述的一种热连轧缩颈补偿控制方法，其特征在于，步骤2中，由预判的拉窄长度通过体积等量换算获得的值乘以增益系数获得预判的缩颈补偿长度，所述增益系数大于0。

9.根据权利要求2所述的一种热连轧缩颈补偿控制方法，其特征在于，在计算立辊补偿起点、缩颈补偿量和缩颈补偿长度前，首先将各参数的热尺寸转化为冷尺寸，计算完成后再将冷尺寸转化为热尺寸进行参数设定。

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